2-萘酚(BINOL)的合成及拆分.docx

1、实验二十九1,1-联-2-萘酚(BINOL)的合成及拆分一、实验目的1了解氧化偶联的实验原理。2了解分子识别原理及其在手性拆分中的应用。3掌握制备光学纯( R)-BINOL和( S )-BINOL的方法。二、实验原理手性是构成生命世界的重要基础,而光学活性物质的合成则是合成化学家为创造的有功能价值物质(如手性医药、农药、香料、液晶等)所面临的挑战,因此手性合成已经成为当前有机化学研究中的热点和前沿领域之一。在各种手性合成方法中,不对称催化是获得光学物质最有效的手段之一,因为使用很少量的光学纯催化剂就可以产生大量的所需要的手性物质,并且可以避免无用对映异构体的生成,因此它又符合绿色化学的要求。在

2、众多类型的手性催化剂中,以光学纯1 ,1-联-2-萘酚(BINOL)及其衍生物为配体的金属络合物是应用最为广泛和成功的一例。但是商品化的光学纯BINOL价格昂贵,成为制约国内有机合成化学工作者进行这方面研究的瓶颈。外消旋BINOL的合成主要通过2-萘酚的氧化偶联获得,常用的氧化剂有Fe3+、Cu2+、Mn3 +等,反应介质大致包括有机溶剂,水或无溶剂3种情况。利用FeCl36H2O作为氧化剂,使2-萘酚固体粉末悬浮在盛有Fe3+水溶液的三角瓶中,在5060 下搅拌2h ,收率可达90 %以上。此反应不需要特殊装置,且比在有机溶剂中均相反应时速度更快、效率更高，以FeCl36H2O为氧化剂,水作

3、为反应介质的特点主要是FeCl36H2O和水价廉易得、反应产物分离回收操作简单，无污染。考虑到2-萘酚不溶于水,反应可能通过固-液过程发生在2-萘酚的晶体表面上。2-萘酚被水溶液中的Fe3+氧化为自由基后与其另一中性分子形成新的CC键,然后消去一个H，恢复芳环结构, H可被氧化为H+。由于水中的Fe3+可以充分接触高浓度的2-萘酚的晶体表面,所以在水中反应比在均相溶液中效率更高、速度更快。BINOL由于8 ,8位氢的位阻作用,使得1 ,1之间CC键的旋转受阻,因而分子中两个萘环不是处于同一平面上,而是存在一定夹角(通常在8090之间),所以分子中没有对称面,在垂直于1 ,1CC键有一C2对称轴

4、,因此BINOL是具有C2对称性的手性分子。到目前为止, BINOL的拆分方法有20余种,在众多类型的光学拆分方法中,通过分子识别的方法对映选择性地形成主-客体(或超分子)络合物,已经被证实是最有效、实用而且方便的手段之一。这里采用容易制备的N-苄基氯化辛可宁(2)作为拆分试剂(Host) ,因为它能够选择性地与()-BINOL中的(R)-对映异构体形成稳定的分子络合物晶体,而(S)-BINOL则被留在母液中,从而实现()-BINOL的光学拆分。N-苄基氯化辛可宁与(R)-BINOL的分子识别模式如下图所示,二者间主要通过分子间氢键作用以及氯负离子与季铵正离子的静电作用结合,包括一个(R)-B

5、INOL分子的羟基氢与氯负离子间以及临近的另一个(R)-BINOL分子的羟基氢与氯负离子间的氢键作用,氯负离子在两个(R)-BINOL分子间起桥梁作用,同时氯负离子与N-苄基辛可宁正离子的静电作用以及N-苄基辛可宁分子中羟基氢与(R)-BINOL分子中的一个羟基氧间的氢键作用使BINOL部分与N-苄基辛可宁部分结合起来。三、主要仪器与药品三角瓶(50mL)，回流冷凝管，圆底烧瓶(50mL),熔点测定仪，折光仪，FeCl36H2O，2-萘酚，N-苄基氯化辛可宁，乙酸乙酯，无水MgSO4，固体Na2CO3，甲苯，苯。四、实验操作1()-BINOL的合成2在50mL三角瓶中,将3.8gFeCl36H

6、2O (14mmol)溶解于20mL水中,然后加入1.0g粉末状的2-萘酚(7mmol),加热悬浮液至5060 ,并在此温度下搅拌1h。冷却至室温后过滤得到粗产品,用蒸馏水洗涤以除去Fe3+和Fe2+。用10mL甲苯重结晶,得到白色针状晶体0.95g,收率95 %,熔点216218 。本部分实验需23h。2()-BINOL的拆分在一装有回流冷凝管的50mL圆底烧瓶中,加入()-BINOL (1.0g, 3.5mmol)和N-苄基氯化辛可宁(0.884g, 2.1mmol)以及20mL乙腈。加热回流2h ,然后冷却至室温,过滤析出的白色固体并用乙腈洗涤3次(35mL )。固体是(R)-(+)-B

7、INOL与N-苄基氯化辛可宁形成的11分子络合物,熔点248(分解)。母液保留,用于回收( S )-(-)-BINOL。将白色固体悬浮于由40 mL乙酸乙酯和稀盐酸水溶液(1mol/ L，30mL +H2O30mL)组成的混合体系中,室温下搅拌30min ,直至白色固体消失。分出有机相,水相用10mL乙酸乙酯再萃取一次,合并有机相,并用饱和食盐水洗涤,无水MgSO4干燥。蒸去有机溶剂,残余物用苯重结晶,得到0. 30.4g无色柱状晶体,即( R)-(+)-B INOL ,收率60 %80 %,熔点208210,( c =1.0 ,THF)。将母液蒸干,所得固体重新溶于乙酸乙酯(40mL )中,

8、并用10mL稀盐酸(1mol/ L )和10mL饱和食盐水各洗涤一次,有机层用无水MgSO4干燥。以下操作同上,得到0.30.4g(S)-(-)-B INOL ,收率60 %80 %,熔点208210 ,( c =1.0 ,THF)。上述萃取后的盐酸层(水相)合并后用固体Na2CO3中和至无气泡放出,得到白色沉淀,过滤,固体用甲醇-水混合溶剂重结晶,得到N-苄基氯化辛可宁,回收率 90 %,可重新用来拆分且不降低效率。本部分实验需56h。五、结果与讨论用旋光仪分别测定测定( R)-(+)-B INOL和(S)-(-)-B INOL的THF溶液的旋光度，计算其比旋光度，与标准值对照。( R)-(

9、+)-B INOL ,熔点208210,( c =1.0 ,THF)。(S)-(-)-B INOL ,熔点208210 ,( c =1.0 ,THF)。六、注意事项(1) N-苄基氯化辛可宁由辛可宁和氯化苄在无水N ,N-二甲基甲酰胺中反应制得。(2)本实验第一步()-BINOL的合成可每人做一份,第二步拆分可两人合做一份,拆分完毕得到的(R)-(+)-BINOL和(S)-(-)-BINOL的进一步纯化分别由两位同学完成。(3)外消旋BINOL与光学纯BINOL的熔点有明显区别,晶体外形也明显不同,外消旋BINOL为针状晶体,而光学纯BINOL容易形成较大的块状晶体。七、思考题1外消旋体的拆分有哪些方法？2为什么外消旋BINOL与光学纯BINOL的熔点有明显区别？八、参考文献1，林国强,陈耀全,陈新滋,等.手性合成不对称反应及其应用.北京:科学出版社,20002，王洋，大学化学, 2002, 17(3):42-44。执笔颜朝国