手性脱氢枞胺希夫碱铜配合物催化不对称Henry反应的研究

屠双燕，宁 波，钟建凯，姚晓菲，黄申林，费宝丽

(1.南京林业大学化学工程学院，江苏 南京 210037；2.长春职业技术学院食品与生物技术分院，吉林 长春 130033)

自1992年Henry反应被报道以来，因其生成C—C键的方法而在有机合成领域引起了广泛关注.[1]很多含氮配体的金属配合物催化不对称Henry反应成为近年来的研究热点[2].手性希夫碱的金属配合物已被用于包括Henry反应的许多不对称催化反应中[1，3-6]，文献[6]首次报道了手性铜希夫碱配合物催化的不对称Henry反应.因为已有的不对称Henry反应催化剂存在一些应用上的缺陷，所以有必要再开发性能优良的新型催化剂.合成经济、环境友好型的手性催化剂备受人们关注，将天然产物及其衍生物作为手性骨架的研究引起了科研人员的高度重视.脱氢枞胺是天然林产品松香的重要衍生物，具有三环菲结构和3个手性中心的光学纯手性源，其衍生物从未用于Henry反应中.[7]希夫碱与过渡金属配位后能提高其催化能力.但即时生成和预先制备的具有确定晶体结构的手性希夫碱铜配合物催化不对称Henry反应的效率是否存在区别还有待研究.因此，本文利用基于脱氢枞胺的吡啶希夫碱的光学纯手性铜配合物(配合物的手性由配体迁移得到)，探讨了配合物的类型、配体/金属比例、溶剂种类、反应温度、反应时间以及外加碱对不对称催化Henry反应的影响，反应示意图见图1.

图1 苯甲醛和硝基甲烷的不对称催化Henry反应示意图

1 实验部分

1.1 试剂

图2 光学纯手性希夫碱配体L的结构式

光学纯手性希夫碱配体L(见图2)及其光学纯手性铜配合物[Cu(L)2Cl]Cl(1)和[Cu(L)2Br]Br(2)(见图3)由本实验室合成，并采用X射线单晶衍射对配合物1和2进行了表征.[8]

1.2 不对称催化Henry反应的实验过程

将适量Cu(Ⅱ)盐和0.1 mmol配体L置于20 mL无水乙醇中，所得的混合物在室温下搅拌2 h，然后加入10 mmol苯甲醛和50 mmol硝基甲烷，在0℃条件下反应48 h.减压蒸出溶剂，用[V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶4]柱层析分离出无色油状产品C8H9NO3.相同方法，只是将Cu(Ⅱ)盐和0.1 mmol配体分别换成0.1 mmol配合物1、0.1 mmol配合物2，不对称催化Henry反应，同样分离出无色油状产品C8H9NO3.其1H NMR(500 MHz，d6-DMSO)δ：3.01(t，1H)， 4.5～4.75(d，2H)，5.39(s，1H)，7.31～7.46(m，5H).

2 结果与讨论

2.1 晶体结构描述

晶体结构分析显示配合物1和2属于三斜晶系，P1空间群，Z值分别为4和2(见图3).[8]每个Cu(Ⅱ)中心的配位数是五，Cu(Ⅱ)的配位构型介于四方锥和三角双锥之间.

2.2 不对称催化Henry反应

为寻找产率和对映选择性最优的催化剂，比较了由配体L与CuCl2，CuBr2，Cu(NO3)2和Cu(OAC)2即时生成的配合物及预先制备的配合物1和2等光学纯手性铜配合物催化Henry反应的能力(见表1).CuCl2和配体L即时生成的配合物的催化效果最好，这不同于文献中多数情况下Cu(OAC)2是最好的金属源[5，9]，这可能是由于所用配体的构型和种类的不同所致.另外，配合物1和2并无催化活性，与手性Cu(Ⅱ)配合物作为不对称催化Henry反应的结果不一致.[10-11]这证实了文献[5]提出的机理，即该反应生成的中间体与Cu(Ⅱ)配位形成过渡态，配合物1和2中的Cu(Ⅱ)离子周围被庞大的配体占据，阻碍了过渡态的形成，使得反应无法发生.因此，以CuCl2-L作为催化剂来优化反应条件，得出了最佳的金属/配体比(见表1)，显然，CuCl2与配体L的物料比为3∶1时，产率及对映选择性数据最好；当其低于或高于3∶1时，产率和对映选择性均降低.

表1 不对称催化Henry反应催化剂的筛选a

a：加入的碱为0.5 mmol Na2CO3；b：用文献[12]的方法确定产品的对映选择性.

反应温度和时间对不对称催化Henry反应的影响见表2.由表2可见：低于或高于0℃时，不对称催化Henry反应不发生；反应时间在48 h以内，反应未发生；反应时间延长至72 h，产率和对映选择性都降低.因此，适宜的反应温度和时间分别是0℃和48 h.

表2 温度和时间对不对称催化Henry反应的影响a

a：加入的碱为0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物质的量比为3∶1；b：用文献[12]的方法确定产品的对映选择性.

溶剂也是影响催化反应的关键性因素.无水乙醇、乙腈和二氯甲烷3种溶剂对不对称催化Henry反应的影响见表3.由表3可知，极性质子溶剂无水乙醇是最佳溶剂.乙腈和二氯甲烷做溶剂时，反应未能进行.[13]

表3 溶剂对不对称催化Henry反应的影响a

a：加入的碱为0.5 mmol Na2CO3，CuCl2-L物质的量比为3∶1；b：用文献[12]的方法确定产品的对映选择性.

外加碱在不对称催化Henry反应中的作用是使亲核试剂失去质子.[13]因此对不同碱的影响进行了探索，实验结果见表4.不对称催化Henry反应在3种条件下都能发生，但Et3N作为外加碱时，对映选择性最高.综合考虑产率和对映选择性，Na2CO3是最适合的选择.

表4 不同外加碱对不对称催化Henry反应的影响a

a：加入0.5 mmol相应的碱，CuCl2-L物质的量比为3∶1；b：用文献[12]的方法确定产品的对映选择性.

3 结论

综上所述，得出不对称催化Henry反应的最佳条件：以CuCl2与手性配体L(物质的量比为3∶1)生成的即时配合物作为催化剂，Na2CO3为外加碱，溶剂为无水乙醇，反应温度为0℃，反应时间为48 h.研究结果表明，即时生成的手性配合物Cu(Ⅱ)-L能够催化不对称Henry反应.这是松香的希夫碱衍生物首次用于不对称催化Henry反应的配体.对希夫碱的结构进行修饰和优化，使该反应的产率和对映选择性都得到提高.有助于开发新型松香基手性配体作为不对称催化反应的助剂.