CN117069956A - 一种具有一维超分子结构的手性膦镍(ii)配合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学合成技术领域，尤其涉及一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物及其制备方法和应用。一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物，化学式为Ni(TFM‑Josiphos)Cl2,其中TFM‑Josiphos为(R)‑1‑{(S)‑2‑[双(3,5‑二‑三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦，本发明所述手性膦镍(II)配合物晶体属于正交晶系，P222空间群，晶胞参数为a＝17.3946(7)Å，b＝23.1260(7)Å，c＝27.7424(6)Å，α＝90°，β＝90°，γ＝90°，V＝10736.8(3)Å3。本发明所述的手性膦镍(II)配合物的制备方法，操作简单、方便，纯度高，重现性好。本发明所述手性膦镍(II)配合物热稳定性好，在合成手性药物中间体莫西沙星侧链的不对称催化加氢反应中展现出良好的催化性能，具有良好的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域,尤其涉及一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物及其制备方法和应用。
背景技术
金属配合物（络合物）是由配体与金属原子或离子通过配位键形成的化合物。过渡金属络合物作为催化剂使用可追溯到二十世纪二十年代Roelen发现的碳基钴HCo(CO)4氢甲酰化催化剂，和Nieuwland发现的用于氯丁二烯合成的氯化亚铜络合物催化剂，四十年代乙炔和一氧化碳化学的发展，进一步说明了过渡金属配合物是有多种用途的催化剂。过渡金属催化已经成为一种重要的有机合成方法,广泛应用于医药、农药、材料科学等领域。镍相比其他过渡金属廉价易得，因此镍催化剂更加经济适用。镍催化剂可以催化各种偶联反应，在催化偶联反应时，相比钯有很多优点，发展前景更好。除了偶联反应，镍催化剂还可以催化环加成反应，氧化反应，还原反应等，近期对镍催化反应的研究方兴未艾。
自1951年二茂铁被发现以来，以其热稳定性、构象刚性和面手性等优点一直是最重要的配体骨架之一，手性二茂铁膦配体已成为不对称合成不可或缺的有力工具，已经广泛应用于药物合成中，受到广大科研工作者的广泛关注。
在本专利申请工作之前，尚没有关于手性二茂铁膦配体(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍在乙醇/水的混合溶剂中自组装形成具有一维超分子结构配合物方面的专利文献和科学论文的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物。
本发明的另一个目的是提供上述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物制备方法。
本发明还提供了上述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物在手性药物中间体莫西沙星侧链合成中的应用。
本发明所要解决的技术问题通过以下技术方案予以实现：
一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物，化学式为Ni(TFM-Josiphos)Cl2,其中TFM-Josiphos为(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦，TFM-Josiphos的结构式为：
所述手性膦镍(II)配合物晶体属于正交晶系，P222空间群，晶胞参数为a＝17.3946(7)Å，b＝23.1260(7)Å，c＝27.7424(6)Å，α＝90°，β＝90°，γ＝90°，V＝10736.8(3)Å3。
进一步地，具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的不对称结构单元中存在1个金属中心Ni2+阳离子（Ni1），2个Cl- 阴离子和1个TFM-Josiphos中性分子。金属中心Ni（II）采用四配位方式与来自于1个TFM-Josiphos配体H2L的2个P原子(P1和P2)及2个氯离子（Cl1和Cl2）配位, 形成歪曲的四面体配位构型。Ni－P键的键长范围在2.168(2)–2.197(2)Å，Ni－Cl键的键长范围在2.205(3)–2.219(3) Å。在配合物的固态结构中，上述配合物通过分子间氢键C－H…F作用进一步构筑成之字型一维超分子结构。
一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物制备方法：将(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍加入到乙醇和水的混合溶液中，充分搅拌后过滤，然后滤液置于高压反应釜中，在溶剂热条件下进行加热反应后缓慢冷却得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物。
进一步的，所述的加热温度为90~110℃。
进一步的，所述加热反应时间为48~72小时。
进一步的，所述的降温为2℃/小时~10℃/小时降至室温。
进一步的，所述的混合溶液乙醇和水的体积比为1:1。
进一步的，所述(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍的摩尔比为0.9~1.1 : 0.9~1.1。
进一步的，所述(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍的摩尔比优选为1 : 1。
本发明的有益效果：
本发明首次在溶剂热条件下具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物（图1、图2）；本发明所述一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物可以稳定到225℃左右不分解，具有较好的热稳定性（图3），为其应用提供了基础；该配合物对手性药物中间体 (S,S)-2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷（莫西沙星侧链）合成过程中的不对称氢化还原反应表现出良好的催化效果（图4、图5），应用前景好；本发明所述一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的制备方法，操作简单、方便，纯度高，重现性好。
附图说明
图1 本发明所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的结构单元图；
图2 本发明所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的一维超分子结构图；
图3 本发明所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的热重图谱；
图4 本发明制备的手性膦镍(II)配合物不对称催化加氢反应产物的HNMR谱图；
图5 本发明制备的手性膦镍(II)配合物不对称催化加氢反应产物的对映体过量测定HPLC谱图。
实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的说明。
实施例１
将0.1mmol (R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和0.1mmol NiCl2·6H2O溶解于20mL乙醇和水(V:V=1:1)混合溶液中，充分搅拌20min后过滤，将滤液转移至以聚四氟乙烯作衬里的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封后放入烘箱中，在100℃下溶剂热反应72h，之后以2℃/小时降至室温，过滤，洗涤后得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的橙黄色块状晶体, 产率为43.7％(基于Ni)。
对本例制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物晶体进行结构表征如下：
晶体X-射线衍射数据采用Bruker Smart Apex CCD单晶衍射仪测定。在293K下用石墨单色化的Cu Kα射线(λ = 0.154178nm)作为辐射源，收集衍射数据。扫描方式为φ-ω扫描，并进行Lp 因子校正和经验吸收校正。采用直接法确定金属原子及非氢原子的位置坐标，全部非氢原子坐标及其各向异性热参数进行全矩阵最小二乘法修正。晶体学参数见表1，结构见图1，图2。
表1 制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物晶体的主要晶体学数据
一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物，化学式为Ni(TFM-Josiphos)Cl2,其中TFM-Josiphos为(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦。所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物晶体属于正交晶系，P222空间群，晶胞参数为a＝17.3946(7)Å，b＝23.1260(7)Å，c＝27.7424(6)Å，α＝90°，β＝90°，γ＝90°，V＝10736.8(3)Å3。具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的不对称结构单元中存在1个金属中心Ni2+阳离子（Ni1），2个Cl- 阴离子和1个TFM-Josiphos中性分子。金属中心Ni(II)采用四配位方式与来自于1个TFM-Josiphos配体H2L的2个P原子(P1和P2)及2个氯离子（Cl1和Cl2）配位, 形成歪曲的四面体配位构型。在固态结构中，镍(II)配合物通过分子间强氢键C－H…F作用进一步构筑成一维之字型超分子结构。
对本例制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的催化性能研究如下：
莫西沙星侧链
在500 mL的钢制高压釜中加入12.0g(60mmol) 6-苄基-6,7-二氢-5H-吡咯并[3,4-b]吡啶原料，100mL甲醇，2.49g Ni(TFM-Josiphos)Cl2 (5mol%)。慢慢通氢至5Mpa，缓慢升温至80℃，后慢慢通氢至8Mpa 至不吸氢后保温保压反应12小时，反应结束后冷却至室温，排压，过滤，用甲醇洗涤。旋蒸除去溶剂，而后经过减压蒸馏纯化得到产物莫西沙星侧链，(S,S)-2,8-二氮杂双环[4.3.0]壬烷9.6g，收率91.5%，ee值99.9%。
如图4所示为本发明制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物不对称催化加氢反应产物的HNMR谱图，1H NMR (500 MHz, Chloroform-d) δ 3.11 (td, J = 4.5,1.5 Hz, 1H), 2.99 – 2.80 (m, 4H), 2.72 (dd, J = 11.4, 1.6 Hz, 1H), 2.55 (td,J = 11.5, 2.8 Hz, 1H), 2.02 (dp, J = 13.5, 4.4 Hz, 1H), 1.75 (d, J = 9.1 Hz,2H), 1.65 (dt, J = 11.0, 4.5 Hz, 2H), 1.49 (ddddt, J = 19.7, 13.6, 9.4, 7.0,3.3 Hz, 1H), 1.43 – 1.31 (m, 1H)；其中1.75 ppm的两个氢为氮原子上的氢，其余氢均为碳原子上的氢。
如图5所示为制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物不对称催化加氢反应产物的对映体过量测定HPLC谱图, 手性色谱柱：CHIRALCEL® OD-H (4.6 mm*250 mm,5μm), 流动相：甲醇/乙醇/三乙胺=500:500:1，流速：1mL/min, 检测波长261nm 进样量：20μL; 保留时间16.4min为式e化合物, 保留时间14.6min为其异构体，通过峰面积积分计算可得ee值为99.9%。
综上可知，本发明所制备的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物在不对称催化加氢反应中表现出较好的催化选择性，尤其在合成莫西沙星侧链中展现出良好的催化性能。
实施例２
将0.09mmol (R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和0.1mmol NiCl2·6H2O溶解于20mL乙醇和水(V:V=1:1)混合溶液中，充分搅拌20min后过滤，将滤液转移至以聚四氟乙烯作衬里的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封后放入烘箱中，在90℃下溶剂热反应72h，之后以2℃/小时降至室温，过滤，洗涤后得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的橙黄色块状晶体, 产率为40.3％(基于Ni)。
实施例３
将0.11mmol (R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和0.1mmol NiCl2·6H2O溶解于20mL乙醇和水(V:V=1:1)混合溶液中，充分搅拌20min后过滤，将滤液转移至以聚四氟乙烯作衬里的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封后放入烘箱中，在110℃下溶剂热反应72h，之后以10℃/小时降至室温，过滤，洗涤后得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的橙黄色块状晶体, 产率为42.5％(基于Ni)。
实施例４
将0.1mmol (R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和0.11mmol NiCl2·6H2O溶解于20mL乙醇和水(V:V=1:1)混合溶液中，充分搅拌20min后过滤，将滤液转移至以聚四氟乙烯作衬里的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封后放入烘箱中，在90℃下溶剂热反应54h，之后以5℃/小时降至室温，过滤，洗涤后得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的橙黄色块状晶体, 产率为39.2％(基于Ni)。
实施例５
将0.1mmol (R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和0.1mmol NiCl2·6H2O溶解于20mL乙醇和水(V:V=1:1)混合溶液中，充分搅拌20min后过滤，将滤液转移至以聚四氟乙烯作衬里的不锈钢反应釜中，将不锈钢反应釜密封后放入烘箱中，在100℃下溶剂热反应48h，之后以10℃/小时降至室温，过滤，洗涤后得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的橙黄色块状晶体, 产率为42.9％(基于Ni)。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制，但凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均应落在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物，化学式为Ni(TFM-Josiphos)Cl2,其中TFM-Josiphos为(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦，所述手性膦镍(II)配合物晶体属于正交晶系，P222空间群，晶胞参数为a＝17.3946(7)Å，b＝23.1260(7)Å，c＝27.7424(6)Å，α＝90°，β＝90°，γ＝90°，V＝10736.8(3)Å3；其特征在于所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物晶体的不对称结构单元中存在1个金属中心Ni2+阳离子（Ni1），2个Cl- 阴离子和1个TFM-Josiphos中性分子。金属中心Ni（II）采用四配位方式与来自于1个TFM-Josiphos配体H2L的2个P原子(P1和P2)及2个氯离子（Cl1和Cl2）配位, 形成歪曲的四面体配位构型，镍配合物通过分子间氢键C－H…F作用进一步构筑成一维之字型超分子结构。
2.根据权利要求1所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的制备方法，包括以下步骤：将(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍加入到乙醇和水的混合溶液中，充分搅拌后过滤，然后滤液置于高压反应釜中，在溶剂热条件下进行加热反应后缓慢冷却得到所述的具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物。
3.根据权利要求2所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的制备方法，其特征在于(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍的摩尔比为0.9~1.1 : 0.9~1.1；
进一步优选地，(R)-1-{(S)-2-[双(3,5-二-三氟甲基苯基)膦基]二茂铁基}乙基二(三氟甲基)膦和氯化镍的摩尔比优选为1 : 1。
4.根据权利要求2所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的制备方法，其特征在于，所述乙醇和水的混合溶液中乙醇和水的体积比为1:1。
5.根据权利要求2所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物的制备方法，其特征在于，所述所述溶剂热反应的温度为90~110℃，水(溶剂)热反应的时间为48~72小时。
6.权利要求1所述具有一维超分子结构的手性膦镍(II)配合物作为催化剂在合成手性药物中间体莫西沙星侧链进行不对称催化加氢还原反应中的应用。
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