（有机化学专业论文）水溶性单双核金属配合物的合成、表征及其模拟酶催化性能的研究.pdf

水溶性单双核金属配合物的合成、表征及其模拟酶 催化性能的研究 林福娟 摘要酶催化反应具有高效性、专一性及条件温和的特点。模拟酶类似于天 然酶，具有对底物的识别、结合和催化作用。金属配合物在模拟酶领域有着突出 的贡献且合成相对容易，应用范围十分广泛。 以往文献中报道的大多数金属模拟酶传统配体( 如s a l e n 配体、r o b s o n 配林) 及其配合物的水溶性与脂溶性均较差，几乎都未能成功的模拟天然酶的催化性能， 这就限制了其作为催化剂的有效利用。尤其是模拟那些在生物体的水环境中才能 表现出高效催化活性的天然酶( 如超氧化物歧化酶( s o d ) ) 时，是否具有水溶性 显得t 分重要。因此，为了更好地模拟天然酶的催化性能和发展绿色化学，我们 以水杨醛和苯酚为母体分别在其配体中引入亲水性基团( 一s 0 3 、- c o o h 等) ，设 计、合成了五个类型一系列具有良好水溶性的单核、双核金属配合物，来模拟s o d 、 m m o 等天然酶的催化性能，并对它们进行了元素分析、红外光谱、核磁共振谱、 紫外一可见光谱以及循环伏安、摩尔电导率等电化学表征和x 一射线晶体衍射的研 究。论文分为以下五部分： 第一章首先就金属配合物及其模拟酶催化性能的研究进展进行了文献总结， 重点介绍了希夫碱型、大环、桥联多核金属配合物的合成及模拟酶催化应用，对 前入在此方向上的诸多研究成果作了较为系统的论述。 第二章、第三章以水杨醛一5 一磺酸钠为母体与二胺类化合物缩合而成两类希夫 碱配体，并合成了相应的水溶性双希夫碱( n 2 0 2 ) 型、自组装二聚希夫碱型水溶 性的单双核过渡金属( q i ( j i ) 、n i ( i i ) 、m n ( i i ) 、z n ( i i ) 、c o ( 1 1 ) ) 配合物二十二 种。通过元素分析、红外光谱、紫外一可见、核磁共振、摩尔电导率等手段进行了 表征。采用邻苯三酚自氧化法测定了配合物的超氧化物歧化酶( s o d ) 活性大小， 筛选出具有s o d 活性的配合物。结果表明，这些水溶性过渡金属配合物具有良好 的s o d 活性，抑制率均与配合物浓度成正相关，测试条件下水溶性配合物的j d 值为3 6 6 - - 4 9 2 ，而标准物s o d 的尸为4 5 3 。配合物呈现的s o d 活性顺序为： 锰配合物 铜配合物 钴配合物 镍配合物 锌配合物其中水溶性s a l e nm n ( i i ) 配合物的s o d 活性最强( t 1 5 0 值为4 9 2 ) ，有望经过进一步的药理应用于临床，具 有良好的生物应用前景。 第四章中，利用水杨醛5 磺酸钠经m a n n i z h 反应和吗啉生成水溶性不对称希夫 碱中间体，并进一步与乙醇胺、l 苯丙氨酸反应制备出不对称希夫碱配体，结合 合成了两种不对称的单核、双核c u ( i i ) 配合物。采用元素分析、红外、紫外一可见、 核磁共振以及摩尔电导率、循环伏安法等对其进行了谱学表征和电化学性能研究。 在水溶液中培养了水杨醛一5 - 磺酸钠及吗啉基缩乙醇胺单核c u ( i i ) 配合物的单晶， 利用x 射线晶体衍射进行结构分析，测定结果表明：晶体属三斜晶系，空间群p 1 。 该配合物中c u ( i i ) 分别与三齿配体的1 个酚氧原子、羟基氧原子、和氮原子配位再 结合1 个水分子，高氯酸根和另一个配合物分子上的磺酸根平衡了配合物阳离子 数。c u ( 1 i ) 与其配位原子之间的键长分别为1 8 7 7 ( 3 ) c u 0 ) 一0 ( 4 ) ，1 9 8 1 ( 3 ) c u ( 1 ) 一o ( 7 ) ，2 0 0 7 ( 3 ) c u ( 1 ) 一o ( 5 ) ：键角o ( 4 ) 一c u ( 1 ) - n ( 1 ) 为9 4 + 2 2 。，o ( 4 ) 一c u 0 ) 一o ( 7 ) 为9 1 1 8 0 ，n ( 1 ) 一c u ( 1 ) 一o ( 7 ) 为1 6 9 2 4 0 ，0 ( 4 ) 一c u 0 ) 一0 ( 5 ) 为1 7 4 0 9 0 ，n ( 1 ) 一c u o ) 一o ( 5 ) 为8 4 2 6 。o ( 7 ) 一c u ( 1 ) 0 ( 5 ) 为9 1 2 7 。 第五章由对酚磺酸通过羟甲基化和氧气氧化，制备了具有良好水溶性的配体， 并进一步合成了具有大环结构的水溶性单核c u ( i i ) 配合物，通过多种手段的表征 结果表明与设计结构基本相符。这种单核铜金属配合物的成功合成，为将来合成 水溶性的具有潜在酚氧内桥的对位取代的苯酚衍生物，以及水溶性的模拟酶双核 配合物做了有益地尝试。 第六章利用m a n n i c h 反应的原理，选用5 一p h h x t a 作为端基配体，分别用氢 氧基、乙酸根、苯乙酸根作为桥联配体，设计合成了三种新型取代基的双核f e ( i l i ) 配合物来模拟甲烷单加氧酶( m m o ) 的活性中心结构，并研究了其在温和条件下 活化分子氧所具有的选择性催化氧化的性能。用元素分析、红外光谱、紫外一可见 光谱、摩尔电导率、电化学循环伏安等手段进行表征，结果与预想结构基本相符； 其紫外一可见光谱性质与天然m m o 颇为相似：红外光谱揭示了f e o f e 单元的存 在。在以i 2 0 2 作为单氧原子源环氧化苯乙烯的反应中，这些f e ( i i i ) 配合物具有较 高的催化活性，产率按苯乙烯计算分别为3 4 3 ，3 8 8 ，5 0 2 ，催化剂循环次 数依次为4 3 ，4 7 ，5 9 。研究结果表明，所合成的双核铁配合物在结构和性质上 与天然非血红素蛋白酶( 如m m o ) 较为相近。 关键词：水溶性单核金属配合物双核金属配合物合成模拟酶催化 s y n t h e s i sa n dc h a r a c t e r i z a t i o no fw a t e r - s o l u b l em o n o - - a n db i - n u c l e a r c o m p l e x e sa n dt h e i rm i m i cc a t a l y t i ca c t i v i t yr e s e a r c h l i nf u j u a n a b s t r a c t ：e n z y m ec a t a l y s t sa r ew e l lk n o w nf o rt h e i ra b i l i t yt oc a r r yo u tc h e m i c a l r e a c t i o n sw i t hh i g h s e l e c t i v i t ya n dh i g he f f i c i e n c yu n d e ra m b i e n tc o n d i t i o n s t h e m i m i c so ft h ee n z y m e sh a v eb e e nd e v e l o p i n gf o ral o n gt i m e ，h o w e v e r ，t h e r eh a sb e e n g r e a ts i g n i f i c a n c eb u t s t i l ll i m i t e da m o u n to fi n t e r e s ti nt h eu s eo fc o m p l e x e sa sc a t a l y s t s b e c a u s eo f t h e i rp o o rw a t e r - s o l u b l e s of a r t h e s ec o m p l e x e ss y n t h e s i z e df r o mt r a d i t i o n a li n t e r m e d i a t ec a nn o tm i m i c s u c c e s s f u l l yc a t a l y t i ca b i l i i yo fn a t u r a le n z y m e s i no r d e rt o m i m i cs o m es p e c i f i c p r o p e r t i e so fe n z y m a t i cr e a c t i o n sm o r ee f f e c t i v e ，a n dm e e tt h ed e v e l o p m e n to fg r e e n c h e m i s t r y ，w ei n t r o d u c e dh y d r o p h i l i cg r o u p ( 一s 0 3 、c o o h ) t ob o t hl i g a n d sa n d c o m p l e x e st h a tw e r eo b t a i n e dv i at h ep a r e n ta ss a l i c y l a l d e h y d ea n dp h e n 0 1 w ee x p e c t t og a i nl i g a n d sa n dc o m p l e x e sp o s s e s s i n gw a t e r s o l u b l eg r o u pa t t r i b u t i n gt ot h e s e h y d r o p h i l i cc h a r a c t e r i s t i c s ，a n dt h e r ew a sf e wr e p o r t so fr e l a t i v er e s e a r c h b o t hi n d o m e s t i ca n da b r o a d t h e s ec o m p l e x e sm a yh a v es o m ei n d u s t r i a la p p l i c a t i o n ( m e t h a n e m o m o o x y g e n a s e ( m m o ) ，s u p e r o x i d ed i s m u t a s e ( s o d ) ，f o re x a m p l e ) ，e i t h e r f o r m e d i c a lf i e l do rf o rd e p o l l u t i o np r o c e s s e s b a s e do nt h ea b o v er e a s o n s ，m o r et h a nt w e n t yk i n d so fm o n o a n db i n u c l e a r m e t a lc o m p l e x e sw e r ed e s i g n e da n ds y n t h e s i z e dt om i m i ct h e s en a t u r a le n z y m e si nt h i s a r t i c l e t h i st h e s i si sd i v i d e di n t of i v ep a r t sa sf o l l o w i n g ： b e f o r em yr e s e a r c hw o r k ，t h es y n t h e s i sm e t h o d s ，a p p l i c a t i o n ，a n dr e s e a r c hp r o c e s s o f m e t a lc o m p l e x e sw e r es u m m a r i z e di nt h ef i r s tc h a p t e r w a t e r s o l u b l em o n o n u c l e a rm e t a lc o m p l e x e s ( c o m p l e x1 - 8 ) o f ，n i s u b s t i t u t e d b i s ( s a l i c y l a l d i m i n e 一5 一s u l p h o n i ca c i d s ) ，a n dw a t e r - s o l u b l e b i n u c l e a rt r a n s i t i o n m e t a l c o m p l e x e s ( c o m p l e x1 1 6 ) w e r es y n t h e s i z e di nt h es e q u e n c eo fac o n d e n s a t i o n o f s a l i c y l a l d i m i n e - 5 - s u l p h o n i ca c i dw i t ha p p r o p r i a t ep r i m a r ya m i n ea n dt r a n s i t i o nm e t a l s b ym o l e c u l a rs e l f - a s s e m b l y , w h i c hw e r ed e s c r i b e di nt h es e c o n dc h a p t e ra n d i nt h et h i r d c h a p t e r , r e s p e c t i v e l y t h o s em o n o n u c l e a r a n db i n u c l e a rm e t a lc o m p l e x e sw e r e s y n t h e s i z e da n dc h a r a c t e r i z e db ye l e m e n ta n a l y s i s ，i r ，u v v i s ，1 hn m r ，m o l e c u l a r c o n d u c t i v i t y t h er e s u l t ss h o w e dt h a ts o m eo ft h ec o m p l e x e sh a v ew e l la c t i v i t yo f m i m i c k i n gs u p e r o x i d ed i s m u t a s e 岱o o ) t h ea c t i v a t e do r d e ro ft h e s ec o m p l e x e si s ： i i i m n ( i i ) c u ( i i ) c o ( i i ) n i ( 1 1 ) z n ( i i ) c 5 0 = 1 x 1 0 。4 1 x 1 0 - 5 t o o l l - 1 t h ef o r t hc h a p t e rc o n c e r n e dt h a tt w oa s y m m e t r i c a lc u ( 1 i ) c o m p l e x e sw e r eg a i n e d s a l i c y l a l d i m i n e - 5 - - s u l p h o n i ca c i d sw a st r e a t e dw i t h t h ep r e f o r m e dm o r p h o l i nu n d e r a m b i e n tc o n d i t i o n s ，w h i c hi saf u n c t i o n a l i s e dm a n n i c hb a s et h a ti tw a ss u c c e s s f u l l y c o n v e r t e dt ot h ec o r r e s p o n d i n gs c h i f fb a s eb yc o n d e n s a t i o nw i t h2 - a m i n o e t h a n o la n d l c 【- a m i n o b - p h e n y l p r o p i o n i ca c i d t h i sg a v et or i s et h eu n s y m m e t r i c a lu n s a t u r a t e d l i g a n d s t h ec o m p o u n d sw e r ef u l l yc h a r a c t e r i z e db ye l e m e n ta n a l y s i s ，i r ，u v v i s ，1 h n m r ，m o l e c u l a rc o n d u c t i v i t y , c y c l i cv o l t a m m e t r ym e a n s t h e i rr e s u l t ss h o wt h a t c o m p l e x e sp o s s e s sa n t i c i p a t i n g t h es t r u c t u r e b a s i c a l l y 1 h ec r y s t a ls t r u c t u r eo f m o n o n u c l e a rc u ( i i ) c o m p l e xw a sc h a r a c t e r e db y x r a ys i n g l e c r y s t a ld i f f r a c t i o n a n a l y s i s i t sc r y s t a lc r y s t a l l i z e di nt r i c l i n i cw i t hp 一1 ，i nw h i c hb o n dl e n g t h s a 】o fc u ( j i ) a r e1 8 7 7 ( 3 ) c u ( 1 ) 一o ( 4 ) ，1 9 8 l ( 3 ) c u o ) 一o ( 7 ) ，2 0 0 7 ( 3 ) c u ( 1 ) 一o ( 5 ) ，a n da n g l e s 【d e g a r e0 ( 4 ) 一c u ( 1 ) - n ( 1 ) ( 9 4 2 2 0 ) ，o ( 4 ) 一c u o ) 一0 ( 7 ) ( 9 1 1 8 0 ) ，n ( 1 ) 一c u o ) 一0 ( 7 ) ( 1 6 9 2 4 。) ， o ( 4 ) 一c u ( 1 ) 一o ( 5 ) ( 1 7 4 0 9 。) ，n ( 1 ) 一c u o ) 一0 ( 5 ) ( 8 4 2 6 。) ，o ( 7 ) 一c u ( 1 ) 一0 ( 5 ) ( 9 1 2 7 0 ) 。 i nt h ef i f t hc h a p t e rw ew o u l dl i k et od e s c r i b et h a tam o n o n u c l e a rc u ( 1 1 ) c o m p l e x w a sr e a c t e da si n t e r m e d i a t ei nt h es y n t h e s i so fm a c r o c y c l i cb i n u c l e a rm e t a lc o m p l e x e s ， v i ah y d r o x y m e t h y l a t i o n o x i d a t i o na n dc o n d e n s i n g2e q u i v 5 - f o r m y l 一4 - h y d r o x y l 一3 一 h y d r o x y m e t h y l s u l f o n a t ew i 也1e q u i v o fe t h y l e n e d i a m i n ea n dc o p p e ra c e t a t e i na o n e p o tr e a c t i o n ，i nw h i c hf o r m y la n dp h e n o l i ch y d r o x yg r o u p sw e r ep r o t e c t e db y t e m p l a t ef o m r a t i o ni nt h es u b s e q u e n to x i d a t i o ns t e pi no r d e rt op r o d u c i n gb i n u c l e a r m e t a lc o m p l e xi nt h ef o l l o w i n gr e s e a r c hw o r k i tw a sag o o dw a t e r - s o l u b l em o n o n u c l e a rm e t a lc o m p l e x b e c a u s eo fn or e l a t i v er e p o r t si nt h ep r e v i o u sr e f e r e n c e s ，i t w o u l db e c o m ean e wt e m p l a t ec o m p o u n do fm i m i c m n gn a t u r a le n z y m e so fm e t a l c o m p l e x e s i nt h es i x t hc h a p t e r , t h r e eb i n u c l e a rf e ( 1 1 1 ) c o m p l e x e sw e r es y n t h e s i z e d 2 ，6 - ( ， n - b i s c a r b o x y m e t h y l ) a m i n o m e t h y l 一4 一p h e n y l p h e n o lr 5 一p h h x t a ) w a sf i r s t l ys y n t h e s i z e df r o m4 - p h e n y l l c h e n o la n di m i n o d i a c e t i ca c i dv i am a n n i c hr e a c t i o n i nt h e s y n t h e t i cp r o c e d u r e ，w eg a i n e dt h r e ed i f f e r e n tb r i d g e df e ( 1 1 1 ) c o m p l e x e sb yc h a n g i n g c a r b o x y l a t eb r i d g e s a l lo ft t i e mw e r ec h a r a c t e r i z e db ye a ，i r ，u v v i sa n dc v t h e s i m i l a ru v v i sa n di rs p e c t r ao ft h e s et h r e ed i i r o nc o m p l e x e sr e f l e c tt h a tt h e yh a v e s i m i l a rs t r u c t u r e s t h er e s u l t so fc y c l i cv o l t a m m e t r ys h o w st h e i ro x i d i z e - r e d u c ew a v e s o ff e ( i i ) f e ( 1 1 1 ) a n df e ( i t l ) f e ( i i ) c o u p l e i nt h el a s tp a r tt h e i rc a t a l y s i sw a sd e t e r m i n e d b yc a t a l y z i n gt h ee p o x i d a t i o no fs t y r e n eb yh 2 0 2 ，a n dt h er e s u l t ss h o wf e ( i i i ) c o m p l e x 1 - 3a l lh a v eh i g hc a t a l y t i ca c t i v i t y ( t h ey i e l do fs t y r e n eo x i d ei s3 4 3 ，3 8 8 ，5 ，0 2 ， a n dt h et ni s4 3 ，4 7 ，5 9r e s p e c t i v e l y ) c o n s i d e r a b l ed a t ah a v eb e e np r e s e n t e dt os h o w t h a tt h e s et h r e ed i i r o nc o m p l e x e sa r ee x c e l l e n tm o d e lc o m p l e x e sf o rm m o k e y w o r d s ：w a t e rs o l u b i l i t y ；m o n o n u c l e a rc o m p l e x e s ；b i n u c l e a rc o m p l e x e s ； s y n t h e s i s ；m i m i ce n z y m ec a t a l y s i s v 学位论文独创性声明 7 2 8 6 1 2 本人声明所呈交的学位论文是我在导师的指导f 进行的研究工作及取得的 碚究成果。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，论文中不包含其他个人 已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得陕西师范大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均 已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 口f f 学位论文使用授权声明 本人同意研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属陕西师范大 学。本人保证毕业离校后，发表本论文或使用本论文成果时署名单位仍为陕西 师范大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其它指定机构送交论文 的电子版和纸质版；有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进 入学校图书馆、院系资料室被查阅；有权将学位论文的内容编入有关数据库进 行检索；有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。 作者签名：牲 b 戡：9 第一章金属配合物及其模拟酶仿生催化性能的研究进展 引言 生物体内进行的各种生物化学反应，几乎都是在温和的条件下，通过酶的催化 作用( 即酶促反应) 迅速反应实现的酶对化学反应的加速可达1 0 数量级，对 催化反应的选择性可达1 0 0 。酶促反应是节省资源、而又无公害的理想反应。因 此，1 ：发具有与天然酶功能相似甚至更优越的人工模拟酶已成为当代化学与仿生科 技领域的重要研究方向之一。 模拟酶及仿生化学研究的目的在于制造具有天然酶催化功能的催化剂及深入 认识催化作用。天然酶是由成百上千的氨基酸组成具有一定尺寸的蛋白质，它们通 过键合1 之个小分子到活性部位来催化生化反应。模拟酶或人工酶( a r t i f i c i a l e n z y m e ) 的研究就是从天然酶中挑选出那些起主导作用的因素，来设计并合成 些能表现出生物功能的比天然酶简单得多的非蛋白质分予，以它们为模型来模拟酶 对底物的选择性结合及催化过程，进一步找出控制生化过程的重要因素，追寻酶的 高效率及高选择性的根源，开发模拟酶这类新的非生物催化剂，以实现具有酶功能 的有机合成。对酶的结构与功能模拟研究【2 j ，是理解生命现织的基础，是对于高效 率、有选择而又完全在控制下进行的反应一生命现象的探索，是一个充满引人魅力 的研究领域。 金属配合物由于兼具有机化合物和无机化合物的优点，因此具有明显的应用 前景、开发前景和获得重大经济效益的潜力。模拟酶的模型配体和配合物以及合 成方法很多，我们就模拟甲烷单加氧酶( m m o ) 曾进行过较为深入的研究与探 讨3 ，8 1 , 8 2 】。这里考虑到金属配体及其配合物在模拟酶仿生催化性能应用方面的突 出贡献，现就此方面的研究进展作以综述。 】 希夫碱型金属配合物的合成及其模拟酶的研究 希夫( s c h i i f ) 碱是指含有亚甲胺基( a z o m t h i n eg r o u p ) 一r c = n 一的一类化合 物，亦称亚胺，通常是由伯胺与活泼羰基化合物( 醛或酮) 所形成，目前把含酰 胺基团的化合物也归为s c h i f f 碱【4 l 。在美国化学文摘中将其归于s c h i f fb a s e 和 i m i n e s 类。 人们对s c h i f f 碱及其配合物的合成、结构、性质的研究工作长盛不衰，有其 内在因素：从结构上分析，最核心的应是亚甲胺基。其f 三角形杂化轨道上的n 原子具有孤对电子，连同杂化轨道角度的易变性等，使之与其形成的分子具有各 种生命现象所需的物理化学性质。 另外，s e n 跚或亦是一类非常重要的配体，其合成相对容易，能灵活地选择各 种胺类及带有羰基的不同醛或酮反应物进行反应。一r c = n 一基团左右又可引入各类 取代功能基团使其衍生化。变化给予体原子本性及其位置，便可开拓出许多从链 状到环合，从单齿到多齿，性能迥异、结构多变的s c h i 删巍配体，它们可以与周期 表中大部分金属离子形成稳定性不一的配合物。特别是其金属配合物具有抗癌、 抗蔺、抑制超氧阴离子自由基等生物活性，在催化、药物分析、有机合成及分子 磁性功能材料等方面均有诱人的应用前景。因此，迄今为止国内外学者仍在不断 开展此领域的工作，推陈出新，方兴未艾。 1 1 希夫碱型金属配合物的分类 s c h i f f 碱虽是以含n 为特点的配体，但实际上它还常含有高电负性的o 及s 等原子，包可设计引入具有功能性的给予体原子，故它的配位齿数将是多变的。因 此文献 5 】牛t 常以齿数米分类：最低的是单齿，多齿的可高达6 或7 齿。也有从结构 不同来划分：有单、双s c h i f f 碱，大环s c h i f f 碱与对称和不对称双s c h i f f 碱。 本文为着重说明s c h i f f 碱型金属配合物是优良的模拟酶模型配合物，将其划分 成醛类、酮类和氨基酸类s c h i f f 碱及其配合物，以下就此分别加以闸述。 1 2 醛类及衍生物希夫碱及其金属配合物 醛类活性较大，合成s c h i f 僦常用到的醛类有水杨醛、香草醛、邻香兰素、吡 啶醛、噻吩醛以及它们的衍生物。其中，水杨醛形成的s c h i f f 诚易于制备且具有丰 富多样的配位方式，良好的生理活性作用，多年来一直是研究的热点 6 - s 】。水杨醛 作为合成的前体得到了多种多样的s c h i f 嘲配体，主要的配体如下( 可与过渡金属 或非过渡金属形成配合物【9 ，j ) ： r g h o h n ( 毗2 、r 。足r h 溅且r h r y o h 以i 、c 洲 e fg 图1 1 水杨醛希夫碱配体 羚h h 洲q 一 1 2 1 双水杨醛s c b i f f 碱( s a l e n ) 型金属配合物 由水杨醛和乙二胺缩合形成的n ，n 一2 2 ( 水杨叉) 乙二胺是一种典型的s c h i f f 碱，简称作s a l e n 。 s a l e n 是一种广泛应用的螯合配体；不仅它的两个氮原子具有配位能力，它的 两个o h 基团也可以参与配位，因此易于反应，在应用上颇具特色。s a l e n 作为配 体可有多种形式：可作二齿或四齿配体( 包括桥式二齿，中性或负二价的二齿) ， 既可采取平面型，也可以非平面型配位。这取决于合成与反应条件、取代基等空 间结构以及金属离予的影响。 1 2 1 ，1s a l e n 型金属配合物的研究 早在1 8 8 9 年，c o m b e r 在研究二胺和二酮的相互作用时制备了第一个s a l e n 型 配体及其c u 的配合物。1 9 3 8 年，日本化学家t s u m a k i 报道了第一个人工合成氧载 体c o f1 i ) ( s a l e n ) 。自此，s a l e n 的衍生物及其金属配合物被大量的合成，且它们在 催化方面的应用价值引起人们的关注。由于s a l e n 配体是从卟啉配体衍生而来的， 具有台成方便，收率高，催化反应立体选择性，在多种不对称反应中有很好的应 用前景等优点。 d u t t 等曾合成了镧系双水杨醛缩乙二胺 l n 2 ( s a l e n ) 3 】，双水杨醛缩邻一苯基丙 二胺【l n 2 ( s a l p h e n ) 3 】，双水杨醛缩丙二胺( h 2 l ) 等配合物。这些配合物显示很强的 分子内氢键，并与酚氧配位。它们可与c u 离予形成异核配合物：( c u l ) 2 l n ( n 0 3 ) 3 ； ( c u l ) l n ( n 0 3 ) 3 2 h 2 0 等。此外，f o r s b e r g 【l l 】综述了19 8 0 年以前有关这方面工作。 近年来，国内的廖代正、阎世平等【1 2 】研究了含氧桥的双核铜( i i ) 配合物 c u 2 ( s a l e n ) 2 的合成、结构和光谱性质。配合物的晶体结构表明，c u ( i i ) 处于五配位 四方锥的环境中，每个铜原子与一个s a l e n 的两个n 、两个o 和相邻的另一个s a l e n 的一个0 配位。相邻的两个铜原子由两个s a l e n 上的两个o 原子桥联而构成双聚 物。这种由两个u o 桥联的双核c u ( i i ) 配合物的结构未见文献报道。 近期专著【i j 】中还综述了一些s c h i f f 碱及其稀土配合物，如：【n d ( i t 2 s a l e n ) ( d m s o ) ( n 0 3 ) 3 ， e u ( h s a l e n ) ( s a l e n ) ( h 2 0 ) 4 ， n d c u ( s a l e n ) 4 ( c 1 0 4 ) 2 ( h 2 0 b ( c 1 0 0 ( c h c l 3 ) 4 ，并将其与过渡金属s c h i f f 碱配合物作了比较。 此外，根据相关报道【1 4 1 ，有人在催化剂配体里引入亲水性基团一s 0 3 n a ，合成 的结构简单的双水杨醛( s a l e n ) 镍( i r ) 配合物。在不加相转移催化剂和有机溶剂的 情况下，将这种水溶性催化剂应用于苯乙烯直接催化环氧化反应中，取得了较好 的结果。 1 2 1 2s a l e n 型希夫碱类尹眭催化剂的应用 s a l e n 型希夫碱类过渡金属手性催化剂在催化不对称合成中应用十分广泛，是 一类有重要应用价值的有机不对称合成催化剂。 不对称合成涉及的是，在手性化合物的手性基团的影响下，在底物中形成耨 的手性单元，按照手性基团的影响方式和合成方法的发展，可划分为四大类：( 1 ) 底物控制法，( 2 ) 辅基控制法，( 3 ) 试剂控制法，( 4 ) 催化剂控制法。与前三种方法 相比，催化剂控制法( 即不对称催化) 成本低，消耗少，易于控制，适于工业规 模生产，是目前不对称合成研究的热点。 在众多的手性催化剂中，s a l e n 配合物的手性中心离金属中心都很近，使其可 作为手性催化剂来催化不对称环氧化反应，并且s a l e n 型催化剂又以其合成简便， 应用范围广，底本高效，而受到人们的青睐。 最近十几年中，人们已经设计出了多种作为手性催化剂的s a l e n 过渡金属配合 物。许多种金属离子都可以与s a l e n 配体形成配合物，但只有几种( c r ，m n l 】， n il 1 8 】和r u ) 可作为环氧化反应的催化剂。其中，阳离子s a l e nm n ( 1 1 1 ) 目e 台物被证 明是最有效的催化剂【l9 】。s a l e nm n ( i i i ) 催化体系可使用h 2 0 2 、0 2 、过氧乙酸、高 碘酸盐、次氯酸赫、亚碘酰苯、问氯过氧苯甲酸等多类氧化剂，其中0 2 、0 2 被 认为是最“洁净”的氧化剂。在反应中其所用试剂简单、便宜，反应条件温和， 不需要相转移催化剂，溶剂不用纯化，反应可在空气中进行，且选择性高，有较 高的实用价值。s a l e nm n ( i i i ) 配合物催化的不对称环氧化反应是一个发展迅速，成 果显著，十分活跃的前沿领域，目前仍处于发展阶段，有望成为一个适用于各种 烯烃底物，高立体选择性和经济实用性相结合的不对称催化环氧化体系。 综上所述，手性s a l e n 金属配合物是一类极有应用潜力的手性催化剂，在催 化不对称合成中得到广泛的应用。目前，为了一改以往均相催化剂不易于回收、 循环使用，无法满足工业大规模生产需要的缺点，人们将研究的重点放在此类催 化剂的非均相催化和循环催化上( 将其加载于载体上，如有机高聚载体，以及硅 氧烷和沸石等无机材料为载体的无机物载体，此类载体催化剂己成为催化研究的 新热点) ，使其在实际工业生产中得到较好的应用。 l22 其它水杨醛亚胺的s c h i f f 碱金属配合物 1 2 2 1 潜在的三齿s c h i f f 碱双核配合物的研究 1 9 6 6 年以前，双核s c h i f f 碱型配合物研究较少，这方面的研究直到7 0 年代才 活跃起来。许多双核金属配合物是以含o n o 或o n s 配位原予的三齿s c h i f f 碱为 配体，它们分别是由水杨醛化合物或乙酰丙酮与邻氨基酚、氨基醇、a 一氨基酸、邻 氨基硫醇等伯胺类双官能团化合物缩合而成的【2 0 】。 一旦这些配体与c u ( i i ) 进行反应，它们的三齿特征性可使多聚物生成，从而 得到具有多种不同磁特性的多核配合物。早在1 9 4 6 年，c a l v i n 等即开始研究5 - 取 代水杨醛与取代或未取代的邻氨基酚缩合而成的s c h i f f 碱与c u ( i i ) 的相互作用。 1 9 6 6 年，z e l e n t s e r 迸一步研究了这类配体与c u ( 1 i ) 的二聚物，有三种异构体l 、2 、 3 ，异构体1 中，两个桥氧原子来自水杨醛；2 中，两个来都自氨基酚；3 中，一 个来自氨基酚，另一个来自水杨醛。虽已鉴定这三种异构体的存在，但无法分离 它们。1 9 6 7 年，k a t o 等人制备了一系列水杨醛和氨基醇所形成的、以s c h i f f 碱为 配体的c u ( 1 i ) 配合物，并研究了配合物的各种异构体及优势构象。 r r 图12 潜在的三齿希夫碱双核配合物的三种异构体 水杨醛与a 一氨基酸形成s c h i f f 碱的研究于1 9 2 4 年就开始了，它的二价阴离子 可作为三齿配体o n o 。1 9 6 2 年。合成出了这类s c h 潞碱的双核c u ( i i ) 配合物。1 9 7 0 年，b e r t r a n d 等人合成了f j 二酮缩氨基醇s e h i f f 碱与c u ( i i ) 形成的双核配合物。1 9 7 3 年，a l i 等合成了一系列二硫配体及其与c u ( t i ) 形成的单核、双核、三核配合物， 并测定了它们的晶体结构。 1 9 9 4 年，s a n t o k h 等报道了一系列的四齿( n 4 ) 二吖嗪配体的2 i ，i 叠氮桥铜 ( i i ) 配合物的合成、晶体结构、光谱性质及磁化学研究。最近，k u l k a r n i 等报道水 杨醛和2 一羟基萘胺缩合而成的三齿s c h i f f 碱可作为桥配体。 1 2 2 2 含酰胺基团的s c h i 琊或及其相关配合物的合成 含酰胺基团的s c h i f f 碱主要有酰腙类和酰肼类。单酰肼类及肼类化合物对结 核病具有显著的疗效i 2 】”】，但一n h 2 基团对有机体有定的毒性，为减少其毒性， 近年来人们较多地关注到自由基与羰基缩合的腙或酰肼类化合物。 目前，酰腙类一般是通过酰胼与醛类、酮类缩合制得的，包括单酰腙及多 酰腙，但以单酰腙居多。文献中出现较多的酰肼、醛类、酮类分别为苯甲酰肼、 水杨醛、b 一二酮。由水杨醛合成得到了一系列的水杨酰腙( 如图1 3 所示) ： 从o v 呲) n 吼月v 呲用 h i j r ：h p - n 0 2 ，p - c l ，p - f ，p - o c h 3 o - o h 0 i i t1 3 水杨酰腙希夫碱配体 i 2 2 3 不对称水杨醛亚胺的s c h i 御盛金属配合物 天然酶的活性中心常在结构上呈不对称性。空间立体效应对催化活性有重要 影响，不对称配合物作催化剂时，其生成量与选择性均高于对称性的相应配合物【7 l 因而近年来人们对不对称s c h i f 嘞及其配合物研究很感兴趣( 其配体如图1 4 ) 。 xx x x r x r 。 r x ：囊b ： e 堍m 甘2 怠b ： x xx r r ” 图1 4 不对称水杨醛亚胺的希夫碱金属配体 1 3 酮类希夫碱及其配合物 酮类s c h i f f 喊及其配合物的研究相对较少，一般空间位阻较小、配位原子较多 的1 3 - 二酮亚胺s c h i f f 碱有利于形成配合物。合成时应注意选择溶剂及反应的p h 条 件，因为1 3 - 二酮随着p h 不同存在烯醇一酮式与二酮式的不同比例平衡。二酮式有利 于生成双s c h i f 蹴，烯醇一酮式有利于单s e h i 翻减形成。 二酮及其相应的缩合物是一类重要的配体，它们的酮烯互变现象已引