新型手性四氮镍（Ⅱ）配合物的合成、表征及催化苯乙酮不对称氢转移研究

张 添，谭华杰，洪益玲，沈 良

（杭州师范大学材料化学与化工学院，浙江杭州 310036）

新型手性四氮镍（Ⅱ）配合物的合成、表征及催化苯乙酮不对称氢转移研究

张 添，谭华杰，洪益玲，沈 良

（杭州师范大学材料化学与化工学院，浙江杭州 310036）

合成了两个手性四氮配体，（S，S，S，S）－N，N′－二［2－（对甲苯磺酰胺基）－1，2－二苯基乙基］乙二胺（A）和（S，S，S，S）－N，N′－二［2－（对甲苯磺酰胺基）－1，2－二苯基乙基］丙二胺（B），及其手性镍（Ⅱ）配合物1和2，采用元素分析、1H NMR、MS和IR对它们进行了表征.研究了手性配合物催化苯乙酮的不对称氢转移反应，考察了碱量和反应时间对催化活性的影响.

手性四氮配体；镍配合物；苯乙酮；不对称氢转移

近年来，随着化工、医药等领域对光学纯手性醇中间体需求的不断增加，不对称氢转移（asymmetric transfer hydrogenation，ATH）作为具有独特优势——催化效率高、操作简便、宽的底物适应性——的合成方法［1－5］，受到广泛关注.ATH所要求的核心条件是高效、低耗、经济的手性配合物作为催化剂，在适当的温度、碱量、底物/催化剂（S/C）条件下进行.

手性配体对不对称氢转移获得高转化率和高ee值起着非常重要的作用，在众多配体中，四氮配体吸引了我们的目光，基于其以下优点：易得——来源广、手性体易拆分［6］；稳定（相比部分含磷配合物，耐水耐氧）［7］；同时四氮原子易与过渡金属螯合配位形成稳定的空间构型.在不对称氢转移研究中，形成配合物的金属离子主要采用Ru（Ⅱ）、Ir（Ⅲ）、Rh（Ⅲ）等，这些贵金属离子催化活性高，但价格昂贵，不利工业化开发和应用.若能采用价廉的第一过渡系金属代替贵金属开展不对称氢转移研究［8－9］，将是很有意义的研究工作.本文以手性四氮配体和Ni（Ⅱ）形成的手性配合物为催化剂，催化苯乙酮的不对称氢转移反应，获得了较好的结果.

1 实验部分

1.1 主要仪器

所使用试剂及原料如无特殊说明，均为购置无需进一步处理.柱层析硅胶（200～300目，青岛海洋化工厂分厂）；硅胶板（厚度：0.20～0.25mm，青岛海洋化工厂分厂）.红外光谱仪（KBr压片，Bruker Tensor 27）、核磁共振仪（TMS为内标，Bruker公司）、熔点仪（上海精细科学仪器有限公司）、质谱仪（Agilent5975）、薄层层析用紫外灯（254nm）、气相色谱（Shimadzu GC－2014）.

1.2 手性四氮配体的制备

1.2.1 （1S，2S）－N－对甲苯磺酰基－1，2－二苯基乙二胺［（S，S）－TsDPEN］的合成

如图1按文献［10］方法合成［（S，S）－TsDPEN］.在500mL的三口烧瓶中加入（S，S）－1，2－二苯基乙二胺（6.39g，30mmol）、三乙胺（13mL，93mmol）和四氢呋喃（270mL），冰水浴冷却至0～1℃.在此溶液中滴加对甲苯磺酰氯（31.4mmol）和四氢呋喃（10mL）混合液，2.5h滴加完毕，室温搅拌12h.加入40mL饱和碳酸钠溶液，用35mL二氯甲烷分液，水层二氯甲烷萃取（3×10mL），合并有机相，干燥，过滤后蒸去有机溶剂得黄色固体粉末.将此粗品溶于乙醚，加入浓盐酸（22mL），将产生的白色固体滤出后，用5%氢氧化钠洗涤，并用二氯甲烷萃取，无水硫酸钠干燥后蒸去有机溶剂得白色固体.m.p：123.2～126.9℃；［α］20589＝＋67.5°（c 0.4，CH2Cl2）；1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.399，4.386［d，2H，J＝5.2Hz］，4.166，4.153［d，2H，J＝5.2Hz］；EI－MSm/z：367［M＋H］＋.

1.2.2 配体A和B的合成

按文献［11］方法合成配体A和B（图2）.（S，S）－TsDPEN（366mg，1.0mmol）和1，2－二溴乙烷（94mg，0.5mmol）或1，3－二溴丙烷（101mg，0.5mmol）置于密闭的玻璃仪器中，在130℃下加热28h.得到的粗产物溶解于二氯甲烷（30mL）中，用20%氢氧化钠（20mL）溶液洗涤.有机相用二氯甲烷（3× 10mL）萃取后，再用无水Na2SO4干燥，旋转蒸发得到含有四齿配体和未反应（S，S）－TsDPEN的粗产物.粗产物用硅胶柱层析法分离，得白色粉末A和B.

（A）m.p：167.5～169.2℃；［α］20589＝＋15.97°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C44H46N4S2O4：C，69.63；H，6.11；N，7.38%；Found（%）：C，69.28；H，6.14；N，7.36%.Selected IR，υ（cm－1）：3 327.45，3 030.49，2 919.17，1 598.86，1 494.51，1 452.05，1 329.45，811.52，773.01，770.03，672.90.1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.424，4.403［d，2H，J＝8.4Hz］，3.751，3.730［d，2H，J＝8.4Hz］，2.616，2.596［d，2H，J＝8.0Hz］，2.333，2.313［d，2H，J＝8.0Hz］，EI－MSm/z：759［M＋H］＋.

（B）m.p：75.2～76.8℃；［α］20589＝＋18.63°（c 0.4，CH2Cl2）；Anal.Calcd.（%）for C45H48N4S2O4：C，69.95；H，6.22；N，7.25%；Found（%）：C，70.23；H，6.48；N，6.7%.Selected IR，υ（cm－1）：3 260.01，3 029.81，2 924.02，1 599.23，1 494.55，1 454.77，1 326.44，1 158.68，1 092.69，812.62，767.73，699.95，668.38.1H NMR（CDCl3，400MHz），δ（ppm）：4.375，4.352［d，2H，J＝7.2Hz］，3.824，3.812［d，2H，J＝4.8Hz］，2.696［m，2H］，2.561［m，2H］，1.667［m，2H］.EI－MSm/z：773［M＋H］＋.

1.3 手性四氮Ni（Ⅱ）配合物的合成

制备无水醋酸镍［12］：Ni（Ac）2·4H2O置于圆底烧瓶中，70℃下真空加热2h.得到黄绿色无水Ni（Ac）2粉末，密封备用.

将98.5mg（0.4mmol）无水Ni（Ac）2的溶于20mL无水乙醇中，得一浅绿色溶液.在此溶液中加入300mg（0.4mmol）配体A的20mL无水乙醇，N2保护下85℃回流24h，得深蓝紫色澄清溶液，旋转蒸发得紫色固体.加乙酸乙酯8mL溶解粗产物，滴加无水乙醚至大量紫色固体析出，过滤洗涤，干燥后得到：

配合物1：Ni［S，S，S，S－A］（Ac）2（产率为8.2%）.Anal.Calcd.（%）for C48H52N4O8S2Ni：N，6.475；C，61.540；S，6.111；H，5.747.Found（%）：N，5.989；C，61.604；S，6.845；H，5.561.Selected IR，υ（cm－1）：3 495.04，3 173.74，3 061.96，2 921.92，1 600.46，1 495.50，1 454.66，1 255.98，1 128.31，1 026.16，812.27，757.72，699.73，592.37.

配合物2：Ni［S，S，S，S－B］（Ac）2，制备方法同上.产物为浅紫色固体（产率为7.5%）.Anal.Calcd.（%）for C49H54N4O8S2Ni：N，6.051；C，61.950；S，6.693；H，5.752.Found（%）：N，5.901；C，61.960；S，6.744；H，5.690.Selected IR，υ（cm－1）：3 431.74，3 245.31，3 030.04，2 924.22，1 598.54，1 493.63，1 453.03，1 316.30，1 150.56，1 090.75，817.64，764.92，699.15.

配合物可能的结构如图3所示.

图3 推测的配合物结构（n＝2，L＝A；n＝3，L＝B）Fig.3 Proposed structure of complex 1and 2

1.4 手性Ni（Ⅱ）配合物催化苯乙酮的不对称氢转移研究［13－14］

图4 苯乙酮的不对称氢转移Fig.4 Asymmetric transfer hydrogenation of acetophenone

在氮气保护下，将0.02mmol的手性四氮Ni（Ⅱ）配合物，10mL无水异丙醇加入到50mL圆口瓶中，80℃下反应2h，用注射器注入氢氧化钾/异丙醇溶液，继续反应2～3h，再注入溶有苯乙酮（480mg，4mmol）的异丙醇溶液（S/C＝100）.在80℃设定温度下反应，用薄层色谱法跟踪反应进程［15］.反应结束后，用2mol·L－1盐酸中和至pH＝3～5，用无水乙醚萃取，合并有机相，再用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，浓缩，气相色谱法测定产物的转化率.配合物1和2在实验条件下催化苯乙酮不对称氢转移（图4）的转化率数据列于表1.由于转化率相对较低，不能分离得到单一型异构体，无法进行ee的测定.

表1 配合物1和2催化苯乙酮不对称氢转移的转化率Tab.1 A comparison of conversion catalysts for ATH of acetophenone by complex 1/2

2 结果与讨论

2.1 碱量对催化活性的影响

当n（底物）∶n（碱）＝1∶30时，配合物1和2催化进行48h以上转化率仍仅有30%左右（编号1和10）；碱量提高至1∶80以及1∶100时，催化进行24～32h转化率即可过半（编号2和5），随着碱量的增加，配合物催化苯乙酮转化为1－苯乙醇的转化率逐渐增大.

2.2 配合物对催化活性的影响

如图5所示，固定碱量、温度等条件，反应时间在48h之内，配合物1（配体A）的催化活性优于配合物2（配体B），转化率均有明显上升；随时间延长，二者差距缩小，且增长速率趋缓.这可能是由于配合物2比配合物1多一个亚甲基，从结构上看刚性减小，导致催化效率下降.

图5 碱量比100∶1时配合物1和2催化苯乙酮转化率比较Fig.5 A comparison of conversion catalysts for ATH of acetophenone by complex 1/2in 100∶1of base：complex

3 结 论

本文首次以手性四氮配体和Ni（Ⅱ）形成的手性配合物为催化剂，用于苯乙酮的不对称氢转移反应研究.该催化剂制备过程简单且价格低廉，在苯乙酮的不对称加氢中显示了一定的催化活性，在优化反应条件下，生成1－苯乙醇的转化率达到94.18%.催化剂的活性总的来说还不是很理想，有待进一步探索.

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Synthesis，Characterization of Ni（Ⅱ）Complexes with Chiral Tetraaza Ligands and Their Application for Asymmetric Transfer Hydrogenation of Acetophenone

ZHANG Tian，TAN Hua－jie，HONG Yi－ling，SHEN Liang

（College of Material，Chemistry and Chemical Engineering，Hangzhou Normal University，Hangzhou 310036，China）

The experiment synthesized two chiral tetraaza ligands，（S，S，S，S）－N，N′－bis（2－p－toluenesulfonylamino－1，2－diphenylethyl）ethylenediamine（A）and（S，S，S，S）－N，N′－bis（2－p－toluenesulfonylamino－1，2－diphenylethyl）trimethylenediamine（B），and characterized their Ni（II）complexes by elemental analysis，1H－NMR，MS and IR.The paper researched on the asymmetric hydrogen transfer reaction of acetophenone，and investigated the effects of the alkali charge and reaction time on ATH.

chiral tetraaza ligands；nickel complex；acetophenone；asymmetric transfer hydrogenation

O69

A

1674－232X（2012）01－0007－04

11.3969/j.issn.1674－232X.2012.01.002

2011－08－17

浙江省自然科学基金项目（Y4090056）.

沈 良（1964—），男，教授，主要从事有机金属化学研究.E－mail：shenchem＠hotmail.com