張 添，譚華杰，洪益玲，沈 良

（杭州師范大學(xué)材料化學(xué)與化工學(xué)院，浙江杭州 310036）

新型手性四氮鎳（Ⅱ）配合物的合成、表征及催化苯乙酮不對稱氫轉(zhuǎn)移研究

張 添，譚華杰，洪益玲，沈 良

（杭州師范大學(xué)材料化學(xué)與化工學(xué)院，浙江杭州 310036）

合成了兩個手性四氮配體，（S，S，S，S）－N，N′－二［2－（對甲苯磺酰胺基）－1，2－二苯基乙基］乙二胺（A）和（S，S，S，S）－N，N′－二［2－（對甲苯磺酰胺基）－1，2－二苯基乙基］丙二胺（B），及其手性鎳（Ⅱ）配合物1和2，采用元素分析、1H NMR、MS和IR對它們進(jìn)行了表征.研究了手性配合物催化苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，考察了堿量和反應(yīng)時間對催化活性的影響.

手性四氮配體；鎳配合物；苯乙酮；不對稱氫轉(zhuǎn)移

近年來，隨著化工、醫(yī)藥等領(lǐng)域?qū)鈱W(xué)純手性醇中間體需求的不斷增加，不對稱氫轉(zhuǎn)移（asymmetric transfer hydrogenation，ATH）作為具有獨(dú)特優(yōu)勢——催化效率高、操作簡便、寬的底物適應(yīng)性——的合成方法［1－5］，受到廣泛關(guān)注.ATH所要求的核心條件是高效、低耗、經(jīng)濟(jì)的手性配合物作為催化劑，在適當(dāng)?shù)臏囟?、堿量、底物/催化劑（S/C）條件下進(jìn)行.

手性配體對不對稱氫轉(zhuǎn)移獲得高轉(zhuǎn)化率和高ee值起著非常重要的作用，在眾多配體中，四氮配體吸引了我們的目光，基于其以下優(yōu)點：易得——來源廣、手性體易拆分［6］；穩(wěn)定（相比部分含磷配合物，耐水耐氧）［7］；同時四氮原子易與過渡金屬螯合配位形成穩(wěn)定的空間構(gòu)型.在不對稱氫轉(zhuǎn)移研究中，形成配合物的金屬離子主要采用Ru（Ⅱ）、Ir（Ⅲ）、Rh（Ⅲ）等，這些貴金屬離子催化活性高，但價格昂貴，不利工業(yè)化開發(fā)和應(yīng)用.若能采用價廉的第一過渡系金屬代替貴金屬開展不對稱氫轉(zhuǎn)移研究［8－9］，將是很有意義的研究工作.本文以手性四氮配體和Ni（Ⅱ）形成的手性配合物為催化劑，催化苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)，獲得了較好的結(jié)果.

1 實驗部分

1.1 主要儀器

所使用試劑及原料如無特殊說明，均為購置無需進(jìn)一步處理.柱層析硅膠（200～300目，青島海洋化工廠分廠）；硅膠板（厚度：0.20～0.25mm，青島海洋化工廠分廠）.紅外光譜儀（KBr壓片，Bruker Tensor 27）、核磁共振儀（TMS為內(nèi)標(biāo)，Bruker公司）、熔點儀（上海精細(xì)科學(xué)儀器有限公司）、質(zhì)譜儀（Agilent5975）、薄層層析用紫外燈（254nm）、氣相色譜（Shimadzu GC－2014）.

1.2 手性四氮配體的制備

1.2.1 （1S，2S）－N－對甲苯磺?；?，2－二苯基乙二胺［（S，S）－TsDPEN］的合成

如圖1按文獻(xiàn)［10］方法合成［（S，S）－TsDPEN］.在500mL的三口燒瓶中加入（S，S）－1，2－二苯基乙二胺（6.39g，30mmol）、三乙胺（13mL，93mmol）和四氫呋喃（270mL），冰水浴冷卻至0～1℃.在此溶液中滴加對甲苯磺酰氯（31.4mmol）和四氫呋喃（10mL）混合液，2.5h滴加完畢，室溫攪拌12h.加入40mL飽和碳酸鈉溶液，用35mL二氯甲烷分液，水層二氯甲烷萃?。?×10mL），合并有機(jī)相，干燥，過濾后蒸去有機(jī)溶劑得黃色固體粉末.將此粗品溶于乙醚，加入濃鹽酸（22mL），將產(chǎn)生的白色固體濾出后，用5%氫氧化鈉洗滌，并用二氯甲烷萃取，無水硫酸鈉干燥后蒸去有機(jī)溶劑得白色固體.m.p：123.2～126.9℃；［α］20589＝＋67.5°（c 0.4，CH2Cl2）；1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.399，4.386［d，2H，J＝5.2Hz］，4.166，4.153［d，2H，J＝5.2Hz］；EI－MSm/z：367［M＋H］＋.

1.2.2 配體A和B的合成

按文獻(xiàn)［11］方法合成配體A和B（圖2）.（S，S）－TsDPEN（366mg，1.0mmol）和1，2－二溴乙烷（94mg，0.5mmol）或1，3－二溴丙烷（101mg，0.5mmol）置于密閉的玻璃儀器中，在130℃下加熱28h.得到的粗產(chǎn)物溶解于二氯甲烷（30mL）中，用20%氫氧化鈉（20mL）溶液洗滌.有機(jī)相用二氯甲烷（3× 10mL）萃取后，再用無水Na2SO4干燥，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得到含有四齒配體和未反應(yīng)（S，S）－TsDPEN的粗產(chǎn)物.粗產(chǎn)物用硅膠柱層析法分離，得白色粉末A和B.

（A）m.p：167.5～169.2℃；［α］20589＝＋15.97°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C44H46N4S2O4：C，69.63；H，6.11；N，7.38%；Found（%）：C，69.28；H，6.14；N，7.36%.Selected IR，υ（cm－1）：3 327.45，3 030.49，2 919.17，1 598.86，1 494.51，1 452.05，1 329.45，811.52，773.01，770.03，672.90.1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.424，4.403［d，2H，J＝8.4Hz］，3.751，3.730［d，2H，J＝8.4Hz］，2.616，2.596［d，2H，J＝8.0Hz］，2.333，2.313［d，2H，J＝8.0Hz］，EI－MSm/z：759［M＋H］＋.

（B）m.p：75.2～76.8℃；［α］20589＝＋18.63°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C45H48N4S2O4：C，69.95；H，6.22；N，7.25%；Found（%）：C，70.23；H，6.48；N，6.7%.Selected IR，υ（cm－1）：3 260.01，3 029.81，2 924.02，1 599.23，1 494.55，1 454.77，1 326.44，1 158.68，1 092.69，812.62，767.73，699.95，668.38.1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.375，4.352［d，2H，J＝7.2Hz］，3.824，3.812［d，2H，J＝4.8Hz］，2.696［m，2H］，2.561［m，2H］，1.667［m，2H］.EI－MSm/z：773［M＋H］＋.

1.3 手性四氮Ni（Ⅱ）配合物的合成

制備無水醋酸鎳［12］：Ni（Ac）2·4H2O置于圓底燒瓶中，70℃下真空加熱2h.得到黃綠色無水Ni（Ac）2粉末，密封備用.

將98.5mg（0.4mmol）無水Ni（Ac）2的溶于20mL無水乙醇中，得一淺綠色溶液.在此溶液中加入300mg（0.4mmol）配體A的20mL無水乙醇，N2保護(hù)下85℃回流24h，得深藍(lán)紫色澄清溶液，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)得紫色固體.加乙酸乙酯8mL溶解粗產(chǎn)物，滴加無水乙醚至大量紫色固體析出，過濾洗滌，干燥后得到：

配合物1：Ni［S，S，S，S－A］（Ac）2（產(chǎn)率為8.2%）.Anal.Calcd.（%）for C48H52N4O8S2Ni：N，6.475；C，61.540；S，6.111；H，5.747.Found（%）：N，5.989；C，61.604；S，6.845；H，5.561.Selected IR，υ（cm－1）：3 495.04，3 173.74，3 061.96，2 921.92，1 600.46，1 495.50，1 454.66，1 255.98，1 128.31，1 026.16，812.27，757.72，699.73，592.37.

配合物2：Ni［S，S，S，S－B］（Ac）2，制備方法同上.產(chǎn)物為淺紫色固體（產(chǎn)率為7.5%）.Anal.Calcd.（%）for C49H54N4O8S2Ni：N，6.051；C，61.950；S，6.693；H，5.752.Found（%）：N，5.901；C，61.960；S，6.744；H，5.690.Selected IR，υ（cm－1）：3 431.74，3 245.31，3 030.04，2 924.22，1 598.54，1 493.63，1 453.03，1 316.30，1 150.56，1 090.75，817.64，764.92，699.15.

配合物可能的結(jié)構(gòu)如圖3所示.

圖3 推測的配合物結(jié)構(gòu)（n＝2，L＝A；n＝3，L＝B）Fig.3 Proposed structure of complex 1and 2

1.4 手性Ni（Ⅱ）配合物催化苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移研究［13－14］

圖4 苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移Fig.4 Asymmetric transfer hydrogenation of acetophenone

在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將0.02mmol的手性四氮Ni（Ⅱ）配合物，10mL無水異丙醇加入到50mL圓口瓶中，80℃下反應(yīng)2h，用注射器注入氫氧化鉀/異丙醇溶液，繼續(xù)反應(yīng)2～3h，再注入溶有苯乙酮（480mg，4mmol）的異丙醇溶液（S/C＝100）.在80℃設(shè)定溫度下反應(yīng)，用薄層色譜法跟蹤反應(yīng)進(jìn)程［15］.反應(yīng)結(jié)束后，用2mol·L－1鹽酸中和至pH＝3～5，用無水乙醚萃取，合并有機(jī)相，再用飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鈉干燥，過濾，濃縮，氣相色譜法測定產(chǎn)物的轉(zhuǎn)化率.配合物1和2在實驗條件下催化苯乙酮不對稱氫轉(zhuǎn)移（圖4）的轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)列于表1.由于轉(zhuǎn)化率相對較低，不能分離得到單一型異構(gòu)體，無法進(jìn)行ee的測定.

表1 配合物1和2催化苯乙酮不對稱氫轉(zhuǎn)移的轉(zhuǎn)化率Tab.1 A comparison of conversion catalysts for ATH of acetophenone by complex 1/2

2 結(jié)果與討論

2.1 堿量對催化活性的影響

當(dāng)n（底物）∶n（堿）＝1∶30時，配合物1和2催化進(jìn)行48h以上轉(zhuǎn)化率仍僅有30%左右（編號1和10）；堿量提高至1∶80以及1∶100時，催化進(jìn)行24～32h轉(zhuǎn)化率即可過半（編號2和5），隨著堿量的增加，配合物催化苯乙酮轉(zhuǎn)化為1－苯乙醇的轉(zhuǎn)化率逐漸增大.

2.2 配合物對催化活性的影響

如圖5所示，固定堿量、溫度等條件，反應(yīng)時間在48h之內(nèi)，配合物1（配體A）的催化活性優(yōu)于配合物2（配體B），轉(zhuǎn)化率均有明顯上升；隨時間延長，二者差距縮小，且增長速率趨緩.這可能是由于配合物2比配合物1多一個亞甲基，從結(jié)構(gòu)上看剛性減小，導(dǎo)致催化效率下降.

圖5 堿量比100∶1時配合物1和2催化苯乙酮轉(zhuǎn)化率比較Fig.5 A comparison of conversion catalysts for ATH of acetophenone by complex 1/2in 100∶1of base：complex

3 結(jié) 論

本文首次以手性四氮配體和Ni（Ⅱ）形成的手性配合物為催化劑，用于苯乙酮的不對稱氫轉(zhuǎn)移反應(yīng)研究.該催化劑制備過程簡單且價格低廉，在苯乙酮的不對稱加氫中顯示了一定的催化活性，在優(yōu)化反應(yīng)條件下，生成1－苯乙醇的轉(zhuǎn)化率達(dá)到94.18%.催化劑的活性總的來說還不是很理想，有待進(jìn)一步探索.

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Synthesis，Characterization of Ni（Ⅱ）Complexes with Chiral Tetraaza Ligands and Their Application for Asymmetric Transfer Hydrogenation of Acetophenone

ZHANG Tian，TAN Hua－jie，HONG Yi－ling，SHEN Liang

（College of Material，Chemistry and Chemical Engineering，Hangzhou Normal University，Hangzhou 310036，China）

The experiment synthesized two chiral tetraaza ligands，（S，S，S，S）－N，N′－bis（2－p－toluenesulfonylamino－1，2－diphenylethyl）ethylenediamine（A）and（S，S，S，S）－N，N′－bis（2－p－toluenesulfonylamino－1，2－diphenylethyl）trimethylenediamine（B），and characterized their Ni（II）complexes by elemental analysis，1H－NMR，MS and IR.The paper researched on the asymmetric hydrogen transfer reaction of acetophenone，and investigated the effects of the alkali charge and reaction time on ATH.

chiral tetraaza ligands；nickel complex；acetophenone；asymmetric transfer hydrogenation

O69

A

1674－232X（2012）01－0007－04

11.3969/j.issn.1674－232X.2012.01.002

2011－08－17

浙江省自然科學(xué)基金項目（Y4090056）.

沈 良（1964—），男，教授，主要從事有機(jī)金屬化學(xué)研究.E－mail：shenchem＠hotmail.com