CN103789791A - 一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特点是将1-氯-1-苯乙烷与N,N-二甲基甲酰胺或乙腈和四烷基铵盐混合成电解液，以手性希夫碱钴配合物为催化剂，在常压饱和二氧化碳下以恒电流或恒电位进行电羧化反应，然后电解反应液经旋蒸、萃取后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸。本发明与现有技术相比具有工艺简单，操作方便，可对温室效应的气体二氧化碳进行有效的利用，减少大气污染，同时实现了芳香氯代物的转化和手性物质的有效合成，原料廉价易得，成本低，为绿色合成芳香羧酸衍生物等有机物的研究开辟了一条新途径，尤其在农业和药物合成领域显示了极好的应用前景，是一种很有工业合成价值的工艺路线。

Description

一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法
技术领域
本发明涉及有机化学合成技术领域，具体地说是一种采用电化学不对称催化合成具有光学活性的2-苯丙酸方法。
背景技术
有关烷基卤代物和芳香卤代物的电羧化研究近年来已有报道，以电化学方法活化固定二氧化碳为各类具有经济竞争力的化学品的电羧化反应越来越受到人们的关注，而含C-X键的化合物与二氧化碳的羧化反应是有效固定二氧化碳为有用物质的最有效方法之一。钴、镍、钯等配合物作为催化剂能有效的提高有机卤代物还原物的产率。在卤代物的电化学研究中，一般较少涉及不对称研究，有关有机卤代物的不对称电羧化的研究更是鲜有报道。
由于手性药物自身结构对其药理活性影响很大，一般情况下，两种构型中只有一种异构体是有积极效果的，而另一个往往是惰性的，有时甚至有相反的效果。因此不对称合成，在过去几十年里吸引了越来越多的化学工作者的关注。Feroci等曾在M. Feroci, A. Inesi, M. Orsini, L. Palombi, Org. Lett. 4 (2002) 2617和M. Feroci, M. Orsini, L. Palombi, G. Sotgiu, M. Colapietro, A. Inesi, J. Org. Chem. 69 (2004) 487中报道了以含手性修饰辅助剂的有机溴代物为底物的不对称电羧化，生成了具有光学活性的相应羧化产物。该反应需要等底物摩尔当量的手性辅助剂，所以制备成本较高，而且不是所有的有机卤代物均能被手性辅助剂修饰，迄今为止，还没有关于含有C-Cl活化基团的1-氯-1-苯乙烷的不对称电催化羧化的研究和报道。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术不足而提供的一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，采用含有活性基团C-Cl键的芳香卤代物为反应底物与电还原的CO2结合，生成具有光学活性的2-苯丙酸，反应体系简单、易控，而且以丰富的C1资源CO2作为原料之一，变废为宝，廉价易得，成本低，不污染环境，是一种符合绿色化学和原子经济性并有工业合成价值的制备方法。
实现本发明目的的技术方案是：一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特点是将1-氯-1-苯乙烷与N,N-二甲基甲酰胺或乙腈和四烷基铵盐混合成电解液，以手性希夫碱钴配合物为催化剂，在常压饱和二氧化碳下以恒电流或恒电位进行电羧化反应，然后电解反应液经旋蒸、萃取后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其具体制备如下：
a、电解液的制备
将1-氯-1-苯乙烷与N,N-二甲基甲酰胺或乙腈、四烷基铵盐和手性希夫碱钴配合物按0.2~2.0：258：2：0.002~0.3摩尔比混合成电解液，然后放入一室型电解池内。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0~4.0 mA/cm2恒电流密度或-1.05~-1.30 V恒电位进行电羧化反应，其电解温度为25～80℃，每摩尔1-氯-1-苯乙烷通电量为1.5~3.5 F，F为法拉第常数。
c、旋蒸
将上述电解后液体经减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺或乙腈后，加入浓度为0.5mol/L的盐酸进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后用无水乙醚与该混合液按1：2体积比萃取三次，合并有机层并用无水硫酸镁脱水干燥后过滤，滤液在20~25℃温度下旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其减压旋蒸的温度为30~85℃，压力为0.1～0.2MPa。
所述四烷基铵盐为四乙基碘化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵、四乙基四氟硼酸铵、四丁基碘化铵或四丁基溴化铵。
所述手性希夫碱钴配合物为R或S构型的手性CoII - (salen)催化剂。
所述一室型电解池的阳极为镁棒，其阴极为不锈钢、铜、银、铂、镍、钛、锌或玻碳。
本发明与现有技术相比具有反应条件温和，工艺简单，操作方便，可对温室效应的气体二氧化碳进行有效的利用，减少大气污染，同时实现了芳香氯代物的转化，手性物质的有效合成，原料廉价易得，成本低，为具有挑战性的绿色合成芳香羧酸衍生物等有机物的研究开辟了一条新途径，手性2-苯丙酸是很好的手性砖块，在农业和药物合成领域显示了极好的应用前景，是一种很有工业合成价值的工艺路线。
具体实施方式
通过以下具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
a、电解液的制备
将0.5 mmol1-氯-1-苯乙烷75ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572g及0.025 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0151g和0.129 mol N,N-二甲基甲酰胺10 mL混合成电解液，然后放入以不锈钢为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，N,N-二甲基甲酰胺为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0 mA/cm2的恒电流密度进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为25℃，通电量为96.5 C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在80℃温度下减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液在25℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为47%，ee值为2%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
实施例2
a、电解液的制备
将0.5 mmol1-氯-1-苯乙烷75ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572 g及0.025 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0151 g 和0.129 mol N,N-二甲基甲酰胺10 mL混合成电解液，然后放入以铂为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，N,N-二甲基甲酰胺为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0 mA/cm2的恒电流密度进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为50℃，通电量为96.5 C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在80℃温度下减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液在25℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为32%，ee值为17%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
实施例3
a、电解液的制备
将0.5 mmol1-氯-1-苯乙烷75ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572 g及0.025 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0151 g 和0.129 mol乙腈10 mL混合成电解液，然后放入以不锈钢为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和乙腈为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，乙腈为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0 mA/cm2的恒电流密度进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为50℃，通电量为96.5 C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在32℃温度下减压旋蒸脱除乙腈溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液在常温25℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为24%，ee值为14%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
实施例4
a、电解液的制备
将0.5 mmol1-氯-1-苯乙烷75ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572g及0.025 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0151 g 和0.129 mol N,N-二甲基甲酰胺10 mL混合成电解液，然后放入以铜为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，N,N-二甲基甲酰胺为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0 mA/cm2的恒电流密度进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为50℃，通电量为96.5 C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在80℃温度下减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液25℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为33%，ee值为20%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
实施例5
a、电解液的制备
将0.1 mmol1-氯-1-苯乙烷13ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572 g及0.015 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0091g和0.129 mol N,N-二甲基甲酰胺10 mL混合成电解液，然后放入以玻碳为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，N,N-二甲基甲酰胺为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以-1.20 V（vs. Ag/AgI/I-）的恒电位进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为50℃，通电量为19.3C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在80℃温度下减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液在22℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为24%，ee值为76%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
实施例6
a、电解液的制备
将0.5 mmol1-氯-1-苯乙烷75ul 与1 mmol四乙基碘化铵0.2572 g及0.125 mmol手性CoII-(R,R)(salen)催化剂0.0775g和0.129 mol N,N-二甲基甲酰胺10 mL混合成电解液，然后放入以玻碳为阴极和镁棒为阳极的一室型电解池内；所述1-氯-1-苯乙烷、四乙基碘化铵、手性CoII-(R,R)(salen)催化剂和N,N-二甲基甲酰胺为分析纯，其中：1-氯-1-苯乙烷为底物，四乙基碘化铵为支持电解质，手性CoII-(R,R)(salen)为催化剂，N,N-二甲基甲酰胺为4Å级分子筛干燥后的溶剂。
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以-1.15 V（vs. Ag/AgI/I-）的恒电位进行电羧化反应，通入的二氧化碳至电解结束，其电解温度为50℃，通电量为-1.15 C（每摩尔1-氯-1-苯乙烷为2.0 F，F为法拉第常数）。
c、旋蒸
将上述合成液体在80℃温度下减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺溶剂后，加入0.5 mol/L盐酸10 ml进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后每次用20 mL分析纯的无水乙醚萃取三次，合并萃取液中的有机层，并加入2.2g的无水硫酸镁干燥1小时后过滤，滤液在25℃温度下经减压旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其旋蒸压力为0.1 MPa。
采用高效液相（HPLC）和手性OD-H柱对上述产物进行检测，测得具有光学活性的2-苯丙酸以R构型为主，其产率为27%，ee值为83%。检测条件为流动相：正己烷：异丙醇：三氟乙酸=95：5：0.2，波长为220 nm，流速为0.5 ml/min。
上述各实施例所得产物经分析后可以确认以R构型为主同时包含有S构型的2-苯丙酸目标产物，2-苯丙酸英文名为：2-Phenylpropionic acid，包含有R和S两种构型，其分子式为C9H10O2，分子量为150.17，R构型的2-苯丙酸约在11.9 min出峰，S构型的2-苯丙酸约在13.1 min出峰，R和S两种构型结构式如下：
Figure 223797DEST_PATH_IMAGE002
。
以上各实施例只是对本发明做进一步说明，并非用以限制本发明专利，凡为本发明的等效实施，均应包含于本发明专利的权利要求范围之内。

Claims (4)

1.一种电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特征在于将1-氯-1-苯乙烷与N,N-二甲基甲酰胺或乙腈和四烷基铵盐混合成电解液，以手性希夫碱钴配合物为催化剂，在常压饱和二氧化碳下以恒电流或恒电位进行电羧化反应，然后电解反应液经旋蒸、萃取后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其具体制备如下：
a、电解液的制备
将1-氯-1-苯乙烷与N,N-二甲基甲酰胺或乙腈、四烷基铵盐和手性希夫碱钴配合物按0.2~2.0：258：2：0.002~0.3摩尔比混合成电解液，然后放入一室型电解池内；
b、电羧化反应
常压下，向上述电解池中通入二氧化碳至饱和，然后以1.0~4.0 mA/cm2恒电流密度或-1.05~-1.30 V恒电位进行电羧化反应，其电解温度为25～80℃，每摩尔1-氯-1-苯乙烷通电量为1.5~3.5 F，F为法拉第常数；
c、旋蒸
将上述电解后液体经减压旋蒸脱除N,N-二甲基甲酰胺或乙腈后，加入浓度为0.5mol/L的盐酸进行酸化，直至旋蒸液中的固体完全溶解，然后用无水乙醚与该混合液按1：2体积比萃取三次，合并有机层并用无水硫酸镁脱水干燥后过滤，滤液在20~25℃温度下旋蒸脱除乙醚后得产物为具有光学活性的2-苯丙酸，其减压旋蒸的温度为30~85℃，压力为0.1～0.2MPa。
2.根据权利要求1所述电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特征在于所述四烷基铵盐为四乙基碘化铵、四乙基溴化铵、四乙基氯化铵、四乙基四氟硼酸铵、四丁基碘化铵或四丁基溴化铵。
3.根据权利要求1所述电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特征在于所述手性希夫碱钴配合物为R或S构型的手性CoII - (salen)催化剂。
4.根据权利要求1所述电化学合成具有光学活性的2-苯丙酸方法，其特征在于所述一室型电解池的阳极为镁棒，其阴极为不锈钢、铜、银、铂、镍、钛、锌或玻碳。
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