脒基鋰化合物催化Tishchenko反應(yīng)

姚吉祥，劉巧，吳佳娜，袁鴻，張偉，郭志強(qiáng)，魏學(xué)紅

（山西大學(xué) 應(yīng)用化學(xué)研究所，山西 太原 030006）

Tishchenko反應(yīng)（也叫Claisen－Tishchenko反應(yīng)）是一種通過醛的二聚合成羧酸酯的反應(yīng)（式1）.它可以把簡單醛直接催化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的酯，實現(xiàn)了每個反應(yīng)物原子的百分之百利用率，體現(xiàn)了“原子經(jīng)濟(jì)性”，從而得到廣泛關(guān)注.該反應(yīng)已成功應(yīng)用于醫(yī)藥、香料和食品工業(yè)［1］.傳統(tǒng)的Tishchenko反應(yīng)使用醇鈉、醇鋁等作為催化劑，但是在催化芳香醛（如苯甲醛）時反應(yīng)緩慢或者生成相應(yīng)的酯產(chǎn)率低［2］.此后開發(fā)出多種多樣的催化劑，諸如硼酸［3］、過渡金屬化合物［4］，但是這些催化劑有的需要比較苛刻的反應(yīng)條件，有的催化劑比較昂貴，有的催化效率比較低.

式1 Tishchenko反應(yīng)Scheme 1 Tishchenko reaction

圖1 甲脒基配體Fig.1 Formamidinate ligands

最近，有文獻(xiàn)報道了脒基堿土金屬化合物［5］和脒基鑭系金屬化合物［6］在催化Tishchenko反應(yīng)方面有很好的催化活性和底物耐受性，但是催化劑的制備使用了劇毒的汞，容易造成環(huán)境污染.

由于脒基（圖1）是含有兩個氮原子的配體，它可以和金屬以多種配位模式配位，通過改變氮和碳原子上的取代基，脒基配體的空間結(jié)構(gòu)和電子密度很容易進(jìn)行調(diào)控，是金屬有機(jī)化學(xué)中的重要的配體之一［7］.基于此，本論文嘗試了脒基堿金屬化合物用于催化Tishchenko反應(yīng)，以期能夠得到環(huán)境友好，催化效率高的新型催化劑.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

原甲酸三乙酯（天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所，分析純）；苯胺、鄰甲基苯胺、間甲基苯胺、對甲基苯胺、2，6－二異丙基苯胺（阿拉丁試劑公司，分析純）；冰醋酸（北京化學(xué)試劑公司，分析純）；正丁基鋰（2.2mol·L－1的正己烷溶液）（Alfa Aesar試劑公司，分析純）；實驗所用的醛均經(jīng)過減壓蒸餾或重結(jié)晶后使用；

Bruker DRX－300MHz超導(dǎo)核磁共振儀.

1.2 脒基鋰化合物的合成（式2）

五種不同取代基的二芳基脒鋰化合物是按文獻(xiàn)方法合成［8－10］：在圓底燒瓶中加入二芳基苯胺（60mmol）和原甲酸三乙酯（30mmol），加入乙酸（1.5mmol），加熱攪拌過夜.粗產(chǎn)品用冷的正己烷（30mL）洗滌，抽濾，真空干燥，得到無色粉末狀產(chǎn)品（產(chǎn)率80%～92%）.在氮氣保護(hù)下將1.05倍量的nBuLi滴加到0℃下的N，N′二芳基甲脒的THF溶液中，濃縮重結(jié)晶得到脒基鋰化合物，熔點及譜圖數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)一致［8－10］.

式2 脒基配體及其鋰化合物的合成Scheme 2 Synthesis of formamidines and lithium formamidinates

1.3 Tishchenko反應(yīng)

a苯甲酸芐酯的合成：室溫下，將苯甲醛（2.8mL，28mmol）加入到盛有催化劑Ⅴ（0.28mmol）的Schlenk瓶中，油浴加熱，80℃反應(yīng)4h后（催化反應(yīng)過程用TLC進(jìn)行監(jiān)測）停止加熱，通空氣，用少量水終止反應(yīng)，減壓蒸餾得無色油狀液體苯甲酸芐酯（2.877g，94%），核磁檢測產(chǎn)率為98%.1H NMR（300MHz，CDCl3）：δ（ppm）5.38（s，2H，CH2），7.38－7.56（t，8H，C6H5），8.09－8.11（d，2H，C6H5）.

b 4－甲基苯甲酸－4－甲基苯甲酯的合成，方法同a，減壓蒸餾得無色油狀液體b，產(chǎn)率86%.1H NMR（300 MHz，CDCl3）：δ（ppm）2.36－2.40 （d，6H，CH3），5.31 （s，2H，CH2），7.18－7.23 （t，4H，C6H4），7.33－7.35（d，2H，C6H4），7.94－7.97（d，2H，C6H4）.

c 4－甲氧基苯甲酸－4－甲氧基苯甲酯的合成，方法同a，減壓蒸餾得無色油狀液體c，產(chǎn)率74%.1H NMR（300MHz，CDCl3）：δ（ppm）3.79－3.86（t，6H，CH3），5.26（s，2H，CH2），6.87－6.90 （t，4H，C6H4），7.35－7.38（d，2H，C6H4），7.99－8.02（d，2H，C6H4）.

d 2－氯苯甲酸－2－氯苯甲酯的合成，方法同a，減壓蒸餾得無色油狀液體d，產(chǎn)率49%.1H NMR（300 MHz，CDCl3）：δ（ppm）5.35（s，2H，CH2），7.02－7.18（m，3H，C6H4），7.23－7.32（m，3H，C6H4），7.38－7.43（t，1H，C6H4），7.76－7.77（d，1H，C6H4）.

e 4－氯苯甲酸－4－氯苯甲酯的合成：用10mL THF溶解催化劑Ⅴ（0.165g，0.32mmol），加入對甲氯苯甲醛（4.508g，32mmol），室溫下反應(yīng)24h，核磁檢測產(chǎn)率為73%.1H NMR（300MHz，CDCl3）：δ（ppm）5.32（s，2H，CH2），7.26－7.43 （t，6H，C6H5），7.98－8.01 （d，2H，C6H5）.

f 2－硝基苯甲酸－2－硝基苯甲酯的合成，方法同e，核磁檢測產(chǎn)率為29%.熔點：100～101℃.1H NMR（300MHz，CDCl3）：δ（ppm）5.76 （s，2H，CH2），7.51 （m，1H，C6H4），7.64－7.81 （m，5H，C6H4），7.93（d，1H，C6H4），8.09（d，1H，C6H4）；13C NMR （CDCl3，75MHz）：δ（ppm）66.1，125.3，126.4，128.4，130.5，130.9，131.3，132.1，133.3，134.3，135.2，148.9，149.4，166.1.

g 4－硝基苯甲酸－4－硝基苯甲酯的合成，方法同e，核磁檢測產(chǎn)率為76%.1H NMR （300MHz，CDCl3）：δ（ppm）5.49（s，2H，CH2），7.61（d，2H，C6H4），8.22－8.32（m，6H，C6H4）.

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑篩選

以苯甲醛為底物，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)時間4h，催化劑用量1%（催化劑與底物的摩爾比，下同），無溶劑條件下考察了脒基鋰化合物（Ⅰ－Ⅴ）的催化Tishchenko反應(yīng)（表1，P94），發(fā)現(xiàn)大位阻的脒基鋰化合物Ⅴ的催化效果最好，核磁結(jié)果顯示幾乎完全反應(yīng)（Table 1，Entry 5）.在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步考察了催化劑Ⅴ在不同條件下的催化反應(yīng)活性，結(jié)果表明，產(chǎn)率隨反應(yīng)溫度的提高而顯著提高，但在超過80℃時，產(chǎn)率變化不大（Table 1，Entries 5，6，7，11）.同時考察了催化劑用量對催化活性的影響，為0.1%摩爾量時，仍有催化效果，為0.2%摩爾量時，即可達(dá)到較高的產(chǎn)率（Table 1，Entries 8，9），催化劑用量為0.5%摩爾量時，產(chǎn)率可達(dá)到89%（Table 1，Entry 5）.

表1 脒基鋰化合物催化苯甲醛的Tishchenko反應(yīng)Table 1 Tishchenko reaction of benzaldehyde to benzyl benzoate［a］

2.2 不同芳香醛的Tishchenko反應(yīng)

表2 N，N′－二（2，6－二異丙基苯基）甲脒鋰（Ⅴ）催化芳香醛的Tishchenko反應(yīng)Table 2 Tishchenko reactions of aromatic aldehydes catalyzed by catalystⅤ［a］

在2.1結(jié)果基礎(chǔ)上，考察了催化劑Ⅴ對不同芳香醛的適應(yīng)性（表2，P94）.結(jié)果表明：對位取代苯甲醛在相同條件下的反應(yīng)活性隨取代基的推電子效應(yīng)增強(qiáng)而降低（Table 2，Entries 2，3），隨取代基吸電子效應(yīng)增強(qiáng)而升高（Table 2，Entries 5，7）；鄰位取代的醛因為位阻效應(yīng)催化效果偏低（Table 2，Entries 6，7）.在室溫條件下，催化劑Ⅴ催化對氯苯甲醛和對硝基苯甲醛的Tishchenko反應(yīng)，產(chǎn)率分別可達(dá)到73%和76%（Table 2，Entries 5，6）.

3 結(jié)論

本論文合成出一系列脒基鋰化合物，并用于催化芳香醛的Tishchenko反應(yīng).發(fā)現(xiàn)催化劑配體位阻越大和底物醛上帶有吸電子基團(tuán)，越有利于增強(qiáng)催化劑的催化活性.在無溶劑條件下，80℃反應(yīng)4h，N，N′－二（2，6－二異丙基苯基）甲脒鋰催化劑負(fù)載量為1%，苯甲酸芐酯的產(chǎn)率為98%.該反應(yīng)在無溶劑條件下進(jìn)行，負(fù)載量低，原子100%利用，是一種綠色環(huán)保的制備酯的好方法.

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