新型手性二茂铁腙类环钯化合物的合成及其晶体结构*

张圆圆，夏玲浩，曹源，赵刚

(四川大学化学工程学院，四川成都 610065)

新型手性二茂铁腙类环钯化合物的合成及其晶体结构*

张圆圆，夏玲浩，曹源，赵刚

(四川大学化学工程学院，四川成都 610065)

手性二茂铁腙类环钯化合物［(+)-(S)-2-(甲氧基甲基吡咯烷-1-基)-1-乙酰基二茂铁亚胺］在甲醇中与Pd(OAc)2和AcONa·3H2O经不对称环钯化反应合成了两个新型的双-醋酸桥环钯衍生物［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3］;syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3或syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3在甲醇中与NaNO2反应合成了两个新型的双亚硝酸桥平面手性环钯化合物［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4］，其结构经1H NMR，元素分析和X-单晶衍射表征。

乙酰基二茂铁;环钯化合物;二茂铁腙类;合成;晶体结构

二茂铁类化合物具有极为特殊的分子结构和化学性质在有机合成、化学制药、电化学和功能材料研究领域中均有广泛的应用［1］。近年来，二茂铁环钯化合物在医学上尤其在抗肿瘤的应用上［2］更是开辟了新的领域。二茂铁亚胺的环钯化反应通常以外消旋体的形式得到，平面手性环钯化合物的合成和应用并不多见［3］。本课题组［4］报道过平面手性二茂铁腙类-卤桥二聚体以及双-醋酸桥平面手性环钯二聚体的合成，并且阐述了它们的晶体结构。然而，到目前为止，含双-亚硝基桥的平面手性乙酰基二茂铁腙类化合物还未见报道。

本文以手性二茂铁腙类环钯化合物{(+)-(S)-2-(甲氧基甲基吡咯烷-1-基)-1-乙酰基二茂铁亚胺［(+)-(S)-2］}在甲醇中与Pd(OAc)2和AcONa·3H2O反应合成了两个新型的双-醋酸桥环钯衍生物［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3］;syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3或syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3在甲醇中与NaNO2反应合成了两个新型的双亚硝酸桥平面手性环钯化合物［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4，Scheme 1］，其结构经1H NMR，元素分析和X-单晶衍射表征。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Perkin-Elmer Model 341型旋光仪;Bruker DPX 300型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标); MSC/Rigaku RAXISⅡC型单晶衍射仪。

(+)-(S)-2按文献［5］方法制备;乙酰基二茂铁，ACROS公司;(S)-(-)-1-氨基-2-(甲氧基甲基)吡咯烷，TCL公司;醋酸钯，DAMAS公司;其余所用试剂均为化学纯或分析纯。

1.2 合成

(1)syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3的合成［4］

在反应瓶中依次加入甲醇30 mL，Pd(OAc)20.22 g(1.0 mmol)和AcONa·3H2O 0.14 g(1.0 mmol)，搅拌使其溶解;加入(+)-(S)-2 0.33 g (1.0 mmol)，于室温反应24 h(呈棕红色)。旋蒸脱溶后经硅胶柱层析［洗脱剂:A=V(三氯甲烷)∶V (甲醇)=95∶5］纯化得棕红色固体syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3 0.23 g，总产率41.5%(9/1)。

syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3:［α］20

D+702.2°(c 1.0，CHCl3，下同);1H NMR δ:2.04(s，6H，CH3CO2)，2.15(s，6H，CH3C=N)，3.31(m，10H，OCH2，OCH3)，4.16(d，J=2.4 Hz，2H，3-H)，4.20(d，J=2.4 Hz，2H，4-H)，4.23(s，2H，5-H)，4.26(s，10H，ArH);Anal.calcd for C40H52N4O6Fe2Pd2:C 47.59，H 5.19，N 5.55; found C 47.76，H 5.21，N 5.52。

syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3:［α］20

D+437.3°;1H NMRδ:4.13(s，10H，ArH)，4.30(s，2H，3-H)，4.40(t，J=8.1 Hz，2H，4-H)，4.71(s，2H，5-H);Anal.calcd for C40H52N4O6Fe2Pd2:C 47.59，H 5.19，N 5.55;found C 47.52，H 5.39，N 5.46。

(2)syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的合成

在反应瓶中依次加入甲醇20 mL和syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3 0.2 g(0.2 mmol)，搅拌使其溶解;缓慢滴加NaNO2(1.0 mmol)的甲醇(10 mL)溶液，滴毕，于室温反应至终点(TLC跟踪，反应液逐渐变成云雾状，反应终点时有深红色悬浊液生成)。旋干溶剂后经硅胶柱层析(洗脱剂: A=95∶5)纯化，用二氯甲烷和正己烷重结晶得棕红色晶体syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4 89 mg。

用类似方法合成棕红色晶体syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4 94 mg。

syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4:产率41.5%; ［α］20

D+2 048.3°;1H NMR δ:4.21(d，J=3.0 Hz，2H，3-H)，4.32(s，10H，ArH)，4.39(s，2H，4-H)，4.71(t，2H，5-H);Anal.calcd for C36H46N6O6Fe2Pd2:C 43.97，H 4.72，N 8.55;found C 43.85，H 4.78，N 8.59。

syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4:产率43.8%; ［α］20

D+950.1°;1H NMR δ:4.25(t，J=1.8 Hz，2H，3-H)，4.31(s，10H，ArH)，4.45(t，J=2.1 Hz，2H，4-H)，4.72(s，2H，5-H);Anal.calcd for C36H46N6O6Fe2Pd2:C 43.97，H 4.72，N 8.55;found C 43.81，H 4.87，N 8.62。

1.3 晶体结构测定

将单晶syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4或syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4(0.15 mm×0.20 mm×0.25 mm)置衍射仪上，采用单色化的MoKα射线(λ= 0.710 73 Å)，于294 K以ω-2θ方式扫描(3°≤2θ≤55°)共收集衍射点6 509个。晶体结构采用直接法解出，并且用傅立叶技术扩展，按各向异性进行修正。最后采用全矩阵最小二乘法，依据可观察的衍射数据和可变参数进行校正，所有数据经LP因子校正。所有的计算均使用程序SHELX-97［6］。

syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的晶体学数据见表1。

2 结果与讨论

2.1 表征

不对称手性环钯二聚物syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3是一对非对映异构体，在合成过程中具有很强的非对映立体选择性，容易分离纯化。1H NMR分析表明两者谱图完全不同，且反应前后吸收峰变化很大，这主要与它们的空间构型相关。它们在醋酸桥上的甲基单峰分别在2.04和2.07处，该单峰受结构影响不大。(+)-(S)-2未取代的环戊二烯基质子吸收峰在4.10处，已取代的环戊二烯基质子吸收峰在4.40(3，4-H)和4.67(2，5-H)处。然而，在syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3(4.17，4.20和4，22)和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3(4.30，4.40和4.71)，取代的环戊二烯基质子峰分别分裂为三个峰，且在syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3中，3，4，5-H吸收峰均向高场移动，而在syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3中，3，4-H移向高场，5-H移向低场。

表1 syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的晶体学参数Table 1Crystal data and refinement details of syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4 and syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4

平面手性二茂铁环钯衍生物syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4也是一对非对映异构体，在合成时分别以对应的异构体来合成对应的手性环钯化合物。1H NMR分析表明，两者的吸收峰差异较大，主要体现在二茂铁的环戊二烯基环上，如syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4中的取代的环戊二烯基质子吸收峰分别位于4.21(3-H)，4.39(4-H)和4.71(5-H)处;而syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4中相应的吸收峰位于4.25，4.45 和4.72处，但未取代的环戊二烯质子吸收峰向低场移动0.2为4.3，因此，syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4中3，4-H向高场位移，5-H向低场位移，而在syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4中，3-H向高场位移，4，5-H向低场位移。

2.2 晶体结构

syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的晶体结构分别见图1和图2，主要键长和键角分别见表2和表3。

由图1和图2可以看出，syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4(图1)和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4(图2)是一对非对映异构体，两者的空间结构存在差异，均通过一对亚硝酸基以(μ-1κO∶2κN)(μ-1κN∶2κO)配位模式被键合到两个钯原子中间，以至于所得金属环上的氧原子都与亚氨基氮原子顺式。非对映异构体分别由原子Pd(1)，C(1)，N(1)，O(3) 和N(6)或Pd(1)，C(1)，N(1)，O(5)和N(5)构成的最小空间平面的偏差为［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4:Pd(1)，0.012 Å;C(1)，-0.024 Å;N(1)，0.016 Å;O (3)，-0.020 Å;N(6)，0.016 Å; syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4:Pd(1)，-0.001 Å;C(1)，0.030 Å;N (1)，-0.025 Å;O(5)，0.024 Å; N(5)，-0.024 Å］。在两个化合物的结构中，两个环戊二烯基环分别是平面结构且彼此相互平行，如syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的倾斜角均为1.0°;同时两个环包含一个由环钯配合物和二茂铁中的C5H3部分融合而成的二环体系，且这个二环体系几乎共平面，二面角为4.0°［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4］和4.6°［syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4］。在syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4中，由Pd(1)-O(3)-N(5)-Pd(2)和Pd(1)-N(6)-O(5)-Pd(2)或Pd(1)-N(5) -O(3)-Pd(2)和Pd(1)-O(5)-N(6)-Pd(2)分别构成的六元环结构明显折叠，且两个平面之间的夹角分别为101.4°和100.7°。Pd-N键长正常;但所有Pd-C键长Pd(1)-C(1)和Pd(2)-C(19){1.963(2)Å，1.973(2)Å［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4］;1.947(3)Å，1.953(3)Å［syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4］}实质上均比预测值2.05 Å较短。表明由于金属与配体之间的配位键使得在Pd-C连接处出现一些多重键［7-10］。对于Pd-O键，syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4中，反式位置为二茂铁基碳原子的Pd(1)-O(3)和Pd (2)-O(5)［2.174(3)Å，2.157(3)Å］键长比反向位置为N原子的Pd(1)-N(6)和Pd(2)-N (5)［2.008(3)Å，2.012(4)Å］键长要长;同理，syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4中，反式位置为二茂铁基碳原子的Pd(1)-O(5)和Pd(2)-O(3) ［2.194(2)Å，2.153(2)Å］的键长要比反向位置有N原子的Pd(1)-N(5)和Pd(2)-N(6) ［2.026(3)Å，2.022(3)Å］键长也较长，而Pd-N键的键长正常，因此Pd-O键的键长在很大程度上受反式原子影响［7-10］。

表2 syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4的部分键长和键角Table 2Selected bond lengths and angles of syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4

表3 syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的部分键长和键角Table 3Selected bond lengths and angles of syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4

图1 syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4的晶体结构Figure 1Molecular structure of syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4

图2 syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的晶体结构Figure 2Molecular structure of syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4

3 结论

通过手性诱导成功合成了新型亚硝基桥平面手性二茂铁腙类环钯配合物syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4，具有较高的立体选择性(de＞90%)。该类手性化合物构型稳定，较易分离，同时二茂铁环钯衍生物应用很广泛，尤其表现在抗肿瘤活性方面，目前，syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4和syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4的抗肿瘤细胞活性研究正在进行中。

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Chiral Synthesis and Crystal Structure of
Novel Cyclopalladation Compounds of Ferrocenylhydrazones

ZHANG Yuan-yuan，XIA Ling-hao，CAO Yuan，ZHAO Gang

(School of Chemical Engineering，Sichuan University，Chengdu 610065，China)

Two novel di-μ-acetato-bridged cyclopalladated derivatives［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3 and syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3］were synthesized by asymmetric cyclopalladation of ferrocenylhydrazones［(+)-(S)-2-(methoxymethyl)pyrrolidin-1-yl)-1-acetylferrocenylimine］with Pd(OAc)2and AcONa·3H2O in MeOH.Two novel di-μ-nitrito-bridged planar chiral cyclopalladated compounds ［syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-4 and syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-4］were synthesized by reaction of syn-(+)-(Rp，S，S，Rp)-3 or syn-(+)-(Sp，S，S，Sp)-3 with NaNO2in MeOH.The structures were characterized by1H NMR，elemental analysis and single crystal X-ray diffraction.

acetylferrocene;cyclopalladated compound;ferrocenylhydrazone;synthesis;crystal structure

O627.8;O614.8

A

1005-1511(2014)03-0341-05

2014-01-08;

2014-01-23

四川省百人计划资助项目

张圆圆(1988-)，女，汉族，江西九江人，硕士研究生，主要从事制药中间体及药物合成的研究。

赵刚，教授，博士生导师，E-mail:gzhao@scu.edu.cn