(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基膦基-1，1'-聯(lián)萘的綠色合成*

樂傳俊，趙子彪，蘇 揚(yáng)，劉寶亮

(常州工學(xué)院理學(xué)院，江蘇常州 213022)

(S)-2，2'-雙二苯基磷基-1，1'-聯(lián)萘［BINAP，(S)-1］是一個(gè)用途極其廣泛的手性配體，其與Ru，Rh，Pd或Ni等配位形成的催化劑能有效地催化烯烴和羰基的不對(duì)稱氫化反應(yīng)［1－4］。自Noyori等［5］首次合成(S)-1以來，其為為數(shù)不多的可工業(yè)化生產(chǎn)的手性配體。目前，由于其均相手性催化劑回收重復(fù)使用困難，從而使得許多高效手性催化劑成本過高而難以工業(yè)化應(yīng)用。因此，手性催化劑的多相化一直是該領(lǐng)域的重要研究課題［6］。

Scheme 1

研究發(fā)現(xiàn)，修飾的(S)-1與(S)-1在協(xié)助中心金屬催化不對(duì)稱反應(yīng)時(shí)表現(xiàn)的效果幾乎沒有差別，從而使得BINAP衍生物的修飾合成成為一個(gè)基礎(chǔ)的研究方向［7－8］。(S)-1 的修飾往往在 4，4'-，5，5'-和 6，6'-位上進(jìn)行［9－11］，而具有實(shí)用價(jià)值的是 5，5'-位的修飾。Liu［12］和 Wang［13］分別利用修飾的(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基磷基-1，1'-聯(lián)萘［(S)-5］實(shí)現(xiàn)了與Ru配位的負(fù)載型催化劑的合成并將其應(yīng)用于烯烴和β-酮酯的不對(duì)稱還原。

(S)-5的合成最早由 Okano等［14］在一篇專利中報(bào)道，其以氧化的2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯(lián)萘(2)為原料經(jīng)均相硝化、SnCl2硝基還原和HSiCl3/NEt3膦 氧 雙 鍵 還 原 制 得。Sun［15］和Huang［16］等分別采用肼和 Pd/C代替 SnCl2改進(jìn)硝基還原反應(yīng)，但未見Pd/C催化硝基還原的具體結(jié)果。

鑒于使用環(huán)境友好試劑的考慮，本文在文獻(xiàn)［15］方法的基礎(chǔ)上，以(S)-1為原料，與 H2O2經(jīng)氧化反應(yīng)制得(S)-2;(S)-2經(jīng)酸性樹脂催化硝化制得(S)-5，5'-二硝基-2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯(lián)萘［(S)-3］;(S)-3經(jīng)Pd/C催化硝基氫化還原制得(S)-5，5'-二氨基-2，2'-雙二苯基磷氧基-1，1'-聯(lián)萘［(S)-4］;(S)-4經(jīng) HSiCl3/PPh3還原制得(S)-5(Scheme 1)，總產(chǎn)率 65.6%。其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，31P NMR和IR確認(rèn)。并優(yōu)化了酸性樹脂催化硝化和Pd/C催化硝基還原的反應(yīng)條件。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

WXG-4型圓盤旋光儀;AVANCE III 400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));IR 200型FT-IR紅外光譜儀;EA 2400Ⅱ型元素分析儀;CD 60型薄層色譜掃描儀。

(S)-2 按文獻(xiàn)［15］方法合成(產(chǎn)率 98.70%);(S)-5按文獻(xiàn)［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%)，石家莊市圣佳化工有限公司;5%Pd/C，732型強(qiáng)酸苯乙烯陽離子交換樹脂、三苯基膦、三氯硅烷、雙氧水和硝酸，分析純，上海阿拉丁藥品公司;高純氫和高純氮?dú)?＞99.999%)，常州三井氣體公司;甲苯和二氯甲烷在使用前進(jìn)行脫氣處理;其余所用試劑均為分析純。

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 和酸性樹脂 0.5 g，攪拌使其溶解;于0℃滴加濃硝酸6.0 mL(96 mmol)，滴畢，于 0℃反應(yīng) 4 h。過濾，濾液依次用 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 洗滌，靜置分層，水層用CH2Cl2萃取，合并有機(jī)相，用無水硫酸鎂干燥，除溶，殘余物用硅膠板薄層層析［展開劑:A=V(乙酸乙酯)∶V(石油醚)=1∶5］純化后(純度98.70%)用乙醇重結(jié)晶得淡黃色微晶(S)-3 0.99 g，產(chǎn)率為 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

在高壓反應(yīng)釜中加入(S)-3 0.99 g(1.3 mmol)和無水乙醇10 mL，攪拌使其溶解;加入5%Pd/C 0.2 g，氮?dú)鉀_洗三次;通入氫氣至 2.0 MPa，于55℃攪拌反應(yīng)6 h。過濾，回收Pd/C，濾液用無水Na2SO4干燥，除溶，殘余物經(jīng)硅膠板薄層層析(展開劑:A=1∶2)純化后(純度99.98%)用CH2Cl2重結(jié)晶得黃棕色微晶(S)-4 1.02 g，產(chǎn)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 結(jié)果和討論

2.1 反應(yīng)條件優(yōu)化

(1)(S)-3的合成條件優(yōu)化

(S)-2 1.5 mmol，其余反應(yīng)條件同 1.2(1)，考察反應(yīng)溫度、硝酸用量及酸性樹脂的循環(huán)使用次數(shù)對(duì)(S)-3產(chǎn)率的影響，其結(jié)果分別見表1～表3。

表1 反應(yīng)溫度對(duì)(S)-3產(chǎn)率的影響*Table 1 Effect of reaction temperature on the yield of(S)-3

由表1可見，以0℃為分界點(diǎn)，隨著溫度升高，產(chǎn)率先升后降，較佳溫度為0℃。由表1還可見，低溫下反應(yīng)產(chǎn)率較低，但反應(yīng)選擇性較高。

表2 硝酸的用量對(duì)(S)-3產(chǎn)率的影響*Table 2 Effect of amount of nitric acid on the yield of(S)-3

由表2可見，隨著硝酸用量由2 mL增至10 mL，產(chǎn)率由 49.2%增至 86.3%后降為 76.3%，而選擇性隨硝酸用量增加而降低。硝化的主要反應(yīng)活性位點(diǎn)在5，5'-位，硝酸用量少時(shí)反應(yīng)在5，5'-位，顯示出高的選擇性，而當(dāng)硝酸用量大于其最佳值后，則會(huì)引起其它位置硝化產(chǎn)物的增加，導(dǎo)致選擇性和產(chǎn)率降低。

由表3可見，酸性樹脂連續(xù)使用7次后仍未見其活性降低，這表明該酸性樹脂使用壽命長，可操作性強(qiáng)，且環(huán)境友好，具有很好的工業(yè)應(yīng)用潛力。

表3 酸性樹脂的循環(huán)使用對(duì)(S)-3產(chǎn)率的影響*Table 3 Effect of the recycling of acid resin on the yield of(S)-3

綜上所述，合成(S)-3的最佳反應(yīng)條件為:硝酸6.0 mL，酸性樹脂0.5 g，于0 ℃反應(yīng)4 h。

(2)(S)-4的合成條件優(yōu)化

3 1.3 mmol，其余反應(yīng)條件同 1.2(2)，考察反應(yīng)溫度和氫氣壓力對(duì)(S)-4產(chǎn)率的影響，結(jié)果分別見表4和表5。

由表4可見，隨著溫度的增加，產(chǎn)率由82.4%升至90.1%再降為87.5%。這可能是由于在較高反應(yīng)溫度時(shí)硝基氫化的中間體轉(zhuǎn)化成了其它副產(chǎn)物。因此較佳反應(yīng)溫度為55℃。

表4 溫度對(duì)(S)-4產(chǎn)率的影響*Table 4 Effect of temperature on the yield of(S)-4

由表5可見，隨著氫氣壓力的增加，產(chǎn)率逐漸升高，在氫氣壓力為 2.0 MPa時(shí)，產(chǎn)率最高(90.1%);當(dāng)氫氣壓力增至3.0 MPa時(shí)，產(chǎn)率則降至86.3%。這是因?yàn)榇呋趸鶜浠窃跉怏w、液體和固體間進(jìn)行的多相催化氫化反應(yīng)，氫氣壓力增加有助于氫氣克服傳質(zhì)的障礙，提升反應(yīng)進(jìn)程。然而，過高的氫氣壓力會(huì)導(dǎo)致過度氫化，副產(chǎn)物增多，降低了產(chǎn)率。因此最佳氫壓為2.0 MPa。

表5 氫氣壓力對(duì)(S)-4產(chǎn)率的影響*Table 5 Effect of hydrogen pressure on the yield of(S)-4

Pd/C的循環(huán)使用次數(shù)對(duì)(S)-4產(chǎn)率的影響見表6。由表6可見，未活化處理的Pd/C催化劑使用5次后仍能表現(xiàn)出較好的催化氫化活性，分離產(chǎn)率降低接近5個(gè)百分點(diǎn)。這可能由于催化硝基還原反應(yīng)在相對(duì)較低的溫度下進(jìn)行，催化劑活性降低可能和Pd/C經(jīng)過多次使用后的集聚有關(guān)［17］。

表6 Pd/C循環(huán)使用次數(shù)對(duì)(S)-4產(chǎn)率的影響*Table 6 Effect of recycling of Pd/C on the yield of(S)-4

2.2 表征

(S)-3的IR譜圖中772 cm－1處的中強(qiáng)吸收峰顯示硝化反應(yīng)主要發(fā)生在(S)-2的5，5'-位［14］，說明該條件下的催化硝化反應(yīng)具有較好的選擇性。這可能由于膦的氧化使(S)-1中的磷由給電子基團(tuán)變成吸電子基團(tuán)，導(dǎo)致4個(gè)苯環(huán)以及和萘環(huán)中與磷相連的苯環(huán)鈍化，而在萘環(huán)中遠(yuǎn)離膦氧基團(tuán)的苯環(huán)相比之下處于活化狀態(tài)，加上萘環(huán)固有的親電取代反應(yīng)性質(zhì)，使得主要產(chǎn)物為5，5'-位取代硝基的產(chǎn)物。TLC分析表明硝化反應(yīng)有一個(gè)主要副產(chǎn)物，推測(cè)為6，6'-位硝化的產(chǎn)物，然而其含量很低，5，5'-位與 6，6'-位硝化產(chǎn)物的比值(反應(yīng)選擇性)在反應(yīng)溫度為0℃時(shí)為82.3。

3 結(jié)論

本文以使用綠色化學(xué)試劑為指導(dǎo)，以(S)-1為原料，用強(qiáng)酸性樹脂代替腐蝕性強(qiáng)和選擇性差的濃硫酸作為硝化反應(yīng)催化劑，用Pd/C代替毒害性很大的肼作為硝基氫化還原的催化劑，改進(jìn)合成了(S)-5，并優(yōu)化了上述兩個(gè)反應(yīng)的反應(yīng)條件，為進(jìn)一步的工業(yè)化應(yīng)用提供了研究基礎(chǔ)。

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