(S)-5，5'-二氨基-2，2'-双二苯基膦基-1，1'-联萘的绿色合成*

乐传俊，赵子彪，苏 扬，刘宝亮

(常州工学院理学院，江苏常州 213022)

(S)-2，2'-双二苯基磷基-1，1'-联萘［BINAP，(S)-1］是一个用途极其广泛的手性配体，其与Ru，Rh，Pd或Ni等配位形成的催化剂能有效地催化烯烃和羰基的不对称氢化反应［1－4］。自Noyori等［5］首次合成(S)-1以来，其为为数不多的可工业化生产的手性配体。目前，由于其均相手性催化剂回收重复使用困难，从而使得许多高效手性催化剂成本过高而难以工业化应用。因此，手性催化剂的多相化一直是该领域的重要研究课题［6］。

Scheme 1

研究发现，修饰的(S)-1与(S)-1在协助中心金属催化不对称反应时表现的效果几乎没有差别，从而使得BINAP衍生物的修饰合成成为一个基础的研究方向［7－8］。(S)-1 的修饰往往在 4，4'-，5，5'-和 6，6'-位上进行［9－11］，而具有实用价值的是 5，5'-位的修饰。Liu［12］和 Wang［13］分别利用修饰的(S)-5，5'-二氨基-2，2'-双二苯基磷基-1，1'-联萘［(S)-5］实现了与Ru配位的负载型催化剂的合成并将其应用于烯烃和β-酮酯的不对称还原。

(S)-5的合成最早由 Okano等［14］在一篇专利中报道，其以氧化的2，2'-双二苯基磷氧基-1，1'-联萘(2)为原料经均相硝化、SnCl2硝基还原和HSiCl3/NEt3膦 氧 双 键 还 原 制 得。Sun［15］和Huang［16］等分别采用肼和 Pd/C代替 SnCl2改进硝基还原反应，但未见Pd/C催化硝基还原的具体结果。

鉴于使用环境友好试剂的考虑，本文在文献［15］方法的基础上，以(S)-1为原料，与 H2O2经氧化反应制得(S)-2;(S)-2经酸性树脂催化硝化制得(S)-5，5'-二硝基-2，2'-双二苯基磷氧基-1，1'-联萘［(S)-3］;(S)-3经Pd/C催化硝基氢化还原制得(S)-5，5'-二氨基-2，2'-双二苯基磷氧基-1，1'-联萘［(S)-4］;(S)-4经 HSiCl3/PPh3还原制得(S)-5(Scheme 1)，总产率 65.6%。其结构经1H NMR，31P NMR和IR确认。并优化了酸性树脂催化硝化和Pd/C催化硝基还原的反应条件。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

WXG-4型圆盘旋光仪;AVANCE III 400 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);IR 200型FT-IR红外光谱仪;EA 2400Ⅱ型元素分析仪;CD 60型薄层色谱扫描仪。

(S)-2 按文献［15］方法合成(产率 98.70%);(S)-5按文献［15］方法合成{－ 102.6°(c 1，DMF，下同);Anal.calcd for C43H33N2P2:C 80.74，H 5.20，N 4.38，P 9.68;found C 80.73，H 5.21，N 4.36，P 9.70};(S)-1(≥98.0%)，石家庄市圣佳化工有限公司;5%Pd/C，732型强酸苯乙烯阳离子交换树脂、三苯基膦、三氯硅烷、双氧水和硝酸，分析纯，上海阿拉丁药品公司;高纯氢和高纯氮气(＞99.999%)，常州三井气体公司;甲苯和二氯甲烷在使用前进行脱气处理;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 合成

(1)(S)-3的合成

在三口瓶中依次加入(S)-2 1.0 g(1.5 mmol)，CH2Cl215 mL 和酸性树脂 0.5 g，搅拌使其溶解;于0℃滴加浓硝酸6.0 mL(96 mmol)，滴毕，于 0℃反应 4 h。过滤，滤液依次用 0.1 mol·L－1NaHSO3溶液，0.1 mol·L－1NaCl溶液和0.1 mol·L－1Na2CO3溶液各10 mL 洗涤，静置分层，水层用CH2Cl2萃取，合并有机相，用无水硫酸镁干燥，除溶，残余物用硅胶板薄层层析［展开剂:A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶5］纯化后(纯度98.70%)用乙醇重结晶得淡黄色微晶(S)-3 0.99 g，产率为 86.3%，－ 192.8°(c 0.5);1H NMR δ:7.2 ～ 7.7(m，20H)，7.6 ～7.72(m，6H)，8.5(d，J=8.3 Hz，4H);31P NMR δ:27.40;IR ν:3 047，3 009(C － H)，1 475(C=C)，1 522，1 345(NO2)，1 435(P=O)，1 306，1 175，1 108，1 079，1 090，772 cm－1。

(2)(S)-4的合成

在高压反应釜中加入(S)-3 0.99 g(1.3 mmol)和无水乙醇10 mL，搅拌使其溶解;加入5%Pd/C 0.2 g，氮气冲洗三次;通入氢气至 2.0 MPa，于55℃搅拌反应6 h。过滤，回收Pd/C，滤液用无水Na2SO4干燥，除溶，残余物经硅胶板薄层层析(展开剂:A=1∶2)纯化后(纯度99.98%)用CH2Cl2重结晶得黄棕色微晶(S)-4 1.02 g，产率 90.1%，－ 101.2°;1H NMR δ:5.7(s，4H)，6.4 ～7.1(m，6H)，7.3 ～7.8(m，20H)，7.8(d，J=8.3 Hz，4H);31P NMR δ:29.8;IR ν:3 052，3 011(C －H)，1 478(C=C)，3 431，1 610(NH2)，1 438(P=O)，1 309，1 234，1 175，1 108，1 082，1 093，776 cm－1。

2 结果和讨论

2.1 反应条件优化

(1)(S)-3的合成条件优化

(S)-2 1.5 mmol，其余反应条件同 1.2(1)，考察反应温度、硝酸用量及酸性树脂的循环使用次数对(S)-3产率的影响，其结果分别见表1～表3。

表1 反应温度对(S)-3产率的影响*Table 1 Effect of reaction temperature on the yield of(S)-3

由表1可见，以0℃为分界点，随着温度升高，产率先升后降，较佳温度为0℃。由表1还可见，低温下反应产率较低，但反应选择性较高。

表2 硝酸的用量对(S)-3产率的影响*Table 2 Effect of amount of nitric acid on the yield of(S)-3

由表2可见，随着硝酸用量由2 mL增至10 mL，产率由 49.2%增至 86.3%后降为 76.3%，而选择性随硝酸用量增加而降低。硝化的主要反应活性位点在5，5'-位，硝酸用量少时反应在5，5'-位，显示出高的选择性，而当硝酸用量大于其最佳值后，则会引起其它位置硝化产物的增加，导致选择性和产率降低。

由表3可见，酸性树脂连续使用7次后仍未见其活性降低，这表明该酸性树脂使用寿命长，可操作性强，且环境友好，具有很好的工业应用潜力。

表3 酸性树脂的循环使用对(S)-3产率的影响*Table 3 Effect of the recycling of acid resin on the yield of(S)-3

综上所述，合成(S)-3的最佳反应条件为:硝酸6.0 mL，酸性树脂0.5 g，于0 ℃反应4 h。

(2)(S)-4的合成条件优化

3 1.3 mmol，其余反应条件同 1.2(2)，考察反应温度和氢气压力对(S)-4产率的影响，结果分别见表4和表5。

由表4可见，随着温度的增加，产率由82.4%升至90.1%再降为87.5%。这可能是由于在较高反应温度时硝基氢化的中间体转化成了其它副产物。因此较佳反应温度为55℃。

表4 温度对(S)-4产率的影响*Table 4 Effect of temperature on the yield of(S)-4

由表5可见，随着氢气压力的增加，产率逐渐升高，在氢气压力为 2.0 MPa时，产率最高(90.1%);当氢气压力增至3.0 MPa时，产率则降至86.3%。这是因为催化硝基氢化是在气体、液体和固体间进行的多相催化氢化反应，氢气压力增加有助于氢气克服传质的障碍，提升反应进程。然而，过高的氢气压力会导致过度氢化，副产物增多，降低了产率。因此最佳氢压为2.0 MPa。

表5 氢气压力对(S)-4产率的影响*Table 5 Effect of hydrogen pressure on the yield of(S)-4

Pd/C的循环使用次数对(S)-4产率的影响见表6。由表6可见，未活化处理的Pd/C催化剂使用5次后仍能表现出较好的催化氢化活性，分离产率降低接近5个百分点。这可能由于催化硝基还原反应在相对较低的温度下进行，催化剂活性降低可能和Pd/C经过多次使用后的集聚有关［17］。

表6 Pd/C循环使用次数对(S)-4产率的影响*Table 6 Effect of recycling of Pd/C on the yield of(S)-4

2.2 表征

(S)-3的IR谱图中772 cm－1处的中强吸收峰显示硝化反应主要发生在(S)-2的5，5'-位［14］，说明该条件下的催化硝化反应具有较好的选择性。这可能由于膦的氧化使(S)-1中的磷由给电子基团变成吸电子基团，导致4个苯环以及和萘环中与磷相连的苯环钝化，而在萘环中远离膦氧基团的苯环相比之下处于活化状态，加上萘环固有的亲电取代反应性质，使得主要产物为5，5'-位取代硝基的产物。TLC分析表明硝化反应有一个主要副产物，推测为6，6'-位硝化的产物，然而其含量很低，5，5'-位与 6，6'-位硝化产物的比值(反应选择性)在反应温度为0℃时为82.3。

3 结论

本文以使用绿色化学试剂为指导，以(S)-1为原料，用强酸性树脂代替腐蚀性强和选择性差的浓硫酸作为硝化反应催化剂，用Pd/C代替毒害性很大的肼作为硝基氢化还原的催化剂，改进合成了(S)-5，并优化了上述两个反应的反应条件，为进一步的工业化应用提供了研究基础。

［1］Noyori R，Takaya H.BINAP:An efficient chiral element for asymmetric catalysis［J］.Acc Chem Res，1990，23(10):345 －350.

［2］Hu A，Nao H L，Lin W B.4，4＇-Disubstituted BINAPs for highly enantioselective Ru-catalyzed asymmetric hydrogenation of ketones［J］.Org Lett，2004，6(17):2937－2940.

［3］Shekhar S，Ryberg P，Hartwig J F.Oxidative addition of phenyl bromide to Pd(BINAP)vs Pd(BINAP)(amine).Evidence for addition to Pd(BINAP)［J］.Org Lett，2006，8(5):851 －854.

［4］Ge S Z，Green R A，Hartwig J F.Controlling first-row catalysts:Amination of aryl and heteroaryl chlorides and bromides with primary aliphatic amines catalyzed by a BINAP-ligated single-component Ni(0)complex［J］.J Am Chem Soc，2014，136(4):1617 －1627.

［5］Noyori R，Takaya H，Toriumi K，et al.Synthesis of 2，2'-bis(dipheny1phosphino)-1，1'-binaphthyl(BINAP)，an atropisomeric chiral bis(triaryl)phosphine，and its use in the rhodium(Ⅰ)-catalyzed asymmetric hydrogenation of α-(acy1amino)acrylic acids［J］.J Am Chem Soc，1980，102(27):7932 －7934.

［6］Trindade A F，Gois P M P，Afonso C A M.Recyclable stereoselective catalysts［J］.Chem Rev，2009，109(2):418－514.

［7］Berthod M，Mignani G，Woodward G，et al.Modified BINAP:The how and the why［J］.Chem Rev，2005，105(5):1801－1836.

［8］Framery E，Andrioletti B，Lemaire M.Recent progress in homogeneous supported asymmetric catalysis:Example of the BINAP and the BOX ligands［J］.Tetrahedron:Asymmetry，2010，21(9 －10):1110 －1124.

［9］Berthoda M，Christine S C，Mignani G，et al.4，4'-and 5，5'-DiamBINAP as a hydrosoluble chiral ligand:syntheses and use in Ru(II)asymmetric biphasic catalytic hydrogenation［J］.Tetrahedron:Asymmetry，2004，15(4):639 －645.

［10］Shimada T，Suda M，Nagano T，et al.Facile preparation of a new BINAP-based building block，5，5'-diiodoBINAP and its synthetic application［J］.J Org Chem，2005，70(24):10178 －10181.

［11］Saluzzo C，Lamouille T，Guyaden F L，et al.Synthesis and studies of 6，6'-BINAP derivatives for the heterogeneous asymmetric hydrogenation of methyl acetoacetate［J］.Tetrahedron:Asymmetry，2002，13(11):1141－1146.

［12］Mcdonald A R，Muller C，Vogt D，et al.BINAP-Ru and-Rh catalysts covalently immobilised on silica and their repeated application in asymmetric hydrogenation［J］.Green Chem，2008，10(4):424 – 432.

［13］Fan Q H，Deng G J，Chen X M，et al.A highly effective water-soluble polymer-supported catalyst for the two-phase asymmetric hydrogenation:Preparation and use of a PEG-bound BINAP ligand［J］.J Mol Catal A:Chem，2000，159(1):37 –43.

［14］Okano T，Kumobayashi H，Akutagawa S，et al.5，5'-diamino or 5，5'-diacetamido-2，2'-bis(diphenylphosphino)-1，1'-binaphthyls［P］.US 4 705 895，1987.

［15］Sun Q，Meng X J，Xiao L X，et al.Mesoporous cross-linked polymer copolymerized with chiral BINAP ligand coordinated to a ruthenium species as an efficient heterogeneous catalyst for asymmetric hydrogenation［J］.ChemCommun，2012，48(86):10505－10507.

［16］Huang Y Y，Deng G J，Wang X Y，et al.Improved synthesis of 5，5'-diamino BINAP and application to asymmetric hydrogenation［J］.Chin J Chem，2004，22(9):891－893.

［17］Narayanan R，Ei-sayed M A.Effect of catalysis on the stability of metallic nanoparticles:Suzuki reaction catalyzed by PVP-palladium nanoparticles［J］.J Am Chem Soc，2003，125(27):8340 －8347.