双核铜酶模型的合成及对安息香的催化氧化

弘 固谚梭 参 奄 琳 无也 YOL Jl HU ＼Ij 1993．13，482～485 研 究通讯 双核钢酶模型的合成及对安息香的催化氧化 ． ‘ j如剐 赵 华明 l ．ill 学化学系，tgt Jl_ 成都．610064) ， _ — — 一 — — _ — ～ 一 S)nthesis of Binuclear Copper Enzyme M odels and Their Catalytic Behaviour in Oxidation of Benzoin 1一一 广 YAN Jia—M ing．XIE Ru-Gang‘， ZHAO Hua—M ing (DeBa rtnletlt。，(’hetl riMU．Sit J“Ⅱ 1。ersiO．610(~4Chengdu，Si(’huan) ’ Abstract：．Four new binuclear copper-enzyme models(6- 9)are efficiently synthesized and structurally confirmed．o-chloro phenol is treated with paraformaldehyde and imidazole to give the bis—imidazolylmethyl derivative 2．Treatment of 2 、 th ． e~dibromoalkanes gives the corresponding coupling derivatives 3～ 5 Three models 6- 8 are obtained from the reac— tion of【Cu(CHsCN)4]CL04 with 3---5．Another model(9)was Likewise synthesized under other- wise identical condition exc~：pt employingp-chloro phenol in place of the o-Counterpart． 0xidation reactions of benzoin to benziI catalyzed by 6～ 9 with oxygen have also be en inves tigated．The cata1)~ic ability in the following order：7>4 Cu(CH]CN)4]cIO4>[Cu(CH~(CN)4] CIO4>2 Cu(CH N)4IC104 is observed．In the presence of 7，the oxidation reaction follows M ichaelis-M enten Saturation behaviour and the kinetic pammeters are obtained． Key words：binuclear coppe r enzyme medei．synthesis，catalysis，oxidation,be nzoin 积核铜酶属氧化还原酶，其活性中心有两个铜原子，每个铜与三个组氨酸中的咪唑基配位， c 一 雨 万 = ：i ，氧分子以顺 一l，2过氧基形式络台【l_。近年，双核铜酶的化学模 拟进展十分迅速，在氧的键台、活化，基质的氧化，芳烃的羟化以及烯烃的环氧化等方面已见成 效 一1。鉴于已报道的双核铜模型 中含咪唑配基的甚少，仅通过席夫碱引入两个咪唑基，仅采取 昧唑基，亚胺氮原子与铜配位 】，为寻求更有效的仿酶模型，我们设计台成了含四个咪唑配基、 两个咪唑基与铜配位的新型双核铜酶模型，并实现了在氧气存在下模型对安息香的催化氧化作 用 邻一氧苯酚为原料，经直接眯唑甲基化 J，醚化偶联，继与[Cu(CH3CN)4]C1o4反应台威目 标酶模型 6～8 类似地，由对一氯苯酚台成酶模型 9。台成路线如下： 以模型 7为例，研究了在氧气下它们催化氧化安息香为二苯乙二酮的反应，高产率地台成 目 标产物，并求得催化氧化反应动力学参数 2．4一双 (咪唑甲基)—6一氯苯酚 (2)参照文献【9]制备。 c~t)2 rr l【 27 l_收辐 t993年3月14日悔回 、 甫 曩专] 基 金和国家 自然科学基金资助项且 维普资讯 http://www.cqvip.com 1j 一 一戈奠埘宦息香的催化氧化 483 Cl 0H HCH0． H n 0．，——／ ’ 。 、、＼ 叭 叭 Br+ cH| 8r OH 0 0 0 “ l一8 l，3'-双12 ，4 双 (咪唑甲基)_6 _氯苯氧基I丙烷 (4)的合成 1．0g(3．5mmo1)2、 1．7retool l， 3一二 溴丙烷 、 1．5g无水 K2CO3、 10tnL DMF于 80℃搅 拌反应 40h 冷却，过滤，甲醇洗涤，合并滤液和洗液，蒸干，余物经硅胶柱层析分离，乙酸乙 酯一甲醇 (2：l，v／v)为洗脱剂 得纯品 4，收率 61．O％ 1"11．P．164～165℃。C31H1nCl，N o ， 计算 值：C，60．29； H，4．9O： N l8．1 5， 实测 值：C， 6O．54；H，4．83； N， 18．41 v⋯ ： 1609． 1578(苯 环 )， 739， 662(眯 唑 环 )cm- 。 d H (DMSO—d6)， 2．41(2H，m，CH 一 C ，一CH，)，4．20(4H，t．O—CH广CH )，5．31(8H，d，ArC 一Im ，7 64～6．92(16H， m。Ar H)ppm。m／：(％ )：616(M ．4)。 类似合成 l，2一双【2 ，4 双(眯唑 )一6 氯苯氧基j乙烷(3)，收率 40 3％，m．P 149～ l5 l℃和 1，4一双[2 ，40双(咪唑甲基)一6 。氯苯氧基】丁烷(5)，收率 5O．4％，m．P．184～1^5C。 l，3 l2’，4 双 (睐唑甲基)一6'-氯苯氧基l丙烷台=铜 (I)(模型 7)的合成 在氲气保护和搅拌 F将 0．8retool 4加热溶于 5m．L无水甲醇，滴加 1 6nxmo]的[Cu(CH CN),ICIO4 的 甲醇溶液， 回流约 2h。 置于冰 箱中过夜，抽 滤，无水 甲醇洗 涤，真空 干燥 得 7， 收率 86 2％。C31H 0cl4N8o【 p 计算值：C，39．63；H，3．22；N，l1．93；Cu， 13．52，实测值： C 39 20： H 3 q： N 、 l】48 Cl1． 1 94 类 似 方法台成 6 收半 75 ％ q顿 8． 收 嚣82．0“ 一 ． ～ j ． u＼ ． n X 毗 十厂 脚 __‘ ～ ～ ^ 一，) u＼0啦 维普资讯 http://www.cqvip.com 484 有 机 化 学 993拄 由对一氯苯酚合成模型 9，收率 84．2％。 安息香的催化氧化 2l2mg(1．0mmo1)安息香 ．0．01mmol 7、lnil饱和 NaHCO1的 甲醇溶液和 20mL无水甲 醇于室温通氧气搅拌反应 lh。加 2mol·L 的盐酸使反应液呈弱酸性，蒸除甲醇，3×30mL乙 醚萃取， 无水 MgSO 干燥，蒸除 乙醚，余物经硅胶 柱层析，石油醚(60～90E：)：丙酮(4：l， v，v)为洗脱荆，得 l7lmg二苯乙二酮纯品，收率 81．4％，m．P．94．5～95℃。 以 2×0 0lmmol[Cu(CH1CN)4]C104代 替 0．Olmmol 7进行反应，得 二苯 乙二酮， 收率 ’ 22，5‰。 安息香氧化反应的动力学 、 在特制的恒温导气反应瓶 中加入 lOmLO．05tool·L 的安息香甲醇溶液 lmL 0．0lmol·L 模型 7甲醇溶液和 0 5mL饱和 NaHCO 的甲醇溶液，在 35±0．1℃下通氧气搅拌反应，在 5、 、 l0、：0、30、40min分别取出 5#L反应液点板， 以石 油醚 (60～90℃) ：丙酮 (5：l，v／v) 展甚，用岛津 CS-910型双波长薄层扫描仪以 360nm 为参 比，在 255nm 下测定样品的光密度， 、 H杯准工作曲线，得出产物的含量，并求得 级反应速率常数。考查了碱 铜盐及摧化剂组分对 匣应速率的影响，结果见表 1。 ． ． 表 1 双模酮酶模型 7催化氧化安息香 Tab．1 Binuclear copper enzyme model 7---catalyzed oxidation of benzoin 、 N0 Reaction conditioI1a klr× 10 ·s’1 1 no cat．no basc 0．64 ' no cat ． 5 36 __ 3 cat：[Cu(CH1CN)JCtO 26 2 4 Cat：fCufCHjCNL1ClO4’no base 6．50 Cat：2+[Cu(CH CNhlClOd 10．5 6 Cat：2+[Cu(CH CN)dlCIO no base I 3 0 1 Cat：4+【Cu(CH CN)4lCIO4 87 3 8 Cat：4 c uIcH CN)4]CIO no base 200 9 cat：7 175 l(} caI：7 no base 28 5 a standal d condition：0 5retool benzoin．calalyst 0 5mL CH，OH smution ofsaturated NaHCO and 12．0mL CH OH．sl Jrl ed wilhO、at 35z 0 FC．Catalyst：001retool,7：0 02retool,2．4 orfcufcH CNh]CIO 上述结果表明，催化剂和外加碱对该氧化反应影响甚大。没有催化剂和碱时，反应难于发 生，对比考查 NaOH、Na，CO 和 NaHCo 对反应的影响，发觋饱和 NaHCO 甲醇溶液能明显 加速反应。以7为催化剂，外加碱使反应加速约7倍 (No．1、2)，以4或[Cu(CH 3CN),]CIO4为 催化制， 外加碱每反应加透 4倍多 fNo 7、8；3、4)。 母盘 ：同性化7Jl埘反碰的影响， 发现它 们的活 性次序如下：7>4T[Cu(CH ON)4]c1o4> (uIf H 、【Ni 】C1O4>! Cu(CH CN)4]c1o4(No．9、7、3、5)。显然，活性最 好的是 目标模型、 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 5期 双梭铜酶模型的台成硬对安息香的催化氧化 4R5 它们具有职核铜 (I)活性中心，能更有效地活化氧分子并促使其反应。4与[c Ll{CH CN)；lCIO 的混合体系在反应过程中也能部分地形成双核锕 (I)活性中心．故 也显示较高 肚 2~j[Cu (CH CN) ]clo4的混台体系活性最差，可能是由于下述两个原因： 苞们仅能形啦单 钢 (1)， 能有效地活化氧分子；铜盐被配位后，不利于铜盐 自身对氧分子的活化作用 我们还考察该反应的动力学，发现其符合 Michaelis-Menten厅程，其中 ． =1 34~[0-4 mol·L ·S～，丘 1：8．40x 1O一 ～， =6．37×10 mo[·L～， ／ ：1 32tool ·L·S． 参 考 文 献 ⋯ SolomoK E I Cole．J L．Baldwin,M J， AppL Chem．．1990．62．1063 [2]2 鄢家明、谢如剐．赵华明，化学研究与应用，1992．4，3 [3]Karlin K D Gultnch Y， Chem．Edu 1985,62，983 『4】Karlin,K D，Gultneh，Y Prog．h~org．Chem，1987，35．219． [5]5 Tyeklar,z ，Ghosh，P．Karlin K D，Farooq，A Cohen．B．I．Cruse R W ，Gulmch Y、 M S Jacobson．R R，Zubicta，J，Metal Cluste~s io nore#is Acz． ’t~lpOSiltltt s iN 372，Ed by，Que，L_lr I988， p 85． (6l Latour．L—M．，Bull Soc．Chim．Fr．，1988，508 f7】Tyeklar z．Karlin,K D， m Chem Res 1989,2王24l 【8]Sorrell，T．N，Tetrahedron,I989．45，3 f9】ft．谢如刚、鄢家明．张祝君．韩明成，有机化学，1992，12，396． b．Xie Ru-gang．Yah Jia—ming,Zhang Zhu-jun,Yuan De—0i Zhao Hua～Ming ，f，c。 ．in press 维普资讯 http://www.cqvip.com