本发明属于有机化学合成领域。 烯烃与重氮醋酸酯在铜催化剂存在下,发生环加成反应,所制得的产物是具有三元环的羧酸酯,它是具有顺,反式和外消旋的四个异构体的混合物,通常其中只有一个或二个是具有生物活性的产物,如右旋反式或右旋顺式除虫菊酸酯,然而,利用手性铜催化剂对环加成反应进行不对称诱导,可以使合成产物的主要成分具有生物活性。因此在该加成反应中手性铜催化剂是合成产物的主要成分能否具有生物活性的关键性物质。
早在60年代初,Nazaki首次合成了水杨醛的许夫碱,并把它作为配体与醋酸铜络合,制得手性铜催化剂,用于环加成反应中的不对称诱导,其获得的产物光学收率在10%以下。80年代,T.Aratani(Pureand Appl.Chem.Vol.57,1839-44,1985)改进了该类型的配体,其获得的手性铜催化剂在不对称诱导合成中,取得了极好的效果,在这个领域中,最具有代表性的手性铜催化剂结构为:
其中二种手性铜催化剂代号为R-1648和S-1648,在下述环加成不对称诱导反应中,取得了很好的结果。
Men*为薄荷醇
L**为手性铜配体,即R-1648及S-1648
以R-1648和S-1648作为不对称诱导催化剂,合成的二苯基环丙烷羧酸薄荷醇的光学收率分别为75%和68%。该手性铜催化剂的制备是由具有光学活性的氨基酸酯,经与格氏试剂反应,制得氨基醇,后者与水杨醛缩合得到许夫碱配体,进而与醋酸铜络合,即获得手性铜催化剂
在该领域中,最新地一类手性铜催化剂是由E.J.Corey所报导(J.Am.Chem.Soc,vol 113,729,1991),他用双噁唑啉作配体,获得了更好的不对称诱导效果,配体结构为:
此手性配体与铜络合生成手性铜催化剂,在二苯乙烯与重氮醋酸酯的环加成反应中,其不对称催化剂效率极高,产物的光学收率达到99%。
但据该文献报导,双噁唑啉配体的合成分为三个步骤的反应:首先,将具有光学活性的氨基酸,(如需特殊的氨基酸,必须由人工合成,获得外消旋体,进行折分后,方能获得可使用的氨基酸)用LiAlH4还原,制得氨基醇,其次,再与取代的丙二酸酯反应,得到双酰氨醇产物,最后,羟基经SOCl2反应,环化制得了双噁唑啉,该产物与醋酸铜络合,最终获得手性铜催化剂,其反应为:
上述二种类型的手性铜催化剂配体的合成是比较困难的,首先要获得光学活性的氨基酸,再经二步或三步反应,方能制得手性配体,故迄今未能实现工业规模的生产,究其主要困难在于:1.原料不易得到,价格昂贵;2.合成方法比较困难,如氨基酸用LiAlH4还原制取氨醇,不仅原料贵,操作复杂,产物很难从反应物中分离出来;3.氨醇与丙二酸酯或取代丙二酸酯(或酰氯)反应,再经SOCl2反应,环化制得双噁唑啉配体,反应路线长,费时;4.如需制备特殊结构的氨基酸,则还必须折分为光学活性的氨基酸。因而此法难于实现大规模的工业生产。
由此,本发明的目的在于解决生产规模使用的手性铜催化剂的制备,且使合成该手性铜催化剂方法简便,易于操作,效率高,成本降低,易于实现工业生产。
本发明选用生产氯霉素药物中间体的付产物,其中具有光学活性的氨醇或该中间体经三苯甲基化后作为原料,用于制备手性配体,其原料结构如下:
在合成路线上,本发明采用由丙二腈,在无水酒精,二氧陆环存在下,通入干燥的氯化氢,制得双亚氨醚盐酸盐,再用CH2Cl2为溶剂,在加热下,与氨醇反应,制得手性配体。其反应过程为:
配体:R1:H-,C6H4NO-2,
R2:C6H5CH-2,HOCH-2,Ph3COCH-2
其中:a:HCl,无水酒精
b:CH2Cl2加热。
本发明选用氯霉素生产的中间体副产物氨醇,每年有几十吨之多,原料来源丰富,价格低廉;采用该发明的方法,使合成步骤大为简化,其产物的不对称诱导效果达80~90%,生物活性异构体含量达90~95%,具有工业规模生产的实用价值。
用本发明的方法,合成的手性铜催化剂的配体,其配体化合物为:
双〔2-(4S)-4-苄基-1,3-噁唑啉基〕甲烷
双〔2-(4S,5S)-4-羟甲基-5-对硝基苯基-1,3-噁唑啉基〕甲烷
双〔2-(4S,5S)-4-三苯甲氧甲基苯基-5-对硝基苯基-1,3-噁唑基〕甲烷
本发明的配体化合物和合成方法,具有显著经济效益和社会效益,由于采用生产氯霉素中间体的副产物,综合利用资源,使合成手性配体成本大为降低,又使生产氯霉素成本获得降低;再本发明方法简便,效果好,易于工业化,使手性催化剂来源丰富,促进不对称诱导合成的发展,同时亦促进我国除虫菊酯生产赶上国际水平,使除虫菊酯成为光学活性的产品,产品中有效成分超过90%。而目前国内生产的除虫菊酯的原料未经折分,产物的有效成分仅为一半,所以使用手性铜催化剂进行合成,有效成分提高一倍之多,其效益相当可观,并且,减少除虫菊酯合成的环境污染。
实施例:
1.手性配体1制备:
(1)双亚氨醚盐酸盐的制备
取丙二腈6.6克(0.1mol)溶于13.8克(0.3mol)的乙醇,另加二氧陆环120毫升,边搅拌,边通入氯化氢。逐步从反应液中析出白色结晶固体,干燥后得20克(86.6%)熔点124~6℃。
(2)手性配体1的制备:
取上述自制的双亚氨醚盐酸盐0.924克(0.004mol)及苯基丙氨醇1.21克(0.008mol)([a]20D=-22.5,c=1,1N HCl)溶于40毫升二氯甲烷中,在室温下,搅拌3小时至8小时,再回流2小时,冷却加冰水30毫升,分液,水层用二氯甲烷提取二次,合并有机层,用Brine洗涤,无水硫酸镁干燥。除去溶剂得结晶固体,用正己烷重结晶得针状无色结晶1.3克(92%),熔点104~6℃,〔a〕20D=-48.4(C=1,乙醇)其化学名命为双〔2-(4S)-4-苄基-1,3-噁唑啉基〕甲烷。
2.手性配体2的制备:
取自制的双亚氨醚盐酸盐2.31克(0.01mol)和苏-2-氨基-3-对硝基苯基-1,3-丙二醇4.24克(〔a〕20D=+29.2,C=1,6NHCl)溶于40毫升丙酮中,冰浴下搅拌6小时,升温至室温,再搅拌2小时,浓缩反应液即有固体析出,冷却、抽滤、水洗、用乙醇重结晶,得针状结晶3.2克(70.2%),熔点186~8℃,〔a〕20D=+60(C=0.3,DMSO)其化学名命为双〔2-(4S,5S)-4-羟甲基-5-对硝基苯基-1,3-噁唑啉基〕甲烷。
3.手性配体3的制备:
取自制的双亚氨醚盐酸盐0.9克(0.0039mol)和苏(2-氨基-3-对硝基苯基-3-羟基)丙基三苯甲基醚(〔a〕20D=+33,C=0.6CHCl3)3.54克(0.0078mol),溶于40毫升二氯甲烷中,在室温下搅拌4小时,回流2小时,冷却至室温,加入50毫升水,分出有机层,水层用二氯甲烷提取二次,合并有机层,用Brine洗涤、干燥、浓缩后,得晶体3.4克(92.7%),熔点162~4℃〔a〕20D=-10,(C=0.6CHCl3)其化学名命为双〔2-(4S,5S)-4-三苯甲氧甲基-5-对硝基苯基-1,3-噁唑啉基〕甲烷。
4.不对称合成实例1:
光学活性二苯基环丙烷羧酸的制备:
在100毫升三颈瓶中,加入10毫升二氯甲烷,100毫克的手性配体Ⅰ(0.28mmol),50毫克醋酸铜(0.275mmol)回流半小时,得绛紫色溶液,冷却,加入11毫升1,1-二苯乙烯,少量苯肼。氮气保护下滴加3克(0.026mol)重氮乙酸乙酯,反应温度20℃,滴完后继续反应1小时。
蒸去二氯甲烷,减压下回收过量1,1-二苯乙烯,残液经柱层析提纯,用氢氧化钠的甲醇水溶液回流4小时,减压下蒸出大部分甲醇,冷却,加入100毫升水,乙醚提取有机层,水层用酸酸化、析出结晶体,放置过液,抽滤洗涤、干燥、得3克(47.9%)熔点170℃。〔a〕20D=-110(C=1.2,CH3OH)光学纯度47.8%。
5.不对称合成实例2:
二苯基环丙烷羧酸薄荷醇酯的制备
操作同实例1,在二氯甲烷及手性铜催化剂中,加入少量苯肼及11毫升二苯乙烯,滴加1.8克(0.8mmol)重氮醋酸薄荷醇反应。
化学收率为58%,〔a〕20D=-187.5(C=1.2CH2OH)
光学纯度 81.5%
6.不对称合成实例3:
2,2-二甲基环丙烷羧酸薄荷醇酯的制备。
操作同实例1,在二氯甲烷及手性铜催化剂中,通入异丁烯,加入少量苯肼后,在20℃下,滴加1.8克(0.8mmol)重氮醋酸薄荷醇酯,滴完继续反应1小时,蒸出二氯甲烷,减压蒸镏,得1.4克(62.5%)的油状液体。
经毛细管气相色谱分析产物的光学收率95%。