CN102161608B - 一种提高分子内光环化反应立体选择性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种提高分子内光环化反应立体选择性的方法。利用手性诱导剂和光反应底物两组分间的分子间氢键，使具有手性诱导能力和光反应能力的双组分共同在有机溶剂中形成稳定的双组分有机凝胶，可以加强非共价键键合的手性诱导剂和光反应底物之间的作用，从而在特定波长的光照射下使双组分有机凝胶中的光反应底物分子在手性诱导剂存在下，实现立体选择性分子内光环化反应，提高了不对称光化学反应的立体选择性，得到高选择性的光反应产物，同时，实现了具有手性诱导能力的有机凝胶剂的循环利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过形成双组分凝胶提高分子内光环化立体选择性的方法，属于采用光反应进行手性有机化合物合成技术领域。
背景技术
近年来，有机双组分形成的凝胶已引起了人们的关注，因为有机双组分凝胶扩展了凝胶因子自组装过程中的可调控性。双组分有机凝胶和自完善的单组分的有机凝胶不同，它是靠两组分间互补的相互作用(互补的氢键、电荷转移、金属配位等)形成复合物，然后共同在有机溶剂中形成稳定的有机凝胶。对于这类凝胶，对其中的一个组分或两个组分进行结构修饰，引入功能化基团将更为容易。目前，以分子内不对称诱导为基础的立体选择性合成已在有机化学中起着越来越重要的作用。化学反应的手性诱导一直是化学家关注的首要问题，而提高光化学反应的立体选择性则是近年来有机光化学家的研究热点。有机光化学家们采用多种方法和手段不断来提高均相溶液、固体状态或受限介质(又称微反应器)中有机光化学反应的立体选择性，并且利用其中有些方法控制光化学反应的立体选择性已显示出良好的应用前景。但到目前为止，关于低分子有机凝胶因子在凝胶状态发生光化学反应的立体选择性的研究报道还很少。手性诱导剂和底物两组分间通过分子间氢键形成复合物，然后共同在有机溶剂中形成稳定的有机凝胶，可以加强非共价键键 合的手性诱导剂和光反应底物之间的作用，使底物和手性诱导剂在反应前按要求进行有序排列，在分子水平上以纳米尺度自组装。凝胶中有机凝胶因子的自由度应该介于晶体和溶液之间，因此，纳米尺度自组装聚集体将在光化学反应的立体选择过程中起重要作用，可实现对光反应的不对称诱导，提高不对称有机光化学反应的立体选择性，得到高选择性的产物。采用双组分有机凝胶体系在反应前引入手性诱导剂(当反应结束后，手性诱导剂易于和反应产物分离，并能够循环利用)，可以获得用常规化学方法不易得到的光学活性物质。现有技术中，仅有关于2-蒽甲酸在双组分凝胶中发生分子间光环化立体选择性的研究报道(Dawn，A.et al.Chem.Commun.2009，2100；Dawn，A.et al.Org.Biomol.Chem.2009，7，4378.)。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高分子内光环化反应立体选择性的方法，解决了固相光反应速度太慢且反应进行的不彻底，而液相反应中因手性诱导剂和光反应底物作用较弱导致立体选择性较差的不足。
本发明的构思是这样的：利用手性诱导剂和光反应底物两组分间的分子间氢键，使具有手性诱导能力和光反应能力的双组分共同在有机溶剂中形成稳定的双组分有机凝胶，可以加强非共价键键合的手性诱导剂和光反应底物之间的作用，从而在特定波长的光照射下，使双组分有机凝胶中的光反应底物分子在手性诱导剂存在下，实现立体选择性分子内光环化反应，提高了不对称光化学反应的立体选择性，得到高选择性的光反应产物，同时，可实现具有手性诱导能力的有机凝胶剂的循环利用。
具体的，本发明的提高分子内光环化立体选择性的方法，包括以下步骤：
(1)制备双组分有机凝胶
利用带有α，β不饱和酰胺基的非手性光反应底物和能够与其形成分子间氢键的手性诱导剂，制备双组分有机凝胶；
其中，带有α，β不饱和酰胺基的非手性光反应底物，其结构通式为下列之一：
R1，R2＝-Cl，-Br，-(CH2)nCH3(n＝1，2，3，4，5，6，7)， -H，-NO2，-OCH3，-OCH2CH3，-(CH)3-，-(CH2)4-
式中R1，R2可以为相同或不相同的基团；
其中，手性诱导剂，其结构通式为下列之一：
(I)式中：
(II)式中：
式中R4，R5，R6可以为相同或不相同的基团；R7，R8可以为相同或不相同的基团；
制备方法是：
将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比(1∶1)～(1∶5)混合，用研钵研磨使之充分混合；
或者将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比(1∶1)～(1∶5)加入非质子性溶剂如：THF、乙醚、丙酮其中的其中一种之中，搅拌3～10h，将溶剂除去；
或者直接将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比(1∶1)～(1∶5)混合；
然后，在石英试管中将上述双组分混合物和有机溶剂混合，所用有机溶剂是：甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、乙腈、正己烷、环己烷其中一种，且双组分混合物在有机溶剂中的浓度为2.0wt％～11wt％，混合后加热至有机凝胶剂完全溶解，把所得到的溶液冷却，将试管倒置，管口向下，观察不到有溶液渗出或流下，并且在轻轻晃动时没有破坏的产物，得到双组分有机凝胶；
(2)立体选择性光环化反应
①将步骤(1)制备的双组分有机凝胶装在具塞石英管或石英池中，在温度-20℃～25℃下，用高压汞灯500W～300W照射3～16h直至光反应完成；
②将步骤①中光反应已完成的双组分有机凝胶通过加热除去溶剂，用硅胶柱进一步分离出产物和手性诱导剂，产率60％～96％，用高压液相色谱(HPLC)或气相色谱(GC)确定产物的对映体过量(enantiomeric excess，e.e.％)值为50％～97％、非对映体过量(diastereomeric excess，d.e.％)值90％～ 98％。
③将步骤②中分离出的手性诱导剂作为双组分之一，重复用于步骤(1)来制备双组分有机凝胶。
本发明通过以下方式测试有机双组分凝胶剂凝胶化过程：
测试其在不同溶剂中形成双组分凝胶的能力。通过SEM观察干凝胶的形貌，通过测试凝胶的相转变温度或最小凝胶化浓度的变化，来判断是形成双组分有机凝胶还是单组份有机凝胶。
本发明取得的有益效果是：本发明采用双组分有机凝胶体系在反应前引入手性诱导剂，使手性诱导剂和光反应底物两组分共同在有机溶剂中通过分子间氢键作用形成稳定的有机凝胶，由于凝胶状态兼具固液双重特征，加强了非共价键键合的手性诱导剂和光反应底物之间的作用，可实现对光反应的不对称诱导，得到高选择性的光反应产物。解决了固相光反应速度太慢且反应进行的不彻底，而液相反应中因手性诱导剂和光反应底物作用较弱导致立体选择性较差的不足，可以获得用常规化学方法不易得到的光学活性物质。当反应结束后，手性诱导剂易于和反应产物分离，并能够循环利用。
附图说明
图1：A与B在丙酮中形成的双组分有机凝胶的形态及可逆性。
图2a：A在丙酮中形成的单组分凝胶。
图2b：A与B在丙酮中形成的双组分凝胶。
图2c：A在乙醇中形成的单组分凝胶。
图2d：A与B在乙醇中形成的双组分凝胶。
具体实施方式
下面的实施例用于说明本发明，本发明并不局限于这些实施例所描述的内容。
实施例1以含A与B的双组分有机凝胶为例。
(1)双组分有机凝胶的制备
首先将等物质的量的A(0.01mmol)、B(0.01mmol)加入到具塞石英管中，然后加入5ml乙醚，搅拌1h，室温或适当加热使乙醚挥发干净。用移液管移取分析纯丙酮5ml加入此石英管中，加热使双组分固体完全溶解，冷却至室温即可得到双组分凝胶。
(2)双组分的光反应
将装有上述双组分有机凝胶的具塞石英管放入光反应仪中，恒温水槽的温度为25℃，用500W高压汞灯照射，用TLC监测反应，3h后反应完全，停止光照。
(3)反应的后处理
将石英管中的溶剂加热除去，所得固体用硅胶柱层析分离(展开剂为石 油醚∶乙酸乙酯＝5/1-3/1)。分离得到的手性诱导剂可以回收重新利用。得到主要产物的熔点为196-210℃(为2B、ent-2B、3B和ent-3B四种物质的混合物)，收率90％。通过HPLC(YMC ODS-A，250×20mm，gradient＝30∶70-60∶40，CH3CN/H2O)测定顺、反非对映体的de值为98％，说明顺式产物是主要产物。采用GC(2，3-di-Ometh yl-6-O-TBDMS-α-cyclodextrin column)测定顺式对映体ee值为60％，说明2B与ent-2B中2B为主要产物。可见，采用双组分凝胶方法有效提高了B分子进行分子内光环合反应产物的立体选择性。
实施例2
采用的手性诱导凝胶因子为C，其他操作条件同实施例1，收率94％，de值为97％，ee值为-60％，得到的主要产物为ent-2B。
实施例3
采用的手性诱导凝胶因子为D，其他操作条件同实施例1，收率95％，de值为96％，ee值为70％，得到的主要产物为2B。
实施例4
采用的手性诱导凝胶因子为E，其他操作条件同实施例1，收率96％，de值为98％，ee值为-96％，得到的主要产物为ent-2B。
实施例5
采用的手性诱导凝胶因子为F，其他操作条件同实施例1，收率93％，de值为98％，ee值为-90％，得到的主要产物为ent-2B。
实施例6
采用的手性诱导凝胶因子为G，其他操作条件同实施例1，收率89％，de值为96％，ee值为70％，得到的主要产物为2B。
实施例7
双组分有机凝胶的制备：首先将等物质的量的A(0.01mmol)、H(0.01mmol)加入到具塞石英管中，然后加入5ml乙醚，搅拌1h，室温或适当加热使乙醚挥发干净。用移液管移取分析纯丙酮5ml加入此石英管中，加热使双组分固体完全溶解，冷却至室温即可得到双组分凝胶。
双组分的光反应：将装有上述双组分有机凝胶的具塞石英管放入光反应仪中，恒温水槽的温度为25℃，用500W高压汞灯照射，用TLC监测反应，4h后反应完全，停止光照。
反应的后处理：将石英管中的溶剂加热除去，所得固体用硅胶柱层析分离(展开剂为石油醚∶乙酸乙酯＝1∶1)。分离得到的手性诱导剂可以回收重新利用。得到主要产物的熔点为178-180℃(为S-2H和R-2H的混合物)，产率89％。通过HPL(OD-H手性柱，正己烷∶异丙醇＝92∶8)测得ee值为-60％，说明S-2H为主要产物。可见，采用双组分凝胶方法有效提高了H分子进行分子内光环合反应产物的立体选择性。
实施例8
采用的手性诱导凝胶因子为C，其他操作条件同实施例7，产率89％，ee值为70％，得到的主要产物为R-2H。
实施例9
采用的手性诱导凝胶因子为D，其他操作条件同实施例7，产率87％，ee值为-80％，得到的主要产物为S-2H。
实施例10
采用的手性诱导凝胶因子为E，其他操作条件同实施例7，产率79％，ee值为80％，得到的主要产物为R-2H。
实施例11
采用的手性诱导凝胶因子为F，其他操作条件同实施例7，产率89％，ee值为-89％，得到的主要产物为S-2H。
实施例12
采用的手性诱导凝胶因子为G，其他操作条件同实施例7，产率89％，ee值为91％，得到的主要产物为R-2H。
Claims (1)
1.一种提高分子内光环化反应立体选择性的方法，其特征在于包括以下步骤：
（1） 制备双组分有机凝胶
利用带有α，β不饱和酰胺基的非手性光反应底物和能够与其形成分子间氢键的手性诱导剂，制备双组分有机凝胶；
其中，带有α，β不饱和酰胺基的非手性光反应底物，其结构通式为下列其中之一：
（I）式中n为大于或等于1且小3的整数；
其中，手性诱导剂，其结构通式如下：
式中R4，R5，R6是相同或不相同的碳原子数大于11小于20的烷基链；
其制备方法是：
将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比（1:1）～（1:5）混合，用研钵研磨使之充分混合；或者将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比（1:1）～（1:5）比例加入非质子性溶剂：THF、乙醚、丙酮其中的一种之中，搅拌3～10 h，将溶剂除去；或者直接将手性诱导剂与光反应底物按照物质的量比（1:1）～（1:5）混合；
然后，在石英试管中将上述双组分混合物和有机溶剂混合，且双组分混合物在有机溶剂（例如：甲醇、乙醇、丙酮、苯、甲苯、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、乙腈、正己烷、环己烷等）中的浓度为2.0wt%-11wt%，混合后加热至有机凝胶剂完全溶解，把所得到的溶液冷却，将试管倒置，管口向下，观察不到有溶液渗出或流下，并且在轻轻晃动时没有破坏的产物，即认为形成了凝胶；
（2）立体选择性光环化反应
① 将步骤（1）制备的双组分有机凝胶装在具塞石英管或石英池中在温度-20 ℃～25 ℃ 下，用高压汞灯500 W～300 W照射3～16 h直至光反应完成；
② 将步骤①中光反应已完成的双组分有机凝胶通过加热除去溶剂，用硅胶柱进一步分离出产物和手性诱导剂，产率60%～96%，用高压液相色谱（HPLC）或气相色谱（GC）确定产物的对映体过量（enantiomeric excess，e.e. %)值为50%～90%、非对映体过量(diastereomeric excess，d.e.%)值90%～98%；
③ 将步骤②中分离出的手性诱导剂作为双组分之一，重复用于步骤（1）来制备双组分有机凝胶。
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