(S)-BINAM 衍生的新型吡啶-硫脲双功能有机催化剂的合成

张辉，朱莉莉，张有灿

(1.周口师范学院 化学化工学院，河南 周口 466001;2.周口师范学院 药物化学研究所，河南 周口 466001)

联二萘胺［1，1’-联-2-萘胺，2，2’-diamino-1，1’-binaphthalene(BINAM)］是一类典型的具有C2轴手性化合物［1］及重要的手性配体、手性拆分剂和手性催化剂［2］。近年来，联二萘胺及其衍生物作为手性催化剂在各类不对称催化反应中得到广泛应用，如:联二萘胺衍生的手性硫脲类催化剂应用于不对称Michael 加成反应［3］、不对称MBH 反应［4-5］、不对称(Aza)-Henry 反应［6-7］、不对称Diels-Alder 反应［8］、不对称Friedel-Crafts 反应［9］及不对称Carbonyl-Ene反应［10］中。2008 年，Wulff 小组［11］由联二萘胺设计出结构独特的双功能DMAP-硫脲催化剂，并成功应用于催化硝基烷烃与硝基烯烃的不对称Michael 加成反应中，使得联二萘胺作为手性有机催化剂前体的应用范围进一步扩展。

本文目标即:以(S)-联二萘胺为原料，合成出一种新型联二萘胺吡啶-三氟乙胺硫脲双功能有机催化剂。借鉴文献方法［11］，通过C—N 键的偶联反应，我们获得了中间体N-吡啶联二萘胺;然而，当采用已有的硫脲合成方法［12］制备三氟乙胺的异硫氰酸酯时，效果很不理想，可能是因为三氟乙胺的特殊结构，加之三氟甲基的强吸电子作用及氨基与水的氢键作用，致使三氟乙胺的水溶性非常好，所以，使用常规异硫氰酸酯的合成方法基本得不到三氟乙胺的异硫氰酸酯;随后，我们在调研文献［13］时受到启发，三氟乙胺的硫脲片段或许可以通过硫代氯甲酸-4-硝基苯酯(Ⅲ)(合成路线如图1 所示)获得;通过该方法我们以较高收率(70%)成功合成了新型联二萘胺吡啶-三氟乙胺硫脲双功能有机催化剂(Ⅳ)(合成路线如图2 所示)，其结构经1H NMR 和13C NMR 进行了表征。

化合物(Ⅲ)的合成路线如下(图1 所示):

图1 硫代氯甲酸-4-硝基苯酯(Ⅲ)的合成路线Fig.1 Synthesis of 4-nitrophenyl chlorothionoformate(Ⅲ)

催化剂(Ⅳ)的合成路线如下(图2 所示):

图2 催化剂(IV)的合成路线Fig.2 Synthesis of catalyst(IV)

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

(S)-(－)-1，1’-联-2-萘胺［(S)-BINAM，纯度99%，阿拉丁］;三(二亚苄基丙酮)二钯(Pd2dba3，纯度97%，阿拉丁);1，3-双(二苯膦基)丙烷(dppp，纯度97%，阿拉丁);叔丁醇钠(纯度98%，阿拉丁);2-溴吡啶(纯度98%，阿拉丁);对硝基苯酚(分析纯，阿拉丁);三氟乙胺盐酸盐(纯度98%，阿拉丁);其余无特殊说明的实验溶剂及试剂都是由分析纯直接使用。

RE-52CS-1 型旋转蒸发仪;SHB-III 型循环水式真空泵;PL601-L 型电子天平;DF-101S 型恒温加热磁力搅拌器;Brucker AC 300 MHz 型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS 为内标)。

1.2 合成

1.2.1 化合物(Ⅱ)的合成［11］将2.0 mmol(S)-BINAM、0. 15 mmol Pd2dba3、0. 3 mmol dppp、3.0 mmol NaOtBu 置于一干燥的反应瓶中，氩气置换3 次，在氩气环境中，加入已脱气的甲苯16.0 mL、2.0 mmol 2-溴吡啶，而后将体系置于80 ℃的油浴中反应，TLC 监测反应进展情况;反应结束后(36 h)，抽滤除去其中的固体物，滤饼用适量的DCM 洗涤，滤液减压除去甲苯，剩余物用适量的DCM 转移至分液漏斗中，水洗分液，有机相用无水硫酸钠干燥，柱层析可得中间体(Ⅱ)，淡黄色固体，收率为60%。

1.2.2 化合物(Ⅲ)的合成［14］将20.0 mmol 对硝基苯酚溶于18.0 mL 5%的氢氧化钠溶液中，冷却至0 ℃，随后加入12.0 mL 溶有20.0 mmol 硫代光气的三氯甲烷溶液，于冰浴下反应1 h 反应即结束，有机相用3 mol/L HCl、水充分洗涤，无水硫酸钠干燥，抽滤，柱层析纯化可得黄色针状固体化合物(Ⅲ)，收率为56%。

1.2.3 催化剂(Ⅳ)的合成［13］室温下向15.0 mL的DCM 溶液中加入1.5 mmol 三氟乙胺和1.7 mmol吡啶，充分混合后，向反应体系中加入1.5 mmol 的化合物(Ⅲ);反应于室温下搅拌10 min 后，将溶解有1.0 mmol 化合物(Ⅱ)的5 mL DCM 溶液转移至上述反应体系中，随后再向体系加入1.1 mmol 的DIPEA，室温反应过夜;TLC 跟踪反应进展，反应结束后，加入适量的饱和碳酸氢钠溶液淬灭反应，DCM 萃取，分液，干燥，抽滤，减压浓缩，剩余物进行柱层析，即得催化剂(Ⅳ)，浅黄色固体，收率为70%。1H NMR(300 MHz，CDCl3):δ 8.03 ～7.88(m，5H)，7.80(d，J =8.9 Hz，1H)，7.67(s，1H)，7.61(d，J=8.8 Hz，1H)，7.53(t，J =7.4 Hz，1H)，7.42(t，J=7.8 Hz，1H)，7.40(t，J =7.7 Hz，1H)，7.30(t，J =7.2 Hz，1H)，7.25 ～7.20(m，2H)，6.49(d，J=8.4 Hz，1H)，6.82(d，J =8.4 Hz，1H)，6.68(t，J=5.6 Hz，1H)，6.22(br，1H)，6.08(br，1H)，4.38～4. 21(m，1H)，3. 42 ～3. 32(m，1H);13C NMR(75 MHz，CDCl3):δ 182. 2，155. 6，147. 7，138.2，132.1，136. 9，133. 4，133. 3，133. 0，132. 4，130. 8，130.0，128. 8，128. 5，128. 4，127. 6，126. 8，126. 0，125.7，125. 0，124. 6，124. 1，122. 2，122. 0，121. 8，115.7，109.5，45.8。

2 结果与讨论

2.1 化合物(Ⅱ)的合成

化合物(Ⅱ)是由2. 0 mmol 的(S)-BINAM 和2.0 mmol 的2-溴 吡 啶于16. 0 mL，在3. 0 mmol NaOtBu、0.15 mmol Pd2dba3和0.3 mmol dppp 的催化下于80 ℃条件下通过Buchwald-Hartwig 偶联反应获得，为确保反应顺利进行，本实验过程中需注意以下两点:①为使催化剂钯保持高的催化活性，反应需在惰性气体环境中进行;②反应溶剂需绝对干燥且加入至体系前需脱气30 min 以上。TLC 跟踪反应进展情况，反应结束进行柱层析可以以较为理想的收率(60%)获得化合物(Ⅱ)。

2.2 催化剂(Ⅳ)的合成

由于三氟乙胺的特殊结构及高水溶性，致使三氟乙胺异硫氰酸酯同样具有较高的亲水性，因此使用常规合成异硫氰酸酯的方法应用于三氟乙胺异硫氰酸酯的合成，基本无法实现合成硫脲的目的;经过对已有文献［13］报道的合成方法分析及系列实验后，我们发现在硫代氯甲酸-4-硝基苯酯(Ⅲ)的存在下，经一锅法、两次分子间亲核取代反应可顺利获得催化剂(Ⅳ)(该反应机理如图3 所示)，收率为70%，催化剂(Ⅳ)的结构经1H NMR 和13C NMR 确定。

图3 催化剂(Ⅳ)的合成机理Fig.3 The synthesis mechanism of catalyst(IV)

3 结论

新型手性联二萘胺吡啶-三氟乙胺硫脲双功能有机催化剂(Ⅳ)，以手性联二萘胺为原料，经Buchwald-Hartwig 偶联反应及硫代氯甲酸-4-硝基苯酯存在下的一锅两步亲核取代反应，以42%的总收率获得催化剂(Ⅳ)。三氟乙胺硫脲片段的成功合成，不仅拓展了硫脲类化合物的合成方法，同时也为高水溶性的不易生成异硫氰酸酯的氨基化合物合成硫脲提供了新的合成方法，该催化剂的应用研究正在进行中。

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