Co(Ⅲ)席夫堿配合物的合成及其在硫醚催化上的研究

唐潔

摘 要：利用2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺在高溫下合成了Co（Ⅲ）配合物（CoL）。通過MS、元素分析以及單晶衍射分析方法對(duì)該配合物進(jìn)行了詳細(xì)表征。在試驗(yàn)中為了盡可能減少化學(xué)污染，選擇了成本較低、無毒無污染的過氧化氫作為氧化劑，反應(yīng)溶劑選擇水溶液，金屬配合物作為催化劑，牛血清白蛋白作為手性助劑，探究了CoL對(duì)苯基甲基硫醚氧化的催化活性和對(duì)映體選擇性。在環(huán)境友好的條件下，考察了不同氧化劑、反應(yīng)溶液的pH、各物質(zhì)的濃度、氧化劑用量和溫度等反應(yīng)條件對(duì)催化活性的影響。通過單因素試驗(yàn)并篩選出最優(yōu)反應(yīng)條件，試驗(yàn)結(jié)果表明，最優(yōu)的反應(yīng)條件為：pH為8，氧化劑用量28.7 μL，催化劑用量37.31 μL，反應(yīng)溫度0 ℃、底物濃度22.16 μmol/L，在最優(yōu)反應(yīng)條件下獲得了較高的轉(zhuǎn)化率（98%）和化學(xué)選擇性（100%），但對(duì)映體選擇性較差（6.3%）。

關(guān)鍵詞：席夫堿配合物;硫醚不對(duì)稱催化氧化;牛血清白蛋白;手性亞砜

中圖分類號(hào)：O643.3 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1003-5168（2022）4-0086-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.04.019

Synthesis of Co （Ⅲ） Schiff Base Complexes and Application in Sulfide Catalysis

TANG Jie

（Guilin Normal College， Guilin 541001，China）

Abstract： Co （Ⅲ） complex （CoL） was synthesized by 2′，4′ - dihydroxyacetophenone and ethylenediamine at high temperature. The complex was characterized by MS， elemental analysis and single crystal diffraction. In the experiment， in order to reduce chemical pollution as much as possible， hydrogen peroxide with low cost， non-toxic and pollution-free was selected as the oxidant， the reaction solvent was aqueous solution， the metal complex was used as the catalyst， and bovine serum albumin was used as the chiral assistant to explore the catalytic activity and enantioselectivity? of col for the oxidation of phenylmethyl sulfide. Under environmentally friendly conditions， the effects of different oxidants， pH of reaction solution， concentration of various substances， amount of oxidant and temperature on catalytic activity were investigated. The results showed that the optimal reaction conditions ， pH was 8， dosage of oxidant was? 28.7 μL ， dosage of catalyst was 37.31 μL， reaction temperature was 0 ℃，substrate concentration was 22.16 μmol/L， high conversion （98%） and chemical selectivity （100%） were obtained， but the enantioselectivity was poor （6.3%）.

Keywords： schiff base complex; asymmetric catalytic oxidation of sulfide; bovine serum albumin; chiral sulfoxide

0 引言

手性物質(zhì)普遍存在于自然界中。具有手性的有機(jī)分子因具有特殊的空間結(jié)構(gòu)在生物體中發(fā)揮著非常重要的作用[1]。近30年來，隨著人們對(duì)手性識(shí)別過程和對(duì)映體在手性環(huán)境中性質(zhì)認(rèn)識(shí)的逐步深入，對(duì)參與生命活動(dòng)過程的手性化合物商品化也提出了越來越嚴(yán)格的要求。手性藥物之所以成為制藥與精細(xì)化工業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)，是因?yàn)榭紤]到手性對(duì)映體可能對(duì)人們的健康產(chǎn)生危害。因此，許多藥物都不能以消旋體形式銷售。

在過去30年，亞砜類藥物已經(jīng)成為了醫(yī)藥行業(yè)的重要組成部分之一。在20世紀(jì)90年代就有很多亞砜類藥物被研制出來。如艾美拉唑（1）、雷貝拉唑（2）、蘭索拉唑（3）和泮托拉唑（4），這4種胃酸抑制劑的結(jié)構(gòu)見圖1。

近年來，制備手性亞砜一直都是合成化學(xué)最熱門的研究領(lǐng)域，其制備方法主要分為以下幾類：①硫醚的酶催化氧化;②硫醚的非對(duì)映選擇性氧化;③手性氧化劑對(duì)映選擇性氧化硫醚;④手性金屬絡(luò)合物誘導(dǎo)的硫醚的不對(duì)稱氧化;⑤手性亞磺酰衍生物的親核取代;⑥手性金屬絡(luò)合物催化硫醚不對(duì)稱氧化等。相較于其他方法，催化硫醚不對(duì)稱氧化是合成手性亞砜最有效的方法。因?yàn)槭中缘孜镉羞x擇性好、價(jià)格便宜、容易獲取、來源廣泛等優(yōu)點(diǎn)，在不對(duì)稱合成工業(yè)中是最有前途的制備方法。對(duì)于這個(gè)方法，研究人員為了尋找更好的新型的催化體系（包括催化劑），希望能高效低能地獲得單一手性的亞砜產(chǎn)物。雖然有很多種不對(duì)稱催化方法，但很多不對(duì)稱催化體系存在會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞、效果不好、催化速度慢等問題。因此，尋找高效、廉價(jià)且對(duì)環(huán)境友好的新型不對(duì)稱催化體系依然是催化和合成領(lǐng)域中最受關(guān)注的研究方向之一。

1 硫醚不對(duì)稱催化氧化體系

近30年來，化學(xué)家們不斷研究各種不同手性亞砜的制備方案，并取得了很大的發(fā)展，但根據(jù)大量文獻(xiàn)進(jìn)行分析和對(duì)比后，發(fā)現(xiàn)硫醚不對(duì)稱催化氧化是制備具有輔助作用的手性亞砜的最佳方案。自1980年開始，科研工作者們已經(jīng)探索出各種不同的催化體系來實(shí)現(xiàn)硫醚到手性亞砜的轉(zhuǎn)化。根據(jù)催化劑的性質(zhì)，傳統(tǒng)意義上的催化體系一般分為：①生物催化體系，②金屬配合物催化體系，③非金屬化合物催化體系。但由于金屬配合物具有催化活性高、實(shí)用性好和有效性高等優(yōu)點(diǎn)，非常適合用來做硫醚不對(duì)稱催化氧化體系的催化劑，并且成為了近年來最熱門的研究領(lǐng)域。

在硫醚不對(duì)稱催化氧化體系中，金屬配合物作為催化劑引起了化學(xué)家們的關(guān)注。在1984年，Kagan等首次報(bào)道了鈦手性絡(luò)合物作為催化劑進(jìn)行硫醚不對(duì)稱催化氧化。甲基對(duì)甲苯基硫醚獲得了高達(dá)93%的對(duì)映體選擇性。在同一年Modena課題組報(bào)道了類似的氧化體系，也得到了88%的對(duì)映體選擇性。

在Kagan和Modena體系已有成果的基礎(chǔ)上，科研人員對(duì)其進(jìn)行了總結(jié)歸納，并在這一領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛深入的研究與探索。除鈦催化體系外的鈮、鋯、鋨等稀土金屬以及鐵、鈷、釩、錳、銅等過渡金屬配合物作為不對(duì)稱硫醚氧化催化劑被大量研究和報(bào)道，并在很長一段時(shí)間里被認(rèn)為是最具有吸引力的催化劑。實(shí)際上，對(duì)映體的活化能非常接近，金屬配合物體系很難預(yù)測(cè)反應(yīng)手性拆分的結(jié)果，通常在直接氧化過程中同時(shí)獲得兩種構(gòu)型的產(chǎn)物，能夠根據(jù)需求高效地進(jìn)行對(duì)映體拆分的金屬配合物催化劑仍然不多。金屬催化劑體系不僅副反應(yīng)多，而且存在浪費(fèi)，同時(shí)有毒試劑對(duì)環(huán)境的污染等問題也有待解決。

2 席夫堿配合物

席夫堿因價(jià)格便宜、自身的合成條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用到很多領(lǐng)域，如醫(yī)藥、催化、分析等領(lǐng)域。根據(jù)大量文獻(xiàn)表明，大多數(shù)配合物是很難合成的，部分配合物對(duì)空氣或潮濕的環(huán)境敏感[2]。手性席夫堿被廣泛應(yīng)用在手性識(shí)別和不對(duì)稱催化中。席夫堿的鈷配合物在實(shí)驗(yàn)催化中被當(dāng)作催化劑使用，席夫堿在分析領(lǐng)域中具有良好的配位能力，因?yàn)橄驂A配體可以與不同金屬離子配位形成結(jié)構(gòu)和形狀不同且穩(wěn)定的配合物。席夫堿類化合物在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域也是極其重要的物質(zhì)。

有實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沒有配合物時(shí)，化學(xué)選擇性達(dá)到了100%，反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率達(dá)到56%，產(chǎn)物的對(duì)映體選擇性只有1.45%，但只有在CoL存在下，對(duì)映體選擇性才變高，這表明配合物有催化功能，其在不對(duì)稱氧化中也是非常重要的[3]。

3 實(shí)驗(yàn)部分

3.1 藥品與儀器

表1中列出了實(shí)驗(yàn)中用到的主要試劑。

用到的實(shí)驗(yàn)儀器如下。電子天平（AR224CN，奧豪斯儀器有限公司）;SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵（鄭州長城科工貿(mào)有限公司）;真空恒溫干燥箱（上海一恒科學(xué)儀器有限公司）;Finnpipette F3 （Thermoscientific）可調(diào)式微量進(jìn)樣器;Sartorius PP-20 酸度計(jì);無菌注射器;液相色譜：UV2302Ⅱ/P2302Ⅱ高效液相色譜儀;手性柱Chiralcel OB-H （4.6 mm × 250 mm）;KQ2200DE型數(shù)控超聲波清洗器;DF-101S集熱式恒溫加熱磁力攪拌器（鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司）;pH計(jì)：Sartorius PP-20;采用 Perkin-Elmer 240C 元素分析儀對(duì)樣品進(jìn)行 C、H、N 含量分析。

3.2 2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺配體的合成

配體合成方法參照相關(guān)文獻(xiàn)[4-6]。稱取9.129 g（60 mmol）2′，4′-二羥基苯乙酮并加入60 mL無水乙醇進(jìn)行攪拌，再稱取1.803 g （30 mmol）乙二胺并加入60 mL無水乙醇進(jìn)行攪拌，然后將乙二胺倒入2′，4′-二羥基苯乙酮并搖勻，在60 ℃回流4～5 h后，讓其自然冷卻至室溫。用真空泵抽濾，收集沉淀物，得到黃色粉末，產(chǎn)率為89%。所得配體C18H2N2O4的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.3 CoL席夫堿配合物的合成

取配體0.3 mmol和金屬鹽Co（Ac）3放入容積為15 mL、襯底為聚四氟乙烯的水熱反應(yīng)釜中，加入10 mL甲醇和5 mL乙酸乙酯，放入攪拌子再加2～3滴二乙胺，磁力攪拌器攪拌約30 min，再放入80 oC真空恒溫干燥箱中72 h。然后每間隔1 h降溫5 ℃，直至40 oC，可得到產(chǎn)物為棕褐色晶體。用酒精反復(fù)清洗表面的雜質(zhì)后放在空氣中自然干燥，得到的產(chǎn)率為30%。

4 結(jié)果與討論

4.1 對(duì)照實(shí)驗(yàn)

考慮氧化劑會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而H₂O₂的反應(yīng)產(chǎn)物是水，因此，優(yōu)先考慮以H₂O₂作為氧化劑。使用常用的甲基苯基硫醚作為底物進(jìn)行不對(duì)稱氧化反應(yīng)，在BSA存在下對(duì)比了有無配合物時(shí)對(duì)催化反應(yīng)是否有影響。反應(yīng)結(jié)果如圖3所示。在配合物存在時(shí)，獲得的轉(zhuǎn)化率和對(duì)映體選擇性明顯提高。因此，在后面的實(shí)驗(yàn)中會(huì)繼續(xù)加入配合物來進(jìn)行硫醚不對(duì)稱催化氧化反應(yīng)。

4.2 氧化劑對(duì)硫醚催化反應(yīng)的影響

從環(huán)保角度考慮，優(yōu)先選擇了H₂O₂作為氧化劑，但需要進(jìn)一步提高對(duì)映體選擇性和催化效率。因此，以CoL配合物作為催化劑，以甲基苯基硫醚作為底物，考察了叔丁基過氧化氫（TBHP）和H₂O₂兩種氧化劑對(duì)硫醚不對(duì)稱氧化反應(yīng)的化學(xué)選擇性、轉(zhuǎn)化率和對(duì)映體選擇性的影響。

如圖4所示，對(duì)金屬配合物CoL來說，除了氧化劑H₂O₂，TBHP對(duì)化學(xué)選擇性和轉(zhuǎn)化率的影響并不大，幾乎都能100%轉(zhuǎn)化為亞砜產(chǎn)物，同時(shí)都獲得了較高的轉(zhuǎn)化率（≥56%）。但實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，氧化劑H₂O₂和TBHP對(duì)轉(zhuǎn)化率和對(duì)映體選擇性的影響并不大。綜合考慮，在后面的實(shí)驗(yàn)中繼續(xù)使用H₂O₂作為催化體系的氧化劑，因?yàn)門BHP有毒且會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染，而H₂O₂是綠色環(huán)保的氧化劑，氧化產(chǎn)物是水，對(duì)環(huán)境無污染，它們的對(duì)映體選擇性相差不大。

5 結(jié)語

采用2′，4′-二羥基苯乙酮和乙二胺合成的配體，再與金屬離子配位，合成出金屬配合物?？疾炝薈oL在有BSA存在時(shí)對(duì)甲基苯基硫醚的催化活性的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，最優(yōu)的反應(yīng)條件為：pH為8，氧化劑用量28.7 μL，催化劑用量37.31 μL，反應(yīng)溫度0 ℃、底物濃度22.16 μmol/L，在最優(yōu)反應(yīng)條件下獲得了較高的轉(zhuǎn)化率（98%）和化學(xué)選擇性（100%），但對(duì)映體選擇性較差（6.3%）。

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