CN101073781A - 含联萘轴手性功能基的4－二甲胺基吡啶有机分子催化剂及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类含联萘轴手性功能基的4－二甲胺基吡啶有机分子催化剂及其制备方法，以4－二甲胺基吡啶为原料，以碳酸钾和四丁基氢氧化铵为催化剂，在溶剂二氯甲烷中，加入液溴，得到3－溴－4－二甲胺基吡啶；在四氢呋喃中，加入叔丁基锂，得到3－锂－4－二甲胺基吡啶；在四氢呋喃中，于－78℃下，加入二氧化碳，得到4－二甲胺基吡啶－3－羧酸锂，经盐酸酸化后得到3－羧酸基－4－二甲胺基吡啶，与氯化亚砜在回流温度下作用得到4－二甲胺基吡啶－3－甲酰氯；于0－40℃，在二氯甲烷中，在碱催化下，与轴手性的联萘胺作用，得到目标含联萘轴手性功能基的4－二甲胺基吡啶有机分子催化剂。催化苯甲酰氯与消旋的α－甲基苄醇的不对称反应，高收率85－92％得到手性酸酯，对映选择性ee值达68－92％。
Description
技术领域
本发明涉及一类含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，具体地讲是公开了一类含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机小分子催化剂及其制备方法。
背景技术
手性4-二甲胺基吡啶类化合物是一类重要的有机小分子催化剂，在很多有机催化不对称反应中表现出很好的手性诱导能力(E.F.Scriven，Chem.Soc.Rev..1983，129；D.J.Guerin，S.J.Miller，T.Lectka，Chem.Rev.2003，103，2985；and G.C.Fu，Acc.Chem.Res.2004，37，542.)。最近，许多新的手性4-二甲胺基吡啶类化合物被合成出来，并且在许多不对称反应中具有非常高的催化活性和对映选择性(C.O Dálaigh，S.J.Hynes，D.J.Maher，S.J.Connon，Org.Biomol.Chem.2005，3，981；Scott A.Shaw，Pedro Aleman，Justin Christy，Jeff W.Kampf，Porino Va，andEdwin Vedejs，J.Am.Chem.Soc.2006，128，925；Shinji Yamada，*Tomoko Misono，Yuko Iwai，Ayako Masumizu，and Yukiko Akiyama，J.Org.Chem.2006，71，6872；and Huy V.Nguyen，MajidMotevalli，Christopher J.Richards，Synlett 2007，725.)。
手性4-二甲胺基吡啶类化合物作为催化剂，可用于动力学拆分消旋的醇、胺、氨基酸等反应，尽管人们已经做了大量研究工作，但是使用已有的手性4-二甲胺基吡啶类化合物作为催化剂只能对特定底物呈现高的活性和对映选择性，并不能对所有的底物获得理想的结果。因此，研究开发新型、高效的手性4-二甲胺基吡啶有机小分子催化剂是必须的。
发明内容
本发明的目的旨在开发一种新型的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，本发明的另一个目的是提供上述新型的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂的制备方法。
本发明的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，它具有以下化学结构通式的化合物：
式中R为H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-双三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-双-(3，5-双三氟甲基苯基)苯基、4-联苯基、2-萘基或1-萘基。联萘结构为(R)或(S)构型的轴手性功能基。
本发明的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂的制备方法，其反应式如下：
本发明的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂的制备方法，其合成方法如下：
A.4-二甲胺基吡啶为原料，在室温下，以碳酸钾和四丁基氢氧化铵为催化剂，在溶剂二氯甲烷中，加入液溴，得到3-溴-4-二甲胺基吡啶；4-二甲胺基吡啶与碳酸钾及液溴摩尔比为1∶10∶2.0，四丁基氢氧化铵与4-二甲胺基吡啶摩尔比是0.01∶1；
B.将上步得到的3-溴-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃中，于-78-0℃下，加入叔丁基锂，得到3-锂-4-二甲胺基吡啶，即M为锂；3-溴-4-二甲胺基吡啶与叔丁基锂摩尔比是1∶2；
C.将上步得到的3-锂-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃中，于-78℃下，加入二氧化碳，得到4-二甲胺基吡啶-3-羧酸镁、锂、钠、或钾(即R1为镁、锂、钠、或钾)，经盐酸酸化后得到3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶(即R1为H)；3-锂-4-二甲胺基吡啶与二氧化碳的摩尔比为1∶5；
D.将上步得到的3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶，与氯化亚砜在回流温度下作用，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯；3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶与氯化亚砜摩尔比为1∶10；
E.将上步得到的4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯，于0-40℃，在二氯甲烷中，在碱催化下，与轴手性的联萘胺作用，得到目标含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂。所述的碱包括三乙胺，吡啶，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸氢钾；4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯与轴手性的联萘胺及碱的摩尔比是1∶1.0～1.5∶2。
其中所述的步骤B可以采用如下方法：
将A步得到的3-溴-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃或乙醚中，于-10-0℃下，加入异丙基溴镁，得到3-溴镁-4-二甲胺基吡啶，即M为溴镁；3-溴-4-二甲胺基吡啶与异丙基溴镁摩尔比为1∶2.0；步骤C采用的原料为3-溴镁-4-二甲胺基吡啶，3-溴镁-4-二甲胺基吡啶与二氧化碳的摩尔比为1∶5。
本发明所述的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，可高收率85-92％得到手性酸酯，对映选择性ee值达68-92％。
具体实施方式
通过下述实例有助于进一步理解本发明，但并不限制本发明。
实例1：催化剂的制备：(R)-N-(1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
在室温下，将100mL饱和碳酸钾和5mL 1.3％四丁基氢氧化铵，加入溶解有5.0g(41mmol)4-二甲胺基吡啶的100mL二氯甲烷溶液。在剧烈搅拌下，用恒压漏斗慢慢滴加溶解有4.2mL(82mmol)液溴的25mL二氯甲烷溶液，30分钟加毕。反应混合物在室温继续搅拌4小时后，转入分液漏斗中，分得有机相，用水300mL分三次洗涤，加入无水硫酸镁干燥。过滤，蒸去溶剂，得到黄色油状物。以乙酸乙酯为淋洗剂，经硅胶柱色谱分离，得到3-溴-4-二甲胺基吡啶4.3g，收率53.5％.
将4.0g(20mmol)3-溴-4-二甲胺基吡啶溶解于50mL无水四氢呋喃中，冷却至-78℃下，用注射器逐滴加入叔丁基锂己烷溶液(40mmol，1.5M，27mL)，1小时加毕，继续在此温度下搅拌3小时，然后通入干燥的二氧化碳(100mmol)，继续搅拌12小时。升至0℃，向混合物中加入50mL饱和碳酸钾水溶液，搅拌30分钟，转移至分液漏斗中，分得下层水相。通过真空旋蒸仪将水蒸去，残渣用30mL乙醇溶解后，通过加有硅藻土的抽滤瓶过滤，滤液蒸去溶剂，残渣再次用30mL乙醇溶解，再此重复操作两次，蒸去乙醇，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酸钾盐。
向所得的4-二甲胺基吡啶-3-甲酸钾盐中，加入氯化亚砜23.8g(0.2mol)，加热至78℃，并搅拌12小时。蒸去过量的氯化亚砜，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯。
将1.85g(0.01mol)4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯，溶解于无水二氯甲烷(30mL)中，冷却至0℃，加入溶解有2.95g(0.01mol)(R)-1，1-联萘-2，2-亚甲基环胺和2.02g(0.02mol)三乙胺的二氯甲烷(20mL)溶液。20分钟加毕，继续在室温搅拌3小时。反应结束，常规处理，得到纯的(R)-N-(1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，0.93g，四步收率21.0％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm：2.83(s，CH3，3H)，3.02(s，CH3，3H)，3.90(d，J＝13.5Hz，1H)，4.45(d，J＝13.0Hz，1H)，5.56(d，J＝13.5Hz，1H)，6.60(d，J＝12.6Hz，1H)，7.27-7.54(m，Ar-H，8H)，7.65-7.76(m，Ar-H，1H)，7.92-8.08(m，Ar-H，5H)，8.32-8.37(m，Ar-H，1H)。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率82％，对映选择性ee值达69％。
实例2：催化剂的制备：(S)-N-(1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
将1.85g(0.01mol)4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯，溶解于无水二氯甲烷(30mL)中，冷却至0℃，加入溶解有2.95g(0.01mol)(S)-1，1-联萘-2，2-亚甲基环胺和2.02g(0.02mol)三乙胺的二氯乙烷(20mL)溶液。20分钟加毕，继续在室温搅拌3小时。反应结束，常规处理，得到纯的(S)-N-(1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，1.48g，收率33.5％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm：2.83(s，CH3，3H)，3.02(s，CH3，3H)，3.90(d，J＝13.5Hz，1H)，4.45(d，J＝13.0Hz，1H)，5.56(d，J＝13.5Hz，1H)，6.60(d，J＝12.6Hz，1H)，7.27-7.54(m，Ar-H，8H)，7.65-7.76(m，Ar-H，1H)，7.92-8.08(m，Ar-H，5H)，8.32-8.37(m，Ar-H，1H)。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率85％，对映选择性ee值达72％。
实例3：催化剂的制备：(R)-N-(3’，3’-二苯基-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例1类似的方法，将4.0g(20mmol)3-溴-4-二甲胺基吡啶溶解于50mL无水四氢呋喃中，冷却至-10℃下，用注射器逐滴加入异丙基溴镁的四氢呋喃溶液(40mmol，1.0M，40mL)，1小时加毕，继续在此温度下搅拌3小时，然后通入干燥的二氧化碳(100mmol)，继续搅拌12小时，得到3-溴镁-4-二甲胺基吡啶。升至0℃，向混合物中加入50mL饱和碳酸钾水溶液，搅拌30分钟，转移至分液漏斗中，分得下层水相。通过真空旋蒸仪将水蒸去，残渣用30mL乙醇溶解后，通过加有硅藻土的抽滤瓶过滤，滤液蒸去溶剂，残渣再次用30mL乙醇溶解，再此重复操作两次，蒸去乙醇，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酸钾盐。
向所得的4-二甲胺基吡啶-3-甲酸钾盐中，加入氯化亚砜23.8g(0.2mol)，加热至78℃，并搅拌12小时。蒸去过量的氯化亚砜，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯。
将0.185g(1mmol)4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯，溶解于无水二氯甲烷(10mL)中，25℃，加入溶解有0.536g(1.2mmol)(R)-1，1-联萘-2，2-亚甲基环胺和0.237g(3mmol)吡啶的二氯甲烷(10mL)溶液。20分钟加毕，继续在室温搅拌3小时。反应结束，常规处理，得到(R)-N-(3’，3’-二苯基-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺)-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率23.1％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm：2.83(s，CH3，3H)，3.02(s，CH3，3H)，3.90(d，J＝13.5Hz，1H)，4.45(d，J＝13.0Hz，1H)，5.56(d，J＝13.5Hz，1H)，6.60(d，J＝12.6Hz，1H)，7.27-7.54(m，Ar-H，16H)，7.65-7.76(m，Ar-H，1H)，7.92-8.08(m，Ar-H，5H)，8.32-8.37(m，Ar-H，1H)。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率89％，对映选择性ee值达78％。
实例4：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(3”，5”-二甲基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，40℃，所用4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯和相应手性联萘胺的摩尔配比为0.01∶0.015，合成(R)-N-[3’，3’-双(3”，5”-二甲基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率23.1％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率80％，对映选择性ee值达69％。
实例5：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(3”，5”-双三氟甲基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，反应温度一直保持为25℃，3’，3’-双(3”，5”-双三氟甲基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺为原料，其与4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯摩尔配比为0.013∶0.01，合成(R)-N-[3’，3’-双(3”，5”-双三氟甲基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率28.2％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率90％，对映选择性ee值达92％。
实例6：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(4”-硝基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，初时滴加温度为0℃，加毕，温度保持在40℃，制得(R)-N-[3’，3’-双(4”-硝基苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率45.2％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率88％，对映选择性ee值达76％。
实例7：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(α-萘基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，温度保持在30℃，所用4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯与手性胺摩尔配比为0.01∶0.015，制得(R)-N-[3’，3’-双(α-萘基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率34.1％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率88％，对映选择性ee值达76％。
实例8：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(β-萘基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，反应温度为10℃，碱为0.02mol碳酸钾，所用4-甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯与手性胺摩尔配比为0.01∶0.011，制得(R)-N-[3’，3’-双(β-萘基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率38.6％。
实例9：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-双(3”，5”-双(3，5三氟甲基苯基)苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，反应温度为0℃，碱为0.02mol碳酸氢钾，所用4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯与手性胺摩尔配比为0.01∶0.01，制得(R）-N-[3’，3’-双(3”，5”-双(3，5三氟甲基苯基)苯基)-1，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率17.3％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率85％，对映选择性ee值达92％。
实例10：催化剂的制备：(R)-N-[3’，3’-(4”-联苯基)-1，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺
与实例2类似的方法，反应温度一直保持在0℃，碱为0.02mol碳酸氢钾，所用4-二甲胺基吡啶-3-甲酸酰氯与手性胺摩尔配比为0.01∶0.015，制得(R)-N-[3’，3’-(4”-联苯基)-1’，1’-联萘-2’，2’-亚甲基胺]-4-二甲胺基吡啶-3-甲酰胺，收率62.1％。
该催化剂在用于催化苯甲酰氯与消旋的α-甲基苄醇的不对称反应，得到手性酸酯，收率82％，对映选择性ee值达70％。
本发明并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，其特征在于它是具有以下化学结构通式的化合物：
式中R为H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-双三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-双-(3，5-双三氟甲基苯基)苯基、4-联苯基、2-萘基或1-萘基。
2.如权利要求1所述的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂，其特征是所述的联萘结构为(R)或(S)构型的轴手性功能基。
3.权利要求1的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂的制备方法，其特征是合成方法如下：
A.4-二甲胺基吡啶为原料，在室温下，以碳酸钾和四丁基氢氧化铵为催化剂，在溶剂二氯甲烷中，加入液溴，得到3-溴-4-二甲胺基吡啶；4-二甲胺基吡啶与碳酸钾及液溴摩尔比为1∶10∶2.0，四丁基氢氧化铵与4-二甲胺基吡啶摩尔比是0.01∶1；
B.将上步得到的3-溴-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃中，于-78-0℃下，加入叔丁基锂，得到3-锂-4-二甲胺基吡啶，即M为锂；3-溴-4-二甲胺基吡啶与叔丁基锂摩尔比是1∶2；
C.将上步得到的3-锂-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃中，于-78℃下，加入二氧化碳，得到4-二甲胺基吡啶-3-羧酸镁、锂、钠、或钾盐(即R1为镁、锂、钠、或钾)，经盐酸酸化后得到3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶(即R1为H)；3-锂-4-二甲胺基吡啶与二氧化碳的摩尔比为1∶5；
D.将上步得到的3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶，与氯化亚砜在回流温度下作用，得到4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯；3-羧酸基-4-二甲胺基吡啶与氯化亚砜摩尔比为1∶10；
E.将上步得到的4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯，于0-40℃，在二氯甲烷中，在碱催化下，与轴手性的联萘胺作用，得到目标含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂。所述的碱包括三乙胺，吡啶，碳酸钠，碳酸氢钠，碳酸钾，碳酸氢钾；4-二甲胺基吡啶-3-甲酰氯与轴手性的联萘胺及碱的摩尔比是1∶1.0～1.5∶2。
4.如权利要求3的含联萘轴手性功能基的4-二甲胺基吡啶有机分子催化剂的制备方法，其特征是所述的步骤B可以采用如下方法：
将A步得到的3-溴-4-二甲胺基吡啶，在四氢呋喃或乙醚中，于-10-0℃下，加入异丙基溴镁，得到3-溴镁-4-二甲胺基吡啶，即M为溴镁；3-溴-4-二甲胺基吡啶与异丙基溴镁摩尔比为1∶2.0；步骤C采用的原料为3-溴镁-4-二甲胺基吡啶，3-溴镁-4-二甲胺基吡啶与二氧化碳的摩尔比为1∶5。
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