对映纯实验报告

对映纯（R）-（+）-和（S）-（-）-1.1’-联-2-萘酚的制备

摘要：手性合成即不对称合成是获取光活性化合物的重要手段，也是当代化学发展的前沿领域之一。本实验选用环硼酸酯法，以硼酸、正丁醇、甲苯、脯氨酸为原料，合成1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐非对映体，然后经过分离等操作制备对映纯（R）-（+）-和（S）-（-）-1.1’-联-2-萘酚产物，再进一步进行熔点和旋光度的测定从而对产物进行表征。

关键字：环硼酸酯法对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚手性合成

引言

手性化合物对生命科学、材料科学、信息科学等的发展有非常重要的意义。手性合成即不对称合成是获取光活性化合物的重要手段，也是当代化学发展的前沿领域之一。对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚(1,1¢ - bi – 2 - naphthol or 2,2¢ -dihydroxyl -1,1¢ -binaphthyl) 是在不对称合成（羰基化物不对称还原，烯烃不对称氢化，不对称烯反应，不对称Diels-Alder反应，不对称aza Diels-Alder反应，不对称Michael加成, 不对称氢甲酰化，不对称烷基化，不对称氧化，不对称环氧化，不对称Aldol反应等）中广泛使用的手性配体和手性辅助剂。由于1,1¢ -联-2-萘酚具有阶次最低的C₂对称轴，两个萘环平面可以在一定范围内绕轴旋转，并且具有高的化学稳定性和热稳定性等，故在众多不对称反应中都能显示出高的手性诱导。就光活性(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚的制备而论，外消旋体拆分法^[1]最具实际意义。其中，环磷酸酯法^[2]应用较广。但这种方法制备周期长，环磷酸酯的生成以及从非对映的环磷酸盐中释放出1,1¢ -联-2-萘酚对映体需要无水条件并需使用昂贵的氢化铝锂。近年新开发的制备方法有选择包合法^[3]和环硼酸酯法^[4]。现有的包合法中大多需使用昂贵的手性试剂或生物碱（辛可尼定或辛可宁）为基本手性材料，故制备成本较高。本实验选用环硼酸酯法。这种方法具有操作简单，原料易得，制备周期短，成本低廉，光学纯度和化学收率高等特点。

制备原理流程如下：

（1）硼酸三丁酯制备

（2）非对映1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备^[

（3）1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐非对映体的分离

（4）对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚制备

1、实验部分

1.1试剂与仪器

硼酸，正丁醇，(S)-脯氨酸，外消旋1,1¢ -联-2-萘酚,苯，甲苯，四氢呋喃，乙醚，石油醚（60-90° C），浓 HCl, 1 mol/L NaOH，金属钠，无水硫酸钠，无水氯化钙，pH试纸，WZZ-1S旋光仪一台，熔点测定仪一台，天平一台，水泵一套，电热套（可配用电磁搅拌）一套， 100 mL恒压滴液漏斗（19^#´2）一只，25 cm的韦氏柱一只（19^#），油水分离器一只（19^#´2），100 mL两口瓶（19^#´2）一只，100 mL抽滤瓶一只，40mm布氏漏斗（或与抽滤瓶配套的40 mm19^#磨口的砂芯漏斗）一只，100mL，50mL和25mL圆底瓶（19^#）各2只，蒸馏头（19^#´2）一只，具塞油鼓泡器（19^#）一只，回流冷凝管和直型冷凝管（19^#´2）各一只，尾接管（19^#´2）一只，250° C磨口温度计一只（14^#），弯管塞（19^#）一只，磨口塞（19^#）三只, 100 mL分液漏斗一只， 50 mL量筒一只，干燥管一只，脱脂棉或玻璃毛（布）适量

1.2实验步骤

（1）硼酸三丁酯的制备

在一个装有分水器的50 mL圆底烧瓶中加入硼酸（3.18 g）和正丁醇（15.02 g），再加入15mL左右的甲苯，装满甲苯的油水分离器放出2.7 mL的甲苯，用电热套加热回流直至不再有水馏出为止。

将反应物经25 cm的韦氏柱分馏，收集沸点220-224°C的馏分。（注意保温）

（2）非对映1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备

在一只100 mL的干燥两口烧瓶中加入外消旋1,1¢ -联-2-萘酚(2.86 g)、上面制得的硼酸三丁酯 (2.51 g)、干燥的甲苯（50 mL）和1.20 g碾细的干燥(S)-脯氨酸。在氮气保护下依次装上干燥管（干燥管底部放适量脱脂棉，上面加入适量豆粒大小的无水氯化钙）、回流冷凝管和具塞油鼓泡器。在搅拌下加热回流4小时，生成均相溶液。

冷至室温，过滤，固体用新鲜甲苯和乙醚洗涤，减压干燥，得到非对映异构的 (S,S)-和 (R,S)-1,1¢ -联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐混合物，测熔点，备后用。

（3）1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐非对映体的分离

将制得的1,1¢ -联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐非对映体混合物转移至一只100mL的圆底烧瓶中，加入30 mL四氢呋喃室温搅拌40分钟, 抽滤。固体用新鲜四氢呋喃洗两次（5 mL´ 2）, 减压干燥得到白色固体粉末(S,S)-1,1¢ -联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐(1.15g)。

四氢呋喃母液减压蒸至近干，加入石油醚20.0 mL，抽滤(R,S)-1,1¢ -联-2-萘酚硼酸脯氨酸酐（0.28 g）。

分别测定熔点。

（4）对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚

将上面得到的两种产物分别放于两个100 mL 的圆底烧瓶中，加入1 mol/L的NaOH溶液(20.0 mL)和乙醚(30.0 mL)搅拌约15分钟生成清亮的两相溶液,加入浓HCl溶液5 mL, 使之呈酸性, 继续搅拌约20分钟。分出有机相，用乙醚萃取水溶液（5 mL´2），合并有机相，用无水硫酸钠干燥。

蒸出乙醚溶液，蒸干，加入10 mL左右的苯，加热使其溶解。

慢慢冷却结晶，收集透明晶体，称量。

分别测定晶体旋光度。

1、 结果与讨论

2.1实验结果

实验得到的对映纯(S)-(-)- 1,1¢ -联-2-萘酚0.10 g，旋光度a₁为-0.350°，则由公式[a]=a/c，c=0.01 g/ml得比旋光度[a]₁=35.0°,光学纯度%o.p.=35.0/35.5=98.59%，产量为1.43g。收率为6.99%。

实验得到的对映纯(R)-(+)- 1,1¢ -联-2-萘酚0.04 g，旋光度a₂为+0.010°，则由公式[a]=a/c，c=0.005 g/ml得比旋光度[a]₂=2°，光学纯度%o.p.=2/35.5=5.63%，理论产量为1.43g。收率为1.40%。

（已知旋光管长度1 dm，对映纯1,1¢ -联-2-萘酚在四氢呋喃中的最大比旋光[a ]_D²⁵=35.5°）

2.2讨论

本次实验手性化合物的合成所得产品计算产率较低，R型的产物纯度较低。实验过程中非对映1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备时，由于长时间的加热回流时搅拌速度不合适，搅拌磁子黏在烧瓶底部，导致反应不充分，产率低，且纯度不高，所测熔点偏低。在实验第四步分别制备对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚时，由于苯加入过多，导致静置冷却后只有极少的晶体析出，重新加热蒸出部分苯后，冷却又析出少量固体，这一步也严重导致产品产率降低。

2、结论

本次试验通过环硼酸酯法制备得到了对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚，所得产品产率较低。但是这种手性合成的方法具有操作简单，原料易得，制备周期短，成本低廉，光学纯度和化学收率高等特点，对于手性化合物研究等具有十分重要的意义和良好的发展前景。

致谢

感谢侯安新老师的耐心指导和同组张玉、刘彪、赵程程、陈墨金、刘政高同学的帮助。

参考文献

[1] 黄世文，单自兴，赵德杰，化学试剂，2000, 22 (4), 207.Huang Shiwen,Shan Zixing,Zhao Dejie. Chemical reagents. 2000, 22 (4), 207.(CH)

[2] Kaba, E. P.; Gokel, G. W.; de Jong, F.; Koga, K.; Sousa, L. R.; Siegel, M. G.; Kaplan, L.;Sogah, G. D. Y.; Cram, D. J. J. Org. Chem.. 1977, 47, 4173.

[3] Tanaka, K.; Toda, F. et al. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1993. 32, 1147.

[4] Cai Dongwei, et al. Tetrahedron Lett. 1995, 36 (440, 7991

[5] Shan, Z. X.; Wang, G. P.; Duan, B.; Zhao, D. J. Tetrahedron: Asymmetry,1996,7(10),2647.

[6] Zixing Shan, Ying Xiong, Weizhong Li and Dejie Zhao, Tetrahedron: Asymmetry, 1998, 9(22), 3985.

Preparation of enantiomerically pure (1,1¢ - bi – 2 - naphthol or 2,2¢ -dihydroxyl -1,1¢ -binaphthyl)

WU Xiaoran,ZHAO Chengcheng,CHEN Mojin,ZHANG Yu,LIU Zhenggao,LIU Biao

( College of Chemistry and molecular sciences, Wuhan University, Wuhan 430072, China )

Abstract: Synthesis of chiral is also called asymmetric synthesis,which is an important means to obtain optically active compounds, one of the frontiers of contemporary chemical development.The work choosing cyclic boronic acid ester method took boric acid, n-butanol, toluene, proline as raw materials to synthesize 1,1 ¢ - bi-2 - naphthol boric acid (S) - proline anhydride non-enantiomer. And then prepare the target products 1,1¢ - bi – 2 - naphthol or 2,2¢ -dihydroxyl -1,1¢ -binaphthyl after a series of operation.Then determine the melting points and the optical rotations of the final products.

Key words: Cyclic borate method ; 1,1¢ - bi – 2 - naphthol or 2,2¢ -dihydroxyl -1,1¢ -binaphthyl; Synthesis of Chiral

附件：

（一）实验步骤及现象：

（二）问题讨论与分析：

本次实验手性化合物的合成所得产品计算产率较低，R型的产物纯度较低。实验过程中非对映1,1¢ -联-2-萘酚硼酸(S)-脯氨酸酐的制备时，由于长时间的加热回流时搅拌速度可能不合适，搅拌磁子黏在烧瓶底部，导致反应不充分，产率低，且纯度不高，所测熔点偏低。在实验第四步分别制备对映纯(S)-(-)-和(R)-(+)-1,1¢ -联-2-萘酚时，由于苯加入过多，导致静置冷却后只有极少的晶体析出，重新加热蒸出部分苯后，冷却又析出少量固体，这一步也严重导致产品产率降低。