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        手性磷酸催化的吲哚與乙醛酸乙酯亞胺的不對稱傅克烷基化反應(yīng)

        2010-11-26 02:57:22楊彩梅倪承燕劉全忠
        合成化學(xué) 2010年2期
        關(guān)鍵詞:催化劑

        楊彩梅, 倪承燕, 劉全忠

        (西華師范大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院,四川 南充 637002)

        不對稱傅克反應(yīng)是形成碳碳鍵的重要方法之一[1~2],它提供了一種非常有效的制備含有芐位手性中心化合物的方法。吲哚與亞胺的不對稱傅克近年來受到越來越多地關(guān)注[3~9]。

        乙醛酸酯亞胺與吲哚及其衍生物反應(yīng)生成的甘氨酸衍生物是一類重要的氨基酸[10~13],合成該類氨基酸最直接的方法是吲哚與亞胺的傅克反應(yīng)。手性磷酸催化劑常被用于催化亞胺和烯胺類化合物的傅克反應(yīng)[14]。本文報道手性磷酸催化劑(1a~1i, Chart 1)催化吲哚及其衍生物(2a~2i)與乙醛酸乙酯亞胺(3)的傅克烷基化反應(yīng),成功地合成了一系列吲哚取代的甘氨酸衍生物(4a~4i,其中4b和4e為新化合物, Scheme 1),其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR表征。

        Comp1a1b1cAr2,4,6-Me3C6H2-2,4,6-Pri3C6H2-1-naphthylComp1d1e1fAr9-anthryl2-naphthylMeComp1g1h1iArp-MeOC6H4-3,5-(CF3)2C6H3-Ph3Si-

        Chart 1

        Scheme1

        1 實驗部分

        1.1 儀器與試劑

        電熱數(shù)字型顯示熔點儀(溫度計未校正);Brucker AVANCE-300型核磁共振儀(CDCl3為溶劑,TMS為內(nèi)標(biāo));Waters-510型高效液相色譜儀[2996紫外檢測器,檢測波長217 nm; OD-H手性柱;流動相:V(正己烷) ∶V(異丙醇)=8 ∶2;流速1.0 mL·min-1]。

        1a~1h[15],1i[16]按文獻(xiàn)方法合成;對甲氧基苯胺,國藥試劑有限公司;其余所用試劑均為分析純。

        1.2 合成

        (1) 3的合成

        在干燥的試管中加入對甲氧基苯胺24.6 mg(0.2 mmol), 4 ? MS 0.1 g,氮氣保護(hù)下加入乙醛酸甲酯20.4 mg(0.2 mmol)的甲苯(25.8μL)溶液和甲苯2 mL,攪拌下于室溫反應(yīng)2 h。過濾,濾液用無水二氯甲烷(DCM)洗滌,減壓除溶得黃色油狀液體3。氮氣保護(hù)下,用無水DCM配成c(3)=10 mg·mL-1溶液待用。

        (2) 4的合成(以4a為例)

        在干燥試管中加入吲哚(2a)0.1 mmol和1a0.02 mmol,氮氣保護(hù)下于低溫槽(-78℃)中冷卻10 min后緩慢滴加3 0.12 mmol(需30 min),于-78 ℃反應(yīng)(TLC檢測)。加入NaHCO3(1 mL)淬滅反應(yīng),用DCM(9 mL)提取,提取液用飽和食鹽水(10 mL)洗滌,無水硫酸鈉干燥。減壓除去溶劑,殘余物經(jīng)柱層析[洗脫劑:A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1]分離得淺黃色固體4a。

        用類似的方法合成4b~4i(A=5 ∶1~3 ∶1)。

        4a:1H NMRδ: 1.24(t,J=7.2 Hz, 2H), 3.72(s, 3H), 4.10~4.28(m, 2H), 5.33(s, 1H), 6.63(d,J=9.0 Hz, 2H), 6.75(d,J=9.0 Hz, 2H), 7.32(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.82(d,J=7.7 Hz, 1H), 8.13(br, 1H); HPLC: tmajor=17.64 min, tminor=22.36 min。

        4b:1H NMRδ: 1.19(t,J=7.1 Hz, 3H), 3.72(s, 3H), 3.92(s, 3H), 4.09~4.25(m, 2H), 5.66(s, 1H), 6.56(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.67~6.75(m, 4H), 6.96(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.09~7.14(m, 2H); HR-MSm/z: Calcd for (C20H22N2O4+H)+355.165 8, found 355.165 1; HPLC: tmajor=34.78 min, tminor=22.36 min;

        4e:1H NMRδ: 1.20(t,J=7.2 Hz, 3H), 2.46(s, 3H), 3.72(s, 3H), 4.11~4.28(m, 2H), 5.26(s, 1H), 6.62(d,J=8.7 Hz, 2H), 6.74(d,J=9.0 Hz, 2H), 7.16~7.19(m, 1H), 7.22~7.27(m, 2H), 7.94(s, 1H), 8.34(br, 1H); HR-MSm/z: Calcd for (C20H22N2O3+H)+339.170 9, found 339.170 5; HPLC: tmajor=20.15 min, tminor=22.77 min。

        其余化合物的產(chǎn)率和ee值見表4,表征數(shù)據(jù)[17]與Scheme 1結(jié)構(gòu)相符。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 催化劑的催化活性比較

        以2a與3反應(yīng)合成4a為模型[1 20 mol%,其余反應(yīng)同1.2(2),下同],考察1a~1i對4a產(chǎn)率和對映選擇性的影響,結(jié)果見表1。從表1可看出,1結(jié)構(gòu)中的電子效應(yīng)對反應(yīng)有明顯的影響,當(dāng)1的芳環(huán)上連有供電基(1b,1c)時,其催化活性較連有吸電子基(1h,1i)的高,這可能是由于苯環(huán)上的電子密度增大,導(dǎo)致該類催化劑的催化活性提高。從表1還可看出,1a的催化活性最高,這與文獻(xiàn)[9]報道的1d是催化該反應(yīng)最好的催化劑有很大的差異。

        2.2 付克(F-C)反應(yīng)條件優(yōu)化

        (1) 反應(yīng)溶劑和反應(yīng)溫度

        以1a為催化劑,其余反應(yīng)條件同2.1,考察溶劑和溫度對付克反應(yīng)的影響,結(jié)果見表2。由表2可見,溶劑和溫度對反應(yīng)有很大的影響。在相同的溫度(0 ℃)下,以甲苯、氯仿、乙醚、四氫呋喃等為溶劑時,收率和ee值均比DCM低得多。溶劑相同,溫度越低,雖產(chǎn)率沒有明顯變化,但對映選擇性卻達(dá)到87%。

        (2) 催化劑用量

        以1a為催化劑,其余反應(yīng)條件同2.1,考察催化劑用量對付克反應(yīng)的影響。結(jié)果見表3,從表3可見,催化劑用量對對映選擇性影響不大,但對收率有較大影響。當(dāng)1a用量從10 mol%升到20 mol%時,4a的對映選擇性從80%升到87%,而產(chǎn)率卻從67%提高到96%;用量增至25 mol%時,產(chǎn)率變化不大,但對映選擇性卻下降。1a的最佳用量為20 mol%。

        表1 手性磷酸的催化活性*Table 1 Catalytic activity of chiral phosphoric acids

        *時間30 min, 1 20 mol%,其余反應(yīng)條件同1.2(2);分離收率;ee值由HPLC測定

        表2 反應(yīng)溶劑和反應(yīng)溫度對付克反應(yīng)的影響*Table 2 Effect of reaction solvents and reaction temperature on F-C reaction

        *1a20 mol%,其余同表1

        表3 催化劑用量對付克反應(yīng)的影響*Table 3 Effect of catalyst amount on F-C reaction

        *DCM為溶劑,其余同表2

        表4 4的實驗結(jié)果*Table 4 Experimental results of 4

        *1a20 mol%, DCM為溶劑,其余反應(yīng)條件同1.2(2)

        綜上所述,付克烷基反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為:1a為催化劑,用量為20 mol%, DCM為溶劑,于-78 ℃反應(yīng)30 min。

        2.3 擴(kuò)展實驗

        在最佳實驗條件下考察了2a~2i與3的傅克烷基化反應(yīng),結(jié)果見表4。從表4可以看出,取代基電子效應(yīng)對反應(yīng)的影響較大。當(dāng)R為供電子取代基(2d,2e)時,對應(yīng)產(chǎn)物的收率和對應(yīng)選擇性較低;當(dāng)R為吸電子取代基(2f,2g)時,對應(yīng)產(chǎn)物的ee值有所提高,獲得中等的ee值;當(dāng)R為強(qiáng)吸電子取代基(3h,3i)時,反應(yīng)幾乎不發(fā)生。

        3 結(jié)論

        以手性磷酸1a(20 mol%)為催化劑,DCM為溶劑,于-78 ℃反應(yīng)30 min,成功地催化吲哚衍生物與乙醛酸酯亞胺的不對稱傅克反應(yīng),合成了一系列(3-吲哚)甘氨酸衍生物,最高產(chǎn)率和ee值分別為96%和87%。

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