第11卷 第4期分 子 催 化Vol. 11 ,No. 4 1997年8月JOURNAL OF MOLECULAR CATAL YSIS(CHINA)Aug. 1997 研究简报305 - 308 金鸡纳生物碱的金属络合物用于 苯乙酮的不对称催化还原 刘 湘 (无锡轻工大学化工系 无锡214036) 李纪国 张 正 (南京大学化学系 南京210093) 关键词 金鸡纳生物碱 手性络合物 不对称还原 苯乙酮 分类号 O643. 32 近10多年来,前手性酮的不对称还原反应作为制备光学活性醇的方法之一得到了广泛 的研究1.这些不对称还原反应大多利用手性配体与还原剂形成的络合物进行反应.例如 Brown等2 ,3利用Ipc2BCl和Eap2BCl , Noyori等4利用BINAL2H进行的化学计量不对称还 原反应; Itsuno和Corey等5 ,6利用Oxazaborolidines进行的催化不对称还原反应.除催化氢 化外,用手性配体与过渡金属形成的手性络合物催化不对称还原反应的报道较少, Pfattz 等7在催化量的Co2Scmicorrin手性络合物存在下,用NaBH4还原, 2不饱和羧酸酯.事实 上,手性配体与过渡金属形成的络合物在其它类催化不对称合成中的应用很广8.本文将利 用天然易得的手性金鸡纳生物碱与过渡金属原位制得的络合物来催化苯乙酮的不对称还原, 并考察由手性配体与不同的过渡金属盐形成的手性络合物的催化性能及手性络合物的组成对 催化性能的影响. 1.实验部分 1. 1仪器和试剂 气相色谱分析用上海分析仪器厂产103型色谱仪(PEG20M毛细管色谱柱,柱长25 m , 内径0. 3 mm ,柱温180,气化室230 ) ; 旋光度用日本ATAGO公司的POLAX型旋光仪 测定.奎尼定 、 辛可宁 、 辛可尼定为英国BDH产品, KBH4为意大利进口分装,其它为国产 A R或C P级试剂. 1. 2典型的原位手性络合物催化剂制备和苯乙酮的催化不对称还原 0. 324 g奎宁(1 mmol)和0. 119 g CoCl26H2O(0. 5 mmol)的95 %乙醇(20 mL)溶液在室 温下搅拌5 h ,待用. 上述溶液被冷至0,加入0. 405g硼氢化钾(7. 5mmol)并搅拌10min ,然后把刚蒸过 的1. 20 g苯乙酮(10 mmol)溶于95 %的乙醇(10 mL)溶液,在2 h内缓慢滴加到上述混合液 中,维持0至反应结束( TLC与GC监测,约70h) ,用1 %HCl溶液淬灭反应,并在此混合 1996209212收到初稿, 1997204223收到修改稿.刘湘:男, 33岁,硕士,讲师. 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 液中滴加1 mol/ L HCl溶液至pH = 4 ,然后用乙醚 (3 50 mL)萃取,合并醚液用无水硫酸钠 干燥,过滤后减压蒸去溶剂得粗产品,然后用硅胶柱层析(乙醚/环己烷= 1/ 9洗脱 ) , 得纯产 品1. 03 g , D20= + 22. 4(C = 7. 10 ,环戊烷 ) , 与文献值9D22= + 43. 1 (C = 7. 19 ,环戊 烷 ) , R2( + )212苯基乙醇比较,产物ee值为52 % ,构型为R型. 2结果和讨论 2. 1各种手性催化剂对反应的影响 本文选用了4种天然价廉的金鸡纳生物碱(2)2奎宁(2)2quinine) .( + )2奎尼定( + )2 quinidine)、( + )2辛可宁( + )2cinchonine) 、(2)2辛可尼定(2)2cinchonidine)作手性配体,其结 构如下: X= OMe , (2)2quinine X= OMe , ( + )2quinidine X= H , (2)2cinchonidine X= H , ( + )2cinchonine 各种手性催化剂(包括手性配体 与手性络合物)对反应的影响见 表1.从表中数据可见,使用同 摩尔数的手性络合物(entries 12 4) 比使用同摩尔数的手性配体 (entries 5 - 8)的催化效果要好得 多,这从产物的ee值可以看出, 得 到的产物12苯基乙醇的ee值要高2倍多,甚至比使用化学计量的手性配体(entry10)的催 表1不同手性络合物及手性配体对产物对映体过量的影响a Table 1 Effect of different chiral complexes and chiral ligands on the enantiomeric excesses of the product EntryChiral ligand ( %) CoCl2 ( %) Yieldb ( %) eec ( %) Conformation 1Quinine(10)58652R 2Quinidine(10)58541S 3Cinchonidine(10)58447R 4Cinchonine(10)58439S 5Quinine(10)08819R 6Quinidine(10)08813S 7Cinchonidine(10)08715R 8Cinchonine(10)08612S 9Quinine(50)07632R 10Quinine(100)07240R a. Acetophenone: 10 mmol ; KBH4:7. 5 mmol ; All the reactions were carried out at 0for 70 h in EtOH(30 mL) . b. Yields of isolated product. Conversion 95 %(based on GC analysis) . c. Based on maximum reported D22= 43.1(C = 7.19 cyclopentane) 9 化效果还好.此外,从产物构型 可以看出,通过选择合适的生物 碱能得到(R)2或(S)2对映体中 任一种过量的产物.反应历程可 能为手性催化剂与苯乙酮形成过 渡态,在 此 手 性 环 境 下,使 KBH4进攻苯乙酮时某一方向更 为有利,导致某一对映体产物过 量.由于手性络合物中过渡金属 离子的配位能力强,故比单独的 手性配体有较好的手性环境,使 得产物的对映体过量值高出许 多.手性络合物的结构和具体的 历程还有待于进一步研究证实. 2. 2不同的手性络合物对反应的 影响 由于金属离子的配位能力越 强,形成手性络合物的能力越强,反应过程中与底物的结合能力也强10a ,10c,使反应过渡态 有较好的手性环境,而导致产物有较高的ee值.从表2数据可知,产物的ee值变化并不与金 603 分 子 催 化 第11卷 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. 属离子的配位能力(Cu() Co () Zn() ) 10a一致. 导致产物的ee值变化的因素,是由 表2手性配体与不同的过渡金属盐形成的络合物 对产物对映体过量的影响a Table 2 Effect of complexes prepared from chiral ligand and various transition metal salts on the enantiomeric excesses of the product EntryMetal salt( %) Yieldb ( %) eec ( %) Conformation 1CoCl2(5)8652R 2CuCl2(5)8337R 3ZnCl2(5)8635R 4Zn(OAc)2(5)8423R a. Quinine: 1 mmol. Others are the same as in Table 1. b. See footnote b in Table 1 ; c. See footnote c in Table 1. 于还原电位较高的部分 Cu( )在此反应 过程中被还原为Cu(0) (观察到有少量暗 红色粉末生成 ) , 失去了配位能力,而 KBH4对 Co ( )与 Zn( )的还原影响要 小些10b.表2中entries 1 - 3数据反映了 金属离子形成手性络合物的能力和络合物 中金属离子被还原的难易程度综合作用的 结果.此外,配位阴离子不同对反应也有 影响,配位阴离子体积大,既影响中心离 子与手性配体的配位10a,也影响反应底 物与中心离子的接近,最终使产物的ee 值降低,因此醋酸锌的效果要比氯化锌 差. 2. 3手性络合物催化剂的组成对反应的影响 催化剂的组成,指手性配体与金属离子的摩尔比及两者在反应体系中的浓度两个方面. 表3手性络合物催化剂的组成对产物对映体过量的影响a Table 3 Effect of composition of chiral complex catalyst on the enantiomeric excesses of the product Entry Quinine ( %) QuinineCoCl2b Yieldc ( %) eed ( %) Conformation 110118547R 210218652R 310418643R 4101018729R 51218810R 65218636R 720218157R 850217561R a. Reaction conditions are the same as in Talbe 1 ; b. Molar ratio ; c. See footnote b in Table 1 ; d. See footnote c in Table 1. 我们研究了手性配体奎宁与Co2 Cl26H2O形成的手性络合物催 化剂的组成变化对反应的影响, 结果列于表3.从表3中的数据 可知,保持奎宁的含量不变,两 者的摩尔比从11升至101时, 产物12苯基乙醇的ee值先从 47 %升 到52 % ,再 分 别 降 至 43 %和29 % ,因此手性配体与 CoCl2的最佳摩尔比为21.此 结果表明,有一个过渡金属中心 离子与两个手性配体参与了手性 络合物的形成. 从表3还可看出,保持手性 配体与CoCl2的摩尔比为21 ,当手性配体的摩尔分数超过10 %时,产物的ee值并没有如我 们所期望的增加很多,产率却下降了;而减少手性配体的浓度, ee值则直线下降.综合考虑, 由10 %手性配体与5 %CoCl2原位制备的手性络合物催化剂最适合我们所研究的反应. 参考文献 1 a) Wills M. Recent Developments in Asymmetric Synthesis.Chem Soc Rev, 1995 , 177 b) Wills M , Studley J R. The Asymmetric Reduction of Ketones.Chem Ind, 1994 , 552 c) Singh V K. Practical and Useful Methods for the Enantioselective Reduction of Uns ymmetrical Ketones.Syn2 703第4期 刘 湘等:金鸡纳生物碱的金属络合物用于苯乙酮的不对称催化还原 1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved. thesis, 1992 , 605 2 Brown H C , Chand