专利名称：含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一类新型手性双螺环季铵盐相转移催化剂，具体地讲是公开了一类含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂及其制备方法。
背景技术：
手性季铵盐类化合物是一类重要的有机小分子相转移催化剂，在很多催化不对称反应中表现出非常高的手性诱导能力(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，许多新的手性季铵盐类催化剂被设计、合成出来，如Maruoka的联萘单螺环季铵盐(Chem.Rev.2003，103，3013；J.Am.Chem.Soc.2007，129，1038)，Shibasaki以手性酒石酸为骨架设计合成的双季铵盐(Tetrahedron Lett.2002，43，9539)，Nagasawa的环胍季铵盐(Angew.Chem.，Int.Ed.2002，41，2832；Tetrahedron 2001，57，8959.)，Jew在第一代金鸡纳碱相转移催化剂基础上设计合成的第二代双金鸡纳碱相转移催化剂(Chem.Commun.2001，1244；Tetrahedron Lett.2001，42，4645)，这些手性季铵盐类相转移催化剂，在许许多多不对称反应中具有很好的催化活性和对映选择性(Domenico Albanese，Mini-Reviews in Organic Chemistry，2006，3，195-217)。
手性季铵盐类化合物作为相转移催化剂，用于催化不对称反应，尽管人们已经做了大量研究工作，但是使用已有的手性季铵盐类相转移催化剂只能对特定底物呈现高的活性和对映选择性，并不能对所有的底物获得理想的结果。因此，研究开发新型、高效的手性季铵盐类相转移催化剂是必须的。
发明内容
本发明的目的旨在开发一种新型手性双螺环季铵盐相转移催化剂，本发明的另一个目的是提供上述新型的手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法。
本发明的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂，其特征在于它是具有以下化学结构通式的化合物
式中R为H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-双三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-双-(3，5-双三氟甲基苯基)苯基、4-联苯基、2-萘基或1-萘基；n＝0，1，2，3，4，5或6；X为氟，氯，溴或碘。
联萘结构为(R)或(S)构型的轴手性功能基。
本发明的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法，其特征如下 将3，3’-双取代基-2，2’-双卤代甲基-1，1’-联萘，于0-120℃在碱催化下，在有机溶剂中，与4，4’-双哌嗪烷烃完全反应后，经洗涤、萃取、分离，得到目标手性双螺环季铵盐相转移催化剂；3，3’-双取代基-2，2’-双卤代甲基-1，1’-联萘与4，4’-双哌嗪烷烃及碱的摩尔配比为2∶1∶2～8。
所述的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、乙腈或乙酸乙酯。
所述的碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯。
本发明所述的手性双螺环季铵盐相转移催化剂，可用于催化硝基烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，高收率90-99％、高对映选择性ee值达60-97％制得加成产物。
具体实施例方式
通过下述实例有助于进一步理解本发明，但并不限制本发明。
实例1催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪烷溴化铵 将(R，R)-1，1’-联萘-2，2’-二甲基溴660mg，(1.4mmol)，4，4’-联哌嗪169mg(0.7mmol)，碳酸钾580mg，(4.2mmol)加入100mL圆底烧瓶中，并加入15mL乙腈，圆底烧瓶口连接带有干燥管的球型冷凝管，加热80℃回流24小时，薄层色谱检测反应完全。将反应液倒入盛有40mL水的烧杯中，搅拌10分钟。转移到分液漏斗中，用120mL二氯甲烷分三次萃取。合并有机相，无水硫酸镁干燥。过滤，蒸去溶剂，快速硅胶柱分离(二氯甲烷/甲醇＝50/1为淋洗液)，得到目标的(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪烷溴化铵催化剂，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)。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率90％、对映选择性ee值达60％。
实例2催化剂的制备(S，S)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪溴化铵 与实例1类似的方法，用(S，S)-1，1-联萘-2，2’-二甲基溴为原料，以四氢呋喃为溶剂，反应温度为0℃，合成(S，S)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪溴化铵，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)。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率92％、对映选择性ee值达57％。
实例3催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-双哌嗪甲烷溴化铵 与实例1类似的方法，用4，4’-双哌嗪甲烷为起始物，在25℃反应，以1.4mmol碳酸钠为碱，以氯仿为溶剂，合成(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-双哌嗪甲烷溴化铵，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)。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率97％、对映选择性ee值达63％。
实例4催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，用4，4’-联哌嗪乙烷为原料，甲苯为溶剂，在110℃，以2.1mmol氢氧化钾为碱，合成(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵，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)。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率95％、对映选择性ee值达78％。
实例5催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪丙烷溴化铵 与实例1类似的方法，4，4’-联哌嗪丙烷为原料，用二氯甲烷为溶剂，在40℃，以2.8mmol氢氧化铯为碱，合成(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪丙烷溴化铵，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)。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率95％、对映选择性ee值达75％。
实例6催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪己烷溴化铵 与实例1类似的方法，用-4，4’-联哌嗪己烷为原料，二甲苯为溶剂，在120℃3.5mmol氢氧化铯为碱，制得(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪己烷溴化铵，收率77.3％。
实例7催化剂的制备(R，R)-双(3，3’-二苯基-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，用(R，R)-双(3，3’-二苯基-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基溴为起始原料，4.2mmol碳酸钾为碱，在乙腈中80℃回流，制得(R，R)-双(3，3’-二苯基-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵，收率69.5％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率95％、对映选择性ee值达88％。
实例8催化剂的制备(R，R)-双[3，3’-二(3，5-双三氟甲基苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，在乙腈中80℃回流，所用原料为(R，R)-双[3，3’-二(3，5-双三氟甲基苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基氯，制得(R，R)-双[3，3’-二(3，5-双三氟甲基苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷氯化铵，收率82.0％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率95％、对映选择性ee值达97％。
实例9催化剂的制备(R，R)-双[3，3’-二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，以二甲苯为溶剂，在120C反应，所用原料为(R，R)-双[3，3’-二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基碘，制得(R，R)-双[3，3’二(3，4，5-三氟苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵，收率80.4％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率93％、对映选择性ee值达96％。
实例10催化剂的制备(R，R)-双[3，3’-二(α-萘)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，所用原料为(R，R)-双[3，3’-二(α-萘)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基溴，制得(R，R)-双[3，3’-二(α-萘)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵，再将此化合物溶于丙酮中，加入KF，室温搅拌3天，用硅藻土过滤，蒸去溶剂，得到(R，R)-双[3，3’-二(α-萘)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷氟化铵，收率42.3％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率93％、对映选择性ee值达94％。
实例11催化剂的制备(R，R)-双[3，3’-二(4’-联苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵 与实例1类似的方法，所用原料为(R，R)-双[3，3’-二(4’-联苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基溴，以乙酸乙酯为溶剂，60℃下，制得(R)-双[3，3’-二(4’-联苯基)-1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺]-4，4’-联哌嗪乙烷溴化铵，收率62.3％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率96％、对映选择性ee值达97％。
实例12催化剂的制备(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷氯化铵
与实例1类似的方法，用(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基氯和4，4’-联哌嗪乙烷为原料，以氯仿为溶剂，5.6mmol氢氧化锂为碱，室温反应，制得(R，R)-双(1，1’-联萘-2，2’-亚甲基胺)-4，4’-联哌嗪乙烷氯化铵，收率68.2％。
该催化剂用于催化硝基异丙烷烃对α，β-不饱和羰基化合物的共轭加成反应，制得加成产物，收率90％、对映选择性ee值达66％。
本发明并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂，其特征在于它是具有以下化学结构通式的化合物 式中R为H、苯基、3，5-二甲基苯基、3，5-双三氟甲基苯基、4-硝基苯基、3，5-双-(3，5-双三氟甲基苯基)苯基、4-联苯基、2-萘基或1-萘基；n＝0，1，2，3，4，5或6；X为氟，氯，溴或碘。
2.如权利要求1所述的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂，其特征是所述的联萘结构为(R)或(S)构型的轴手性功能基。
3.如权利要求1或2所述的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法，其特征是方法如下将3，3’-双取代基-2，2’-双卤代甲基-1，1’-联萘，于0-120℃在碱催化下，在有机溶剂中，与4，4’-双哌嗪烷烃完全反应后，经洗涤、萃取、分离，得到目标手性双螺环季铵盐相转移催化剂；3，3’-双取代基-2，2’-双卤代甲基-1，1’-联萘与4，4’-双哌嗪烷烃及碱的摩尔配比为2∶1∶2～8。
4.如权利要求3所述的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法，其特征是所述的溶剂为二氯甲烷、三氯甲烷、四氯甲烷、乙醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二甲苯、乙腈或乙酸乙酯。
5.如权利要求3所述的含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法，其特征是所述的碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化铯。
全文摘要
本发明涉及一类含联萘轴手性双螺环季铵盐相转移催化剂及其制备方法。本发明的手性双螺环季铵盐相转移催化剂的制备方法是将3，3’－双取代基－2，2’－双卤代甲基－1，1’－联萘，于0－120℃在碱催化下，在有机溶剂中，与4，4’－双哌嗪烷烃完全反应后，经洗涤、萃取、分离，得到目标手性双螺环季铵盐相转移催化剂；3，3’－双取代基－2，2’－双卤代甲基－1，1’－联萘与4，4’－双哌嗪烷烃及碱的摩尔配比为2∶1∶2～8。本发明所述的手性双螺环季铵盐相转移催化剂，可用于催化硝基烷烃对α，β－不饱和羰基化合物的共轭加成反应，高收率90－99％、高对映选择性ee值达60－97％制得加成产物。
文档编号C07B53/00GK101073780SQ20071005771
公开日2007年11月21日 申请日期2007年6月22日 优先权日2007年6月22日
发明者马军安, 华明清, 王琏, 聂晶 申请人:天津大学