邸相杰, 鄒 勝, 黃晴菲*, 范 挺*, 王啟衛(wèi)*
(1. 中國科學院 成都有機化學研究所,四川 成都 610041; 2. 中國科學院大學,北京 100491)
手性1,2-二芳基-1,2-乙二胺作為一種優(yōu)勢的手性配體或催化劑,廣泛應(yīng)用于不對稱合成反應(yīng)之中。該配體不僅可以和多種金屬,如Ru、Rh、Ir等配位,用于不對稱催化氫化[1-3]、轉(zhuǎn)移氫化[4-9]、Diels-Alder反應(yīng)[10]及Heck反應(yīng)[11],還可以用于合成結(jié)構(gòu)多樣的有機胺類催化劑用于催化醛、酮等羰基化合物的串聯(lián)環(huán)化反應(yīng)[12]。其中,手性1,2-二(2-甲氧基苯基)-1,2-乙二胺作為一種手性金屬配體[3],或有機小分子催化劑的前體化合物,以其獨特的空間效應(yīng)和電子效應(yīng),在不對稱氫化[8]和Betti/aza-Michael反應(yīng)[12]中表現(xiàn)出良好的催化效果。
Scheme 1
Scheme 2
目前,1,2-二芳基-1,2-乙二胺主要是通過以N-亞芐基-1,1,1-三甲基硅胺[13]、二苯基乙二醇[14]或二苯基乙二酮[1]為起始原料制備得到的。通過消旋體拆分的方法能得到光學純度的手性乙二胺衍生物。然而,也正是由于甲氧基所處的位置及較強的給電子共軛效應(yīng)的影響,直到2004年,Carpentier等人才以二(2-甲氧基苯基)乙二酮1為原料,經(jīng)過胺化、還原、水解等步驟完成了1,2-二(2-甲氧基苯基)-1,2-乙二胺的合成(Scheme 1)。但在其還原亞胺的關(guān)鍵步驟中,要使用金屬鋰/液氨在-78 ℃的反應(yīng)條件下進行,其在工業(yè)中的放大反應(yīng)受限。因此,尋找一種條件更為溫和的還原亞胺的方法,不僅能夠滿足1,2-雙(2-甲氧基苯基)-1,2-乙二胺的合成及下游的手性物質(zhì)的合成需要,也可以為其工業(yè)化生產(chǎn)提供必要的方法學參考。
本文以廉價易得的鄰甲氧基苯甲醛為原料,著力解決亞胺中間體還原過程中反應(yīng)條件苛刻等問題,首次在室溫下,利用Mg作為還原劑,在催化量碘單質(zhì)的引發(fā)下,以93%的分離收率得到關(guān)鍵中間體3。該制備方法不僅后處理簡單高效,同時,在放大制備的條件下,該關(guān)鍵步驟的收率也可保持不變。隨后,以L-酒石酸對其進行拆分得到光學純的(S,S)-1,2-二(2-甲氧基苯基)-1,2-乙二胺(Scheme 2),并通過1H NMR,比旋光度和手性HPLC對手性乙二胺的結(jié)構(gòu)及純度經(jīng)進行了確認。
Bruker AVANCE 300 MHz型核磁共振儀(TMS為內(nèi)標);LC-20AT VP型高效液相色譜儀;Polarimeter 341型旋光儀。
鄰甲氧基苯甲醛,98%,阿法埃莎(中國)化學有限公司;48%氫溴酸,98%環(huán)己酮,成都市科隆化學品有限公司;其余所用試劑均為分析純。
(1)1-1的合成
取鄰甲氧基苯甲醛(50.02 g, 0.37 mol, 1 eq.)和鋁箔(19.85 g, 0.74 mol, 2 eq.)加入2 L反應(yīng)釜中,加入100 mL甲醇,攪拌下加入KOH(123.32 g, 2.20 mol, 6 eq.)的甲醇(450 mL)溶液,緩慢升溫至回流,反應(yīng)6 h。冷卻至室溫,過濾,濾餅用甲醇(3×20 mL)洗滌,減壓蒸去甲醇,殘留物緩慢倒入1 L水中,劇烈攪拌1 h;過濾,濾餅用水(3×20 mL)洗滌,于50 ℃真空干燥得白色塊狀中間體1-148.03 g,無需進一步純化,直接進行下一步反應(yīng)。
化合物1-1[15]: m.p.151~153 ℃;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 7.26~7.15(m, 4H), 6.91~6.74(m, 4H), 5.26(d,J=5.0 Hz, 2H), 3.69(d,J=10.6 Hz, 6H), 3.13(d,J=5.4 Hz, 2H)。
(2)1的合成[16]
將1-1(48.03 g)溶于175 mL DMSO中,攪拌下滴加48%氫溴酸(75 mL),升溫至內(nèi)溫90~100 ℃,反應(yīng)3 h(TLC檢測)。反應(yīng)結(jié)束后,劇烈攪拌下,趁熱倒入500 mL水中,攪拌10 min,靜置過夜;傾出上清液,收集沉淀,于50 ℃真空干燥得深褐色針狀固體152 g, m.p.130~131 ℃;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 8.08(t,J=1.3 Hz, 2H), 7.55(ddd,J=1.8 Hz, 7.4 Hz, 9.1 Hz, 2H), 7.13(dd,J=0.8 Hz, 7.7 Hz, 2H), 6.95(d,J=8.3 Hz, 2H), 3.57(s, 6H)。
(3)2的合成[17]
將1(52 g)溶于175 mL冰醋酸中,攪拌下加入NH4OAc(98.91 g, 1.28 mol),加入環(huán)己酮50 mL,加熱至內(nèi)溫為100~110 ℃,反應(yīng)2 h(TLC檢測)。攪拌下將反應(yīng)液趁熱倒入500 mL水中,攪拌10 min;靜置后傾出上清液,再用300 mL水洗滌沉淀,用乙酸乙酯(150 mL)重結(jié)晶得黃色固體227.76 g,收率56%, m.p.110~112 ℃;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 7.49(d,J=7.4 Hz, 2H), 7.30(m, 2H), 7.00(m, 2H), 6.71(d,J=8.3 Hz, 2H), 3.15(s, 6H), 1.97(m, 4H), 1.84(m, 4H), 1.73(m, 2H)。
(4)3的合成
取化合物2(27.76 g, 0.10 mol, 1 eq.),加入甲醇540 mL,冰水浴下,先向反應(yīng)器中加入3.7 g鎂屑和碘粒(0.01 g, 0.052 mol, 0.0005 eq.),待氣泡緩和后,每1 h加入鎂屑(8.4 g,共計37.11 g),加畢,自然升至室溫,攪拌反應(yīng)過夜。反應(yīng)結(jié)束后,將反應(yīng)液用硅藻土過濾,旋干濾液,殘留物加入二氯甲烷250 mL及水250 mL,調(diào)至pH=7,分液,水相用二氯甲烷(2×50 mL)萃取,合并有機相,無水硫酸鈉干燥,過濾,濾液旋干得化合物326.08 g,收率93%, m.p.65~66 ℃;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 7.23~7.11(m, 4H), 6.86~6.76(m, 4H), 4.53(s, 2H), 3.62(s, 6H), 2.56(s, 2H), 1.80(m, 4H), 1.72(m, 4H), 1.47(t,J=5.6 Hz, 2H)。
(5)4的合成
取化合物3(26.08 g),加入四氫呋喃120 mL,冰水浴冷卻,緩慢滴加 2N HCl(83 mL),滴畢,于室溫攪拌反應(yīng)1 h。加入純水(138 mL),用二氯甲烷(3×50 mL)萃取,合并水相,用2N NaOH調(diào)至pH=10,用二氯甲烷(3×60 mL)萃取,合并有機相,無水硫酸鈉干燥,過濾,濾液旋干得化合物417.75 g,收率82%, m.p.84~86 ℃,dr3/1;1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 7.23~7.20(m, 2H), 7.14~7.09(m, 2H), 6.84~6.79(m, 2H), 6.77~6.75(m, 2H), 4.45(s, 2H), 3.78(s, 6H), 1.80(s, 4H);1H NMR(300 MHz, CDCl3)δ: 7.30~7.28(m, 2H), 7.23~7.20(m, 2H), 6.95~6.86(m, 2H), 6.84~6.79(m, 2H), 4.50(s, 2H), 3.76(s, 6H), 1.80(s, 4H)。
(6)5的化學拆分[18]
對反應(yīng)條件進行了優(yōu)化探索。出于金屬單質(zhì)的性質(zhì)及成本考慮,首先嘗試使用金屬鎂代替鋰直接還原亞胺,結(jié)果顯示該反應(yīng)無法進行(Entry 1)?;谖墨I[13,19]報道,考慮到該還原過程可能為金屬介導的自由基還原。在室溫下采用甲醇作為質(zhì)子源,對引發(fā)劑進行了考察(Entry 2~3)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)碘單質(zhì)及AIBN均能夠推動還原反應(yīng)的進行?;诔杀镜目紤],以碘單質(zhì)作為添加劑,對金屬鎂的用量進行了篩選,當用量增大到15 eq.時(Entry 5),能夠以93%的收率得到目標化合物,繼續(xù)增加金屬鎂的用量,對收率提高不明顯(Entry 6)。隨后,進一步對碘的用量進行了篩選,結(jié)果發(fā)現(xiàn)碘的用量幾乎對反應(yīng)收率無影響(Entry 7~8)。
表1 亞胺還原的條件篩選Table 1 Condition screening for imine reduction
為進一步考察反應(yīng)的實用性,將還原反應(yīng)進行了放大。結(jié)果顯示,在室溫下,將反應(yīng)在放大至0.5 kg時,收率依然較高。此外,該過程的反應(yīng)單一,后處理簡單,未反應(yīng)完的鎂屑通過簡單的活化即可回收使用。同時,該反應(yīng)能夠在空氣氛圍下進行。
表2 亞胺還原的放大Table 2 Large-scale of imine reduction
以廉價易得的鄰甲氧基苯甲醛為原料,首次在室溫下,以Mg為還原劑,以93%的分離收率得到關(guān)鍵中間體(3)。通過對該關(guān)鍵步驟的放大實驗,進一步驗證了該方法的應(yīng)用潛力。