含吡啶基24元環(huán)鏻鹽的合成和結(jié)構(gòu)研究

王迪 左偉偉

摘? ? ? 要： 膦-醛分子是合成手性氮膦配體的重要原料，但由于膦-醛的兩性結(jié)構(gòu)，很難獲得高的產(chǎn)率和純度。使用穩(wěn)定的鏻鹽作為前體和堿反應(yīng)是合成膦-醛分子的有利方法。通過二苯基膦鉀和2-甲磺酸甲酯-6-二甲氧基甲基吡啶3反應(yīng)獲得含磷基的縮醛，在酸催化下合成吡啶基鏻鹽[-PPh2CH2C5H3NCHOH）]4（Cl）4 4。根據(jù)核磁和X射線單晶衍射發(fā)現(xiàn)，該化合物是4縮聚形成的24元大環(huán)結(jié)構(gòu)，且和堿反應(yīng)可成功獲得含有氮活性位點(diǎn)的不穩(wěn)定的膦醛分子PPh2CH2C5H3NCHO 5。

關(guān)? 鍵? 詞：鏻鹽;膦-醛結(jié)構(gòu);氮活性位點(diǎn)

中圖分類號(hào)：TQ 031.2? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ?文章編號(hào)： 1671-0460（2019）09-2025-04

Abstract： Phosphine-aldehyde molecules are important raw materials for the synthesis of chiral N/P ligands. Due to the amphoteric structure， it is difficult to obtain high yields and purity of phosphine-aldehydes. A solution way is to use stable sulfonium salts as a precursor， it reacts with base to produce the phosphine-aldehyde molecules. A new pyridylphosphonium salt [-PPh2CH2C5H3NCHOH）]4（Cl）4 4 is obtained from the reaction of phosphine-aldehydes with acid. According to the nuclear magnetic resonance and X-ray single crystal diffraction， the compound 4 is a 24-membered macrocyclic structure formed by 4-condensation， and the reaction with a base can successfully obtain unstable phosphine-aldehydes PPh2CH2C5H3NCHO 5 containing nitrogen active sites.

Key words： Phosphonium salts; Phosphine-aldehyde structures; Nitrogen active site

鏻鹽作為多種有機(jī)膦化合物的重要原料，在離子液體[1]、抗腫瘤劑[2]、抗菌劑[3]以及多種生物[4，5]和化工原料[6-9]的合成中有廣泛的應(yīng)用。另外，隨著手性現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，作為葉立德和受抑的lewis對(duì)的前體，鏻鹽衍生物在有機(jī)和不對(duì)稱合成中的應(yīng)用逐漸增加[10-12]，尤其是作為手性氮磷配體的原料受到廣泛關(guān)注。其中磷原子是相對(duì)較“軟”的π受體，可以在P，P或N，N配體中穩(wěn)定金屬中心，而氮原子是較“硬”的σ供體，與金屬中心產(chǎn)生較弱的配位，容易在溶液中解離以提供用于底物配位的空位[13]。

含有膦基和親電基團(tuán)的如醛基的分子是合成氮磷配體的重要原料，但由于膦帶有孤對(duì)電子，可和親電基團(tuán)發(fā)生親電加成形成CP鍵，從而發(fā)生非選擇性聚合，難以獲得良好的收率和純度。Matt及其同事[14]發(fā)現(xiàn)，二苯基膦鋰和鹵代的縮乙醛反應(yīng)獲得的2-二苯基膦基縮乙醛在鹽酸催化下，可獲得穩(wěn)定的鏻二聚體A，而不會(huì)發(fā)生非選擇性聚合，如圖1（1）所示。

根據(jù)這一現(xiàn)象，Morris等[15]通過改變膦上取代基和膦與活性碳之間碳原子的數(shù)目，合成了具有不同結(jié)構(gòu)的鏻鹽B-E，。其中A-C可作為膦-醛結(jié)構(gòu)的前體，和堿反應(yīng)后，可以和對(duì)映體純的胺或二胺發(fā)生Schiff堿縮合反應(yīng)，是合成手性PNNP和PNN配體的重要原料[16-20]。

談雪峰等[21]報(bào)道了一篇有關(guān)釕的催化劑，在配體合成過程中，使用了含吡啶基的膦-醛結(jié)構(gòu)作為反應(yīng)中間體，最后合成了四齒釕催化劑，可用于脂類還原，特別是對(duì)于脂肪酸酯的加氫擁有高的活性。

結(jié)合上述的酸催化鏻鹽合成的途徑，設(shè)計(jì)合成了骨架上具有吡啶基的鏻鹽，和堿反應(yīng)可獲得含有吡啶氮作為活性位點(diǎn)的膦-醛化合物，可用于氮磷配體及其催化劑的合成。

1? 吡啶基鏻鹽的制備

1.1? 儀器和試劑

涉及空氣敏感物質(zhì)的操作均在氬氣或氮?dú)鈼l件下使用Schlenk技術(shù)或具有N2（g）的手套箱進(jìn)行。

所有溶劑在使用前使用標(biāo)準(zhǔn)程序脫氣并干燥（THF使用鈉干燥;CH2Cl2和MeOH使用氫化鈣干燥）。先前已經(jīng)報(bào)道的2-甲磺酸甲酯-6-二甲氧基甲基吡啶3根據(jù)文獻(xiàn)合成[21，22]。所有試劑均通過商業(yè)方法購買并無需進(jìn)一步純化即可使用。使用Bruker 600 MHz光譜儀在環(huán)境溫度和壓力下記錄NMR光譜（1H為600 MHz，13C為151 MHz，31P為243 MHz）。使用具有MoKα輻射（λ = 0.710 73）的Nonius Kappa-CCD衍射儀收集單晶X射線衍射數(shù)據(jù)。使用SHELXTL V6.1解析和細(xì)化結(jié)構(gòu)。

1.2? 合成方法

在氮?dú)獾氖痔紫渲?，稱量1 g的二苯基膦（5.4 mmol）倒入200 mL的Schlenk瓶中并用100 mL的四氫呋喃溶解，攪拌條件下慢慢加入氫化鉀（0.24 g，5.9 mmol），發(fā)現(xiàn)溶液從無色逐漸變?yōu)樯罴t色。反應(yīng)1 h后，稱量2-甲磺酸甲酯-6-二甲氧基甲基吡啶（1.40 g，5.4 mmol）于200 mL圓底瓶中，并在攪拌條件下慢慢將200 mL的Schlenk瓶的溶液滴加到圓底瓶中，最后溶液的顏色為淺黃色。滴加完后，攪拌5 min后，用橡皮塞密封，拿出手套箱，并加入用水稀釋一倍的濃鹽酸（0.9 mL，10.8 mmol），攪拌過夜，發(fā)現(xiàn)白色沉淀逐漸析出。產(chǎn)率：1.85 g，77%。1H NMR （600 MHz， MeOD） δ 8.34 （t， JHH=7.81 Hz， 1H， ArH）， 7.92 （d， JHH = 7.9 Hz， 1 H， ArH）， 7.49～7.40 （m， 11H， ArH）， 5.77 （s， 1H， CHOH）， 4.06 （s， 2H， CH2），13C NMR （151 MHz， MeOD） δ 155.31 （s， ArC）， 147.52 （s， ArC）， 136.72 （d， JCP = 15.0 Hz， ArC）， 133.99 （d， JCP = 20.1 Hz， ArC）， 130.97 （s， ArC）， 130.04 （d， JCP = 7.0 Hz， ArC）， 128.67 （d， JCP =5.56 Hz， ArC）， 123.24 （s， ArC）， 93.83 （s， CHOH）， 34.65 （d， JCP =23.0 Hz， CH2），31P NMR （243 MHz， MeOD） δ 32.41， -1.86。

2? 結(jié)果與討論

2.1? 吡啶基鏻鹽及膦-醛結(jié)構(gòu)的合成方案探討

吡啶基的鏻鹽的前體和膦-醛結(jié)構(gòu)的合成方案如圖2所示。以2，6-吡啶二甲酸二甲酯為原料，通過文獻(xiàn)方法合成2-甲磺酸甲酯-6-二甲氧基甲基吡啶3[21，22]。二苯基膦和氫化鉀反應(yīng)生成的親核性更強(qiáng)的二苯基膦鉀和甲磺酸酯基發(fā)生親核取代，生成2-二苯基膦甲基-6-二甲氧基甲基吡啶，是膦-縮醛的結(jié)構(gòu)，以鹽酸作為催化劑，可獲得白色固體狀的鏻鹽4。該化合物對(duì)空氣穩(wěn)定，放置較長時(shí)間不會(huì)發(fā)生變質(zhì)。

2.2? 鏻鹽的核磁表征

從核磁共振膦譜上可看出，主要有兩個(gè)單峰，膦的化學(xué)位移位32.41 ppm和-1.86 ppm，其中-1.86 ppm的峰是主要峰。為確定兩個(gè)膦峰代表的化合物是否是鏻鹽的異構(gòu)體，在手套箱中將鏻鹽和等當(dāng)量的甲醇鈉在甲醇中反應(yīng)，通過核磁共振膦譜發(fā)現(xiàn)只有一個(gè)尖峰，化學(xué)位移為-9.64 ppm。

2.3? 鏻鹽的X-射線單晶衍射表征

為了確定鏻鹽的立體結(jié)構(gòu)，以甲醇為良溶劑，乙醚為不良溶劑進(jìn)行擴(kuò)散結(jié)晶，并通過X射線單晶衍射獲得，含吡啶基鏻鹽4的單晶結(jié)構(gòu)如圖3所示。從圖3中，可發(fā)現(xiàn)氧和氫的峰，說明該化合物確實(shí)有羥基生成。另外，吡啶基鏻鹽的P1C1的鍵長和鏻鹽B和C相同位置的鍵長相似[15]，且相比于和P1相連的其他碳的鍵長，P1C1的鍵長稍大，這可能是因?yàn)橄噜徰踉拥奈娮有?yīng)。且根據(jù)圖3可知，手性碳C2、C8和C15均為R構(gòu)型，而C22為S構(gòu)型。

另外，從圖3中可以看出，吡啶基鏻鹽是四縮聚形成的24大環(huán)分子，這可能是因?yàn)檫拎きh(huán)的存在使得形成環(huán)狀鏻鹽的空間位阻增加，從而形成了四聚體的結(jié)構(gòu)。另外，從圖3中發(fā)現(xiàn)，雖然加入了過量的鹽酸，但吡啶基的氮沒有和氫配位，這可能是因?yàn)槭紫劝l(fā)生的是鏻鹽的合成，由于鏻鹽從四氫呋喃溶液中析出導(dǎo)致氮和氫無法發(fā)生配位，具體的原因還需進(jìn)一步探索。

3? 鏻鹽和堿反應(yīng)生成膦-醛分子

吡啶基鏻鹽4在堿的作用下可重新生成6-二苯基膦甲基吡啶-2-甲醛5，推測(cè)的機(jī)理是強(qiáng)堿拔去羥基的氫，使得氧帶負(fù)電荷，進(jìn)攻相鄰碳原子，最后負(fù)電荷傳遞到膦上，發(fā)生碳膦鍵的斷裂，獲得膦-醛結(jié)構(gòu)。需要注意的是，因?yàn)殪⑹怯H核基團(tuán)，醛基是親電基團(tuán)，故膦-醛分子5不穩(wěn)定，膦會(huì)進(jìn)攻醛基帶正電荷的碳變質(zhì)，可從核磁共振膦譜上觀察到在-10 ppm左右有多個(gè)尖峰，且核磁共振氫譜上9-10 ppm處醛的活潑氫的峰消失（圖4）。

4? 結(jié) 論

因?yàn)殪⒒怯H核試劑，而醛基是親電試劑，所以膦-醛分子為兩性分子，易于發(fā)生非選擇性聚合而不穩(wěn)定。通過形成穩(wěn)定鏻鹽前體的方法可以對(duì)它進(jìn)行保存，且和強(qiáng)堿反應(yīng)又可生成膦-醛的結(jié)構(gòu)。本文通過含吡啶基的鹵代縮醛和二苯基膦鉀反應(yīng)獲得的膦-縮醛結(jié)構(gòu)可在酸性條件下生成相應(yīng)的鏻鹽4，是四縮聚形成的24元大環(huán)的結(jié)構(gòu)，在空氣中穩(wěn)定，且通過核磁和X射線單晶衍射確定了它的結(jié)構(gòu)，可用于氮膦配體及其催化劑的合成。

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