屠雙燕，寧 波，鐘建凱，姚曉菲，黃申林，費寶麗

(1.南京林業(yè)大學(xué)化學(xué)工程學(xué)院，江蘇 南京 210037；2.長春職業(yè)技術(shù)學(xué)院食品與生物技術(shù)分院，吉林 長春 130033)

自1992年Henry反應(yīng)被報道以來，因其生成C—C鍵的方法而在有機合成領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注.[1]很多含氮配體的金屬配合物催化不對稱Henry反應(yīng)成為近年來的研究熱點[2].手性希夫堿的金屬配合物已被用于包括Henry反應(yīng)的許多不對稱催化反應(yīng)中[1，3-6]，文獻[6]首次報道了手性銅希夫堿配合物催化的不對稱Henry反應(yīng).因為已有的不對稱Henry反應(yīng)催化劑存在一些應(yīng)用上的缺陷，所以有必要再開發(fā)性能優(yōu)良的新型催化劑.合成經(jīng)濟、環(huán)境友好型的手性催化劑備受人們關(guān)注，將天然產(chǎn)物及其衍生物作為手性骨架的研究引起了科研人員的高度重視.脫氫樅胺是天然林產(chǎn)品松香的重要衍生物，具有三環(huán)菲結(jié)構(gòu)和3個手性中心的光學(xué)純手性源，其衍生物從未用于Henry反應(yīng)中.[7]希夫堿與過渡金屬配位后能提高其催化能力.但即時生成和預(yù)先制備的具有確定晶體結(jié)構(gòu)的手性希夫堿銅配合物催化不對稱Henry反應(yīng)的效率是否存在區(qū)別還有待研究.因此，本文利用基于脫氫樅胺的吡啶希夫堿的光學(xué)純手性銅配合物(配合物的手性由配體遷移得到)，探討了配合物的類型、配體/金屬比例、溶劑種類、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間以及外加堿對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響，反應(yīng)示意圖見圖1.

圖1 苯甲醛和硝基甲烷的不對稱催化Henry反應(yīng)示意圖

1 實驗部分

1.1 試劑

圖2 光學(xué)純手性希夫堿配體L的結(jié)構(gòu)式

光學(xué)純手性希夫堿配體L(見圖2)及其光學(xué)純手性銅配合物[Cu(L)2Cl]Cl(1)和[Cu(L)2Br]Br(2)(見圖3)由本實驗室合成，并采用X射線單晶衍射對配合物1和2進行了表征.[8]

1.2 不對稱催化Henry反應(yīng)的實驗過程

將適量Cu(Ⅱ)鹽和0.1 mmol配體L置于20 mL無水乙醇中，所得的混合物在室溫下攪拌2 h，然后加入10 mmol苯甲醛和50 mmol硝基甲烷，在0℃條件下反應(yīng)48 h.減壓蒸出溶劑，用[V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶4]柱層析分離出無色油狀產(chǎn)品C8H9NO3.相同方法，只是將Cu(Ⅱ)鹽和0.1 mmol配體分別換成0.1 mmol配合物1、0.1 mmol配合物2，不對稱催化Henry反應(yīng)，同樣分離出無色油狀產(chǎn)品C8H9NO3.其1H NMR(500 MHz，d6-DMSO)δ：3.01(t，1H)， 4.5～4.75(d，2H)，5.39(s，1H)，7.31～7.46(m，5H).

2 結(jié)果與討論

2.1 晶體結(jié)構(gòu)描述

晶體結(jié)構(gòu)分析顯示配合物1和2屬于三斜晶系，P1空間群，Z值分別為4和2(見圖3).[8]每個Cu(Ⅱ)中心的配位數(shù)是五，Cu(Ⅱ)的配位構(gòu)型介于四方錐和三角雙錐之間.

2.2 不對稱催化Henry反應(yīng)

為尋找產(chǎn)率和對映選擇性最優(yōu)的催化劑，比較了由配體L與CuCl2，CuBr2，Cu(NO3)2和Cu(OAC)2即時生成的配合物及預(yù)先制備的配合物1和2等光學(xué)純手性銅配合物催化Henry反應(yīng)的能力(見表1).CuCl2和配體L即時生成的配合物的催化效果最好，這不同于文獻中多數(shù)情況下Cu(OAC)2是最好的金屬源[5，9]，這可能是由于所用配體的構(gòu)型和種類的不同所致.另外，配合物1和2并無催化活性，與手性Cu(Ⅱ)配合物作為不對稱催化Henry反應(yīng)的結(jié)果不一致.[10-11]這證實了文獻[5]提出的機理，即該反應(yīng)生成的中間體與Cu(Ⅱ)配位形成過渡態(tài)，配合物1和2中的Cu(Ⅱ)離子周圍被龐大的配體占據(jù)，阻礙了過渡態(tài)的形成，使得反應(yīng)無法發(fā)生.因此，以CuCl2-L作為催化劑來優(yōu)化反應(yīng)條件，得出了最佳的金屬/配體比(見表1)，顯然，CuCl2與配體L的物料比為3∶1時，產(chǎn)率及對映選擇性數(shù)據(jù)最好；當其低于或高于3∶1時，產(chǎn)率和對映選擇性均降低.

表1 不對稱催化Henry反應(yīng)催化劑的篩選a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

反應(yīng)溫度和時間對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響見表2.由表2可見：低于或高于0℃時，不對稱催化Henry反應(yīng)不發(fā)生；反應(yīng)時間在48 h以內(nèi)，反應(yīng)未發(fā)生；反應(yīng)時間延長至72 h，產(chǎn)率和對映選擇性都降低.因此，適宜的反應(yīng)溫度和時間分別是0℃和48 h.

表2 溫度和時間對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物質(zhì)的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

溶劑也是影響催化反應(yīng)的關(guān)鍵性因素.無水乙醇、乙腈和二氯甲烷3種溶劑對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響見表3.由表3可知，極性質(zhì)子溶劑無水乙醇是最佳溶劑.乙腈和二氯甲烷做溶劑時，反應(yīng)未能進行.[13]

表3 溶劑對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響a

a：加入的堿為0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物質(zhì)的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

外加堿在不對稱催化Henry反應(yīng)中的作用是使親核試劑失去質(zhì)子.[13]因此對不同堿的影響進行了探索，實驗結(jié)果見表4.不對稱催化Henry反應(yīng)在3種條件下都能發(fā)生，但Et3N作為外加堿時，對映選擇性最高.綜合考慮產(chǎn)率和對映選擇性，Na2CO3是最適合的選擇.

表4 不同外加堿對不對稱催化Henry反應(yīng)的影響a

a：加入0.5 mmol相應(yīng)的堿，CuCl2-L物質(zhì)的量比為3∶1；b：用文獻[12]的方法確定產(chǎn)品的對映選擇性.

3 結(jié)論

綜上所述，得出不對稱催化Henry反應(yīng)的最佳條件：以CuCl2與手性配體L(物質(zhì)的量比為3∶1)生成的即時配合物作為催化劑，Na2CO3為外加堿，溶劑為無水乙醇，反應(yīng)溫度為0℃，反應(yīng)時間為48 h.研究結(jié)果表明，即時生成的手性配合物Cu(Ⅱ)-L能夠催化不對稱Henry反應(yīng).這是松香的希夫堿衍生物首次用于不對稱催化Henry反應(yīng)的配體.對希夫堿的結(jié)構(gòu)進行修飾和優(yōu)化，使該反應(yīng)的產(chǎn)率和對映選擇性都得到提高.有助于開發(fā)新型松香基手性配體作為不對稱催化反應(yīng)的助劑.