CN113185500B - 一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法，其包括以下的步骤：S1、以化合物1、化合物2和TBAB为原料，得到化合物3；S2、同釜加入溶剂和硫光气，得到高纯度的化合物4；S3、同釜加入草酰氯，得到化合物5；S4、同釜加入哌嗪，通过胺化偶联反应得到了化合物6粗品；S5、最后化合物6粗品经简单水洗、萃取干燥浓缩、溶解其中的杂质，过滤后即可得到化合物6纯品；本方法不仅强化了催化性能，同时还简化了化合物6粗品的纯化步骤，本方法采用一釜多步、连续投料的方式，避免操作人员和试剂重复接触，提高了生产的稳定性和安全性。

Description

一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法
技术领域
本发明涉及手性双胍相转移催化剂的生产领域，特别是涉及一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法。
背景技术
手性双胍盐离子对相转移催化剂广泛运用于各种有机不对称催化领域，具有巨大的市场潜力。目前，在众多手性双胍盐离子对相转移催化剂中只有BG-I进行了工业级合成报道，手性双胍盐离子对相转移催化剂BG-I不仅可以应用于不对称硫醚氧化反应(Nat.Commun.,2016,7,13455)、不对称双羟化反应和碳基羟基化反应(J.Am.Chem.Soc.,2015,137,10677)和不对称烷基化反应(J.Am.Chem.Soc.,2016,138,9935)，而且还可以应用神经类药物阿莫达非尼的制备中(Nat.Commun.,2016,7,13455)。然而，目前BG-I的工业化制备成本较高，且在某些特定的反应中，BG-I存在催化效能低的缺点。
具体而言，通过缩短合成路线、改变纯化方式，采用一釜多步的合成方法和打浆的纯化方式，以20％的总收率得到手性双胍盐离子对相转移催化剂BG-I，现有的BG-I合成技术采用一釜多步的合成方法和打浆的纯化方式，虽然一定程度上简化操作流程、降低合成成本，使BG-I的工业化合成成为现实。然而，就BG-I整条合成路线而言，该制备最后一步需要通过硅胶柱层析的方式纯化，操作流程繁琐且耗费溶剂巨大，最后一步纯化成本占据了整条合成路线成本的30％以上，过高的制备成本可能会限制了其在工业上的进一步应用；另外，囿于BG-I的结构特点：芳环上的双叔丁基为给电子基团，一定程度限制了整体电荷的分散性，弱化了阳离子与中心阴离子的结合能力，使其在某些催化条件下对映选择性较低(ee<50％)，削弱了该催化剂的工业化应用价值。鉴于手性双胍盐离子对相转移催化剂巨大的应用潜力和目前BG-I合成中存在的各种问题，现有技术中的BG-I有待进一步改良。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中上述缺陷，提供了一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法，其不仅强化了催化的性能，同时还简化了纯化步骤，降低了合成的成本。
为实现上述目的，本发明提供了一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法，其包括以下的步骤：
S1、向反应釜内加入化合物1、化合物2和TBAB(四丁基溴化铵)，进行胺烷基化反应，得到副产物和化合物3，进而经过简单水洗将副产物分离，得到目标产物化合物3；
S2、无需对反应釜内的化合物3进行纯化，紧接着同釜加入溶剂和硫光气，进行硫羰基化反应，得到化合物4，进而对化合物4进行打浆纯化处理；
S3、接着同釜加入草酰氯，得到化合物5；
S4、接着同釜加入哌嗪，通过胺化偶联反应得到了化合物6粗品(改性手性双胍相转移催化剂)；
S5、最后化合物6粗品经过简单水洗、萃取干燥浓缩、溶解其中的杂质，过滤后即可得到化合物6纯品。
优选的，步骤S1中进行胺烷基化反应之前还需加入乙腈和碳酸钾。
优选的，步骤S2中所述的溶剂为二氯甲烷。
优选的，步骤S2中采用添加甲醇和二氯甲烷混合液对化合物4进行打浆纯化处理。
优选的，步骤S2中在对化合物4进行打浆纯化处理之前还需对化合物4进行简单水洗、萃取和干燥浓缩处理。
优选的，步骤S3中具体的，在加入草酰氯之前，需要在反应釜内充入保护气体，在加入草酰氯后，开启冷凝，缓慢加热至指定温度并回流，维持反应温度，搅拌一段时间，最后减压浓缩得到高纯度的化合物5。
优选的，步骤S4中在加入哌嗪前，先加入干燥乙腈，开启搅拌，再加入三乙胺，待溶液澄清后才加入哌嗪。
优选的，步骤S4中在加入哌嗪后，开启冷凝，缓慢加热至指定温度并回流，维持反应温度，搅拌一段时间，TLC和HPLC中控合格后，最后减压浓缩得到了化合物6粗品。
优选的，步骤S5的具体操作为：先加入水和二氯甲烷对化合物6粗品进行稀释，并用酸调节体系的pH至5-6，分液，水相加入二氯甲烷萃取，再合并有机相，接着用无水硫酸钠对化合物6粗品进行干燥，减压浓缩后得到棕色液体，加入乙酸乙酯，静置分层后，过滤得到化合物6纯品。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本合成方法采用了化合物1手性乙二胺、化合物2含有两个三氟甲基的苄氯和TBAB作为原材料，从而对BG-I进行改性发明，即将BG-I中的电子官能团叔丁基替换成强吸电子官能团三氟甲基，得到了改性的BG-II，具体而言，本技术方案通过双三氟甲基的强吸电子作用，分散BG-II催化剂阳离子的整体电荷，形成相对分散的阳离子中心，从而加强了BG-II与关键阴离子的结合作用，强化了催化的性能；
其次，得益于双三氟甲基的引入，BG-II分子整体刚性更强，可结晶性更好，因此化合物6粗品BG-II的纯化方式得到进一步简化，只需简单水洗、萃取干燥浓缩、溶解其中的杂质再过滤即可纯化，极大压缩了生产的成本；
另外，本合成方法可以采用一釜多步、连续投料的方式，因此本合成方法能简化手性双胍相转移催化剂的生产工艺，避免操作人员和试剂重复接触，提高了生产的稳定性和安全性，本合成方法提高了新一代手性双胍相转移催化剂的商业化应用价值。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明提供的一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法的合成路线图；
图2是本发明提供的BG-II和现有技术中的BG-I分别在不对称反应中进行催化诱导的结果图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参考图1，本发明提供了一种改性手性双胍相转移催化剂的工业化合成方法，图1中的序号仅用于表示物质，以说清楚本发明所要保护的技术方案。总体来说，本方法以简单的化工产品手性二苯基乙二胺化合物1和含有两个三氟甲基的苄氯化合物2为原料(原料手性二苯基乙二胺化合物1也可以采用其他的手性乙二胺，例如手性二甲基乙二胺)，通过一步TBAB(四丁基溴化铵)催化的二胺的烷基化反应得到手性双仲胺化合物3，反应液只需要经过简单水洗即可将目标产物手性双仲胺化合物3和副产物分离；同釜加入溶剂和硫光气进行硫羰基化反应得到手性硫脲化合物4，进而手性硫脲化合物4通过简单水洗、二氯甲烷萃取、干燥浓缩后，甲醇：二氯甲烷(100：1)打浆，即可得到高纯度手性硫脲化合物4(60％收率)，接着手性硫脲化合物4通过与草酰氯(>20equiv.)反应得到手性2-氯咪唑啉鎓盐化合物5，最后用哌嗪(0.25equiv.)胺化偶联得到手性双胍盐离子对催化剂化合物6(BG-II)粗品，化合物6(BG-II)粗品只需要经过简单酸化、萃取、浓缩后，加入乙酸乙酯洗涤即可得到含有双三氟甲基的化合物6(BG-II)纯品。
具体而言，本发明通过对手性胍盐离子对相转移催化剂结构重新设计，用双三氟甲基替代芳环中的双叔丁基，使新催化剂不仅保留了其应用范围，还分散了BG-II催化剂阳离子的整体电荷，形成相对分散的阳离子中心，从而加强了BG-II与关键阴离子的结合作用，进而强化了催化的性能，另外还简化了纯化方式，降低了合成成本。本合成方法同样采用一釜多步、连续投料的方式，通过改变纯化方法以及对纯化试剂进行筛选的方式提高合成效率。在第一步胺烷基化反应中，由于氯代物活性较低，采用加入TBAB的方式增加氯代物活性，反应完成后只需通过简单水洗即可将目标产物和杂质分离；同釜投料，第二步硫羰基化后采用甲醇：二氯甲烷(100：1)的打浆纯化方式，缩短和简化了纯化步骤，第三步和第四步采用同釜连投的方式，简化了生产操作，尽量避免操作人员和试剂重复的接触，提高了生产安全性；得益于双三氟甲基的引入，BG-II粗产品其次，得益于双三氟甲基的引入，BG-II分子整体刚性更强，可结晶性更好，因此其纯化方式得到进一步简化，只需简单水洗、萃取干燥浓缩、溶解其中的杂质再过滤即可纯化，极大压缩了生产的成本。
请参考图1，以下采用具体的案例来说清楚上述的合成方法：
(1)手性双仲胺化合物3的合成
于10L反应釜中加入反应溶剂：乙腈(3.50L)，然后依次加入手性二苯基乙二胺化合物1(150.00g，0.70mol，1.00equiv.)和和缚酸剂，缚酸剂优选为碳酸钾(289.80g，1.58mol，3.00equiv.)。室温搅拌30分钟后，苄氯化合物2(397.90g，1.47mol，2.10equiv.)滴加到反应釜中，接着加入TBAB(23.32g，0.07mol，0.10equiv.)之后再室温搅拌12小时。TLC和HPLC中控合格后，水(2.0L)缓慢加入反应釜中，并室温搅拌1小时。分液除去下层水相，上层有机相经浓缩后得到淡黄色固体：手性双仲胺化合物3(471.60g，收率100％)，此时无需进一步纯化可直接用于下一步反应。
(2)手性硫脲化合物4的合成
于5L反应釜中加入二氯甲烷(1.25L)和水(1.25L)，开启搅拌，然后一次加入中间体化合物3(471.60g，0.70mol，1.00equiv.)和碳酸钾(270.90g，1.96mol，2.80equiv.)。搅拌澄清之后，反应体系降温至0℃，之后缓慢滴加硫光气(54.0mL，0.74mol，1.05equiv.)。然后再自然升温到25℃，搅拌反应2小时。TLC和HPLC中控合格后，加入水(1.2L)稀释反应体系。分液，水相再用二氯甲烷(1.0L)萃取，合并后的有机相经无水硫酸钠干燥后，减压浓缩得到黄棕色油状物。硅胶柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)得到黄色的高纯度的手性硫脲化合物4。
(3)手性2-氯咪唑啉鎓盐化合物5的合成
于5L反应釜中加入干燥甲苯(1.6L)和中间化合物4(435.25g,0.62mol,1.00equiv.)，氮气置换体系后，开启搅拌，室温下一次性加入草酰氯(1.60L,15.50mol,25.00equiv.)，开启冷凝，缓慢加热至70℃回流，维持反应温度，搅拌12小时。TLC和HPLC中控合格后，减压浓缩得到高纯度的黄色固体手性2-氯咪唑啉鎓盐化合物5，氮气保护保存使用。
(4)化合物6粗品(BG-II)的合成
因为上一步的手性2-氯咪唑啉鎓盐化合物5对水敏感，所以这一步的所有物料均需要干燥，不然对反应的收率影响很大。因此，在上一步反应釜中加入干燥乙腈(1.8L)，开启搅拌，一次性加入三乙胺(0.26L,1.86mol,3.00equiv.)，待溶液澄清后加入哌嗪(13.10g,0.15mol,0.25equiv.)，开启冷凝，缓慢加热至85℃回流，维持反应温度，搅拌12小时。TLC和HPLC中控合格后，减压浓缩得到棕色液体。
(5)提纯BG-II
加入水(0.5L)和二氯甲烷(0.5L)稀释，并用1M HCl调节体系的pH至到5-6，分液，水相加入二氯甲烷(1.0L)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，减压浓缩后得到棕色液体，加入乙酸乙酯(0.5L)，静置分层后，过滤得到高纯度的淡黄色固体化合物6(BG-II)(158.40g,34.0％yield)。
化合物6(BG-II)和现有技术中的BG-I分别在不对称反应中进行催化诱导的结果如图2所示，如图2所示，在四级手性碳中心的碳-碳键形成反应中，采用BG-I催化剂的收率为80％，ee值(对映异构体过量)只有45％，但采用具有两个三氟甲基吸电基团的BG-II催化剂，收率为78％，ee值显著地提高到94％。正是因为引入双三氟甲基吸电基团，使新催化剂BG-II阳离子中心的整体电荷更加分散，从而加强了BG-II与关键阴离子的结合作用，进而强化了催化的性能。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，包括以下的步骤：
S1、向反应釜内加入化合物1、化合物2和TBAB(四丁基溴化铵)，进行胺烷基化反应，得到副产物和化合物3，进而经过简单水洗将副产物分离，得到目标产物化合物3；
S2、无需对反应釜内的化合物3进行纯化，紧接着同釜加入溶剂和硫光气，进行硫羰基化反应，得到化合物4，进而对化合物4进行打浆纯化处理；
S3、接着同釜加入草酰氯，得到化合物5；
S4、接着同釜加入哌嗪，通过胺化偶联反应得到了化合物6粗品；
S5、最后化合物6粗品经过简单水洗、萃取干燥浓缩、溶解其中的杂质，过滤后得到化合物6纯品；
Figure FDA0003942566490000011
2.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S1中进行胺烷基化反应之前还需加入乙腈和碳酸钾。
3.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S2中所述的溶剂为二氯甲烷。
4.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S2中采用添加甲醇和二氯甲烷混合液对化合物4进行打浆纯化处理。
5.根据权利要求1或4任一项所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S2中在对化合物4进行打浆纯化处理之前还需对化合物4进行简单水洗、萃取和干燥浓缩处理。
6.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S3中具体的，在加入草酰氯之前，需要在反应釜内充入保护气体，在加入草酰氯后，开启冷凝，缓慢加热至指定温度并回流，维持反应温度，搅拌一段时间，最后减压浓缩得到高纯度的化合物5。
7.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S4中在加入哌嗪前，先加入干燥乙腈，开启搅拌，再加入三乙胺，待溶液澄清后才加入哌嗪。
8.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S4中在加入哌嗪后，开启冷凝，缓慢加热至指定温度并回流，维持反应温度，搅拌一段时间，TLC和HPLC中控合格后，最后减压浓缩得到了化合物6粗品。
9.根据权利要求1所述的一种改性手性双胍相转移催化剂化合物6的合成方法，其特征在于，步骤S5的具体操作为：先加入水和二氯甲烷对化合物6粗品进行稀释，并用酸调节体系的pH至5-6，分液，水相加入二氯甲烷萃取，再合并有机相，接着用无水硫酸钠对化合物6粗品进行干燥，减压浓缩后得到棕色液体，加入乙酸乙酯，静置分层后，过滤得到化合物6纯品。
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