Co(Ⅲ)席夫碱配合物的合成及其在硫醚催化上的研究

唐洁

摘 要：利用2′，4′-二羟基苯乙酮和乙二胺在高温下合成了Co（Ⅲ）配合物（CoL）。通过MS、元素分析以及单晶衍射分析方法对该配合物进行了详细表征。在试验中为了尽可能减少化学污染，选择了成本较低、无毒无污染的过氧化氢作为氧化剂，反应溶剂选择水溶液，金属配合物作为催化剂，牛血清白蛋白作为手性助剂，探究了CoL对苯基甲基硫醚氧化的催化活性和对映体选择性。在环境友好的条件下，考察了不同氧化剂、反应溶液的pH、各物质的浓度、氧化剂用量和温度等反应条件对催化活性的影响。通过单因素试验并筛选出最优反应条件，试验结果表明，最优的反应条件为：pH为8，氧化剂用量28.7 μL，催化剂用量37.31 μL，反应温度0 ℃、底物浓度22.16 μmol/L，在最优反应条件下获得了较高的转化率（98%）和化学选择性（100%），但对映体选择性较差（6.3%）。

关键词：席夫碱配合物;硫醚不对称催化氧化;牛血清白蛋白;手性亚砜

中图分类号：O643.3    文献标志码：A     文章编号：1003-5168（2022）4-0086-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.019

Synthesis of Co （Ⅲ） Schiff Base Complexes and Application in Sulfide Catalysis

TANG Jie

（Guilin Normal College， Guilin 541001，China）

Abstract： Co （Ⅲ） complex （CoL） was synthesized by 2′，4′ - dihydroxyacetophenone and ethylenediamine at high temperature. The complex was characterized by MS， elemental analysis and single crystal diffraction. In the experiment， in order to reduce chemical pollution as much as possible， hydrogen peroxide with low cost， non-toxic and pollution-free was selected as the oxidant， the reaction solvent was aqueous solution， the metal complex was used as the catalyst， and bovine serum albumin was used as the chiral assistant to explore the catalytic activity and enantioselectivity  of col for the oxidation of phenylmethyl sulfide. Under environmentally friendly conditions， the effects of different oxidants， pH of reaction solution， concentration of various substances， amount of oxidant and temperature on catalytic activity were investigated. The results showed that the optimal reaction conditions ， pH was 8， dosage of oxidant was  28.7 μL ， dosage of catalyst was 37.31 μL， reaction temperature was 0 ℃，substrate concentration was 22.16 μmol/L， high conversion （98%） and chemical selectivity （100%） were obtained， but the enantioselectivity was poor （6.3%）.

Keywords： schiff base complex; asymmetric catalytic oxidation of sulfide; bovine serum albumin; chiral sulfoxide

0 引言

手性物質普遍存在于自然界中。具有手性的有机分子因具有特殊的空间结构在生物体中发挥着非常重要的作用[1]。近30年来，随着人们对手性识别过程和对映体在手性环境中性质认识的逐步深入，对参与生命活动过程的手性化合物商品化也提出了越来越严格的要求。手性药物之所以成为制药与精细化工业关注的热点，是因为考虑到手性对映体可能对人们的健康产生危害。因此，许多药物都不能以消旋体形式销售。

在过去30年，亚砜类药物已经成为了医药行业的重要组成部分之一。在20世纪90年代就有很多亚砜类药物被研制出来。如艾美拉唑（1）、雷贝拉唑（2）、兰索拉唑（3）和泮托拉唑（4），这4种胃酸抑制剂的结构见图1。

近年来，制备手性亚砜一直都是合成化学最热门的研究领域，其制备方法主要分为以下几类：①硫醚的酶催化氧化;②硫醚的非对映选择性氧化;③手性氧化剂对映选择性氧化硫醚;④手性金属络合物诱导的硫醚的不对称氧化;⑤手性亚磺酰衍生物的亲核取代;⑥手性金属络合物催化硫醚不对称氧化等。相较于其他方法，催化硫醚不对称氧化是合成手性亚砜最有效的方法。因为手性底物有选择性好、价格便宜、容易获取、来源广泛等优点，在不对称合成工业中是最有前途的制备方法。对于这个方法，研究人员为了寻找更好的新型的催化体系（包括催化剂），希望能高效低能地获得单一手性的亚砜产物。虽然有很多种不对称催化方法，但很多不对称催化体系存在会对环境造成破坏、效果不好、催化速度慢等问题。因此，寻找高效、廉价且对环境友好的新型不对称催化体系依然是催化和合成领域中最受关注的研究方向之一。

1 硫醚不对称催化氧化体系

近30年来，化学家们不断研究各种不同手性亚砜的制备方案，并取得了很大的发展，但根据大量文献进行分析和对比后，发现硫醚不对称催化氧化是制备具有辅助作用的手性亚砜的最佳方案。自1980年开始，科研工作者们已经探索出各种不同的催化体系来实现硫醚到手性亚砜的转化。根据催化剂的性质，传统意义上的催化体系一般分为：①生物催化体系，②金属配合物催化体系，③非金属化合物催化体系。但由于金属配合物具有催化活性高、实用性好和有效性高等优点，非常适合用来做硫醚不对称催化氧化体系的催化剂，并且成为了近年来最热门的研究领域。

在硫醚不对称催化氧化体系中，金属配合物作为催化剂引起了化学家们的关注。在1984年，Kagan等首次报道了钛手性络合物作为催化剂进行硫醚不对称催化氧化。甲基对甲苯基硫醚获得了高达93%的对映体选择性。在同一年Modena课题组报道了类似的氧化体系，也得到了88%的对映体选择性。

在Kagan和Modena体系已有成果的基础上，科研人员对其进行了总结归纳，并在这一领域进行了广泛深入的研究与探索。除钛催化体系外的铌、锆、锇等稀土金属以及铁、钴、钒、锰、铜等过渡金属配合物作为不对称硫醚氧化催化剂被大量研究和报道，并在很长一段时间里被认为是最具有吸引力的催化剂。实际上，对映体的活化能非常接近，金属配合物体系很难预测反应手性拆分的结果，通常在直接氧化过程中同时获得两种构型的产物，能够根据需求高效地进行对映体拆分的金属配合物催化剂仍然不多。金属催化剂体系不仅副反应多，而且存在浪费，同时有毒试剂对环境的污染等问题也有待解决。

2 席夫碱配合物

席夫碱因价格便宜、自身的合成条件温和等优点，被广泛应用到很多领域，如医药、催化、分析等领域。根据大量文献表明，大多数配合物是很难合成的，部分配合物对空气或潮湿的环境敏感[2]。手性席夫碱被广泛应用在手性识别和不对称催化中。席夫碱的钴配合物在实验催化中被当作催化剂使用，席夫碱在分析领域中具有良好的配位能力，因为席夫碱配体可以与不同金属离子配位形成结构和形状不同且稳定的配合物。席夫碱类化合物在医学领域也是极其重要的物质。

有实验结果表明，在没有配合物时，化学选择性达到了100%，反应的转化率达到56%，产物的对映体选择性只有1.45%，但只有在CoL存在下，对映体选择性才变高，这表明配合物有催化功能，其在不对称氧化中也是非常重要的[3]。

3 实验部分

3.1 药品与仪器

表1中列出了实验中用到的主要试剂。

用到的实验仪器如下。电子天平（AR224CN，奥豪斯仪器有限公司）;SHB-Ⅲ循环水式多用真空泵（郑州长城科工贸有限公司）;真空恒温干燥箱（上海一恒科学仪器有限公司）;Finnpipette F3 （Thermoscientific）可调式微量进样器;Sartorius PP-20 酸度计;无菌注射器;液相色谱：UV2302Ⅱ/P2302Ⅱ高效液相色谱仪;手性柱Chiralcel OB-H （4.6 mm × 250 mm）;KQ2200DE型数控超声波清洗器;DF-101S集热式恒温加热磁力搅拌器（巩义市予华仪器有限责任公司）;pH计：Sartorius PP-20;采用 Perkin-Elmer 240C 元素分析仪对样品进行 C、H、N 含量分析。

3.2 2′，4′-二羟基苯乙酮和乙二胺配体的合成

配体合成方法参照相关文献[4-6]。称取9.129 g（60 mmol）2′，4′-二羟基苯乙酮并加入60 mL无水乙醇进行搅拌，再称取1.803 g （30 mmol）乙二胺并加入60 mL无水乙醇进行搅拌，然后将乙二胺倒入2′，4′-二羟基苯乙酮并摇匀，在60 ℃回流4～5 h后，让其自然冷却至室温。用真空泵抽滤，收集沉淀物，得到黄色粉末，产率为89%。所得配体C18H2N2O4的结构如图2所示。

3.3 CoL席夫碱配合物的合成

取配体0.3 mmol和金属盐Co（Ac）3放入容积为15 mL、衬底为聚四氟乙烯的水热反应釜中，加入10 mL甲醇和5 mL乙酸乙酯，放入搅拌子再加2～3滴二乙胺，磁力搅拌器搅拌约30 min，再放入80 oC真空恒温干燥箱中72 h。然后每间隔1 h降温5 ℃，直至40 oC，可得到产物为棕褐色晶体。用酒精反复清洗表面的杂质后放在空气中自然干燥，得到的产率为30%。

4 结果与讨论

4.1 对照实验

考虑氧化剂会对环境造成污染，而H₂O₂的反应产物是水，因此，优先考虑以H₂O₂作为氧化剂。使用常用的甲基苯基硫醚作为底物进行不对称氧化反应，在BSA存在下对比了有无配合物时对催化反应是否有影响。反应结果如图3所示。在配合物存在时，获得的转化率和对映体选择性明显提高。因此，在后面的实验中会继续加入配合物来进行硫醚不对称催化氧化反应。

4.2 氧化剂对硫醚催化反应的影响

从环保角度考虑，优先选择了H₂O₂作为氧化剂，但需要进一步提高对映体选择性和催化效率。因此，以CoL配合物作为催化剂，以甲基苯基硫醚作为底物，考察了叔丁基过氧化氢（TBHP）和H₂O₂两种氧化剂对硫醚不对称氧化反应的化学选择性、转化率和对映体选择性的影响。

如图4所示，对金属配合物CoL来说，除了氧化剂H₂O₂，TBHP对化学选择性和转化率的影响并不大，几乎都能100%转化为亚砜产物，同时都获得了较高的转化率（≥56%）。但實验结果表明，氧化剂H₂O₂和TBHP对转化率和对映体选择性的影响并不大。综合考虑，在后面的实验中继续使用H₂O₂作为催化体系的氧化剂，因为TBHP有毒且会对环境造成污染，而H₂O₂是绿色环保的氧化剂，氧化产物是水，对环境无污染，它们的对映体选择性相差不大。

5 结语

采用2′，4′-二羟基苯乙酮和乙二胺合成的配体，再与金属离子配位，合成出金属配合物。考察了CoL在有BSA存在时对甲基苯基硫醚的催化活性的影响。实验结果表明，最优的反应条件为：pH为8，氧化剂用量28.7 μL，催化剂用量37.31 μL，反应温度0 ℃、底物浓度22.16 μmol/L，在最优反应条件下获得了较高的转化率（98%）和化学选择性（100%），但对映体选择性较差（6.3%）。

参考文献：

[1] 杨治仁，曾庆乐.金属络合物不对称催化硫醚氧化研究现状[J].广东化工，2011，38（6）：284-285

[2] 周倩倩，黎挺挺，郑岳青.钴席夫碱配合物电催化还原CO2研究[J].宁波大学学报（理工版），2019，32（3）：115-120.

[3] 颜梅，陈欣，孙舒婷，等.荧光光谱法研究二溴羟基卟啉与蛋白质的结合作用机理[J].光谱学与光谱分析，2008（6）：1322-1326.

[4] 汤金辉，王宏青，王榆元，等.2-羟基-1-萘甲醛缩2，6-二氨基吡啶钍的席夫碱配合物的合成及其抑菌活性的研究[J].应用化工，2014，43（1）：31-34.

[5] 徐光军，曾晞，牟兰，等.2-羟基-1-萘甲醛缩2-氨基苯并噻唑荧光性质研究[J].贵州大学学报（自然科学版），2013，30（2）：18-21.

[6] 樊润梅，丁国华，张晓松.2-羟基-1-萘甲醛缩N-氨基-N′-苯甲酰基硫脲的合成及其阴离子识别性能[J].合成化学，2010（1）：23-26.