2019, Vol. 36
手性识别是手性主体对外消旋客体的识别，对手性化合物的拆分及分离起着重要作用[1-3]。手性主体通过分子间的非共价键作用，可以与外消旋客体形成包结物，从而实现手性识别[4]。经过二十多年的发展，包结络合的方法已经发展成为一种重要的手性拆分方法[4-8]。Shitara等在晶体结构的基础上，发现溶剂诱导的手性转换作用，并将这种双重立体控制技术成功应用于连续拆分过程，无需改变拆分剂即可获得2种对映异构体[9]。Hu等报道了反应溶剂对包结物构型的影响，并通过X射线单晶衍射分析表明了H键对不同类型包结络合物的作用模式，在此基础上实现了对外消旋联二萘酚的手性拆分[10]。
三氟氯菊酸又称功夫酸，是光学活性农药氯氟酚菊酯、联苯菊酯、七氟菊酯等的酸组分，其结构中的2个手性碳原子以及三元环侧链上的双键构成了8个光学异构体[11]。了解不同光学异构体与受体间的关系，更加理性地寻找高度选择性的异构体，可以减少无效构型的分子进入环境，提高农药的杀虫效率，能更好地保护环境，并使高效光学活性农药的开发更加有的放矢。因此，选择合适的方法对三氟氯菊酸进行手性拆分是很有必要的。
1 实验部分 1.1 试剂与仪器 1.1.1 试剂试验中所使用的化学试剂全部购买自化学品试剂公司，并且未经处理直接使用。
1.1.2 仪器Bruker ALPHA FT-IR型红外光谱仪，用溴化钾压片制样法进行红外表征；Bruker Avance Ⅲ 400 MHz型核磁共振仪，以CDCl3为溶剂进行1H NMR表征；XtaLAB mini(600 W，SHINE，CCD，75 mm，0.1 electrons/pisel/sec)型X射线单晶衍射仪测其晶体数据。
搅拌器：IKA磁力搅拌器(RCT Synthese PACKAGE 1)。
1.2 R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸包结物的制备取50 mL圆底烧瓶，称取三氟氯菊酸(0.28 g，1.15 mmol)和R(+)-α-苯乙胺(0.14 g，1.15 mmol)，溶解于热的甲醇(5 g)中。室温下，磁力搅拌反应2 h。将反应液过滤除去不溶杂质，所得无色透明溶液转移至50 mL锥形瓶中。静置数天，室温下培养晶体。
取少量所得包结物，用蒸馏水少量多次冲洗干净包结物表面的溶剂，在45 ℃真空干燥箱中进行干燥，用溴化钾压片制样法测其红外光谱；并以CDCl3为溶剂进行1H NMR表征。
红外光谱(cm-1): 3 505.92(—O—H)，3 432.01、3 505.92(—NH2)，3 060.72(Ar—H)，1 772.43(C＝O)，1 617.36(—C6H5)，1 463.63(Ar—H弯曲振动)，1 264.65(—C—O)，1 143.88(C—N)，816.55(＝C—H)，751.77、668.81(Ar—H弯曲振动)。
1H NMR(400 MHz，CDCl3，δ): 7.58~7.85(m，5H；Ar—H)，6.84~6.95(m，1H；N—CH)，3.15~3.34(d，1H；＝CH)，7.03~7.21(m，6H；—CH3)，4.78~4.97(d，2H；CH2)，1.26~1.45(d，3H；CH3)。
2 结果与讨论 2.1 溶剂筛选本研究对R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸的反应溶剂做了简单筛选。将物质的量之比为1:1的三氟氯菊酸与R(+)-α-苯乙胺完全溶于热的溶剂中，室温下，磁力搅拌2 h，冷却至室温，培养晶体。表 1列出了在极性质子溶剂(甲醇、乙醇)、极性非质子溶剂(THF、乙酸乙酯)及非极性非质子溶剂(甲苯)等不同溶剂中的对比结果。
| 反应溶剂 | 甲醇 | 乙醇 | THF | 乙酸乙酯 | 甲苯 |
| 包结物 | √ | × | × | × | × |
从表 1中可以得出结论：在所选用的溶剂中，只有极性质子溶剂——甲醇作为反应溶剂时才会得到R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸的包结物。而当其他溶剂作为反应溶剂时并不能得到同样的结果。
2.2 红外光谱表征3 505.92 cm-1处吸收峰为羧酸羟基—O—H的伸缩振动吸收峰，1 772.43 cm-1处吸收峰为羧酸羰基C＝O的伸缩振动吸收峰，1 264.65 cm-1处吸收峰为羧酸碳氧单键—C—O的伸缩振动吸收峰，816.55 cm-1处吸收峰为三取代双键碳上氢＝C—H的面外弯曲振动吸收峰；而3 432.01和3 505.92 cm-1处吸收峰为伯胺—N—H的伸缩振动吸收峰，3 060.72 cm-1处吸收峰为苯环上Ar—H的伸缩振动吸收峰，1 617.36 cm-1处吸收峰(苯环骨架振动)和1 463.63 cm-1处吸收峰(Ar—H弯曲振动)说明苯环的存在，1 143.88 cm-1处吸收峰为脂肪族胺C—N的伸缩振动吸收峰，751.77和668.81 cm-1为单取代Ar—H弯曲振动吸收峰。由以上分析可知，此包结物的组成为R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸。
2.3 核磁共振表征化学位移在7.58~7.85处5H的多峰为R(+)-α-苯乙胺中苯环上的氢Ar—H，6.84~6.95处的1H的峰为三氟氯菊酸中双键碳上的氢即：C—H，与文献给出的结果相符合[12]。这个结果同样说明包结物由R(+)-α-苯乙胺和三氟氯菊酸共同组成，又从峰面积得知二者组成比为1:1。
2.4 X射线单晶衍射综上所述，所得晶体为R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸，其尺寸为200×180×120 m3，收集θ在3.05°~27.50°范围内的衍射点解其单晶结构。晶体晶胞图如图 1，晶体参数如表 2所示，晶体的部分键长和键角如表 3所示，非氢原子坐标及等效热参数如表 4所示。
|
| 图 1 R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸晶胞图 Fig.1 Crystal structure for heterocomplexation of R(+)-α-phenylethylamine toward lambda-cyhalothric acid |
| |
| Entry | heterocomplexation |
| Formula | C17H21ClF3NO2 |
| FW | 363.80 |
| T/K | 113(2) |
| Crystal system | Monoclinic |
| Space group | P2(1) |
| a/nm | 1.01858(16) |
| b/nm | 0.59514(8) |
| c/nm | 1.5480(2) |
| α/(°) | 90 |
| β/(°) | 100.707(3) |
| γ/(°) | 90 |
| V/nm3 | 0.9221(2) |
| Z | 2 |
| ρcalc/(g·m-3) | 1.310×10-3 |
| μ/m-1 | 244 |
| F(000) | 380 |
| Crystal size/m3 | 200×180×120 |
| θ range for data collection/(°) | 3.05~27.50 |
| Index ranges | -13≤h≤13，-7≤k≤6 |
| -20≤l≤19 | |
| Reflections collected | 9 357 |
| Independent reflections | 3 900 [Rint=0.0375] |
| Data/restraints/parameters | 3 900/7/229 |
| Goodness-of-fit (GOF) on F2 | 1.041 |
| Final R indexes [I≥2σ(I)] | R1=0.0304，wR2=0.0782 |
| Final R indexes [all data] | R1=0.0333，wR2=0.0798 |
| Largest difference in peak/hole/(eÅ-3) | 0.195/-0.170 |
| 注：1 Å=0.1 nm。 | |
| 项目 | 数值 | |
| 键长/nm | Cl(1)-C(8) | 0.172 85(18) |
| C(1)-C(2) | 0.149 58(19) | |
| C(2)-C(4) | 0.151 6(2) | |
| C(2)-C(3) | 0.154 94(18) | |
| C(3)-C(4) | 0.151 5(2) | |
| C(3)-C(7) | 0.146 31(19) | |
| C(7)-C(8) | 0.132 3(2) | |
| C(8)-C(9) | 0.149 6(2) | |
| 键角/(°) | C(4)-C(2)-C(3) | 5.922(9) |
| C(1)-C(2)-C(3) | 12.119(11) | |
| C(4)-C(3)-C(2) | 5.929(9) | |
| C(7)-C(3)-C(4) | 12.239(14) | |
| C(8)-C(7)-C(3) | 12.494(15) | |
| C(7)-C(8)-C(9) | 12.339(15) | |
| x | y | z | U(ed) | |
| Cl(1) | 6 082(1) | 10 587(1) | 5 623(1) | 48(1) |
| F(1) | 7 974(1) | 5 318(2) | 6 686(1) | 48(1) |
| F(2) | 8 676(1) | 8 685(3) | 6 626(1) | 59(1) |
| F(3) | 8 043(1) | 6 826(3) | 5 441(1) | 58(1) |
| O(1) | 5 125(1) | 5 501(2) | 8 293(1) | 31(1) |
| O(2) | 4 218(1) | 8 327(2) | 8 923(1) | 28(1) |
| N(1) | 4 110(1) | 7 042(2) | 10 606(1) | 22(1) |
| C(1) | 4 349(1) | 7 140(3) | 8 263(1) | 24(1) |
| C(2) | 3 525(1) | 7 862(3) | 7 405(1) | 23(1) |
| C(3) | 4 108(1) | 7 861(3) | 6 549(1) | 24(1) |
| C(4) | 2 971(1) | 6 302(3) | 6 651(1) | 25(1) |
| C(5) | 1 614(2) | 6 953(4) | 6 135(1) | 37(1) |
| C(6) | 3 176(2) | 3 797(3) | 6 723(1) | 32(1) |
| C(7) | 5 467(1) | 7 048(3) | 6 563(1) | 25(1) |
| C(8) | 6 369(1) | 8 079(3) | 6 190(1) | 27(1) |
| C(9) | 7 759(2) | 7 216(3) | 6 232(1) | 36(1) |
| C(10) | 2 679(1) | 5 522(3) | 11 581(1) | 31(1) |
| C(11) | 2 687(1) | 6 670(3) | 10 706(1) | 24(1) |
| C(12) | 1 949(1) | 5 384(3) | 9 920(1) | 23(1) |
| C(13) | 2 405(1) | 3 306(3) | 9 687(1) | 27(1) |
| C(14) | 1 759(2) | 2 202(3) | 8 943(1) | 34(1) |
| C(15) | 634(2) | 3 147(4) | 8 426(1) | 37(1) |
| C(16) | 156(2) | 5 185(3) | 8 664(1) | 37(1) |
| C(17) | 810(2) | 6 303(3) | 9 409(1) | 30(1) |
| 注：1 Å=0.1 nm。 | ||||
由表 2可知，该单晶位于单斜晶系，P2(1)点群，其分子式为C17H21ClF3NO2，单胞参数为a=10.11858(16) nm，b=0.59514(8) nm，c=1.5480(2) nm，α=90°，β=100.707(3)°，γ=90°。
由图 1可知，构型为Z-(1S, S)-顺式-2, 2-二甲基-3-(2-氯-3, 3, 3-三氟-1-丙烯基)环丙烷羧酸的三氟氯菊酸与R(+)-α-苯乙胺形成盐，三氟氯菊酸中的羧基以羧酸根负离子的形式存在于晶体中，而R(+)-α-苯乙胺则是以铵盐的形式存在。R(+)-α-苯乙胺与Z-(1S, S)-顺式-2, 2-二甲基-3-(2-氯-3, 3, 3-三氟-1-丙烯基)环丙烷羧酸配位比为1:1。
由表 3可知，三氟氯菊酸中2个手性碳C(2)-C(3)之间的键长为0.154 94 nm，其中1个手性碳与不饱和碳C(3)-C(7)之间的键长为0.146 31(19) nm，双键C(7)-C(8)键长为0.132 3(2) nm，与2个手性碳相关的键角为：∠C(4)-C(3)-C(2)=59.29°，∠C(4)-C(2)-C(3)=59.22°，而手性碳与双键之间的键角为：∠C(8)-C(7)-C(3)=124.94°。
3 结论通过合成R(+)-α-苯乙胺与三氟氯菊酸的晶体，实现了对三氟氯菊酸的手性拆分。对所得到的晶体进行FT-IR、1H NMR以及X射线单晶衍射分析表征，结果表明所得的三氟氯菊酸立体异构体为：Z-(1S, S)-顺式-2, 2-二甲基-3-(2-氯-3, 3, 3-三氟-1-丙烯基)环丙烷羧酸。研究中还发现，只有甲醇作反应溶剂，三氟氯菊酸才能与R(+)-α-苯乙胺形成包结物，从而达到拆分的目的。
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