專利名稱：含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一類新型手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，具體地講是公開了一類含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑及其制備方法。
背景技術：
手性季銨鹽類化合物是一類重要的有機小分子相轉移催化劑，在很多催化不對稱反應中表現出非常高的手性誘導能力(O’Donnell，M.J.In Catalytic Asymmetric Synthesis，2nd ed.；Ojima，I.，Ed.；WILEY-VCHNew York，2000；Chapter 10.(b)Shioiri，T.In Handbook ofPhase-Transfer Catalysis；Sasson，Y.，Neumann，R.，Eds.；Blackie Academic & ProfessionalLondon，1997；Chapter 14.(c)O’Donnell，M.J.Phases-The Sachem Phase Transfer CatalysisReview；1998；Issue 4，p 5.(d)O’Donnell，M.J.Phases-The Sachem Phase Transfer CatalysisReview；1999；Issue 5，p 5.(e)Shioiri，T.；Arai，S.In Stimulating Concepts in Chemistry；Vogtle，F.，Stoddart，J.F.，Shibasaki，M.，Eds.；WILEY-VCHWeinheim，2000；p 123.(f) O’Donnell，M.J.Aldrichimica Acta 2001，34，3.)。最近，許多新的手性季銨鹽類催化劑被設計、合成出來，如Maruoka的聯萘單螺環季銨鹽(Chem.Rev.2003，103，3013；J.Am.Chem.Soc.2007，129，1038)，Shibasaki以手性酒石酸為骨架設計合成的雙季銨鹽(Tetrahedron Lett.2002，43，9539)，Nagasawa的環胍季銨鹽(Angew.Chem.，Int.Ed.2002，41，2832；Tetrahedron 2001，57，8959.)，Jew在第一代金雞納堿相轉移催化劑基礎上設計合成的第二代雙金雞納堿相轉移催化劑(Chem.Commun.2001，1244；Tetrahedron Lett.2001，42，4645)，這些手性季銨鹽類相轉移催化劑，在許許多多不對稱反應中具有很好的催化活性和對映選擇性(Domenico Albanese，Mini-Reviews in Organic Chemistry，2006，3，195-217)。
手性季銨鹽類化合物作為相轉移催化劑，用于催化不對稱反應，盡管人們已經做了大量研究工作，但是使用已有的手性季銨鹽類相轉移催化劑只能對特定底物呈現高的活性和對映選擇性，并不能對所有的底物獲得理想的結果。因此，研究開發新型、高效的手性季銨鹽類相轉移催化劑是必須的。

發明內容
本發明的目的旨在開發一種新型手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，本發明的另一個目的是提供上述新型的手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法。
本發明的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，其特征在于它是具有以下化學結構通式的化合物
式中R為H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-雙三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-雙-(3，5-雙三氟甲基苯基)苯基、4-聯苯基、2-萘基或1-萘基；n＝0，1，2，3，4，5或6；X為氟，氯，溴或碘。
聯萘結構為(R)或(S)構型的軸手性功能基。
本發明的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法，其特征如下 將3，3’-雙取代基-2，2’-雙鹵代甲基-1，1’-聯萘，于0-120℃在堿催化下，在有機溶劑中，與4，4’-雙哌嗪烷烴完全反應后，經洗滌、萃取、分離，得到目標手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑；3，3’-雙取代基-2，2’-雙鹵代甲基-1，1’-聯萘與4，4’-雙哌嗪烷烴及堿的摩爾配比為2∶1∶2～8。
所述的溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙醚、四氫呋喃、苯、甲苯、二甲苯、乙腈或乙酸乙酯。
所述的堿為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銫。
本發明所述的手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，可用于催化硝基烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，高收率90-99％、高對映選擇性ee值達60-97％制得加成產物。
具體實施例方式
通過下述實例有助于進一步理解本發明，但并不限制本發明。
實例1催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪烷溴化銨 將(R，R)-1，1’-聯萘-2，2’-二甲基溴660mg，(1.4mmol)，4，4’-聯哌嗪169mg(0.7mmol)，碳酸鉀580mg，(4.2mmol)加入100mL圓底燒瓶中，并加入15mL乙腈，圓底燒瓶口連接帶有干燥管的球型冷凝管，加熱80℃回流24小時，薄層色譜檢測反應完全。將反應液倒入盛有40mL水的燒杯中，攪拌10分鐘。轉移到分液漏斗中，用120mL二氯甲烷分三次萃取。合并有機相，無水硫酸鎂干燥。過濾，蒸去溶劑，快速硅膠柱分離(二氯甲烷/甲醇＝50/1為淋洗液)，得到目標的(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪烷溴化銨催化劑，527mg，收率85.0％.1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm1.73-1.78(m，2XCH，2H)，1.80-1.88(m，2XCH，2H)，2.05-2.22(m，2XCH，2H)，2.30-2.33(m，2XCH，2H)，2.35-2.37(m，2XCH，2H)，3.37-3.42(m，2XCH，2H)，3.52-3.55(m，2XCH，2H)，3.63-3.74(m，6XCH，6H)，3.96(d，J＝13.0Hz，2H)，4.50(d，J＝13.0Hz，2H)，5.09(d，J＝13.0Hz，2H)，7.38-7.48(m，Ar-H，8H)，7.62-7.65(m，Ar-H，4H)，7.84-7.91(m，Ar-H，4H)，8.11-8.13(m，Ar-H，4H)，8.22-8.24(m，Ar-H，4H)。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率90％、對映選擇性ee值達60％。
實例2催化劑的制備(S，S)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪溴化銨 與實例1類似的方法，用(S，S)-1，1-聯萘-2，2’-二甲基溴為原料，以四氫呋喃為溶劑，反應溫度為0℃，合成(S，S)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪溴化銨，收率91.2％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm1.72-1.77(m，2XCH，2H)，1.81-1.88(m，2XCH，2H)，2.10-2.22(m，2XCH，2H)，2.29-2.33(m，2XCH，2H)，2.35-2.37(m，2XCH，2H)，3.37-3.42(m，2XCH，2H)，3.52-3.55(m，2XCH，2H)，3.63-3.74(m，6XCH，6H)，3.96(d，J＝13.0Hz，2H)，4.50(d，J＝13.0Hz，2H)，5.09(d，J＝13.0Hz，2H)，7.38-7.48(m，Ar-H，8H)，7.62-7.65(m，Ar-H，4H)，7.83-7.91(m，Ar-H，4H)，8.12-8.13(m，Ar-H，4H)，8.22-8.25(m，Ar-H，4H)。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率92％、對映選擇性ee值達57％。
實例3催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-雙哌嗪甲烷溴化銨 與實例1類似的方法，用4，4’-雙哌嗪甲烷為起始物，在25℃反應，以1.4mmol碳酸鈉為堿，以氯仿為溶劑，合成(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-雙哌嗪甲烷溴化銨，收率88.3％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm1.19-1.22(m，CH2，2H)，1.72-1.77(m，2XCH，2H)，1.81-1.88(m，2XCH，2H)，2.10-2.22(m，2XCH，2H)，2.29-2.33(m，2XCH，2H)，2.35-2.37(m，2XCH，2H)，3.37-3.42(m，2XCH，2H)，3.52-3.55(m，2XCH，2H)，3.63-3.74(m，6XCH，6H)，3.96(d，J＝13.0Hz，2H)，4.50(d，J＝13.0Hz，2H)，5.09(d，J＝13.0Hz，2H)，7.38-7.48(m，Ar-H，8H)，7.62-7.65(m，Ar-H，4H)，7.83-7.91(m，Ar-H，4H)，8.12-8.13(m，Ar-H，4H)，8.22-8.25(m，Ar-H，4H)。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率97％、對映選擇性ee值達63％。
實例4催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，用4，4’-聯哌嗪乙烷為原料，甲苯為溶劑，在110℃，以2.1mmol氫氧化鉀為堿，合成(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨，收率94.2％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm1.20-1.28(m，2XCH2，4H)，1.72-1.77(m，2XCH，2H)，1.81-1.88(m，2XCH，2H)，2.10-2.22(m，2XCH，2H)，2.29-2.33(m，2XCH，2H)，2.35-2.37(m，2XCH，2H)，3.37-3.42(m，2XCH，2H)，3.52-3.55(m，2XCH，2H)，3.63-3.74(m，6XCH，6H)，3.96(d，J＝13.0Hz，2H)，4.50(d，J＝13.0Hz，2H)，5.09(d，J＝13.0Hz，2H)，7.38-7.48(m，Ar-H，8H)，7.62-7.65(m，Ar-H，4H)，7.83-7.91(m，Ar-H，4H)，8.12-8.13(m，Ar-H，4H)，8.22-8.25(m，Ar-H，4H)。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率95％、對映選擇性ee值達78％。
實例5催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪丙烷溴化銨 與實例1類似的方法，4，4’-聯哌嗪丙烷為原料，用二氯甲烷為溶劑，在40℃，以2.8mmol氫氧化銫為堿，合成(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪丙烷溴化銨，收率89.1％。1H NMR(500MHz，CDCl3)，δppm1.24-1.34(m，3XCH2，6H)，1.72-1.77(m，2XCH，2H)，1.81-1.88(m，2XCH，2H)，2.10-2.22(m，2XCH，2H)，2.29-2.33(m，2XCH，2H)，2.35-2.37(m，2XCH，2H)，3.37-3.42(m，2XCH，2H)，3.52-3.55(m，2XCH，2H)，3.63-3.74(m，6XCH，6H)，3.96(d，J＝13.0Hz，2H)，4.50(d，J＝13.0Hz，2H)，5.09(d，J＝13.0Hz，2H)，7.38-7.48(m，Ar-H，8H)，7.62-7.65(m，Ar-H，4H)，7.83-7.91(m，Ar-H，4H)，8.12-8.13(m，Ar-H，4H)，8.22-8.25(m，Ar-H，4H)。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率95％、對映選擇性ee值達75％。
實例6催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪己烷溴化銨 與實例1類似的方法，用-4，4’-聯哌嗪己烷為原料，二甲苯為溶劑，在120℃3.5mmol氫氧化銫為堿，制得(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪己烷溴化銨，收率77.3％。
實例7催化劑的制備(R，R)-雙(3，3’-二苯基-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，用(R，R)-雙(3，3’-二苯基-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基溴為起始原料，4.2mmol碳酸鉀為堿，在乙腈中80℃回流，制得(R，R)-雙(3，3’-二苯基-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨，收率69.5％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率95％、對映選擇性ee值達88％。
實例8催化劑的制備(R，R)-雙[3，3’-二(3，5-雙三氟甲基苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，在乙腈中80℃回流，所用原料為(R，R)-雙[3，3’-二(3，5-雙三氟甲基苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基氯，制得(R，R)-雙[3，3’-二(3，5-雙三氟甲基苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷氯化銨，收率82.0％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率95％、對映選擇性ee值達97％。
實例9催化劑的制備(R，R)-雙[3，3’-二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，以二甲苯為溶劑，在120C反應，所用原料為(R，R)-雙[3，3’-二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基碘，制得(R，R)-雙[3，3’二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨，收率80.4％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率93％、對映選擇性ee值達96％。
實例10催化劑的制備(R，R)-雙[3，3’-二(α-萘)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，所用原料為(R，R)-雙[3，3’-二(α-萘)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基溴，制得(R，R)-雙[3，3’-二(α-萘)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨，再將此化合物溶于丙酮中，加入KF，室溫攪拌3天，用硅藻土過濾，蒸去溶劑，得到(R，R)-雙[3，3’-二(α-萘)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷氟化銨，收率42.3％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率93％、對映選擇性ee值達94％。
實例11催化劑的制備(R，R)-雙[3，3’-二(4’-聯苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨 與實例1類似的方法，所用原料為(R，R)-雙[3，3’-二(4’-聯苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基溴，以乙酸乙酯為溶劑，60℃下，制得(R)-雙[3，3’-二(4’-聯苯基)-1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺]-4，4’-聯哌嗪乙烷溴化銨，收率62.3％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率96％、對映選擇性ee值達97％。
實例12催化劑的制備(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷氯化銨
與實例1類似的方法，用(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基氯和4，4’-聯哌嗪乙烷為原料，以氯仿為溶劑，5.6mmol氫氧化鋰為堿，室溫反應，制得(R，R)-雙(1，1’-聯萘-2，2’-亞甲基胺)-4，4’-聯哌嗪乙烷氯化銨，收率68.2％。
該催化劑用于催化硝基異丙烷烴對α，β-不飽和羰基化合物的共軛加成反應，制得加成產物，收率90％、對映選擇性ee值達66％。
本發明并不局限于實施例中所描述的技術，它的描述是說明性的，并非限制性的，本發明的權限由權利要求所限定，基于本技術領域人員依據本發明所能夠變化、重組等方法得到的與本發明相關的技術，都在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，其特征在于它是具有以下化學結構通式的化合物 式中R為H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-雙三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-雙-(3，5-雙三氟甲基苯基)苯基、4-聯苯基、2-萘基或1-萘基；n＝0，1，2，3，4，5或6；X為氟，氯，溴或碘。
2.如權利要求1所述的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，其特征是所述的聯萘結構為(R)或(S)構型的軸手性功能基。
3.如權利要求1或2所述的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法，其特征是方法如下將3，3’-雙取代基-2，2’-雙鹵代甲基-1，1’-聯萘，于0-120℃在堿催化下，在有機溶劑中，與4，4’-雙哌嗪烷烴完全反應后，經洗滌、萃取、分離，得到目標手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑；3，3’-雙取代基-2，2’-雙鹵代甲基-1，1’-聯萘與4，4’-雙哌嗪烷烴及堿的摩爾配比為2∶1∶2～8。
4.如權利要求3所述的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法，其特征是所述的溶劑為二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙醚、四氫呋喃、苯、甲苯、二甲苯、乙腈或乙酸乙酯。
5.如權利要求3所述的含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法，其特征是所述的堿為碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫、氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀或氫氧化銫。
全文摘要
本發明涉及一類含聯萘軸手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑及其制備方法。本發明的手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑的制備方法是將3，3’－雙取代基－2，2’－雙鹵代甲基－1，1’－聯萘，于0－120℃在堿催化下，在有機溶劑中，與4，4’－雙哌嗪烷烴完全反應后，經洗滌、萃取、分離，得到目標手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑；3，3’－雙取代基－2，2’－雙鹵代甲基－1，1’－聯萘與4，4’－雙哌嗪烷烴及堿的摩爾配比為2∶1∶2～8。本發明所述的手性雙螺環季銨鹽相轉移催化劑，可用于催化硝基烷烴對α，β－不飽和羰基化合物的共軛加成反應，高收率90－99％、高對映選擇性ee值達60－97％制得加成產物。
文檔編號C07B53/00GK101073780SQ20071005771
公開日2007年11月21日 申請日期2007年6月22日 優先權日2007年6月22日
發明者馬軍安, 華明清, 王璉, 聶晶 申請人:天津大學