第27卷第5期孙利民等:甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用279
化学试剂,2005,27(5) ,279～282
甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用
孙利民3, 孟昭力, 吉爱国
(山东大学药学院, 山东济南 250012)
摘要:综述甲酸铵在含氮功能基的还原、脱芳卤、脱保护基、和酮的反应以及在不饱和酮的还原中的应用。关键词:甲酸铵; 催化转移氢化; 应用
中图分类号:O623162 文献标识码:A 文章编号:025823283(2005) 0520279204
在金属催化剂存在下, 用有机化合物代替气
态氢作为反应中的供氢体进行的催化氢化反应称为催化转移氢化(CTH ) 反应,CTH 反应能够避免因使用氢气而引起的技术和安全方面的问题。甲酸铵作为CTH 反应中的供氢体, 的选择还原性, , 201 含氮功能基的还原
响。
112 偶氮化合物的还原
X 或Y=H ,OH ,COOH ,CH 3,COCH 3, 等
分子中存在的其他容易被氢化或氢解的基团, 如:—OH 、—C OOH 、—C OCH 3不受影响。与以往使用贵重金属相比, 用工业锌粉做催化剂产率高, 反应快而且成本低。113
腈的还原
氰基还原成胺使用包括与复合金属氢化物反应或加压条件下的催化氢化方法, 如果要把腈基直接还原成甲基, 反应条件很剧烈, 通常需要高温高压以及特殊反应容器[5]。用甲酸铵可以在温和的条件下直接把芳基腈还原成甲基衍生物[6], 但该方法不适用于脂肪族氰基的还原。
Pd/C ,HCO 2NH 4
CH 3OH
以甲酸铵为供氢体进行催化转移氢化可使多种含氮官能团得以还原。111
硝基的还原
硝基化合物还原是制备一级胺的方法, 以往研究都主要集中在芳香族硝基的还原, 脂肪族硝基化合物的还原通常需要在较高压力下进行。近年来, 利用甲酸铵进行的催化转移氢化反应能够快速、选择性的把脂肪族和芳香族硝基化合物还原成相应的胺, 反应产率很高[1
]。
R —NO 2
HCO 2NH 4Pd/C ,CH 3OH
3
R —NH 2
OH
R =烷基, 芳基
α 2硝基羧酸酯能够被还原成α2氨基酸酯, 这
α是合成α2氨基酸的重要前体。2硝基羧酸进行
还原时, 发生脱羧反应而生成烷基胺[2]。
Anthony 等[3]对还原后的产物立体构型进行研究发现, 该反应具有立体专一性, 有底物构型保持力。
OH
114 N 2甲酰化物的合成
N 2甲酰化物是有机合成中的一类重要的中间
体, 它广泛的应用于药物合成领域, 如取代芳基咪唑,1,22二氢喹啉, 氮桥杂环等。甲酰胺是路易斯碱, 能够催化羰基化合物的烯丙基化[7], 还可以用于甲脒和异腈的合成[8]。
Reddy 等[9]利用甲酸铵作为甲酰化试剂合成N 2甲酰化仲胺和苯胺。反应用乙腈做溶剂, 在回
这类反应条件温和, 室温下即可进行反应
。反应时间较短, 通常为3～40min 。结构中存在的其他官能团如羰基、腈等, 在反应过程中不受影
收稿日期:2004202226
作者简介:孙利民(19782) , 男, 陕西宝鸡市人, 硕士生, 主要从事手性化合物有机合成和生物转化。
280化 学 试 剂2005年
H ・G ly 2G ly 2Phe 2Leu 2OC 4H 92t
流的条件下进行, 产率很高。在相同的反应条件
下, 伯胺生成的是烷基胺的甲酸盐, 但苄伯胺例外, 得到的是N 2甲酰化物。
R 1
R
2
312 脱N 2苄基
N 2苄基衍生物脱苄基保护基通常是用高压催
HCO 2NH 4CH 3CN , 回流
R 1
R
2
化氢化或用甲酸做供氢体催化转移氢化。用甲酸
CHO
脱苄基保护时得到的是甲酸盐, 而不是游离的氨基。在用甲酸铵时, 得到的是游离氨基[14,15]。
R 1
R 2
CH 2C 6H 5
10%Pd/C ,HCOOCH 4
CH 3OH , 回流
R 1,R 2=烷基, 芳基
将甲酸铵在乙腈回流的条件下可直接将叠氮
化物一步还原成N 2甲酰化物[10]。
R 1
R 2
R 1=H ,CH 3;R 2=烃基
1,32二氧戊环核苷类似物用于抑制肝炎病毒
2 脱芳卤
活性的研究[16]。在其合成中最后一步是脱苄基保护。。
脱芳卤通常是采用高压催化氢解、用金属氢
化物还原或加热分解。Anwer 等[11]研究发现, 在常温常压下用甲酸铵做供氢体, 以剂, , 苯芳烃在件生烃。M ohmed 等[12、溶剂和温度对反应的影响, 3%Pd/C 做催化剂效果最好, 如果降低Pd 含量就需要升高反应温度, 乙醇是最佳反应溶剂。
Cl
Pd/C ,HCO
2NH 4
CH 3OH
313 脱O 2苄基
在糖化学中, 苄基醚是很重要的一类基团。通常脱O 2苄基是采用催化或化学氢解, 溴化2水解或溴化2醋酸酸解。甲酸2Pd/C 或Pd (OH ) 2/C 2环己烯也常用于脱O 2苄基, 但两者的结果不同。近来报道, 以甲酸铵和10%Pd/C 脱去糖分子中的
O 2苄基, 具有很好的选择性, 在这些反应中, 糖苷
Cl
的O 2甲基不受影响[17]。
3 脱保护基
甲酸铵催化转移氢化能够在温和条件下选择性地脱去苄氧羰基,N 2苄基,O 2苄基, 因此在有机合成反应中得到广泛的应用。311 脱苄氧羰基
在肽化学领域, 能够在温和条件下快速、选择性的脱去保护基是非常重要的, 由此已经发展了一系列的方法。甲酸铵催化转移氢化能够在近中性的条件下脱去苄氧羰基, 而不影响肽链中对酸、碱敏感的其他保护基团。这种方法不影响氨基酸及肽的光学活性, 有效避免其他脱保护基方法产生的外消旋作用。Anwer 等[13]在亮氨酸2脑菲肽合成的不同阶段, 成功的使用该方法脱苄氧羰基, RP 2HP LC 分析结果表明, 大多数反应在室温下1min 内就可以完成, 收率几乎定量。
Z ・Leu 2OC 4H 92t
Pd/C ,HCO 2NH 4
4 与羰基的反应
甲酸铵做还原剂直接与各种羰基化合物反应可以制备相应的胺, 该反应称为“Leudkart 反应”。现在,Leudkart 反应被成功的应用于1,52二酮和
不饱和酮的胺化。
411 羰基化合物直接被还原成胺
将醛或酮与甲酸铵一起加热得到相应的胺, 与氢化还原制备胺相比, 该反应选择性好, 分子中存在的其他易被还原的基团(如—NO 2, —N O , C
C ) 不受影响。12(42取代喹啉基
) 222(42哌嗪
基) 2乙酮与甲酸铵反应得到具有很好的抗心率失常作用的胺衍生物[18
]。
Z ・G ly 2G ly 2Phe 2Leu 2OC 4H 92t
Pd/C ,HCO 2NH 4
H ・Leu 2OC 4H 92t
第27卷第5期孙利民等:甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用281
双环32内2莨菪胺是合成许多药物的重要中间体, 其氨基衍生物是52羟色胺受体拮抗剂,72吖吲哚羰基2内2莨菪胺作为镇咳药已经进入Ⅱ期临床实验。Allegretti 等[19]以Pd 为催化剂, 甲酸铵作为氮源和氢源, 一锅法还原羰基成一级胺, 产物为内型。在研究中发现, 当反应溶剂中加入少许水(10%) 能增加反应产率, 保持很高的立体选择性
。
性、快速、高收率催化氢化多种官能团, 反应有很好的化学选择性和立体选择性。反应条件温和, 剩余的甲酸铵能够很容易的从反应体系中清除, 而且不污染环境。甲酸铵价廉、易得、稳定、无毒, 除可以与Pd/C (或其他Pd 的衍生物) 联合使用外, 还可以与其他一些金属催化剂一同使用, 如工业锌粉, Raney 镍等。随着以甲酸铵为供氢体的催化转移氢化反应研究的不断深入和应用范围的进一步扩大, 甲酸铵在有机合成中的用途将日益受到人们的重视并得到不断的发展。参考文献:
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412 芳香醛、酮还原成亚甲基
醛、酮还原成亚甲基的方法包括:Clemmensen还原, W olff 2K ishner 还原, LiAlH 42AlCl 3, NaBH 42CF 3C O 2H 或者是催化氢化。Ram 等
[20]
研究发现,
用甲酸铵做为供氢体, 芳香醛、体拮抗剂3OCH 3
Pd/C ,HCO 2NH 4
CH 3CO 2H
2CH 3OCH 3
CH 3O CH 3O
α, β5 2不饱和酮的还原
化学选择性还原碳碳双键在有机合成反应中是非常重要的反应。在其他官能团存在下, 催化转移氢化反应通过选择不同的催化剂、溶剂以及供氢体, 可以选择性还原碳碳双键。
甲酸铵2Pd/C 催化转移氢化方法广泛的应用
于与功能基共轭双键的还原。在α, β不饱和酮还原的研究中
, 利用该方法选择性还原共轭烯酮的双键, 而羰基不受影响[21,22]。
Sabui 等[23]在化学合成由向日葵中分离出的heliannuol E 时, 也成功的使用了该方法。
[6]BrownG R ,F oubister A J. Direct trans formation of cyano into methyl groups under mild conditions [J ].Synthesis , 1982, (12) :103621037.
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[10]Reddy P G,Baskaran S. A chem oselective method for the
reductive N 2formylation of aryl azides under catalytic tran fer hydrogenation conditions [J].Tetrahedron Lett. , 2002, 43
Ral [24]在环状共轭烯酮的还原研究中发现,
以甲酸铵为供氢体进行的催化转移氢化对底物有明显的立体选择性。
R =H cis ∶trans =90∶10R =CH 3
cis ∶trans =100∶00
(10) :191921922.
[11]AnwerM K,S patola A F. Applications of amm onium formate
1
catalytic trans
fer hydrogenolysis ———Ⅳ:A facile method
以甲酸铵2Pd/C 催化转移氢化方法能够选择
282化 学 试 剂
dron Lett . ,2001, 42(25) :425724259.
2005
年
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of αketones by amm onium ].Lett. , 1994, 35(1) :1712174. Application of ammonium form ate in catalytic transfer hy 2drogenation SUN Li 2min 3, MENG Zhao 2li , JI Ai 2guo (School
of Pharmacy ,Shandong Uinversity ,Jinan 250012,China ) ,Huaxue Shiji ,2005, 27(5) ,279～282
Abstract :Amm onium formate as the hydrogen donor in catalytic trans fer hydrogenation was widely used in organic synthesis. This paper reviews the application of amm onium formate in reduction of nitric functional groups ,dehalogenation of aromatic chlorocar 2bons ,deprotection of functional groups ,reduction of ketones and unsaturated ketones.
K ey w ords :amm onium formate ;catalytic trans fer hydrogenation ; application
nosyl ]23′2spiro 25″2(4″2amino 21″, 2″2oxathiole 2″, 2″2diox 2ide ) (TS AO ) analogs :Synthesisand anti 2HI V 21activity[J].J. Med. Chem. , 1994, 37(24) :418524194.
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(18) :211122114.
Synthesis of azidopyridines and 12pyridinyl 21, 2, 32triazoles H UANG Nan 2ping 1, ZH ONG Ping 32(1. School of Life and Envi 2ronmental Science ,Wenzhou N ormal C ollege ,Wenzhou 325027, China; 2. School of Chemistry and Material Science , Wenzhou N ormal C ollege ,Wenzhou 325027, China ) , Huaxue Shiji ,2005, 27(5) ,276～278;282
Abstract :Azidopyridines were very useful compounds ,they were used to build nitrogen heterocycles ,to synthesize herbicides ,for example , to synthesize 12pyridinyl 21, 2, 32triazoles , which were highly efficacious herbicides.
K ey w ords :pyridine ;azide ;1,2,32triazole ;synthesis ;herbicide
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(上接第278页)
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第27卷第5期孙利民等:甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用279
化学试剂,2005,27(5) ,279～282
甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用
孙利民3, 孟昭力, 吉爱国
(山东大学药学院, 山东济南 250012)
摘要:综述甲酸铵在含氮功能基的还原、脱芳卤、脱保护基、和酮的反应以及在不饱和酮的还原中的应用。关键词:甲酸铵; 催化转移氢化; 应用
中图分类号:O623162 文献标识码:A 文章编号:025823283(2005) 0520279204
在金属催化剂存在下, 用有机化合物代替气
态氢作为反应中的供氢体进行的催化氢化反应称为催化转移氢化(CTH ) 反应,CTH 反应能够避免因使用氢气而引起的技术和安全方面的问题。甲酸铵作为CTH 反应中的供氢体, 的选择还原性, , 201 含氮功能基的还原
响。
112 偶氮化合物的还原
X 或Y=H ,OH ,COOH ,CH 3,COCH 3, 等
分子中存在的其他容易被氢化或氢解的基团, 如:—OH 、—C OOH 、—C OCH 3不受影响。与以往使用贵重金属相比, 用工业锌粉做催化剂产率高, 反应快而且成本低。113
腈的还原
氰基还原成胺使用包括与复合金属氢化物反应或加压条件下的催化氢化方法, 如果要把腈基直接还原成甲基, 反应条件很剧烈, 通常需要高温高压以及特殊反应容器[5]。用甲酸铵可以在温和的条件下直接把芳基腈还原成甲基衍生物[6], 但该方法不适用于脂肪族氰基的还原。
Pd/C ,HCO 2NH 4
CH 3OH
以甲酸铵为供氢体进行催化转移氢化可使多种含氮官能团得以还原。111
硝基的还原
硝基化合物还原是制备一级胺的方法, 以往研究都主要集中在芳香族硝基的还原, 脂肪族硝基化合物的还原通常需要在较高压力下进行。近年来, 利用甲酸铵进行的催化转移氢化反应能够快速、选择性的把脂肪族和芳香族硝基化合物还原成相应的胺, 反应产率很高[1
]。
R —NO 2
HCO 2NH 4Pd/C ,CH 3OH
3
R —NH 2
OH
R =烷基, 芳基
α 2硝基羧酸酯能够被还原成α2氨基酸酯, 这
α是合成α2氨基酸的重要前体。2硝基羧酸进行
还原时, 发生脱羧反应而生成烷基胺[2]。
Anthony 等[3]对还原后的产物立体构型进行研究发现, 该反应具有立体专一性, 有底物构型保持力。
OH
114 N 2甲酰化物的合成
N 2甲酰化物是有机合成中的一类重要的中间
体, 它广泛的应用于药物合成领域, 如取代芳基咪唑,1,22二氢喹啉, 氮桥杂环等。甲酰胺是路易斯碱, 能够催化羰基化合物的烯丙基化[7], 还可以用于甲脒和异腈的合成[8]。
Reddy 等[9]利用甲酸铵作为甲酰化试剂合成N 2甲酰化仲胺和苯胺。反应用乙腈做溶剂, 在回
这类反应条件温和, 室温下即可进行反应
。反应时间较短, 通常为3～40min 。结构中存在的其他官能团如羰基、腈等, 在反应过程中不受影
收稿日期:2004202226
作者简介:孙利民(19782) , 男, 陕西宝鸡市人, 硕士生, 主要从事手性化合物有机合成和生物转化。
280化 学 试 剂2005年
H ・G ly 2G ly 2Phe 2Leu 2OC 4H 92t
流的条件下进行, 产率很高。在相同的反应条件
下, 伯胺生成的是烷基胺的甲酸盐, 但苄伯胺例外, 得到的是N 2甲酰化物。
R 1
R
2
312 脱N 2苄基
N 2苄基衍生物脱苄基保护基通常是用高压催
HCO 2NH 4CH 3CN , 回流
R 1
R
2
化氢化或用甲酸做供氢体催化转移氢化。用甲酸
CHO
脱苄基保护时得到的是甲酸盐, 而不是游离的氨基。在用甲酸铵时, 得到的是游离氨基[14,15]。
R 1
R 2
CH 2C 6H 5
10%Pd/C ,HCOOCH 4
CH 3OH , 回流
R 1,R 2=烷基, 芳基
将甲酸铵在乙腈回流的条件下可直接将叠氮
化物一步还原成N 2甲酰化物[10]。
R 1
R 2
R 1=H ,CH 3;R 2=烃基
1,32二氧戊环核苷类似物用于抑制肝炎病毒
2 脱芳卤
活性的研究[16]。在其合成中最后一步是脱苄基保护。。
脱芳卤通常是采用高压催化氢解、用金属氢
化物还原或加热分解。Anwer 等[11]研究发现, 在常温常压下用甲酸铵做供氢体, 以剂, , 苯芳烃在件生烃。M ohmed 等[12、溶剂和温度对反应的影响, 3%Pd/C 做催化剂效果最好, 如果降低Pd 含量就需要升高反应温度, 乙醇是最佳反应溶剂。
Cl
Pd/C ,HCO
2NH 4
CH 3OH
313 脱O 2苄基
在糖化学中, 苄基醚是很重要的一类基团。通常脱O 2苄基是采用催化或化学氢解, 溴化2水解或溴化2醋酸酸解。甲酸2Pd/C 或Pd (OH ) 2/C 2环己烯也常用于脱O 2苄基, 但两者的结果不同。近来报道, 以甲酸铵和10%Pd/C 脱去糖分子中的
O 2苄基, 具有很好的选择性, 在这些反应中, 糖苷
Cl
的O 2甲基不受影响[17]。
3 脱保护基
甲酸铵催化转移氢化能够在温和条件下选择性地脱去苄氧羰基,N 2苄基,O 2苄基, 因此在有机合成反应中得到广泛的应用。311 脱苄氧羰基
在肽化学领域, 能够在温和条件下快速、选择性的脱去保护基是非常重要的, 由此已经发展了一系列的方法。甲酸铵催化转移氢化能够在近中性的条件下脱去苄氧羰基, 而不影响肽链中对酸、碱敏感的其他保护基团。这种方法不影响氨基酸及肽的光学活性, 有效避免其他脱保护基方法产生的外消旋作用。Anwer 等[13]在亮氨酸2脑菲肽合成的不同阶段, 成功的使用该方法脱苄氧羰基, RP 2HP LC 分析结果表明, 大多数反应在室温下1min 内就可以完成, 收率几乎定量。
Z ・Leu 2OC 4H 92t
Pd/C ,HCO 2NH 4
4 与羰基的反应
甲酸铵做还原剂直接与各种羰基化合物反应可以制备相应的胺, 该反应称为“Leudkart 反应”。现在,Leudkart 反应被成功的应用于1,52二酮和
不饱和酮的胺化。
411 羰基化合物直接被还原成胺
将醛或酮与甲酸铵一起加热得到相应的胺, 与氢化还原制备胺相比, 该反应选择性好, 分子中存在的其他易被还原的基团(如—NO 2, —N O , C
C ) 不受影响。12(42取代喹啉基
) 222(42哌嗪
基) 2乙酮与甲酸铵反应得到具有很好的抗心率失常作用的胺衍生物[18
]。
Z ・G ly 2G ly 2Phe 2Leu 2OC 4H 92t
Pd/C ,HCO 2NH 4
H ・Leu 2OC 4H 92t
第27卷第5期孙利民等:甲酸铵在催化转移氢化反应中的应用281
双环32内2莨菪胺是合成许多药物的重要中间体, 其氨基衍生物是52羟色胺受体拮抗剂,72吖吲哚羰基2内2莨菪胺作为镇咳药已经进入Ⅱ期临床实验。Allegretti 等[19]以Pd 为催化剂, 甲酸铵作为氮源和氢源, 一锅法还原羰基成一级胺, 产物为内型。在研究中发现, 当反应溶剂中加入少许水(10%) 能增加反应产率, 保持很高的立体选择性
。
性、快速、高收率催化氢化多种官能团, 反应有很好的化学选择性和立体选择性。反应条件温和, 剩余的甲酸铵能够很容易的从反应体系中清除, 而且不污染环境。甲酸铵价廉、易得、稳定、无毒, 除可以与Pd/C (或其他Pd 的衍生物) 联合使用外, 还可以与其他一些金属催化剂一同使用, 如工业锌粉, Raney 镍等。随着以甲酸铵为供氢体的催化转移氢化反应研究的不断深入和应用范围的进一步扩大, 甲酸铵在有机合成中的用途将日益受到人们的重视并得到不断的发展。参考文献:
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412 芳香醛、酮还原成亚甲基
醛、酮还原成亚甲基的方法包括:Clemmensen还原, W olff 2K ishner 还原, LiAlH 42AlCl 3, NaBH 42CF 3C O 2H 或者是催化氢化。Ram 等
[20]
研究发现,
用甲酸铵做为供氢体, 芳香醛、体拮抗剂3OCH 3
Pd/C ,HCO 2NH 4
CH 3CO 2H
2CH 3OCH 3
CH 3O CH 3O
α, β5 2不饱和酮的还原
化学选择性还原碳碳双键在有机合成反应中是非常重要的反应。在其他官能团存在下, 催化转移氢化反应通过选择不同的催化剂、溶剂以及供氢体, 可以选择性还原碳碳双键。
甲酸铵2Pd/C 催化转移氢化方法广泛的应用
于与功能基共轭双键的还原。在α, β不饱和酮还原的研究中
, 利用该方法选择性还原共轭烯酮的双键, 而羰基不受影响[21,22]。
Sabui 等[23]在化学合成由向日葵中分离出的heliannuol E 时, 也成功的使用了该方法。
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Ral [24]在环状共轭烯酮的还原研究中发现,
以甲酸铵为供氢体进行的催化转移氢化对底物有明显的立体选择性。
R =H cis ∶trans =90∶10R =CH 3
cis ∶trans =100∶00
(10) :191921922.
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catalytic trans
fer hydrogenolysis ———Ⅳ:A facile method
以甲酸铵2Pd/C 催化转移氢化方法能够选择
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of Pharmacy ,Shandong Uinversity ,Jinan 250012,China ) ,Huaxue Shiji ,2005, 27(5) ,279～282
Abstract :Amm onium formate as the hydrogen donor in catalytic trans fer hydrogenation was widely used in organic synthesis. This paper reviews the application of amm onium formate in reduction of nitric functional groups ,dehalogenation of aromatic chlorocar 2bons ,deprotection of functional groups ,reduction of ketones and unsaturated ketones.
K ey w ords :amm onium formate ;catalytic trans fer hydrogenation ; application
nosyl ]23′2spiro 25″2(4″2amino 21″, 2″2oxathiole 2″, 2″2diox 2ide ) (TS AO ) analogs :Synthesisand anti 2HI V 21activity[J].J. Med. Chem. , 1994, 37(24) :418524194.
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Synthesis of azidopyridines and 12pyridinyl 21, 2, 32triazoles H UANG Nan 2ping 1, ZH ONG Ping 32(1. School of Life and Envi 2ronmental Science ,Wenzhou N ormal C ollege ,Wenzhou 325027, China; 2. School of Chemistry and Material Science , Wenzhou N ormal C ollege ,Wenzhou 325027, China ) , Huaxue Shiji ,2005, 27(5) ,276～278;282
Abstract :Azidopyridines were very useful compounds ,they were used to build nitrogen heterocycles ,to synthesize herbicides ,for example , to synthesize 12pyridinyl 21, 2, 32triazoles , which were highly efficacious herbicides.
K ey w ords :pyridine ;azide ;1,2,32triazole ;synthesis ;herbicide
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