手性希夫碱的合成及其催化不对称硅氢插入反应的研究

杨 伟，杨科芳，郑战江，徐利文

(杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室，浙江 杭州 311121)

手性希夫碱的合成及其催化不对称硅氢插入反应的研究

杨 伟，杨科芳，郑战江，徐利文

(杭州师范大学有机硅化学及材料技术教育部重点实验室，浙江 杭州 311121)

合成了结构中同时含有氮和磷的新型手性希夫碱，将希夫碱与金属配合物结合催化α-苯基-α-重氮乙酸甲酯与硅氢化合物的不对称硅氢插入反应，考察了不同的金属铜配合物和希夫碱对反应的影响，探讨了手性希夫碱/金属配合物催化体系对不同硅氢底物的适应性.当采用希夫碱4与Cu(CH3CN)4PF6的催化体系催化α-苯基-α-重氮乙酸甲酯与二甲基苯基硅烷的不对称硅氢插入反应时，反应具有优良的产率(100%)和对映选择性(76%).

手性希夫碱;硅氢插入;不对称;催化

硅氢插入反应是用于合成含硅基团有机化合物的重要反应之一，主要通过硅氢化合物与重氮酯化合物直接反应，得到含硅基团的有机化合物.希夫碱，又叫亚胺，是硅氢插入反应中的配体，可以由醛或者酮与含氨基的化合物(通常是伯胺)缩合制得[1].1864年，Hugo Schiff 首次合成了希夫碱[2]，并因此而得名.希夫碱能够与多种金属的不同价态稳定存在，而且可以有效地催化有机反应的进行.因此，化学家们设计合成了许多具有高效催化活性的希夫碱[2]，并应用于有机合成反应尤其是不对称有机合成反应中[1].1988年，Dakin等[3]利用2，6-二氯苯甲醛与(1R， 2R)-环己二胺形成的希夫碱作为二齿配体与铜(I)的配合物(Cu(CH3CN)4PF6)共同催化α-苯基-α-重氮乙酸甲酯的不对称硅氢插入反应，产率最高能达到88%，ee值最高能达到83%.2008年，Zhang等[4]报道了利用R-螺环二酚与2，6-二氯苯甲醛形成的希夫碱作为二齿配体与三氟甲磺酸铜共同催化α-苯基-α-重氮乙酸甲酯的不对称硅氢插入反应，产率最高能达到95%，ee值能达到99%.随后，Yasutomi等[5]、Wang等[6]也陆续报道了利用希夫碱催化此类反应，均取得了很好的产率和ee值.

Dakin等使用的希夫碱简单易得，但是ee值和产率均属中等，有较大的提升空间；而Zhang等使用的希夫碱虽然得到了比较理想的催化结果，但是制备希夫碱的原料昂贵，不利于大量使用；Yasutomi等使用的希夫碱制备过程耗时较长，而且用到了贵金属Ir，价格昂贵；Wang等使用的催化体系也存在同样的问题.在已有的文献报道中，化学家们都只采用了氮原子与金属配位，而众所周知，磷原子与氮原子在同一主族，具有相似的化学性质，磷原子也能与多种金属配合高效地催化不对称有机反应.因此，笔者希望能通过简单易得的基础原料来合成同时含有氮、磷原子的希夫碱，与廉价的过渡金属配合，高效地催化硅氢插入反应.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

反应所采用的试剂均为分析纯.TLC： 薄层板采用青岛海洋化工有限公司生产的GF254，柱层析硅胶为青岛海洋化工有限公司生产，湿法装柱.1H NMR：Advance (Brucker) 400 MHz核磁共振仪 (TMS为内标， CDCl3为溶剂).HPLC：Agilent 1200 高效液相色谱仪，手性柱为日本大赛璐手性色谱柱.

1.2 希夫碱的制备

1.2.1 希夫碱3的制备 在-35 ℃下，将4.0 mL (10 mmol，2.5 mol/L)正丁基锂的正己烷溶液缓慢滴入(S)-α-苯乙胺1(1.21 g，10.0 mmol) 的乙醚(10 mL)溶液中，反应15 min，然后在此温度下缓慢加入三甲基氯硅烷(1.39 mL，11 mmol)，继续反应1 h.缓慢滴入12 mL 正丁基锂的正己烷溶液，继续反应3 h后将反应体系升至室温，反应过夜.然后再将反应置于-35 ℃中，将二苯基氯化磷(1.80 mL，10 mmol)的乙醚(10 mL)溶液非常缓慢地滴入其中.继续反应3 h，缓慢升至室温继续反应4 h，将1 mol/L盐酸溶液缓慢加入反应体系中，直到两相都澄清为止.水相用乙醚萃取3次，有机相用无水硫酸钠干燥，减压浓缩，硅胶柱层析得到无色液体2(图1)，产率为37%.

图1 希夫碱3的合成路线Fig. 1 The synthetic route of schiff base 3

将所得的产物2(0.61 g，2 mmol)置于10 mL乙醇中，加入2，6-二氯苯甲醛(0.35 g，2 mmol)在40 ℃下回流过夜，薄层板检测直到反应完全，过滤即得目标产物3，产率48%.1H NMR(CDCl3，400 MHz)：δ(ppm)=8.15(s，1H)，7.86(dd，J=4.0 Hz，J=4 Hz，1H)，7.41～7.28(br，13H)，7.17(m，2H)，6.86(dd，J=4.4 Hz，1H)，5.46(q，J=6.8 Hz，1H)，1.52(d，J=6.4 Hz，3H)；13C NMR(CDCl3，100 MHz)：δ(ppm)=155.5，136.6，136.2，134.5，134.2，134.0，133.6，133.5，133.1，132.9，129.8，129.2，128.6，128.4，128.4，128.3，127.4，127.4，126.8，67.5，25.0；13P NMR(CDCl3，162 MHz)：δ (ppm)=-15.63.

1.2.2 希夫碱4的制备 (1R， 2R)-(-)-1，2-二氨基环己烷酒石酸盐(1.06 g，5 mmol)置于20 mL乙醇中，加入2，6-二氯苯甲醛(1.75 g，10 mmol)，50 ℃下回流过夜，薄层板检测直到反应完全，过滤即得目标产物4(图2)，产率82%.1H NMR (CDCl3，400 MHz)：δ (ppm)=8.46 (s， 2H)，7.26 (d，J=8.4 Hz，4H)，7.16 (m，2H)，3.60 (m，2H)，1.89 (s，6H)，1.64 (s，1H)，1.51(br，1H).希夫碱5，7的合成方法同上(图3).

图2 希夫碱4的合成路线Fig. 2 The synthetic route of schiff base 4

图3 希夫碱5，7的合成路线Fig. 3 The synthetic route of schiff base 5，7

1.2.3 希夫碱6的制备 (R)-(+)-二氨基丙烷二盐酸盐(0.294 g，2 mmol)置于3 mL乙醇中，加入2，6-二氯苯甲醛(0.70 g，4 mmol)、三乙胺(0.56 mL，4 mmol)，50 ℃下回流过夜，薄层板检测直到反应完全，过滤即得目标产物6(图4)，产率19%.1H NMR (CDCl3，400 MHz)：δ (ppm) = 8.49 (d，J=2 Hz，2H)，7.30 (dd，J= 6.4 Hz，J= 6.0 Hz，4H)，7.22～7.17 (m，2H)，4.04～3.90 (m，3H)，1.45 (d，J= 6.0 Hz，3H).

图4 希夫碱6的合成路线Fig. 4 The synthetic route of schiff base 6

1.3 金属盐的合成

Cu(CH3CN)4PF6的制备如下：称取氧化亚铜(2 g，14 mmol)于反应瓶中，加入乙腈40 mL，再缓慢加入六氟磷酸(HPF6)(6.2 mmol，7.7 mL)，室温搅拌至有白色沉淀产生.冷却至-10 ℃，过夜，过滤，乙醚洗涤，乙腈重结晶，得到白色固体，产率98%.Cu(C6H5CH2CN)4PF6的合成方法同上.

1.4 α-苯基-α-重氮乙酸甲酯的合成

将苯乙酸甲酯(4.9 mL，34.5 mmol)置于反应瓶中，加入乙腈50 mL，缓慢加入对甲苯磺酰叠氮(8.16 g，41.4 mmol)，然后在0 ℃下加入1，8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU)(6.8 mL，45.5 mmol)，室温下搅拌反应过夜.旋干溶剂，二氯甲烷萃取，无水硫酸钠干燥得到红色液体(图5)，产率87%.1H NMR(400 MHz)：7.50 (q，J=8.4 Hz，2H)，7.40 (t，J= 8.0 Hz，2H)， 7.20 (m，1H)，3.88 (s，3H).

图5 α-苯基-α-重氮乙酸甲酯的合成路线Fig. 5 The synthetic route of α-phenyl-α-methyl diazoacetate

1.5 硅氢插入反应的一般反应过程

反应在无水无氧条件下进行.将反应管进行无水无氧预处理，称取希夫碱3(9.2 mg，0.02 mmol)，Cu(CH3CN)4PF6(7.4 mg，0.02 mmol)于反应管中，加入0.5 mL干燥后的二氯甲烷，室温搅拌30 min.再加入二甲基苯基硅烷(62 μL，0.4 mmol)，室温下搅拌10 min. 转至-40 ℃下，加入含有α-苯基-α-重氮乙酸甲酯(35.2 mg，0.2 mmol)的二氯甲烷0.5 mL，TLC监测直到反应完成，转化率100%，ee值20%.1H NMR，13C NMR见文[4]，HPLC分析：OD—H，25 ℃，n(正己烷)∶n(异丙醇) = 98∶2，流速1.0 mL/min，λ=210 nm，tmajor= 4.60 min，tminor= 12.37 min.MS，m/z，分析C17H20O2Si 284.43，发现 284.1.

2 结果与讨论

2.1 不同金属对反应的影响

图6 α-苯基-α-重氮乙酸甲酯与二甲基苯基硅烷的不对称硅氢插入反应Fig. 6 The reaction of α-phenyl-α-methyl diazoacetate and dimethylphenylsilane

将合成的希夫碱3作为配体，与Cu,Ag,Rh,Ru等金属配合物共同催化α-苯基-α-重氮乙酸甲酯与二甲基苯基硅烷的不对称硅氢插入反应(图6).由表1可知，该配体对金属的适应性并不广泛，但是对不同价态的铜盐均能进行配合，其中与二价的三氟甲磺酸铜配合催化硅氢加成反应，转化率能够达到100%.

表1 不同金属配合物对反应的影响Tab. 1 Effects of different metal complex on the Si—H insert reaction

反应条件：希夫碱10 mol%，金属盐10 mol%，二氯甲烷为溶剂，α-苯基-α-重氮乙酸甲酯0.2 mmol，二甲基苯基硅烷0.4 mmol，-40 ℃；a：TLC监测，括号中为分离产率；b：HPLC测定.

2.2 不同希夫碱对反应的影响

采用希夫碱3虽然能够提高α-苯基-α-重氮乙酸甲酯与二甲基苯基硅烷的不对称硅氢插入反应的活性，但是其对应选择性并不是很高，笔者又合成了其他一系列的希夫碱(图7)用于催化该反应.从表2可以看出当希夫碱4与Cu(CH3CN)4PF6配合使用时转化率达到100%，而且ee值能够达到76%.

表2 不同希夫碱对反应的影响Tab. 2 Effects of different schiff base on the Si—H insert reaction

反应条件：希夫碱12 mol%，金属配合物10 mol%，二氯甲烷为溶剂，α-苯基-α-重氮乙酸甲酯0.2 mmol，二甲基苯基硅烷0.4 mmol，-40 ℃；a：TLC监测；b：HPLC测定；c：希夫碱为10 mol%；d：补加了1 mol%的氧化亚铜.

图7 不同的希夫碱Fig. 7 Different schiff bases

2.3 催化体系对不同硅氢底物的适应性

考察了希夫碱4与Cu(CH3CN)4PF6的催化体系对不同硅氢底物(图8)的适应性.实验结果表明，硅原子上的取代基对反应活性有显著影响，当采用二甲基苯基硅烷时反应具有优良的产率(100%)和对映选择性(76%).

图8 不同硅氢底物Fig. 8 Different substrates containing Si—H group

3 结 论

本研究合成了一类分子结构中含有氮和磷的新型希夫碱，能分别与Cu(I)、Cu(II)化合物配合催化硅氢插入反应合成含硅基团有机化合物.对不同的希夫碱和金属配合物组成的催化体系催化不同的硅氢化合物进行硅氢加成反应开展研究，取得了较好的结果.新型希夫碱在有机合成反应中的应用有待于进一步研究.

[1] 冯辉霞，李汉峰，王利杰.希夫碱类金属配合物催化剂催化氧化烯烃研究进展[J].应用化工，2011，40(2):315-318.

[2] Cozzi P G. Metal-salen schiff base complexes in catalysis: practical aspects[J]. Chem Soc Rev,2004,33(7):410-421.

[3] Dakin L A, Schaus S E, Jacobsen E N,etal. Carbenoid insertion into the silicon-hydrogen bond catalyzed by chiral copper(I) schiff base complexes[J]. Tetrahedron Letters,1988,39(49):8947-8950.

[4] Zhang Yongzhen, Zhu Shoufei, Wang Lixin,etal. Copper-catalyzed highly enantioselective carbenoid insertion into Si—H bonds[J]. Angew Chem Int Ed,2008,47(44):8496-8498.

[5] Yasutomi Y, Suematsu H, Katsuki T. Iridium(III)-catalyzed enantioselective Si—H bond insertion and formation of an enantioenriched silicon center[J]. J Am Chem Soc,2010,132(13):4510-4511.

[6] Wang Jingcui， Xu Zhenjiang， Guo Zhen,etal. Highly enantioselective intermolecular carbene insertion to C—H and Si—H bonds catalyzed by a chiral iridium(III) complex of a D4-symmetric halterman porphyrin ligand[J]. Chem Commun,2012,48(36):4299-4301.

TheSynthesisofChiralSchiffBaseanditsApplicationintheCatalysisofAsymmetricSi—HInsertReaction

YANG Wei, YANG Kefang, ZHENG Zhanjiang, XU Liwen

(Key Laboratory of Organosilicon Chemistry and Material Technology of Ministry of Education, Hangzhou Normal University,Hangzhou 311121, China)

New chiral Schiff base containing nitrogen and phosphorus was successfully synthesized. The chiral Schiff base cooperated with different metal complexes were used to catalyze the asymmetric Si—H insert reaction of α-phenyl-α-methyl diazoacetate and the compounds containing Si—H groups. The paper investigated the effects of the copper complexes and the Schiff base on the reaction, and discussed the suitability of this catalytic system on the substrates containing Si—H groups. When using the Schiff base4/Cu(CH3CN)4PF6to catalyze the asymmetric Si—H insert reaction of α-phenyl-α-methyl diazoacetate and dimethyphenylsilane,the reaction had excellent yield(100%) and good enantioselectivity(76%).

chiral Schiff bases; Si—H insertion; asymmetric; catalysis

2013-09-18

国家自然科学基金项目(21173064；51203037).

杨科芳(1979—)，女，助理研究员，博士，主要从事有机催化合成化学与新型高分子催化材料的研究.E-mail：kfyang@hznu.edu.cn

10.3969/j.issn.1674-232X.2013.06.002

O626.5

A

1674-232X(2013)06-0486-05