咪唑基手性硫醚衍生物的合成与表征

咪唑基手性硫醚衍生物的合成与表征 第22卷第12期 2010年l2月 化学研究与应用 ChemicalResearchandApplication Vo1.22.No.12 Dec.,2010 文章编号:1004-1656(2010)12-1557-04 咪唑基手性硫醚衍生物的合成与表征 毛璞,刘秀君,杨亮茹,蔡雅静,薛媛,宋毛平h (1郑州大学化学系,河南郑州450001;2河南工业大学化学化工学院,河南郑州 450001) 关键词:-苯丙氨酸;-T-性咪唑;硫醚 中图分类号:o626.23文献标识码:A Synthesisandcharacteristicofchiralthioetherscontainingimidazole MAOPu' , LIUXiu-jun,YANGLiang—ru,CAIYa-jing2,XUEYuan,SONGMao—ping' (1.DepartmentofChemistry,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China; 2.ChemistryandChemicalEngineeringSchool,HenanUniversityofTechnology,Zhengzhou450001,China) Abstract:UsingnaturalandcommerciallyavailableL-Phenylalanineasstartingmaterial,thr eechiralthioetherscontaining imidazoleringweresynthesizedbycondensationreaction,esterifieation,reduction,chlorin ationandsubsequentsubstitutionby thiols.TheunreportedproductswerecharacterizedbyIR.ESIMSandNMR. Keywords:L?phenylalanine;chiralimidazole;thioether 硫及氮,磷,氧等原子能够与大多数过渡金属 络合形成多齿的螯合物[J?.手性的硫醚钯络合 物常用于不对称碳碳键的形成,不对称的Diels. Alder,Hetero.Diels—Alder环加成,Heck反应 以及羰基的加成反应中[6],很多手性配合物都表 现出良好的手性诱导效果.由咪唑盐类衍生出来 的氮杂环卡宾(NHC)化合物,在合成金属配体方 面也起着很重要的作用.近年来,卡宾与X.(X= N,P,S等)形成的多齿配体引起了人们广泛的兴 趣"'引,但是手性的包含一个潜在卡宾结构的硫配 体的研究却鲜见报道,mj.本文以.苯丙氨酸为 原料,合成了一系列的手性咪唑硫醚,希望能作为 双齿硫,卡宾配体应用于不对称催化反应. 1实验部分 1.1试剂 L一苯丙氨酸,乙二醛(质量分数为40%),甲醛 (质量分数为36%),氢氧化钠,氨水(质量分数为 25%),无水乙醇,浓盐酸,碳酸氢钠,无水硫酸钠, 硼氢化钠,苯硫酚,丁硫醇,苄硫醇,氯化亚砜,薄 层层析硅胶G,柱层析硅胶(100-200目),羧甲基 纤维素钠,乙酸乙酯,石油醚(60-90~(2),硫酸铜, 氯化铁,阳离子交换树脂,氯化钠.所有试剂均为 分析纯,除特别说明外未经进一步处理. 1.2仪器 DPX-400核磁共振仪(CDC1为溶剂,TMS为 收稿日期:2010-04-12;修回日期:2010?10-08 基金项目:国家自然科学基金资助项目(20902017)资助;郑州市科技攻关项目 (083SGYG25121一l1)资助 联系人简介:宋毛平(1957?),男,教授,主要研究方向:有机化学和大环化 学.Email:henangongda@yahoo.eom 1558化学研究与应用 内标,瑞士Bruker公司);Esquire一3000型质谱仪 (美国Bruker公司);NicoletIR200傅立叶变换红 外光谱仪(KBr压片,液膜);WZZ.2B自动旋光仪 (上海易测仪器设备有限公司). N ++H卫M fi — i)EtOH,Cat?… 1.3咪唑基手性醇的制备 咪唑基手性醇的制备"路线如图1所示. :: b.HCl CHPh 汁 CH,Ph Nj~ CH:OH 4 图l咪唑基手性醇合成路线 Fig.1Thesynthesisrouteofchiralimidazolealcohol 称取0.06toolL-苯丙氨酸1及2.4gNaOH,干燥,减压蒸除溶剂得到粗品3. 6.8mL氨水混合并搅拌使其完全溶解,放于将0.1mol粗品3和100mL无水乙醇加入 10OraL恒压滴液漏斗中,滴加到含4.5mL甲醛水250mL三口烧瓶中,在冰浴冷却条件下分批加入 溶液和7mL乙二醛水溶液的250mL三口烧瓶中.0.4molNaBH,升温至80?,回流 反应过夜后,冷 于50?搅拌反应8h后冷却至室温,向反应体系却至室温,减压蒸干溶剂,水溶解后加人NaOH调 中加入稀盐酸溶液,调节其pH值至强酸性,减压节其pH值为强碱性,加热至50cI二,搅拌4h,冷却 蒸除溶剂,于60?真空干燥得到缩合产物2.至室温,分出有机层,用乙酸乙酯(20mL×3)萃 将2溶于无水乙醇中,过滤后,置于250mL三取,合并有机相,用无水NaSO干燥,减压蒸除溶 口烧瓶中,称量等摩尔的催化剂加人反应体系中,剂得到粗品,柱层析纯化(乙酸乙酯:乙醇/:V= 回流搅拌反应过夜,待反应结束后,过滤,蒸除乙11:1),得到淡黄色晶体4. 醇,加入适量的水,用NaHCO固体调碱性,用乙酸1.4咪唑基手性硫醚的制备 乙酯(20mLX3)萃取,合并有机相,用无水Na:SO咪唑基手性硫醚的合成路线如图2所示. CFLPh H iv)SOCI,,奈CFLPh?R a:R1=CFI : CH:CH:CH;:b:RI=Ph;c:RI=CH : Ph 图2咪唑基手性硫醚合成路线 Fig.2Thesynthesisrouteofehiralimidazolethioethers 称取0.O1mol的4和0.01tool(1.06g)的无水 碳酸钠放在lOOmL三口烧瓶中,量取20mLSOCI 于恒压滴液漏斗中缓慢滴加于反应体系中,在 50?条件下搅拌,反应物逐渐溶解,SOC!全部滴 加完毕后,回流反应6,7h,过滤,减压蒸除未反应 的SOCI,,加入约10mI水,用NaHCO,固体调节水 相,使其pH值在7.8之间,用乙酸乙酯(3× 20mL)萃取后,合并有机相,无水NaSO干燥后, 蒸除溶剂后得到粗品5. 向100mL三口烧瓶中加入0.03toolNaOH (1.2g)及50mL无水乙醇,加热至50qC,搅拌使其 溶解,向反应体系中加入0.03tool硫醇后,由恒压 滴液漏斗将氯代产物的乙醇溶液缓慢滴加到三口 烧瓶中,滴加完毕后,升高温度,回流搅拌,反应12 , 14h,减压蒸除溶剂,用无水乙醚对其进行萃取, 合并有机相,无水NaS0干燥后,蒸除溶剂后用 柱层析(乙酸乙酯:石油醚/V:V=5:4)进行纯化,得 到淡黄色油状液体6a-c. 第12期毛璞等:咪唑基手性硫醚衍生物的合成与袁征1559 2产物的结构表征 化合物4:淡黄色晶体,产率65%;熔点75— 77;[0【]2D5(c=2.0,EtOH):一109.5;HNMR (CDC13),:7.26-6.87(na,8H,Hi&HA), 5.62(bs,1H,OH),4.25-4.19(Ill,1H,NCH), 3.85—3.79(nl,2H,CH2OH),3.17—3.12(m,1H, PhCH2),3.00-2.84(nl,lH,PhCH2);"CNMR (CDC13),:137.1,136.4,128.8,128.8,128.3, 127.3,117.6,63.9,62.1,38.4;IR(KBr), (em一'):3401(0一H),3156(=C—H),2938(C- H);ESIMSm/z(%):202.6[M+H]. 化合物6a:黄色油状液体,产率79.8%;[] (c=2.0,EtOH):-41.8;'HNMR(CDC13),6:7.36- 6.93(m,8H,Hi|lli&HAr),4.31-4.27(m,1H, NCH),3.23(dd,J=13.8Hz,J:5.8Hz,1H, CH2Ph),3.04(dd,=.,=.,_J138HzJ85Hz IH,c旦2Ph),2.91(dd,J=13.8Hz,J=5.9Hz, 1H,NCHC2),.(,=.,=._ HS284ddJ138HzJ75 Hz,1H,NCHCH2S),2.29(t,J=7.4Hz,2H, SCH2CH2CH2CH3),1.48—1.30(m,4H,SCH2 C_H2C旦2CH3),0.87(t,J=7.3Hz,3H,CH3); "CNMR(CDC13),:136.7,136.5,129.6, 128.8,128.7,127.0,116.6,60.5,55.7,43.8, 41.4,37.4,32.4,31.6,21.8,13.6;IR(KBr), (cm):3110(=C—H),2950(C—H),2700(CH2一 S);ESIMSm/z(%):274.6[M+H]. 化合物6b:黄色油状液体,产率47.5%; [ot](c=2.0,EtOH):+104.0;HNMR (CDC13),6:7.28-6.86(nl,13H,H.mi&HA), 4.274.20(Ill,1H,NCH),3.36—3.0o(nl,4H, NCHCH2S&C2Ph);"CNMR(CDC13),: 136.6,136.4,134.4,130.3,129.6,129.2, 128.8,128.7,127.1,127.0,116.5,59.2, 41.5,39.4;IR(KBr),|,(cm):3348(N—H), 3109(=C?H),2924(C—H),2810(CH2一S);ESI MSm/z(%):294.6[M+H]. 化合物6c:黄色油状液体,产率45.6%;[] (c=2.0,EtOH):457.0;HNMR(CDCI3),:7.39 (s,1H,H2),7.37—6.85(m,12H,HImi&HA), 4.07-4.03(Ill,1H,NCH),3.51-3.43(m,2H, SCH2Ph),3.13(dd,1H,J=13.8Hz,J=6.0 Hz,NCHCH2S),2.94(dd,1H,J=13.8Hz,J= 8.4Hz,NCHCH2S),2.81(dd,1H,J:14.1Hz, J=5.7Hz,NCHCH_2Ph),2.73(dd,1H,J= 14.1Hz,J=7.8Hz,NCHCH2Ph);"CNMR (CDCI3),6:137.9,136.6,136.5,129.3,129.0, 128.9,128.8,128.67,128.5,127.3,127.0, 116.6,60.2,41.4,36.8,36.5;IR(KBr), (cm):3280(N—H),3098(=C—H),2900(C—H), 2710(CH2一S);ESIMSm/z(%):308.6[M+ H]. 3讨论 3.1化合物的制备条件 在前者【1?研究工作的基础上对合成咪唑基 手性醇的催化体系做了适当的改进.选择了硫酸 氢钠,阳离子交换树脂,CuSO4?5H2O,FeC13?6H O和SOC1做为催化剂.从表1中看出,除CuSO ? 5HO,FeCI,?6HO外,其它三种的催化产率都 在65.5%以上. 此外,本文用NaBH替代文献??报道的四氢 铝锂/乙醚体系还原氨基酸,操作条件更为温和, 反应易控,产率也较高.催化剂的选择如表1 所示. 表1不同催化剂对酯化反应产率的影响 Table1Theeffectofdifferentcatalystsonesterification 3.2化合物的图谱解析 手性中心对其相邻碳上的氢产生了明显的影 响(图3).在一般情况下,两个亚甲基上的氢被 一 个氢所裂分,产生一个双重峰.但是由于手性 中心的非对映异构作用,使得与其相邻碳上的两 个氢的化学环境不同,表现在氢谱上产生了不同 的化学位移.氢谱和碳谱的数据确证了目标产物 的结构. 1560化学研究与应用第22卷 Fig.3 参考文献: 图3三种硫醚的手性中心对HNMR 中质子裂分的影响 Theeffectofchiralcenterinthreethioethers onprotoninHNMR [1]MellahM,VoituriezA,SchulzE.Chiralsulfurligandsfor asymmetriccatalysis[J].Chem.Rev.,2007,107(11): 5l33—52O9. 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[6]KvintovicP,JamesBR,HeftB.Enantioselectivetransfer 4结论 本文以一苯丙氨酸为手性源,通过缩合,还 原,卤代后,与不同硫醇通过醚化反应合成了一系 列含咪唑环的新型手性硫醚配体,其中以丁硫醇 为原料时,产率最高达79.8%.在咪唑基氨基酸 酯的还原反应中,选择了NaBH为还原体系,反应 条件温和,易控,原料便宜.氨基酸手性碳上的四 个键都未参与反应,HNMR分析表明手性中心得 到了保持. hydrogenationofketonesusingarhodiumcatalystcontaining amethioninesulpho~fdeligand[J].上ckSoc.,Chem. Comman.,1986,1810?1811. [7]HahnF.E.Heterocyclieca】knes:synthesisandcoordination chemistry[J].Angew.Cher~/nt.Ed,2OO8,47,3122-3172. [8]CrabtreeR.H.Recentdevelopmentsintheorganometallic chemistryofN—heterocycliecarbenes[J].Coord.Chem. Rev.,2007,251(5-6),595-896. [9]YenSK,KohLL,HuynhHV,eta1.Formationand structuresofPd(II)N,S-heterocyeliccarbene-pyridyl mixed-ligandcomplexes[J]..,-Organometchem.,2009, 694(3):332-338. [10]CabezaJA,delRioI,Sanchez?VegaMG,eta1.Methyl levamisoliumtriflateasaprecursortoaehiralbifunctional N-heterocyeliccarbene—thiolateligand:palladium(II) Complexes[J].Organometallics,2{)05,25(7): 1831一l834. 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