CN102464656B - 具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
一种化工技术领域的具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体及其合成方法，其手性双核配体I结构式为
Description
技术领域
本发明涉及的是一种化工合成技术领域的配体及其制备方法，具体是一种具有苯并肉啉为母体骨架的含有两个噁唑啉的手性双核配体及其合成方法。
背景技术
不对称催化合成的关键是如何设计和合成高选择性和高催化活性的手性催化剂，其中手性配体是手性催化剂产生手性诱导和控制的源泉，金属离子起到了催化反应活性中心的作用。手性噁唑啉配体，由于其合成方便，手性源料易得，配位能力较强，手性环境明显，被广泛应用于金属催化的各类反应中，如环丙烷化反应、Micheal加成反应、Diels-Alder反应等等。经过近二十年的发展，已有大量的手性噁唑啉配体涌现出来。另外，手性双金属催化剂也慢慢得到了化学家的重视，其中以日本化学家Shibasaki和美国化学家Trost和Jacobsen的手性双金属催化剂最为有名，研究较为系统，效果也最好，他们的手性双金属催化剂主要作为手性路易酸催化剂，应用于不对称催化羰基或亚胺化合物的反应以及环氧丙烷的开环反应等等。
经对现有技术的文献检索，Shibasaki等人在《Accounts of Chemical Research》(化学研究报导)Vol.42，No.8，pp.1117-1127上发表的“Recent Progress in Asymmetric BifunctionalCatalysis Using Multimetallic Systems”(利用多金属体系进行不对称双官能催化的最新进展)，该文中提到的手性双金属催化剂主要以BINOL及其类似物为手性配体，Trost等人的手性双金属催化剂主要以半冠醚氨基醇类化合物为手性配体，Jacobsen等人的手性双金属催化剂主要以席夫碱类化合物为手性配体，他们的手性双金属催化剂中的两个金属之间以氧相连接，通过氧上的两对孤对电子来实现将两个金属配位于同一配体之上，这样两个金属靠得较近，可以产生协同的催化作用，达到双金属催化的目的。但氧的配位能力有限，且原子半径较小，这样既要求所选择的金属要具有较高的路易斯酸性，也要求催化剂中两金属之间距离必需很近，从而限制了催化剂所能应用的手性催化反应的类型。因此设计和合成新型骨架的双核配体特别是手性双核配体，是有机化学者急需解决的问题。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体及其合成方法，采用以氮氮双键为连接官能团连接双金属设计出一系列新型的手性双核配体，可用于筛选更多的过渡金属，应用于更多的不对称催化反应。本发明方法简单，收率较高，制备得到的配体可与铜、钯、银、铑、钌、锌配位形成单、双金属催化剂应用于很多催化反应，具有较好的应用前景。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明涉及一种具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体，即手性双核配体I，其结构式如下所示：
其中：R1、R2、R3、R4分别取自：氢、直链或支链烷基、环烷基、芳烷基或芳基中的任意一种；R1、R2、R3、R4优选为：氢、甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、苄基、苯基、1-萘基或2-萘基中的任意一种。
所述的手性双核配体I以含有氮氮双键的苯并肉啉为基本骨架，能够同时与一个或两个金属配位。
所述的噁唑啉具有(S)或(R)构型的手性中心碳。
本发明涉及上述双核配体I的合成方法，包括如下步骤：
第一步：使3-碘苯甲酸与发烟硝酸经硝化反应而得到的取代3-碘-2-硝基苯甲酸，再在硫酸催化下与甲醇进行酯化反应得化合物III；
所述的在硝化反应中：3-碘苯甲酸与发烟硝酸的摩尔体积比为1mmol∶0.3～0.8mL，反应温度为-10～10℃、反应时间为1～100小时；优选为3-碘苯甲酸II与发烟硝酸的摩尔与体积比为1mmol∶0.5mL；反应温度-5℃；反应时间3小时；
所述的酯化反应中：3-碘-2-硝基苯甲酸与甲醇的摩尔比为1∶1～100，反应温度为20～70℃、反应时间为1～100小时；优选为3-碘-2-硝基苯甲酸与甲醇的摩尔比为1∶10，反应温度为65℃、反应时间为24小时。
第二步：将化合物III经偶联反应制备得到化合物IV；
所述的偶联反应是指：不采用溶剂或采用酰胺类溶剂的条件下以活化铜粉作为偶联试剂进行偶联反应。
所述的偶联反应中：化合物III与铜粉的摩尔比为1∶10～500，反应温度为130～250℃，反应时间为1～100小时；优选化合物III与铜粉的摩尔比为1∶50，反应温度150℃，反应时间为24小时。
所述的酰胺类溶剂为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺或六甲基膦酰三胺中的一种或组合，优选为氮氮二甲基甲酰胺。
第三步：将化合物IV在强碱环境下与取代氨基醇b反应得化合物V；
所述的强碱为醇钠、氢化钠、钠、丁基锂、仲丁基锂或叔丁基锂；优选为氢化钠或钠；
所述的化合物IV在强碱环境下与取代氨基醇b反应得化合物V中：化合物IV、取代氨基醇b和强碱的摩尔比为1∶2～50∶0.01～1.0，反应温度为100～200℃，反应时间为1～100小时；优选化合物IV、取代氨基醇b和强碱的摩尔比为1∶5∶0.1，反应温度为120℃，反应时间为24小时。
第四步：将化合物V在含有碱的有机溶剂中经羟基活化剂活化后进行环化反应得双噁唑啉化合物VI；
所述的环化反应得双噁唑啉化合物VI中：化合物V、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1∶2.0～10.0∶4.0～80.0，反应温度为20～80℃，反应时间为1～100小时；优选反应温度为40℃，反应时间为24小时；
所述的碱是选自三乙胺、二异丙基乙基胺、二环己基乙基胺、三乙烯二胺、和吡啶中的任意一种的有机碱，或者是选自碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾、和氢氧化钾中的任意一种的无机碱；优选为三乙胺；
所述的羟基活化剂为甲基磺酰氯、苯基磺酰氯或对甲苯磺酰氯；优选为甲基磺酰氯；
所述的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、苯、二甲苯、三甲苯、氯苯或二氯苯中的一种或组合；优选为二氯甲烷。
第五步：将化合物VI在含有无机碱的极性溶剂中经锌粉还原反应得到化合物VII；
所述的还原反应中：化合物VI、锌粉与无机碱的摩尔比为1∶2.0～100∶0.5～100，反应温度为40～150℃，反应时间为1～100小时；优选化合物VI、锌粉与无机碱的摩尔比为1∶10.0∶5.0，反应温度80℃，反应时间12小时；
所述的无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾或氢氧化钾，优选为氢氧化钠；
所述的极性溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、四氢呋喃、二氧六环或水中的一种或组合；优选为水和乙醇的混合溶剂。
第六步：将化合物VII在含有碱的有机溶剂中经羟基活化剂活化后进行环化反应得到手性双核配体I。
所述的环化反应得到手性双核配体I中：化合物VII、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1∶2.0～10.0∶4.0～80.0，反应温度为20～80℃，反应时间为1～100小时；优选化合物VII、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1∶2.3∶8.0，反应温度为40℃，反应时间为36小时。
所述的碱是选自三乙胺、二异丙基乙基胺、二环己基乙基胺、三乙烯二胺、和吡啶中的任意一种的有机碱，或者是选自碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾、和氢氧化钾中的任意一种的无机碱；优选为三乙胺；
所述的羟基活化剂为甲基磺酰氯、苯基磺酰氯或对甲苯磺酰氯；优选为甲基磺酰氯；
所述的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、苯、二甲苯、三甲苯、氯苯或二氯苯中的一种或组合；优选为二氯甲烷。
所述的化合物II至化合物VII以及取代氨基醇b的结构式依次为：
本发明中提供的配体I，具有氮氮双键和两个噁唑啉环，可与铜、钯、银等过渡金属配位形成双金属催化剂应用于很多催化反应，如，当本发明中提供的手性配体可应用于不对称催化反应，具有较好的应用前景。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
以下实施例基于如下所示的化学式进行合成
实施例1：
(1)从3-碘苯甲酸制备2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯：
发烟硝酸6.0mL于25mL两口瓶中，降至-10℃，缓慢加入间碘苯甲酸5.0g(20mmol)，-10℃反应3小时，用砂芯漏斗抽滤，用水洗，将固体转入单口瓶中真空泵抽干。得淡黄色粉末固体混合物4.28g。
所得淡黄色粉末固体混合物4.28g(14.6mmol)溶于甲醇11.6mL(146mmol)，滴加浓硫酸2mL，加热至70℃，24小时反应完毕。滴加水及乙酸乙酯各40mL，分液，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，过柱分离。得产物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯为白色晶体2.06g，产率33.5％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝7.42(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.13(t，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.00(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，3.88(s，3H，OCH)
(2)从化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯：
活化铜粉：称取19.5g(307mmol)铜粉于250mL2％的碘丙酮溶液中，搅拌10分钟，抽滤，将固体转移入50mL丙酮∶浓盐酸＝1∶1的溶液中，搅拌10分钟，抽滤，丙酮洗去固体中的白色物质，真空加热干燥两小时。
在100mL的干燥两口瓶中加入2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯(6.3g，20.5mmol)，DMF45mL，通氮气搅拌下加入活化干燥好的铜粉，加完后加热至150℃反应24小时。降至80℃左右时抽滤，固体用少量DMF洗，滤液转入烧杯中，加入20倍于DMF体积的水，即有白色絮状沉淀析出，放置1小时后抽滤。所得固体再用二氯甲烷溶解，用饱和氯化铵洗，再水洗，干燥，旋蒸，过柱分离。得白色晶体2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯3.1g，产率为83％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.09(dd，J＝1.8，7.8Hz，1H，Ar-H)，7.63(t，J＝8.0Hz，1H，Ar-H)，7.54(dd，J＝1.2，7.6Hz，1H，Ar-H)，3.92(s，3H，OCH)
(3)从化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯制备化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺：
0.18g(0.5mmol)2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯及(S)-苯甘氨醇0.34g(2.5mmol)于一干燥的两口瓶中，加入氢化钠(0.05mmol)，加热熔化，120℃反应4.5小时，停止反应，加入少量95％的乙醇，及乙酸乙酯5mL，转入分液漏斗中，有机相用1M的盐酸洗，有机相用饱和NaHCO3洗，用饱和NaCl洗，有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。得白色固体N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺0.21g(粗产率75％)。所得固体直接用于下一步反应。
(4)从化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯：
80mg(0.14mmol)N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯甲烷5mL，再加入三乙胺0.16mL(1.12mmol)，加入甲基磺酰氯0.027mL(0.35mmol)，加完后加热至40℃反应24小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯甲烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得白色粉末2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯52mg，产率69％
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.14(t，J＝1.2，7.2Hz，2H，Ar-H)，7.62(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.53(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.37(m，4H，Ar-H)，7.29(m，6H，Ar-H)，5.42(t，J＝9.0Hz，2H，NCH)，4.80(m，2H，OCH)，4.26(td，J＝8.4，4.0Hz，2H，OCH).
(5)：从化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯制备化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺：
57mg(0.1mmol)2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯于一两口瓶中，加入NaOH 20mg(0.5mmol)，再加入乙醇1mL，水0.4mL，加热至80℃，原料全部溶解。加入Zn粉64mg(1.0mmol)加热回流3小时，停止加热搅拌。加入20mL二氯甲烷，再加入水10mL洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离，得青黄色固体粉末N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺34mg，产率68％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝11.42(d，J＝4.0Hz，2H，N-H)，8.94(d，J＝6.4Hz，2H，Ar-H)，8.80(d，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，8.11(t，J＝7.6Hz，2H，Ar-H)，7.54(d，J＝6.0Hz，4H，Ar-H)，7.37(d，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.30(d，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，5.52(s，2H，NCH)，4.12(s，1H，OCH)，4.09(s，1H，OCH)，2.03(d，J＝6.4Hz，2H，OH).
(6)：从化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺制备化合物4，7-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉：
34mg(0.067mmol)N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苯基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯甲烷3mL，再加入三乙胺0.1mL(0.63mmol)，加入甲基磺酰氯0.014mL(0.18mmol)，加完后加热至40℃反应48小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯甲烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得黄色固体4，7-二(2-((S)-4-苯基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉25mg，产率79％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.76(dd，J＝1.2，8.0Hz，2H，Ar-H)，8.36(dd，J＝1.2，7.6Hz，2H，Ar-H)，8.00(t，J＝8.0Hz，2H，Ar-H)，7.48(d，J＝8.4Hz，4H，Ar-H)，7.40(t，J＝7.6Hz，4H，Ar-H)，7.32(d，J＝6.8Hz，2H，Ar-H)，5.60(dd，J＝8.8，10.0Hz，2H，NCH)，5.06(dd，J＝8.0，10.0Hz，2H，OCH)，4.53(t，J＝8.4Hz，2H，OCH).
实施例2：
(1)从3-碘苯甲酸制备化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯：
发烟硝酸10.0mL于25mL两口瓶中，降至-10℃，缓慢加入间碘苯甲酸5.0g(20mmol)，-5℃反应100小时，用砂芯漏斗抽滤，用水洗，将固体转入单口瓶中真空泵抽干。得淡黄色粉末固体混合物4.5g。
所得淡黄色粉末固体混合物4.28g(14.6mmol)溶于甲醇0.85mL(14.6mmol)，滴加浓硫酸2mL，加热至65℃，100小时反应完毕。滴加水及乙酸乙酯各40mL，分液，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，过柱分离。得产物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯为白色晶体1.5g，产率24.4％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝7.42(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.13(t，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.00(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，3.88(s，3H，OCH)
(2)从化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯：
活化铜粉：称取13.0g(205mmol)铜粉于250mL2％的碘丙酮溶液中，搅拌10分钟，抽滤，将固体转移入50mL丙酮∶浓盐酸＝1∶1的溶液中，搅拌10分钟，抽滤，丙酮洗去固体中的白色物质，真空加热干燥两小时。
在100mL的干燥两口瓶中加入2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯(6.3g，20.5mmol)，通氮气搅拌下加入活化干燥好的铜粉，加完后加热至180℃反应48小时。反应完后加入丙酮洗，抽滤，滤液转入烧杯中，加入水，即有白色絮状沉淀析出，放置1小时后抽滤。所得固体再用二氯甲烷溶解，用饱和氯化铵洗，再水洗，干燥，旋蒸，过柱分离。得白色晶体2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯2.8g，产率为75％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.09(dd，J＝1.8，7.8Hz，1H，Ar-H)，7.63(t，J＝8.0Hz，1H，Ar-H)，7.54(dd，J＝1.2，7.6Hz，1H，Ar-H)，3.92(s，3H，OCH)
(3)从化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯制备化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺：
0.18g(0.5mmol)2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯及(S)-缬氨醇0.104g(1.0mmol)于一干燥的两口瓶中，加入丁基锂(0.005mmol)，加热熔化，100℃反应100小时，停止反应降到80℃时加入少量95％的乙醇，及乙酸乙酯5mL，转入分液漏斗中，有机相用1M的盐酸洗，有机相用饱和NaHCO3洗，用饱和NaCl洗，有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。得白色固体N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺0.20g(粗产率80％)。所得固体直接用于下一步反应。
(4)从化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯：
70mg(0.14mmol)N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯乙烷5mL，再加入吡啶0.0407mL(0.506mmol)，加入对甲苯磺酰氯53.4mg(0.28mmol)，加完后加热至80℃反应1小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯乙烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得白色粉末2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯45mg，产率69％
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.11(t，J＝1.2，7.2Hz，2H，Ar-H)，7.60(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.54(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，4.53(m，4H，CH)，4.18(m，2H，CH2)，1.87(m，2H)，1.05(d，J＝6.7Hz，6H，CH3)，0.94(d，J＝6.7Hz，6H，CH3)
(5)：从化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯制备化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺：
47mg(0.1mmol)2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯于一两口瓶中，加入KOH 2.8mg(0.05mmol)，再加入甲醇1mL，水0.4mL，加热搅拌至回流，原料全部溶解。加入Zn粉12.8mg(0.2mmol)加热至40℃反应100小时，停止加热搅拌。加入20mL二氯甲烷，再加入水10mL洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离，得青黄色固体粉末N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺25mg，产率57％。所得产物直接用于下一步反应
(6)：从化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺制备化合物4，7-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉：
29mg(0.067mmol)N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯乙烷3mL，再加入吡啶0.0431mL(0.536mmol)，加入对甲苯磺酰氯29.4mg(0.154mmol)，加完后加热至80℃反应36小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯乙烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得黄色固体4，7-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉23mg，产率85％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.76(dd，J＝1.2，8.0Hz，2H，Ar-H)，8.36(dd，J＝1.2，7.6Hz，2H，Ar-H)，8.00(t，J＝8.0Hz，2H，Ar-H)，7.48(d，J＝8.4Hz，4H，Ar-H)，4.61(m，2H，CH)，4.32(m，4H，CH2)，2.05(m，1H)，1.15(d，6H，J＝6.8Hz，CH3)，1.09(d，6H，J＝6.8Hz，CH3).
实施例3：
从取代间碘苯甲酸II出发，经化合物III、IV、V、VI、VII制备双核配体I：
(1)从3-碘苯甲酸制备2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯：
发烟硝酸16.0mL于25mL两口瓶中，降至-10℃，缓慢加入间碘苯甲酸5.0g(20mmol)，10℃反应1小时，用砂芯漏斗抽滤，用水洗，将固体转入单口瓶中真空泵抽干。得淡黄色粉末固体混合物4.1g。
所得淡黄色粉末固体混合物4.28g(14.6mmol)溶于甲醇85mL(1460mmol)，滴加浓硫酸2mL，20℃反应1小时。滴加水及乙酸乙酯各40mL，分液，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，过柱分离。得产物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯为白色晶体1.1g，产率17.9％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝7.42(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.13(t，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.00(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，3.88(s，3H，OCH)
(2)从化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯：
活化铜粉：称取65.1g(1025mmol)铜粉于500mL2％的碘丙酮溶液中，搅拌10分钟，抽滤，将固体转移入100mL丙酮∶浓盐酸＝1∶1的溶液中，搅拌10分钟，抽滤，丙酮洗去固体中的白色物质，真空加热干燥两小时。
在100mL的干燥两口瓶中加入2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯(6.3g，20.5mmol)，通氮气搅拌下加入活化干燥好的铜粉，加入氮氮二甲基乙酰胺100mL加完后加热至130℃反应100小时。反应完后加入丙酮洗，抽滤，滤液转入烧杯中，加入水，即有白色絮状沉淀析出，放置1小时后抽滤。所得固体再用二氯甲烷溶解，用饱和氯化铵洗，再水洗，干燥，旋蒸，过柱分离。得白色晶体2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯2.8g，产率为75％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.09(dd，J＝1.8，7.8Hz，1H，Ar-H)，7.63(t，J＝8.0Hz，1H，Ar-H)，7.54(dd，J＝1.2，7.6Hz，1H，Ar-H)，3.92(s，3H，OCH)
(3)从化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯制备化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺：
0.18g(0.5mmol)2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯及(S)-苯丙氨醇3.4g(25mmol)于一干燥的两口瓶中，加入钠11.5mg(0.5mmol)，加热熔化，200℃反应1小时，停止反应降到80℃时加入少量95％的乙醇，及乙酸乙酯5mL，转入分液漏斗中，有机相用1M的盐酸洗，有机相用饱和NaHCO3洗，用饱和NaCl洗，有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。得白色固体N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺0.25g(粗产率84％)。所得固体直接用于下一步反应。
(4)从化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯：
84mg(0.14mmol)N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯甲烷5mL，再加入碳酸钠1.19g(11.2mmol)，加入苯基磺酰氯0.247g(1.4mmol)，加完后20℃反应100小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯甲烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得白色粉末2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯65mg，产率83％
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.18(t，J＝7.0Hz，2H，Ar-H)，7.60(t，J＝7.0Hz，2H，Ar-H)，7.58(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.32-7.15(m，10H，Ar-H)，4.74-4.63(m，2H，NCH)，4.43(dd，J＝9.2，8.2Hz，2H，OCH)，4.24(t，J＝8.0Hz，2H，OCH)，3.33(dd，J＝13.4，5.2Hz，2H，CH)，2.92(dd，J＝13.4，8.2Hz，2H，CH)
(5)：从化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯制备化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺：
56mg(0.1mmol)2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯于一两口瓶中，加入NaOH 1.38g(10mmol)，再加入四氢呋喃5mL，水5mL，加热至70℃。加入Zn粉640mg(10mmol)，反应12小时，停止加热搅拌。加入20mL二氯甲烷，再加入水10mL洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离，得青黄色固体粉末N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺38mg，产率71％。所得产物直接用于下一步反应
(6)：从化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺制备化合物4，7-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉：
36mg(0.067mmol)N4，N7-二((S)-2-羟基-1-苄基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入二氯乙烷3mL，再加入碳酸氢钠22.5mg(0.268mmol)，加入甲基磺酰氯0.0104mL(0.134mmol)，加完后加热至70℃反应1小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯乙烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得黄色固体4，7-二(2-((S)-4-苄基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉26mg，产率78％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.73(dd，J＝1.2，8.2Hz，2H，Ar-H)，8.34(dd，J＝1.2，7.6Hz，2H，Ar-H)，8.01(t，J＝8.2Hz，2H，Ar-H)，7.36-7.23(m，10H，Ar-H)，4.80-4.65(m，2H，NCH)，4.50(dd，J＝9.4，8.3Hz，2H，OCH)，4.26(t，J＝7.8Hz，2H，OCH)，3.34(dd，J＝13.6，5.2Hz，2H，CH)，2.90(dd，J＝13.6，8.4Hz，2H，CH)
实施例4：
(1)从3-碘苯甲酸制备化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯：
发烟硝酸12.0mL于25mL两口瓶中，降至-10℃，缓慢加入间碘苯甲酸5.0g(20mmol)，0℃反应30小时，用砂芯漏斗抽滤，用水洗，将固体转入单口瓶中真空泵抽干。得淡黄色粉末固体混合物4.4g。
所得淡黄色粉末固体混合物4.28g(14.6mmol)溶于甲醇25.5mL(438mmol)，滴加浓硫酸3mL，加热至40℃反应50小时。滴加水及乙酸乙酯各70mL，分液，有机相用无水硫酸钠干燥，旋干，过柱分离。得产物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯为白色晶体1.6g，产率26.0％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝7.42(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.13(t，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，7.00(d，J＝8.4Hz，1H，Ar-H)，3.88(s，3H，OCH)
(2)从化合物2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯：
活化铜粉：称取651g(10250mmol)铜粉于1L2％的碘丙酮溶液中，搅拌10分钟，抽滤，将固体转移入500mL丙酮∶浓盐酸＝1∶1的溶液中，搅拌10分钟，抽滤，丙酮洗去固体中的白色物质，真空加热干燥两小时。
在100mL的干燥两口瓶中加入2-硝基-3-碘苯甲酸甲酯(6.3g，20.5mmol)，通氮气搅拌下加入活化干燥好的铜粉，加入氮氮二甲基甲酰胺500mL，加完后加热至250℃反应1小时。反应完后，抽滤，滤液转入烧杯中，加入水，即有白色絮状沉淀析出，放置1小时后抽滤。所得固体再用二氯甲烷溶解，用饱和氯化铵洗，再水洗，干燥，旋蒸，过柱分离。得白色晶体2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯3.2g，产率为86％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.09(dd，J＝1.8，7.8Hz，1H，Ar-H)，7.63(t，J＝8.0Hz，1H，Ar-H)，7.54(dd，J＝1.2，7.6Hz，1H，Ar-H)，3.92(s，3H，OCH)
(3)从化合物2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯制备化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺：
0.18g(0.5mmol)2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酸甲酯及(S)-缬氨醇0.78g(7.5mmol)于一干燥的两口瓶中，加入甲醇钠13.5mg(0.25mmol)，加热熔化，150℃反应24小时，停止反应降到80℃时加入少量95％的乙醇，及乙酸乙酯5mL，转入分液漏斗中，有机相用1M的盐酸洗，有机相用饱和NaHCO3洗，用饱和NaCl洗，有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。得白色固体N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺0.25g(粗产率100％)。所得固体直接用于下一步反应。
(4)从化合物N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺制备化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯：
70mg(0.14mmol)N3，N3′-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-2，2′-二硝基-3，3′-联苯二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入氯苯10mL，再加入二异丙基乙基胺0.367mL(2.1mmol)，加入甲基磺酰氯0.0433mL(0.56mmol)，加完后加热至60℃反应50小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯甲烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得白色粉末2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯43mg，产率66％
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.11(t，J＝1.2，7.2Hz，2H，Ar-H)，7.60(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，7.54(t，J＝7.2Hz，2H，Ar-H)，4.53(m，4H，CH)，4.18(m，2H，CH2)，1.87(m，2H)，1.05(d，J＝6.7Hz，6H，CH3)，0.94(d，J＝6.7Hz，6H，CH3)
(5)：从化合物2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯制备化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺：
47mg(0.1mmol)2，2′-二硝基-3，3′-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)-联苯于一两口瓶中，加入NaOH 240mg(6.0mmol)，再加入乙醇25mL，，加热搅拌至回流，原料全部溶解。加入Zn粉196mg(3mmol)加热至150℃反应1小时，停止加热搅拌。加入20mL二氯甲烷，再加入水10mL洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离，得青黄色固体粉末N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺27mg，产率62％。所得产物直接用于下一步反应
(6)：从化合物N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺制备化合物4，7-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉：
29mg(0.067mmol)N4，N7-二((S)-2-羟基-1-异丙基乙基)-苯并肉啉-4，7-二甲酰胺于一干燥的双口瓶中，加入氯苯5mL，再加入三乙烯二胺601mg(5.36mmol)，加入苯基磺酰氯118mg(0.67mmol)，加完后20℃反应100小时。反应液倒入分液漏斗中，加入10mL二氯甲烷，再用冰水洗，饱和NaCl洗，分液有机相用无水Na2SO4干燥，旋蒸。过柱分离。得黄色固体4，7-二(2-((S)-4-异丙基-4，5-二氢噁唑啉)基)苯并肉啉25mg，产率82％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ＝8.76(dd，J＝1.2，8.0Hz，2H，Ar-H)，8.36(dd，J＝1.2，7.6Hz，2H，Ar-H)，8.00(t，J＝8.0Hz，2H，Ar-H)，7.48(d，J＝8.4Hz，4H，Ar-H)，4.61(m，2H，CH)，4.32(m，4H，CH2)，2.05(m，1H)，1.15(d，6H，J＝6.8Hz，CH3)，1.09(d，6H，J＝6.8Hz，CH3).
以上实施例合成方法简单，收率较高。所制备的配体I可与铜、钯、银、铑、钌、锌配位形成单、双金属催化剂应用于很多催化反应，具有较好的应用前景。
Claims (21)
1.一种具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体，即手性双核配体Ⅰ，其特征在于，其结构式如下所示：
其中：基团R1＝R2＝R3＝H、R4为苯基、异丙基或苄基。
2.根据权利要求1所述的具有苯并肉啉母体骨架的含两个噁唑啉的手性双核配体，其特征是，所述的噁唑啉具有(S)或(R)构型的手性中心碳。
3.一种根据权利要求1所述手性双核配体的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步：使3-碘苯甲酸Ⅱ与发烟硝酸经硝化反应得到的取代3-碘-2-硝基苯甲酸，所得取代3-碘-2-硝基苯甲酸再在硫酸催化下与甲醇进行酯化反应得化合物Ⅲ，在硝化反应中的反应温度为-10～10℃、反应时间为1～100小时，在酯化反应中的反应温度为20～70℃、反应时间为1～100小时；
第二步：在酰胺类溶剂中或者是无溶剂的条件下，在活化铜粉的存在下，化合物Ⅲ经偶联反应得化合物Ⅳ，反应温度为130～250℃，反应时间为1～100小时；
第三步：将化合物Ⅳ在强碱环境下与取代氨基醇(b)反应得化合物Ⅴ，反应温度为100～200℃，反应时间为1～100小时；
第四步：将化合物Ⅴ在含有碱的有机溶剂中经羟基活化剂活化后进行环化反应得双噁唑啉化合物Ⅵ，反应温度为20～80℃，反应时间为1～100小时；所述的羟基活化剂为甲基磺酰氯、苯基磺酰氯或对甲苯磺酰氯；
第五步：将双噁唑啉化合物Ⅵ在含有无机碱的极性溶剂中经锌粉还原反应得化合物Ⅶ，反应温度为40～150℃，反应时间为1～100小时；
第六步：将化合物Ⅶ在含有碱的有机溶剂中经羟基活化剂活化后进行环化反应得所述手性双核配体Ⅰ，反应温度为20～80℃，反应时间为1～100小时，所述的羟基活化剂为甲基磺酰氯、苯基磺酰氯或对甲苯磺酰氯；
其中，所述3-碘苯甲酸Ⅱ、化合物Ⅲ、化合物Ⅳ、取代氨基醇(b)、化合物Ⅴ、双噁唑啉化合物Ⅵ、化合物Ⅶ、手性双核配体Ⅰ的结构式如下：
式中，R1＝R2＝R3＝H、R4为苯基、异丙基或苄基。
4.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第一步中：硝化反应中的3-碘苯甲酸与发烟硝酸的摩尔与体积比为1mmol：0.3～0.8mL；酯化反应中的3-碘-2-硝基苯甲酸与甲醇的摩尔比为1：1～100。
5.根据权利要求3或4所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第一步中：硝化反应中的3-碘苯甲酸Ⅱ与发烟硝酸的摩尔与体积比为1mmol：0.5mL，反应温度-5℃，反应时间3小时；酯化反应中的3-碘-2-硝基苯甲酸与甲醇的摩尔比为1：10，反应温度为65℃，反应时间为24小时。
6.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的偶联反应中：化合物III与铜粉的摩尔比为1：10～500。
7.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的酰胺类溶剂为氮氮二甲基甲酰胺、氮氮二甲基乙酰胺或六甲基膦酰三胺中的一种或组合。
8.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的偶联反应中：化合物III与铜粉的摩尔比为1：50，反应温度150℃，反应时间为24小时，酰胺类溶剂为氮氮二甲基甲酰胺。
9.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第三步中：所述强碱为醇钠、氢化钠、钠、丁基锂、仲丁基锂或叔丁基锂。
10.根据权利要求3或9所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第三步中：化合物Ⅳ、取代氨基醇(b)和强碱的摩尔比为1：2～50：0.01～1.0。
11.根据权利要求3或9所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第三步中：化合物Ⅳ、取代氨基醇(b)和强碱的摩尔比为1：5：0.1，反应温度为120℃，反应时间为24小时，强碱为氢化钠或钠。
12.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第四步中：化合物Ⅴ、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1：2.0～10.0：4.0～80.0。
13.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，第四步及第六步中所述的碱为三乙胺、二异丙基乙基胺、二环己基乙基胺、三乙烯二胺、吡啶、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾或氢氧化钾中的任意一种。
14.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，第四步及第六步中所述的羟基活化剂为甲基磺酰氯、苯基磺酰氯或对甲苯磺酰氯。
15.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，第四步及第六步中所述的有机溶剂为二氯甲烷、二氯乙烷、甲苯、苯、二甲苯、三甲苯、氯苯或二氯苯的一种或其组合。
16.根据权利要求3或12所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第四步中：化合物Ⅴ、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1：2.5：8.0，反应温度为40℃，反应时间为24小时，有机溶剂为二氯甲烷，羟基活化剂为甲基磺酰氯，碱为三乙胺。
17.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的还原反应中，化合物Ⅵ、锌粉与无机碱的摩尔比为1：2.0～100：0.5～100。
18.根据权利要求3或17所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的还原反应中：无机碱为碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、碳酸钾、碳酸氢钾或氢氧化钾，极性溶剂为乙醇、甲醇、异丙醇、四氢呋喃、二氧六环或水的一种或组合。
19.根据权利要求3或17所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的还原反应中：化合物Ⅵ、锌粉与无机碱的摩尔比为1：10.0：5.0，反应温度80℃，反应时间12小时，无机碱为氢氧化钠，极性溶剂为水和乙醇的混合溶剂。
20.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的第六步中：化合物Ⅶ、羟基活化剂以及碱三者的摩尔比为1：2.0～10.0：4.0～80.0。
21.根据权利要求3所述的手性双核配体的合成方法，其特征是，所述的环化反应得所述手性双核配体Ⅰ中：化合物Ⅶ、羟基活化剂以及有机碱或无机碱三者的摩尔比为1：2.3：8.0，反应温度为40℃，反应时间为36小时，有机溶剂为二氯甲烷，羟基活化剂为甲基磺酰氯，碱为三乙胺。
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Granted publication date: 20140827 Termination date: 20171107 |