8，8′－二苯甲酰胺基聯(lián)萘硫醚的合成及其催化活性

硫醚是重要的有機(jī)催化劑，它可以單獨(dú)催化或與銅、銠等過(guò)渡金屬絡(luò)合物一起協(xié)同催化合成環(huán)氧化合物、三元氮雜環(huán)等［1－3］.五元環(huán)的四氫噻吩類硫醚和六元環(huán)的樟腦烷類硫醚都有大量的研究和報(bào)道，其中一些表現(xiàn)出很好的催化效果［1－5］，但具有聯(lián)萘結(jié)構(gòu)的七元環(huán)硫醚的相關(guān)報(bào)道比較少.Sakae Uemura等報(bào)道了最簡(jiǎn)單的聯(lián)萘硫醚催化劑1和另一種萘環(huán)聯(lián)有苯基的硫醚［6］，它們催化環(huán)氧化反應(yīng)的結(jié)果不太理想.我們希望向此類聯(lián)萘硫醚的芳環(huán)引入其他取代基，以改善其催化活性和立體選擇性.本文報(bào)道了一種新的聯(lián)萘結(jié)構(gòu)硫醚2的合成方法（圖1），并研究了它催化芳醛與溴化芐的環(huán)氧化反應(yīng)（圖2）.與硫醚1的不同之處是硫醚2萘環(huán)的8，8′－位引入了供電子基團(tuán)NHBz（Bz＝COPh）.研究發(fā)現(xiàn)硫醚2的催化活性明顯比未取代的硫醚1的催化活性高.在較短的反應(yīng)時(shí)間，得到較高的產(chǎn)率（74%）.說(shuō)明聯(lián)萘硫醚芳環(huán)上具有供電子基時(shí)，有利于提高硫醚的催化活性，這對(duì)進(jìn)一步修飾此類硫醚具有指導(dǎo)意義.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

1.1.1 儀器 紅外光譜儀：PE－Spectrum One型紅外光譜儀，KBr壓片.核磁共振儀：INOVA（600 MHz）核磁共振儀，以CDCl3或氘代丙酮為溶劑，TMS（0.03%）為內(nèi)標(biāo).

1.1.2 試劑處理 二氯甲烷（AR）和乙腈（AR）分別在氫化鈣中回流3h以上再收集使用.NBS和AIBN經(jīng)重結(jié)晶提純.活性鋅粉制備：分析純的鋅粉用10%鹽酸處理10min，再用丙酮洗滌，干燥至恒重.苯甲醛、對(duì)甲基苯甲醛、鄰氯苯甲醛都為分析純?cè)噭褂们爸匦抡麴s.其他試劑未經(jīng)處理，直接使用.

圖1 硫醚2的合成路線

圖2 硫醚催化的環(huán)氧化反應(yīng)及硫醚1的結(jié)構(gòu)

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟 硫醚1按照文獻(xiàn)［6－7］方法合成，所使用的原料為s－聯(lián)萘二酚，本文不再詳述其合成過(guò)程.硫醚2由β－甲基萘9為原料，經(jīng)7步反應(yīng)合成，其中由原料9到化合物5按文獻(xiàn)［8］合成（圖1），各步產(chǎn)物經(jīng)光譜測(cè)定，與文獻(xiàn)相符，其他實(shí)驗(yàn)步驟如下.所得硫醚2為外消旋體.

1.2.1 化合物4的合成［9］向化合物5（1.8g，5.77mmol）與三乙胺（1.92mL，13.85mmol）的CH2Cl2（50mL）溶液中，逐滴加入苯甲酰氯（1.61mL，13.85mmol）的CH2Cl2（10mL）溶液.滴加完后，混合物攪拌回流過(guò)夜.待反應(yīng)完成后，冷卻到室溫，用蒸餾水（50mL）洗一次，再用飽和碳酸氫鈉溶液（2×50mL）洗滌，用蒸餾水（50mL）洗一次，最后用3mol／L的鹽酸（2×50mL）洗滌，無(wú)水硫酸鎂干燥.產(chǎn)物用柱層析分離（乙酸乙酯∶石油醚∶二氯甲烷＝1∶4∶4），得產(chǎn)物4（2.821g，產(chǎn)率94%）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：1.76（s，6H），6.92～6.93（m，4H），7.05～7.07（m，4H），7.21（m，2H），7.30～7.32（m，4H），7.35～7.37（m，2H），7.38～7.47（m，2H），7.48～7.53（m，2H），7.55（s，2H）.

1.2.2 化合物3的合成［6，10］將化合物4（2.80g，5.383mmol）溶解在無(wú)水苯（50mL）中，在穩(wěn)定的氬氣氛中，加入 NBS（2.30g，12.91mmol）和 AIBN（10mg）.反應(yīng)混合物回流3h，并用一標(biāo)準(zhǔn)的100W電燈泡照射，反應(yīng)完畢后，趁熱過(guò)濾.將得到的固體溶解于熱水中，用熱的四氯化碳萃取，萃取所得有機(jī)相和濾液合并，無(wú)水硫酸鎂干燥.產(chǎn)物用柱層析分離（乙酸乙酯∶石油醚∶二氯甲烷＝1∶4∶1）.得產(chǎn)物3（2.30g，產(chǎn)率63%）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：3.99（d，J＝10.2Hz，2H），4.03（d，J＝10.2Hz，2H），7.00～7.02（m，4H），7.07～7.10（m，4H），7.32～7.35（m，2H），7.38～7.50（m，10H），8.22（s，2H）.

1.2.3 硫醚2的合成［6］將化合物3（2.30g，3.39mmol）、Na2S·9H2O（1.63g，6.78mmol）與二氧六環(huán)（50mL）混合，在70℃下攪拌3h.待反應(yīng)完成后，經(jīng)過(guò)硅藻土過(guò)濾除去無(wú)機(jī)鹽，無(wú)水硫酸鎂干燥.產(chǎn)物用柱層析分離（乙酸乙酯∶石油醚∶二氯甲烷＝1∶2∶0.5）.得目標(biāo)產(chǎn)物硫醚2（1.31g，產(chǎn)率63%）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：3.20（d，J＝12.6Hz，2H），3.40（d，J＝12.6Hz，2H），6.90～6.91（m，4H），7.13～7.15（m，4H），7.22～7.24（m，2H），7.31～7.42（m，10H），7.49（s，2H）.其中3.20和3.40的兩組二重峰，歸屬于兩個(gè)亞甲基上的4個(gè)氫原子，由于亞甲基與手性的萘環(huán)相連，因此分裂為兩組二重峰.13C NMR（600MHz，CDCl3）δ：33.02，125.46，126.01，126.73，127.45，127.76，128.34，128.42，130.69，131.36，131.84，132.56，132.65，133.78，134.55，165.66.其中165.66是明顯的羰基碳特征峰.IR（KBr）ν：3 323，1 645，1 049cm－1.其中3 323cm－1有明顯的氨基中N—H 伸縮振動(dòng)的吸收，1 645cm－1有明顯的酰胺羰基峰.

1.2.4 硫醚催化環(huán)氧化反應(yīng)的一般方法［6］在Ar氣氛中，將對(duì)硝基芐溴、硫醚催化劑（1或2，10%～100%（摩爾比）），添加劑四丁基碘化銨（20%），溶劑（0.5mL），堿（100%），醛（100mol%）置于反應(yīng)器中，室溫?cái)嚢柘路磻?yīng)相應(yīng)時(shí)間.待反應(yīng)完成后，將混合物注入20mL水中，二氯甲烷萃?。?×20mL），無(wú)水硫酸鎂干燥.產(chǎn)物用柱層析分離（乙酸乙酯∶石油醚＝1∶20）.得產(chǎn)物10a～10c（R＝H，p－CH3，O－Cl；圖2）.

10a［11］（R＝H）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：trans：8.26（d，J＝8.4Hz，2H），7.53（d，J＝8.4 Hz，2H），7.47～7.27（m，5H），3.99（d，J＝1.6Hz，1H），3.87（d，J＝1.6Hz，1H）；cis：8.05（d，J＝8.8 Hz，2H），7.36（d，J＝8.8Hz，2H），7.20～7.18（m，5H），4.48（d，J＝4.8Hz，1H），4.43（d，J＝4.8Hz，1H）.

10b［11］（R＝p－CH3）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：trans：7.37（d，J＝8.4Hz，2H），7.27～7.06（m，5H），6.98（d，J＝8.4Hz，2H），3.86（d，J＝1.6Hz，1H），3.74（d，J＝1.6Hz，1H），2.35（s，3H）；cis：7.30（d，J＝8.8Hz，2H），7.22～7.05（m，5H），6.93（d，J＝8.8Hz，2H），4.57（d，J＝4.2Hz，1H），4.55（d，J＝4.2Hz，1H），2.34（s，3H）.

10c（R＝o－Cl）.1H NMR（600MHz，CDCl3）δ：trans：8.27（d，J＝8.4Hz，2H），7.38～7.56（d，J＝8.4 Hz，2H），7.32～7.37（m，2H），7.26～7.30（m，2H），4.19（d，J＝1.8Hz，1H），3.87（d，J＝1.8Hz，1H）.IR（KBr）：3 032，1 270，1 603，1 520，1 440，1 396，1 344，1 106，1 058，903，851，823，756，699，534cm－1.

2 結(jié)果與討論

2.1 環(huán)氧化反應(yīng)條件的優(yōu)化 首先用硫醚1催化苯甲醛與對(duì)硝基芐溴的環(huán)氧化反應(yīng)，通過(guò)嘗試不同的溶劑、堿、催化劑用量等來(lái)優(yōu)化反應(yīng)條件，其反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)下表1.從下表1中的數(shù)據(jù)可以看出，硫醚1催化環(huán)氧化苯甲醛與對(duì)硝基芐溴的反應(yīng)時(shí)，用乙腈作為溶劑，用氫氧化鈉作為堿是比較好的（表1中反應(yīng)7～10），得到產(chǎn)物為反式（trans）10a.其他條件下要么不發(fā)生反應(yīng)，要么副產(chǎn)物多，產(chǎn)物復(fù)雜，導(dǎo)致產(chǎn)物無(wú)法分離.當(dāng)用乙腈作溶劑、氫氧化鈉作堿時(shí)，催化劑硫醚1的用量為10%的時(shí)候，環(huán)氧化的收率比催化劑的用量為100%的時(shí)候的收率低（表1中反應(yīng)10）；當(dāng)硫醚1的用量為20%時(shí)，可以得到較好的產(chǎn)率40%（表1中反應(yīng)9），進(jìn)一步增加催化劑的用量，產(chǎn)率未明顯提高（表1中反應(yīng)7～8）.

表1 反應(yīng)條件對(duì)環(huán)氧化反應(yīng)產(chǎn)率的影響

圖3 硫葉立德中間體結(jié)構(gòu)

2.2 硫醚催化活性的比較 在以上優(yōu)化的條件下，我們將硫醚（1和2）分別用于催化不同的醛與對(duì)硝基芐溴的反應(yīng)，通過(guò)反應(yīng)的快慢來(lái)比較他們的催化活性，反應(yīng)結(jié)果見(jiàn)表2.從表2可以看出，在不同醛與對(duì)硝基芐溴的反應(yīng)中，硫醚2催化反應(yīng)所需的時(shí)間較短（表2中反應(yīng)2、4、6），只需要4h以下，而硫醚1催化相應(yīng)的反應(yīng)需要12h以上才能完成.雖然硫醚2催化苯甲醛與對(duì)硝基芐溴的反應(yīng)立體選擇性較差（Trans／cis＝61／39），但其環(huán)氧化物總產(chǎn)率最高，達(dá)到74%（表2中反應(yīng)2）；它催化對(duì)甲基苯甲醛的反應(yīng)產(chǎn)率也比硫醚1高（表2中反應(yīng)3、4）；硫醚2催化鄰氯苯甲醛與對(duì)硝基芐溴反應(yīng)時(shí)，生成較多未知副產(chǎn)物，導(dǎo)致反應(yīng)產(chǎn)率較低，但是反應(yīng)速度也較快，只需用4h（表2中反應(yīng)5、6）原料消耗完畢.從反應(yīng)速度看，硫醚2表現(xiàn)出比硫醚1更高的催化活性，這可能是因?yàn)榱蛎?中帶有較強(qiáng)的供電子基團(tuán)（NHBz，Bz＝COPh），有利于穩(wěn)定環(huán)氧化反應(yīng)中生成的硫葉立德中間體［6，12］（圖3），促進(jìn)了反應(yīng)進(jìn)行，從而提高了催化活性.

表2 不同催化劑催化環(huán)氧化反應(yīng)情況對(duì)比

3 結(jié)論

由β－甲基萘出發(fā)，合成了一種新的聯(lián)萘硫醚2，其萘環(huán)上8，8′－位聯(lián)有苯甲酰胺基.此硫醚在催化醛與對(duì)硝基芐溴的環(huán)氧化的反應(yīng)之中，表現(xiàn)出較高的催化活性，這可能是其萘環(huán)上引入供電子集團(tuán)引起的.由于此類硫醚對(duì)醛的環(huán)氧化反應(yīng)催化性能還不理想，需要進(jìn)一步提高催化劑的催化活性和立體選擇性，所以，這一結(jié)果對(duì)我們進(jìn)一步修飾此類硫醚具有指導(dǎo)意義.可以設(shè)想，通過(guò)在此類聯(lián)萘硫醚中萘環(huán)的3，3′－位（離硫原子更近）引入強(qiáng)的供電子基團(tuán)（如—NR2），可能會(huì)較大地提升此類硫醚催化活性.

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