介紹

氯化釓(III),六水合物（Gadolinium (III) Chloride Hexahydrate, GdCl??6H?O）是一種廉價易得的稀土金屬鹽，在 α- 氨基腈的一鍋法合成中展現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。α- 氨基腈常用于有機合成領(lǐng)域中，廣泛應(yīng)用于氨基酸、噻二唑、咪唑等含氮雜環(huán)化合物的制備，其經(jīng)典合成方法依賴于 Strecker 反應(yīng)，但傳統(tǒng)工藝存在反應(yīng)條件苛刻、后處理繁瑣、有毒廢物排放量大等諸多局限。

圖一 氯化釓(III),六水合物

催化α- 氨基腈合成

氯化釓(III),六水合物催化α- 氨基腈合成反應(yīng)以乙腈為溶劑，通過醛、胺與三甲基硅氰（TMSCN）的三組分一鍋縮合實現(xiàn)，反應(yīng)在室溫下即可順利進行。僅需將等摩爾比的醛與胺、1.2 倍當(dāng)量的三甲基硅氰溶于乙腈，加入 10 mmol% 的氯化釓(III),六水合物作為催化劑，攪拌反應(yīng) 1-3 小時即可完成轉(zhuǎn)化，脂肪族胺底物反應(yīng)時間稍長，產(chǎn)物經(jīng)硅膠柱層析純化后，收率可達 70%-96%。值得注意的是，該催化體系對底物具有廣泛的適用性，無論是芳香族、脂肪族、共軛體系還是雜環(huán)類醛，亦或是芳香族伯胺、脂肪族伯胺及嗎啉等環(huán)狀仲胺，均能高效參與反應(yīng)，展現(xiàn)出良好的底物兼容性。

催化優(yōu)勢

與傳統(tǒng)催化體系相比，氯化釓(III),六水合物的催化優(yōu)勢尤為突出。首先，反應(yīng)條件溫和，室溫下即可啟動，無需高溫、高壓等苛刻條件，降低了能源消耗與設(shè)備要求；其次，催化劑廉價且商業(yè)可得，避免了貴金屬或復(fù)雜配體的使用，顯著降低了合成成本；再者，反應(yīng)選擇性極高，僅生成目標(biāo) α- 氨基腈產(chǎn)物，未檢測到氰醇三甲基硅醚等副產(chǎn)物；同時，反應(yīng)后處理簡便，僅需溶劑蒸發(fā)、乙酸乙酯萃取及簡單柱層析即可獲得高純度產(chǎn)物。此外，氯化釓(III),六水合物在反應(yīng)過程中穩(wěn)定性良好，不會被反應(yīng)體系中的胺或水分滅活。

催化機理

該催化反應(yīng)的機理與氯化釓(III),六水合物的 Lewis 酸特性密切相關(guān)。催化劑在水溶液中解離形成水合釓離子 [Gd (H?O)?]3?，隨后通過水解釋放質(zhì)子（H?），質(zhì)子化的醛與胺快速縮合形成亞胺中間體；三甲基硅氰作為安全高效的氰離子源，在 Lewis 酸位點的活化下，向亞胺中間體的親電中心發(fā)起進攻，最終生成α-氨基腈產(chǎn)物。當(dāng)催化劑用量降低至 5 mmol% 時，雖反應(yīng)時間延長，但仍能保持一定的催化活性。氯化釓(III),六水合物催化的三組分一鍋法合成 α- 氨基腈技術(shù)，以其溫和的反應(yīng)條件、廣泛的底物適用性、高收率與高選擇性及環(huán)境友好等顯著優(yōu)勢，克服了傳統(tǒng) Strecker 反應(yīng)的諸多缺陷[1]。

圖二 氯化釓(III),六水合物的催化機制

參考文獻

[1]Narasimhulu M ,Reddy S T ,Mahesh C K , et al.Lanthanum(III) nitrate hexahydrate or gadolinium(III) chloride hexahydrate catalyzed one-pot synthesis of α-amino nitriles[J].Journal of Molecular Catalysis. A, Chemical,2006,264(1):288-292.DOI:10.1016/j.molcata.2006.09.036.