金鸡纳生物碱的金属络合物用于

第11卷第4期分 子 催 化Vol.11,No.4 1997年8月JOURNAL OF MOL ECULAR CA TAL YSIS(CHINA)Aug.　1997　
研究简报305-308
金鸡纳生物碱的金属络合物用于
苯乙酮的不对称催化还原
刘　湘
(无锡轻工大学化工系　无锡214036)
李纪国　张　正
(南京大学化学系　南京210093)
关键词　金鸡纳生物碱　手性络合物　不对称还原　苯乙酮
分类号　O643.32
近10多年来,前手性酮的不对称还原反应作为制备光学活性醇的方法之一得到了广泛的研究[1].这些不对称还原反应大多利用手性配体与还原剂形成的络合物进行反应.例如Brown等[2,3]利用Ipc2BCl和Eap2BCl,Noyori等[4]利用B INAL2H进行的化学计量不对称还原反应;Itsuno和Corey等[5,6]利用Oxazaborolidines进行的催化不对称还原反应.除催化氢化外,用手性配体与过渡金属形成的手性络合物催化不对称还原反应的报道较少,Pfattz 等[7]在催化量的Co2Scmicorrin手性络合物存在下,用NaBH4还原α,β2不饱和羧酸酯.事实上,手性配体与过渡金属形成的络合物在其它类催化不对称合成中的应用很广[8].本文将利用天然易得的手性金鸡纳生物碱与过渡金属原位制得的络合物来催化苯乙酮的不对称还原,并考察由手性配体与不同的过渡金属盐形成的手性络合物的催化性能及手性络合物的组成对催化性能的影响.
1.实验部分
1.1仪器和试剂
气相色谱分析用上海分析仪器厂产103型色谱仪(PEG20M毛细管色谱柱,柱长25m,内径0.3mm,柱温180℃,气化室230℃);旋光度用日本A TA GO公司的POLAX型旋光仪测定.奎尼定、辛可宁、辛可尼定为英国BDH产品,K BH4为意大利进口分装,其它为国产
A R或C P级试剂.
1.2典型的原位手性络合物催化剂制备和苯乙酮的催化不对称还原
0.324g奎宁(1mmol)和0.119g CoCl2・6H2O(0.5mmol)的95%乙醇(20mL)溶液在室温下搅拌5h,待用.
上述溶液被冷至0℃,加入0.405g硼氢化钾(7.5mmol)并搅拌10min,然后把刚蒸过的1.20g苯乙酮(10mmol)溶于95%的乙醇(10mL)溶液,在2h内缓慢滴加到上述混合液中,维持0℃至反应结束(TLC与GC监测,约70h),用1%HCl溶液淬灭反应,并在此混合
1996209212收到初稿,1997204223收到修改稿.刘湘:男,33岁,硕士,讲师.
液中滴加1mol/L HCl 溶液至p H =4,然后用乙醚(3×50mL )萃取,合并醚液用无水硫酸钠
干燥,过滤后减压蒸去溶剂得粗产品,然后用硅胶柱层析(乙醚/环己烷=1/9洗脱),得纯产
品1.03g ,[
α]D 20=+22.4(C =7.10,环戊烷),与文献值[9][α]D 22=+43.1(C =7.19,环戊烷),R 2(+)212苯基乙醇比较,产物ee 值为52%,构型为R 型.
2结果和讨论
2.1各种手性催化剂对反应的影响
本文选用了4种天然价廉的金鸡纳生物碱(2)2奎宁((2)2quinine ).(+)2奎尼定((+)2
quinidine )、
(+)2辛可宁((+)2cinchonine )、(2)2辛可尼定((2)2cinchonidine )作手性配体,其结构如下
:
X =OMe ,(2)2quinine X =OMe ,(+)2quinidine
X =H ,(2)2cinchonidine
X =H ,(+)2cinchonine
各种手性催化剂(包括手性配体与手性络合物)对反应的影响见
表1.从表中数据可见,使用同摩尔数的手性络合物(entries 124)比使用同摩尔数的手性配体(entries 5-8)的催化效果要好得
多,这从产物的ee 值可以看出,
得到的产物12苯基乙醇的ee 值要高2倍多,甚至比使用化学计量的手性配体(entry10)的催
表1不同手性络合物及手性配体对产物对映体过量的影响a Table 1E ffect of different chiral com plexes and chiral ligands on the enantiomeric excesses of the product Entry Chiral ligand (%)CoCl 2(%)Y ield b (%)ee c (%)Conformation
1Quinine (10)58652R 2Quinidine (10)58541S 3Cinchonidine (10)58447R 4Cinchonine (10)58439S 5Quinine (10)08819R 6Quinidine (10)08813S 7Cinchonidine (10)08715R 8Cinchonine (10)08612S 9
Quinine
(50)
76
32
R
10Quinine (100)07240R
　a.Acetophenone :10mmol ;K BH 4:7.5mmol ;All the reactions were carried
out at 0℃for 70h in EtOH (30mL ).
　b.Y ields of isolated product.Conversion >95%(based on GC analysis ).
　c.Based on maximum reported [α]D 22=43.1(C =7.19cyclopentane )[9]
化效果还好.此外,从产物构型
可以看出,通过选择合适的生物
碱能得到(R )2或(S )2对映体中任一种过量的产物.反应历程可能为手性催化剂与苯乙酮形成过
渡态,在此手性环境下,使K BH 4进攻苯乙酮时某一方向更为有利,导致某一对映体产物过量.由于手性络合物中过渡金属离子的配位能力强,故比单独的手性配体有较好的手性环境,使得产物的对映体过量值高出许
多.手性络合物的结构和具体的
历程还有待于进一步研究证实.
2.2不同的手性络合物对反应的
影响由于金属离子的配位能力越强,形成手性络合物的能力越强,反应过程中与底物的结合能力也强[10a ,10c ],使反应过渡态有较好的手性环境,而导致产物有较高的ee 值.从表2数据可知,产物的ee 值变化并不与金
603 分 子 催 化 第11卷
属离子的配位能力(Cu (Ⅱ
)>Co (Ⅱ)>Zn (Ⅱ))[10a ]一致.导致产物的ee 值变化的因素,是由表2手性配体与不同的过渡金属盐形成的络合物对产物对映体过量的影响a Table 2E ffect of complexes prepared from chiral ligand and various transition metal salts on the enantiomeric excesses of the product
Entry Metal salt (%)Y ield b (%)ee c (%)Conformation
1CoCl 2(5)8652R 2CuCl 2(5)8337R 3
ZnCl 2
(5)
86
35
R
4Zn (OAc )2
(5)8423R
a.Quinine :1mmol.Others are the same as in Table 1.
b.See footnote b in Table 1;
c.See footnote c in Table 1.于还原电位较高的部分Cu (Ⅱ
)在此反应过程中被还原为Cu (0)(观察到有少量暗
红色粉末生成),失去了配位能力,而K BH 4对Co (Ⅱ
)与Zn (Ⅱ)的还原影响要小些[10b ].表2中entries 1-3数据反映了金属离子形成手性络合物的能力和络合物中金属离子被还原的难易程度综合作用的结果.此外,配位阴离子不同对反应也有
影响,配位阴离子体积大,既影响中心离子与手性配体的配位[10a ],也影响反应底物与中心离子的接近,最终使产物的ee 值降低,因此醋酸锌的效果要比氯化锌差.
2.3手性络合物催化剂的组成对反应的影响
催化剂的组成,指手性配体与金属离子的摩尔比及两者在反应体系中的浓度两个方面.
表3手性络合物催化剂的组成对产物对映体过量的影响a Table 3E ffect of composition of chiral complex catalyst on the enantiomeric excesses of the product
Entry Quinine (%)Quinine ∶CoCl 2
b
Y ield c (%)ee d (%)Conformation
1101∶18547R 2102∶18652R 3104∶18643R 41010∶18729R 512∶18810R 6
5
2∶1
86
36
R
7202∶18157R 8502∶17561R
a.Reaction conditions are the same as in Talbe 1;
b.Molar ratio ;
c.See footnote b in Table 1;
d.See footnote c in Table 1.
我们研究了手性配体奎宁与Co 2
Cl 2・6H 2O 形成的手性络合物催化剂的组成变化对反应的影响,
结果列于表3.从表3中的数据可知,保持奎宁的含量不变,两者的摩尔比从1∶1升至10∶1时,产物12苯基乙醇的ee 值先从47%升到52%,再分别降至43%和29%,因此手性配体与CoCl 2的最佳摩尔比为2∶1.此
结果表明,有一个过渡金属中心
离子与两个手性配体参与了手性
络合物的形成.
从表3还可看出,保持手性配体与CoCl 2的摩尔比为2∶1,当手性配体的摩尔分数超过10%时,产物的ee 值并没有如我们所期望的增加很多,产率却下降了;而减少手性配体的浓度,ee 值则直线下降.综合考虑,由10%手性配体与5%CoCl 2原位制备的手性络合物催化剂最适合我们所研究的反应.
参考文献
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c )Singh V K.Practical an
d Useful Methods for th
e Enantioselective Reduction o
f Uns ymmetrical K etones.S yn 2
7
03第4期 刘　湘等:金鸡纳生物碱的金属络合物用于苯乙酮的不对称催化还原
803 分 子 催 化 第11卷
thesis,1992,605
2Brown H C,Chandrasekharan J,Ramachandran P V.Highly E fficient Asymmetric Reduction ofα2Tertiary Alkyl K etones with Diisopinocampheylchloroborane.J Org Chem,1986,51:3394
3Brown H C,Ramachandran P V,Teodorovic A V et al.　β2Chlorodiiso222ethyl2apopinocampheylborane:an Ex2 tremely E fficient Chiral Reducing Agent for the Reduction of Prochiral K etones of Intermediate Steric Re quire2 ments.Tet rahedron L ett,1991,32:6691
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C atalytic Asymmetric R eduction of Acetophenone in the Presence
of Some Metal Complexes of Cinchona Alkaloids
L IU Xiang
(Depart ment of Chemical Engi neeri ng　W uxi U niversity of L ight Indust ry　W uxi214036)
L I Jiguo　ZHAN G Zheng
(Depart ment of Chemist ry　N anjing U niversity　N anjing210093)
Abstract
Chiral complexes prepared i n sit u from cinchona alkaloids and metal salts were applied to the catalytic asymmetric reduction of acetophenone for the first time.The results of using chiral com2 plexes were much better than that of using chiral ligands.Effect of chiral complexes prepared from chiral ligands and various metal salts and effect of different catalyst compositions on reaction were also examined.The highest ee value of12phenylethanol was61%under suitable reaction conditions.
Keywords　Cinchona alkaloid,Chiral complex,Asymmetric reduction,Acetophenone。