黃澤傲, 盧崇道
(1. 中國(guó)科學(xué)院 新疆理化技術(shù)研究所,新疆 烏魯木齊 830011; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京 100049)
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新型Rh2(esp)2配體手性類似物的合成
黃澤傲1,2, 盧崇道1*
(1. 中國(guó)科學(xué)院 新疆理化技術(shù)研究所,新疆 烏魯木齊830011; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué),北京100049)
摘要:以(R)-叔丁基亞磺酰胺為手性助劑,與1,3-苯二甲醛經(jīng)縮合反應(yīng)制得關(guān)鍵中間體——(Rs,Rs)-雙叔丁基亞磺酰亞胺(7);鋰化的羧酸酯與7經(jīng)不對(duì)稱加成反應(yīng)合成了兩個(gè)新型的Rh2(esp)2配體類似物——(Rs,Rs′,R,R′)-β-胺基羧酸酯和(Rs,Rs′,R,R′,R,R′)-α,β-氮雜環(huán)丙烷羧酸酯,產(chǎn)率分別為96%和65%,非對(duì)映選擇性均大于20 ∶1。化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和(13)C NMR表征。
關(guān)鍵詞:Rh2(esp)2; 雙核銠(Ⅱ)催化劑; 叔丁基亞磺酰雙亞胺; (Rs,Rs′,R,R′)-β-胺基羧酸酯; (Rs,Rs′,R,R′,R,R′)-α,β-氮雜環(huán)丙烷羧酸酯; 手性修飾; 合成; 非對(duì)映立體選擇性
橋聯(lián)雙核銠(Ⅱ)催化劑是一類具有槳輪結(jié)構(gòu)的化合物[1],其在催化C-H官能化等方面有廣泛用途[2-6]。2004年,斯坦福大學(xué)Du Bois J等[7]首次合成了配體Rh2(esp)2(1, Chart 1)。在隨后的多項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn),1有著優(yōu)越的催化C-H氨化的活性[7-11]。盡管如此,手性雙核銠催化劑催化的不對(duì)稱C-H氨化鮮見(jiàn)報(bào)道[12],人們更多地采用手性氮源作為控制C-H氨化立體選擇性的手段[13]。因而,開(kāi)發(fā)用于催化C-H不對(duì)稱氨化的手性雙核銠催化劑值得期待。鑒于1在催化C-H氨化方面所表現(xiàn)出的優(yōu)越性,在1的結(jié)構(gòu)中引入手性中心便成為設(shè)計(jì)新的手性催化劑的可能途徑。到目前為止,基于配體α,α,α′,α′-四甲基-1,3-苯二丙酸(esp)(2)的手性修飾尚未見(jiàn)報(bào)道。我們?cè)鴮?duì)1的構(gòu)效關(guān)系進(jìn)行研究,從中發(fā)現(xiàn)間苯二甲基和羧基α-位的兩個(gè)甲基是使催化劑穩(wěn)定并具有優(yōu)越催化性能的重要因素[10-11,14]。因此,開(kāi)發(fā)1類手性催化劑,在保留苯二烷基結(jié)構(gòu)和保持羧基α-位為季碳原子同時(shí),需在2的A或B位置構(gòu)建結(jié)構(gòu)如3或4的配體前體羧酸酯(Chart 1)。
近年來(lái),手性叔丁基亞磺酰胺在合成含氮化合物方面表現(xiàn)出了優(yōu)越的立體選擇性[15]。本課題組用其成功地發(fā)展了Brook重排介導(dǎo)的多組分反應(yīng)[16-18]。本研究首次使用手性叔丁基亞磺酰胺對(duì)配體1進(jìn)行手性修飾,逆合成分析如Chart 1所示。本文以(R)-叔丁基亞磺酰胺作為手性助劑,與1,3-苯二甲醛經(jīng)縮合反應(yīng)制得關(guān)鍵中間體——(Rs,Rs)-雙叔丁基亞磺酰亞胺(7);鋰化的羧酸酯與7經(jīng)不對(duì)稱加成反應(yīng)合成了兩個(gè)新型的Rh2(esp)2類似物——(Rs,Rs′,R,R′)-β-胺基羧酸酯(5)和(Rs,Rs′,R,R′,R,R′)-α,β-氮雜環(huán)丙烷羧酸酯(6, Scheme 1),產(chǎn)率分別為96%和65%,非對(duì)映選擇性均大于20 ∶1。并對(duì)5進(jìn)一步衍生獲得了用于雙核銠配位的雙羧酸配體9。 5, 6和9均為新化合物,其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR和13C NMR表征。絕對(duì)構(gòu)型根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道中的單亞胺的反應(yīng)立體控制得出[19]。
Chart 1
Scheme 1
1實(shí)驗(yàn)部分
1.1儀器與試劑
Varian Inova-400 MHz型核磁共振儀。
四乙氧基鈦、(R)-叔丁基亞磺酰胺、對(duì)硝基苯磺酰氯、間苯二甲醛、苯乙酸甲酯,Alfa公司;無(wú)水THF,使用前用鈉進(jìn)行無(wú)水無(wú)氧處理并新蒸;二異丙胺使用前與氫化鈣共熱回流并新蒸;其余所用試劑均為分析純。
1.2合成
(1) 7的合成
在干燥的圓底燒瓶中依次加入Ti(OEt)411.63 g,間苯二甲醛1.37 g(10.2 mmol)和無(wú)水THF 80 mL,攪拌使其溶解;于室溫反應(yīng)30 min。加入 (R)-叔丁基亞磺酰胺2.73 g(22.5 mmol),回流反應(yīng)5 h。冷卻至室溫,緩慢倒入冰水浴冷卻過(guò)的飽和氯化鈉溶液(80 mL)中,用硅藻土過(guò)濾,濾餅用乙酸乙酯(80 mL)洗滌,水相用乙酸乙酯(2×50 mL)萃取,合并濾液和萃取液,靜置,用無(wú)水K2CO3干燥,濃縮后經(jīng)硅膠柱層析 [洗脫劑:A=V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1]純化得黃色固體7 2.41 g,產(chǎn)率70%;1H NMRδ: 8.61(s, 2H), 8.28(s, 1H), 8.02~7.93(m, 2H), 7.60~7.56(m, 1H), 1.25(s, 18H);13C NMRδ: 161.9, 134.8, 132.8, 130.1, 129.7, 58.1, 22.7。
(2) 5的合成
氬氣氛圍下,在一干燥的Schlenk瓶中加入無(wú)水THF 360 mL,冰水浴冷卻下用注射器注入二異丙胺5.2 mL;攪拌下緩慢加入2.5 mol·L-1正丁基鋰溶液14.8 mL,反應(yīng)30 min;于-78 ℃(浴溫)滴加異丁酸甲酯4.2 mL(37.1 mmol),滴畢,反應(yīng)1 h。緩慢滴加ClTi(Oi-Pr)319.09 g的無(wú)水THF (120 mL)溶液,滴畢,反應(yīng)10 min。滴加8 2.08 g(6.1 mmol)的無(wú)水THF(10 mL)溶液,滴畢,反應(yīng)1.5 h。緩慢加入飽和氯化銨溶液60 mL淬滅反應(yīng)。升至室溫,用硅藻土過(guò)濾,濾餅用氯仿100 mL洗滌;合并濾液與洗液,旋蒸除去THF,用氯仿(3×100 mL)萃取,合并有機(jī)相,用無(wú)水硫酸鈉干燥,過(guò)濾,旋蒸除溶,剩余物用氯仿溶解,經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑:B=V(二氯甲烷) ∶V(甲醇)=30 ∶1]純化得淡黃色泥狀物5 3.19 g,產(chǎn)率96%,dr>20 ∶1;1H NMRδ: 7.30~7.27(m, 2H), 7.19(s, 1H), 7.17~7.16(m, 1H), 4.58(d,J= 3.3 Hz, 2H), 4.47(d,J=3.3 Hz, 2H), 3.75(s, 6H), 1.19(s, 18H), 1.18(s, 6H), 1.17(s, 6H);13C NMRδ: 177.1, 138.0, 130.3, 129.0, 127.7, 64.8, 55.9, 52.6, 47.2, 24.4, 22.7, 20.8。
(3) 8的合成
在圓底燒瓶中加入5 5.43 g(10.0 mmol)和無(wú)水甲醇138 mL,攪拌使其溶解;緩慢加入4 mol·L-1鹽酸二噁烷溶液25 mL,反應(yīng)1.5 h。緩慢加入氨水80 mL淬滅反應(yīng);加水200 mL,用乙酸乙酯(2×250 mL)萃取,合并有機(jī)相,用飽和氯化鈉溶液洗滌,無(wú)水硫酸鈉干燥;旋蒸除溶后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑:B=30 ∶1)純化得無(wú)色油狀液體8 3.05 g,產(chǎn)率91%;1H NMRδ: 7.25~7.15(m, 4H), 4.22(s, 2H), 3.68(s, 6H), 1.71(br s, 2H), 1.12(s, 6H), 1.06(s, 6H);13C NMRδ: 177.8, 141.6, 128.3, 127.5, 127.3, 62.0, 52.0, 48.0, 23.9, 19.5。
(4) 9的合成
在一干燥反應(yīng)茄形瓶中加入8 100 mg(0.30 mmol),對(duì)硝基苯磺酰氯166 mg(0.75 mmol)和無(wú)水二氯甲烷3.5 mL,攪拌使其溶解;滴加三乙胺109 μL,滴畢,于室溫反應(yīng)1 h。加入乙酸乙酯20 mL,依次用水(20 mL)和飽和氯化鈉溶液(20 mL)洗滌,無(wú)水硫酸鈉干燥;旋蒸除溶后用混合溶劑[V(甲醇) ∶V(水)=4 ∶1, 4 mL]溶解;加入無(wú)水氫氧化鋰105 mg,回流反應(yīng)18 h。冷卻至室溫,加水5 mL,用濃鹽酸酸化,用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取,合并有機(jī)相,用飽和氯化鈉溶液(2×15 mL)洗滌,無(wú)水硫酸鈉干燥,旋蒸除溶后經(jīng)柱層析(洗脫劑:A=1 ∶1)純化得白色固體9 163 mg,產(chǎn)率80%;1H NMRδ: 12.73(br s, 2H), 8.60(d,J=10.3 Hz, 2H), 7.99(d,J=8.7 Hz, 4H), 7.58(d,J=8.7 Hz, 4H), 6.79(s, 1H), 6.59(d,J=7.7 Hz, 2H), 6.40(t,J=7.7 Hz, 1H), 4.66(d,J=9.7 Hz, 2H), 1.02(s, 6H), 0.82(s, 6H);13C NMRδ:176.7, 148.7, 146.6, 135.9, 129.3, 127.9, 126.3, 126.0, 123.8, 62.9, 47.0, 21.9, 20.8。
(5) 10的合成
在圓底燒瓶中依次加入苯乙酸甲酯6.17 g(41.1 mmol),四氯化碳30 mL和過(guò)氧化苯甲酰(BPO)0.10 g,攪拌使其均勻;回流反應(yīng)4 h。冷卻至室溫,過(guò)濾,濾餅用四氯化碳(30 mL)洗滌;合并濾液與洗液,旋蒸濃縮后經(jīng)蒸餾(115 ℃/133 Pa)純化得無(wú)色油狀液體10 7.58 g,產(chǎn)率80%;1H NMRδ: 7.56~7.54(m, 2H), 7.40~7.34(m, 3H), 5.37(s, 1H), 3.79(s, 1H);13C NMRδ: 168.9, 135.8, 129.4, 128.9, 128.7, 53.5, 46.6。
(6) 6和11的合成
氬氣氛圍下,在干燥的Schlenk瓶中加入無(wú)水THF 65 mL和1.2 mol· L-1LiHMDS的THF溶液16.7 mL,攪拌下于-78 ℃加入7 4.58 g(20.0 mmol)的無(wú)水THF(5.0 mL)溶液,反應(yīng)35 min。滴加7 0.68 g(2.0 mmol)的無(wú)水THF(20 mL)溶液,滴畢(30 min),反應(yīng)1 h。緩慢加入飽和氯化銨溶液15 mL淬滅反應(yīng)。升至室溫,靜置分層,水相用乙酸乙酯(2×100 mL)萃取,合并有機(jī)相和萃取液,用飽和氯化鈉溶液(100 mL)洗滌,無(wú)水硫酸鈉干燥,旋蒸除溶后經(jīng)柱層析[梯度洗脫劑:A=3 ∶1~1 ∶1]純化得6和11。
6: 白色固體,產(chǎn)率65%,dr>20 ∶1;1H NMRδ: 7.23~7.10(m, 6H), 6.95(d,J=6.6 Hz, 4H), 6.84(t,J=8.0 Hz, 1H), 6.69(d,J=6.4 Hz, 3H), 4.43(s, 2H), 3.75(s, 6H), 1.27(s, 18H);13C NMRδ: 169.3, 133.2, 132.7, 129.7, 127.8, 127.79, 127.76, 127.4, 126.9, 57.1, 54.3, 53.8, 52.3, 22.0。
11: 淡黃色固體,產(chǎn)率7%,dr>20 ∶1;1H NMRδ: 8.39(s, 1H), 7.62(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.46(s, 1H), 7.23~7.14(m, 6H), 7.03(d,J=7.8 Hz, 1H), 4.65(s, 1H), 3.79(s, 3H), 1.31(s, 9H), 1.23(s, 9H);13C NMRδ: 169.4, 162.3, 134.4, 134.1, 132.5, 131.5, 129.8, 129.1, 128.8, 128.7, 128.1, 128.0, 58.0, 57.3, 54.5, 54.0, 52.4, 22.7, 22.0。
2結(jié)果與討論
在5的合成中,ClTi(Oi-Pr)3影響反應(yīng)過(guò)渡態(tài)的烯醇式構(gòu)象以及烯醇鋰鹽對(duì)叔丁基亞磺酰亞胺的靠近方式[19],因而它的加入是獲得高非對(duì)映選擇性(dr>20 ∶1)反應(yīng)產(chǎn)物的關(guān)鍵。原料最佳當(dāng)量比為8∶(CH3)2CHCO2CH3∶LDA∶ClTi(i-Pr)3=1 ∶6 ∶6 ∶12。
在6的合成中,并不需要加入路易斯酸即可獲得高立體選擇性反應(yīng)產(chǎn)物,但即便把10的用量提高到10 eq.以上,仍然有少量(7%)的11產(chǎn)生;繼續(xù)延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間也并不能使11完全轉(zhuǎn)化為6。
此研究獲得的手性雙氨基酯存在亞磺?;?,硫上有一孤對(duì)電子,這對(duì)銠配位可能會(huì)造成不利的影響,諸如催化劑中毒等。為了避免這個(gè)問(wèn)題的發(fā)生,我們對(duì)5進(jìn)行了拓展衍生。用4 mol·L-1鹽酸在二噁烷/甲醇體系中高效率地脫除叔丁基亞磺?;@得了雙氨基酯8。接著經(jīng)胺基官能化和水解的分步連續(xù)反應(yīng)獲得了雙氨基酸化合物9。該結(jié)構(gòu)中氨基上的氫具有一定的酸性,Du Bois J[20]的研究表明在手性內(nèi)酰胺雙核銠催化劑中,β-位磺酰胺基上的氫與酰胺的羰氧存在弱氫鍵作用,這個(gè)可能是使催化反應(yīng)獲得高立體選擇性的關(guān)鍵。
手性叔丁基亞磺酰胺是合成含氮化合物的優(yōu)良手性助劑,其與間苯二甲醛縮合所得的手性雙亞胺可簡(jiǎn)便快捷地構(gòu)建Rh2(esp)2配體的手性類似物,這一合成方法對(duì)于發(fā)展手性四羧酸雙核銠催化劑有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]DeAngelis A, Boruta D T, Lubin J B,etal. The chiral in paddlewheel complexes[J].Chem Commun,2010,46:4541-4543.
[2]Doyle M P, McKervey M A, Ye T. Modern Catalytic Methods for Organic Synthesis with Diazo Compounds:From Cyclopropanes to Ylides[M].New York:John Wiley & Sons,Inc.,1998:1-46.
[3]Evans P A. Modern Rhodium-catalyzed Organic Reactions[M].Weinheim:Wiley-VCH,2005:341-353.
[4]Davies H M L, Manning J R. Catalytic C-H functionalization by metal carbenoid and nitrenoid insertion[J].Nature,2008,451:417-424.
[5]Crabtree R H. Introduction toselective functionalization of C-H bonds[J].Chem Rev,2010,110:575-575.
[6]Davies H M L, Du Bois J, Yu J Q. C-H functionalization in organic synthesis[J].Chem Soc Rev,2011,40:1855-1856.
[7]Espino C G, Fiori K W, Du Bois J,etal. Expanding thescope of C-H amination through catalyst design[J].J Am Chem Soc,2004,126:15378-15379.
[8]Bess E N, DeLuca R J, Tindall D J,etal. Analyzing site selectivity in Rh2(esp)2-catalyzed intermolecular C-H amination reactions[J].J Am Chem Soc,2014,136:5783-5789.
[9]Du Bois J. Rhodium-catalyzed C-H amination.An enabling method for chemical synthesis[J].Org Process Res Dev,2011,15:758-762.
[10]Zalatan D N, Du Bois J. Understanding the differential performance of Rh2(esp)2as a catalyst for C-H amination[J].J Am Chem Soc,2009,131:7558-7559.
[11]Fiori K W, Du Bois J. Catalytic intermolecular amination of C-H bonds:Method development and mechanistic insights[J].J Am Chem Soc,2007,129:562-568.
[12]Reddy R P, Davies H M L. Dirhodium tetracarboxylates derived from adamantylglycine as chiral catalysts for enantioselective C-H aminations[J].Org Lett,2006,8:5013-5016.
[13]Liang C, Collet F, Dauban P,etal. Toward a synthetically useful stereoselective C-H amination of hydrocarbons[J].J Am Chem Soc 2008,130:343-350.
[14]Bickley J, Bonar-Law R, Steiner A,etal. Dirhodium (Ⅱ) carboxylate complexes as building blocks.Cis-chelating dicarboxylic acids designed to bridge the dinuclear core[J].New J Chem,2004,28:425-433.
[15]Robak M T, Herbage M A, Ellman J A. Synthesis and applications of tert-butanesulfinamide[J].Chem Rev,2010,110:3600-3740.
[16]Bo L, Lu C D. Asymmetric synthesis ofcis-2-aminocyclopropanols by intramolecular mannich addition of silyloxy benzyl carbanions[J].J Org Chem,2011,76:4205-4209.
[17]Ming Y, Lu C D. Three-component reactions of sulfonylimidates,silyl glyoxylates andN-tert-butanesulfinyl aldimines:An efficient,diastereoselective,and enantioselective synthesis of cyclicN-sulfonylamidines[J].Org Lett,2011,13:2782-2785.
[18]JiangJ L, Ming Y, Lu C D. Efficient synthesis ofα-quaternaryα-hydroxy-β-amino esters via silyl glyoxylate-mediated three-component reactions[J].Org Lett,2013,16:318-321.
[19]Tang T P, Ellman J A. Asymmetric synthesis ofα-amino acid derivatives incorporating a broad range of substitution patterns by enolate additions to tert-butyl sulfinyl Imines[J].J Org Chem,2002,67:7819-7832.
[20]Zalatan D N, Du Bois J. A chiral rhodium carboxamidate catalyst for enantioselective C-H amination[J].J Am Chem Soc,2008,130:9220-9221.
Synthesis of Novel Enantioenriched Analogues of Rh2(esp)2Ligand
HUANG Ze-ao1,2,LU Chong-dao1*
(1. Xinjiang Technical Institute of Physics & Chemistry, Chinese Academy of Sciences, Urumqi 830011, China;2. University of Chinese Academy of Science, Beijing 100049, China)
Abstract:A synthetic approach toward the enantioenriched analogues of α,α,α′,α′-tetramethyl-1,3-benzenedipropionic acid which was the ligand of Rh2(esp)2 catalyst was reported. In this process, the chiral (R)-tert-butanesulnyl diimine derived from 1,3-benzenedialdehyde was used in the nucleophilic additions of lithium ester enolates to give two novel chiral analogues of the “esp” esters that are (Rs,Rs′,R,R′)-β-amino esters and (Rs,Rs′,R,R′,R,R′)-α,β- aziridinyl esters in yields of 96% and 65% with excellent diastereoselectivity(dr>20 ∶1). The structures were characterized by1H NMR and (13)C NMR.
Keywords:Rh2(esp)2; dirhodium catalyst; tert-butanesulnyl diimine; (Rs,Rs′,R,R′)-β-amino ester; (Rs,Rs′,R,R′,R,R′)-α,β- aziridinyl ester; synthesis; chiral modification; diastereoselectivity
中圖分類號(hào):O621.3; O622.5
文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
DOI:10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.03.15115
作者簡(jiǎn)介:黃澤傲(1987-),男,壯族,廣西武宣人,博士研究生,主要從事有機(jī)金屬催化劑的設(shè)計(jì)、合成及其催化C-H官能化的研究。 E-mail: huangzeao@yahoo.com通信聯(lián)系人: 盧崇道,博士,研究員,博士生導(dǎo)師, E-mail: clu@ms.xjb.ac.cn
基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21172251)
收稿日期:2015-04-16;
修訂日期:2016-01-28