CN109954516B - 一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂 - Google Patents

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Abstract

一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂及其应用，属有机合成领域。本发明涉及Salen/Ru催化体系的合成，并提供一种高活性、高选择性不对称环丙烷化制备手性反式第一菊酸的方法。与传统的铜催化剂体系相比，Salen/Ru催化体系具有合成简洁、活性高、反应温和、三废少等特点。

Description

一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂。
背景技术
手性第一菊酸是重要的有机合成中间体，可用于制备具有生物活性的各种天然及非天然化合物。近年来，国内外有机化学家通过合成不同骨架的手性配体来调控不对称环丙烷化反应制备手性菊酸做了许多工作，并取得了很大成功。
早在1966年Nozaki通过席夫碱与过渡金属形成的催化剂催化苯乙烯和重氮乙酸酯的不对称环丙烷化反应，获得10％(cis-)和6％(trans-)的ee值。该反应告诉人们：过渡金属配合物中的手性配体在催化反应中可以诱导潜手性底物生成特定构型的手性产物，从此解开了不对称反应的序幕。1999年Dyker等以环己二胺为手性源，与4,6-二叔丁基-2-吡啶醛的氮氧化物合成了C2轴对称的类Salen配体和CuCl络合，催化苯乙烯和重氮乙酸乙酯的环丙烷化反应，获得了顺式对映体ee值为21％、反式对映体ee值为15％的结果。但是这些体系存在着诸如反应活性低、反应条件苛刻、配体成本高等问题，因此，发展配体合成廉价并高活性、高立体选择性不对称环丙烷化的方法，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于合成一种用于高活性、高立体选择性不对称环丙烷化的Salen/Ru催化体系。本发明涉及Salen骨架配体及其Ru催化剂的合成，并提供一种高活性、高选择性不对称环丙烷化制备手性反式第一菊酸的方法。与传统的铜催化剂体系相比，Salen/Ru催化剂体系具有活性高、反应温和、三废少等特点。
本发明的技术方案是：
一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂；所述Salen/Ru催化剂具有如下结构通式：
Figure BDA0001507143260000021
其中，R1、R2基团选自氢、卤素、甲基、乙基、异丙基、甲氧基、苯基、取代基的苯基中的一种或几种。
一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，该催化剂用于不对称环丙烷化反应，按照以下步骤进行：在配体
Figure BDA0001507143260000022
和钌化合物原位配合生成催化剂的溶液中注入2,5-二甲基-2,4己二烯，搅拌均匀，设定温度下，通过注射泵向体系内加入重氮乙酸乙酯，环丙烷化产物在气相色谱仪上用环糊精毛细管手性柱分析产物构型，化学收率以己二酸二乙酯为内标测得，反应方程式为：
Figure BDA0001507143260000023
所述钌化合物选自二价钌的配位络合物或者三价钌的无机盐。所述钌化合物选自RuCl3、[RuCl2(p-cymene)]2、RuCl2(PPh3)3中的一种。
R1、R2基团优选自氢、卤素、甲基、乙基、异丙基、甲氧基、苯基、取代基的苯基中的一种或几种。
所述配体结构通式中的R1、R2基团选自苯基、有取代基的苯基、氢、甲基、乙基、卤素中的一种或几种。
所述溶剂选自氯代烃、芳香烃、直连或环状脂肪烃中的一种或两种。
所述溶剂为氯代烃、脂肪烃。
所述溶剂选自二氯乙烷、二氯甲烷、异丙醇、乙醚中的一种或两种。
所述钌浓度为0.0001-0.01mol/L。
进一步优选的是，所述钌浓度为0.001-0.005mol/L。
述配体与钌的摩尔比为1-5mol/mol。
进一步优选的是，所述配体与钌的摩尔比为1-2mol/mol。
所述底物与催化剂的摩尔比为10-104mol/mol。
进一步优选的是，所述底物与催化剂的摩尔比为102-103mol/mol。
所述反应温度为0℃-100℃。
进一步优选的是，所述反应温度20℃-80℃。
所述反应体系得到反式右旋第一菊酸含量为50％-90％。
综上所述，本发明合成一种Salen/Ru催化剂体系，其高活性、高选择性的应用于不对称环丙烷化制备手性反式第一菊酸中。与传统的铜催化剂体系相比，Salen/Ru催化剂体系具有活性高、反应温和、三废少等特点。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。核磁共振是通过Bruker核磁共振仪测定，GC分析条件如下色谱柱：SE-54，进样口温度：250度，检查器温度：250度，柱温:初始温度：50度、保持2分钟、然后10度/分钟升至250度，再保持5分钟。HPLC分析条件如下液相色谱柱：OJ-H，流动相：正己烷/异丙醇＝98/2，流速：1毫升/分钟，温度：40度，波长：254纳米
实施例1
1制备配体
100ml圆底烧瓶中加入22.8克消旋环己二胺(cis:trans＝1:2)，置于85度油浴中，在强烈搅拌下加入15克L-酒石酸和10毫升水的混合溶液，然后用冰醋酸调PH值到中性，溶液转移至烧杯中搅拌冷却到室温，再于冰浴中继续搅拌2小时，过滤，依次用8毫升冰水，20毫升乙醇洗涤，干燥得白色晶体14.7克，为(R,R)-1,2-环己二胺·单L-(+)-酒石酸盐。
在氮气保护下，将26.4克(R,R)-1,2-环己二胺·单L-(+)-酒石酸盐(0.1mol)，27.6克碳酸钾(0.2mol)和100毫升蒸馏水加入2升反应瓶中，搅拌至全部溶解，加入400毫升乙醇，加热至回流；在此温度下，向上述混合物中加入0.2mol水杨醛的200毫升乙醇溶液，在半个小时内滴完，继续回流2小时，停止加热，用冰盐浴冷至0度，向体系缓慢加入200毫升蒸馏水。反应混合物在冰水浴中结晶过夜，滤出沉淀物，溶于400毫升二氯甲烷，用200毫升水洗两次，200毫升饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥，减压脱溶，残余固体用乙醇重结晶后，得黄色晶体。
2催化剂的制备
加入金属前躯体[RuCl2(p-cymene)]261mg(0.1mmol，2mol％)和配体88.5mg(0.21mmol)在3毫升异丙醇中混合均匀，向该体系中加入三乙胺167μL，加热至异丙醇回流，2小时后停止加热，减压抽去溶剂，残余物在90度真空干燥30分钟，冷却至室温。
3不对称环丙烷化反应
向上述固体中加入20毫升二氯甲烷，全部溶解后加入0.1mol 2,5-二甲基-2,4己二烯，在80度时，通过注射泵在6小时内加入重氮乙酸乙酯(0.1mol)和30毫升二氯甲烷混合液，继续搅拌2小时，减压脱溶后蒸出菊酯13.2克。把菊酯加入到10克氢氧化钠和20毫升的甲醇溶液中回流2小时，浓缩溶剂，加入20毫升甲苯提取后，浓缩溶剂蒸出手性第一菊酸得9.5克，其中反式右旋第一菊酸含量为95％，ee值98％。
实施例2
其它条件与实例1相同，催化剂金属前躯体改为RuCl2(PPh3)3，得手性第一菊酸9.6克，其中反式右旋第一菊酸含量为97％，ee值98％。
实施例3
其它条件与实例1相同，不对称环丙烷化反应所用溶剂改为二氯乙烷，注射泵在6小时内加入重氮乙酸乙酯(0.1mol)和30毫升二氯乙烷混合液，反应温度改为60度，得到手性第一菊酸9.7克，其中反式右旋第一菊酸含量为96％，ee值99％。
实施例4
其它条件与实例1相同，催化剂金属前躯体改为RuCl2(PPh3)3，不对称环丙烷化反应所用溶剂为二氯乙烷，注射泵在2小时内加入重氮乙酸乙酯(0.1mol)和30毫升二氯乙烷混合液，得到手性第一菊酸10.3克，其中反式右旋第一菊酸含量为95％，ee值96％。
实施例5
其它条件与实例1相同，不对称环丙烷化反应所用溶剂为四氢呋喃，注射泵在2小时内加入重氮乙酸乙酯(0.1mol)和30毫升四氢呋喃混合液，得到手性第一菊酸9.9克，其中反式右旋第一菊酸含量为98％，ee值97％。
实施例6
其它条件与实例1相同，催化剂金属前躯体改为RuCl2(PPh3)3，不对称环丙烷化反应所用溶剂为四氢呋喃，注射泵在3小时内加入重氮乙酸乙酯(0.1mol)和30毫升四氢呋喃混合液，反应温度改为60度，得到手性第一菊酸9.6克，其中反式右旋第一菊酸含量为95％，ee值98％。

Claims (7)

1.一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述Salen/Ru催化剂具有如下结构通式：
Figure FDA0003312781840000011
其中，R1、R2基团选自氢、卤素、甲基、乙基、异丙基、甲氧基、苯基、取代基的苯基中的一种或几种；
该催化剂用于不对称环丙烷化反应，按照以下步骤进行：在配体
Figure FDA0003312781840000012
和钌化合物原位配合生成催化剂的溶液中注入2,5-二甲基-2,4己二烯，搅拌均匀，设定温度下，通过注射泵向体系内加入重氮乙酸乙酯，环丙烷化产物在气相色谱仪上用环糊精毛细管手性柱分析产物构型，化学收率以己二酸二乙酯为内标测得，反应方程式为：
Figure FDA0003312781840000013
所述钌浓度为0.0001-0.01mol/L；
所述配体与钌的摩尔比为1-5mol/mol；
所述2,5-二甲基-2,4己二烯与催化剂的摩尔比为10-104mol/mol。
2.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述钌化合物选自二价钌的配位络合物或者三价钌的无机盐。
3.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述钌化合物选自RuCl3、[RuCl2(p-cymene)]2、RuCl2(PPh3)3中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂溶液中的溶剂选自氯代烃、芳香烃、直链或环状脂肪烃中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述催化剂溶液中的溶剂选自异丙醇、二氯乙烷、二氯甲烷、乙醚、甲苯、乙苯、氯苯中的一种。
6.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：所述环丙烷化反应的温度为0-100℃。
7.根据权利要求1所述的一种用于手性反式第一菊酸制备的Salen/Ru催化剂的应用，其特征在于：得到手性反式右旋第一菊酸含量为65％-99％。
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