介绍
氯化钆(III),六水合物（Gadolinium (III) Chloride Hexahydrate, GdCl₃・6H₂O）是一种廉价易得的稀土金属盐，在 α- 氨基腈的一锅法合成中展现出优异的催化性能。α- 氨基腈常用于有机合成领域中，广泛应用于氨基酸、噻二唑、咪唑等含氮杂环化合物的制备，其经典合成方法依赖于 Strecker 反应，但传统工艺存在反应条件苛刻、后处理繁琐、有毒废物排放量大等诸多局限。
图一 氯化钆(III),六水合物
催化α- 氨基腈合成
氯化钆(III),六水合物催化α- 氨基腈合成反应以乙腈为溶剂，通过醛、胺与三甲基硅氰（TMSCN）的三组分一锅缩合实现，反应在室温下即可顺利进行。仅需将等摩尔比的醛与胺、1.2 倍当量的三甲基硅氰溶于乙腈，加入 10 mmol% 的氯化钆(III),六水合物作为催化剂，搅拌反应 1-3 小时即可完成转化，脂肪族胺底物反应时间稍长，产物经硅胶柱层析纯化后，收率可达 70%-96%。值得注意的是，该催化体系对底物具有广泛的适用性，无论是芳香族、脂肪族、共轭体系还是杂环类醛，亦或是芳香族伯胺、脂肪族伯胺及吗啉等环状仲胺，均能高效参与反应，展现出良好的底物兼容性。
催化优势
与传统催化体系相比，氯化钆(III),六水合物的催化优势尤为突出。首先，反应条件温和，室温下即可启动，无需高温、高压等苛刻条件，降低了能源消耗与设备要求；其次，催化剂廉价且商业可得，避免了贵金属或复杂配体的使用，显著降低了合成成本；再者，反应选择性极高，仅生成目标 α- 氨基腈产物，未检测到氰醇三甲基硅醚等副产物；同时，反应后处理简便，仅需溶剂蒸发、乙酸乙酯萃取及简单柱层析即可获得高纯度产物。此外，氯化钆(III),六水合物在反应过程中稳定性良好，不会被反应体系中的胺或水分灭活。
催化机理
该催化反应的机理与氯化钆(III),六水合物的 Lewis 酸特性密切相关。催化剂在水溶液中解离形成水合钆离子 [Gd (H₂O)₆]³⁺，随后通过水解释放质子（H⁺），质子化的醛与胺快速缩合形成亚胺中间体；三甲基硅氰作为安全高效的氰离子源，在 Lewis 酸位点的活化下，向亚胺中间体的亲电中心发起进攻，最终生成α-氨基腈产物。当催化剂用量降低至 5 mmol% 时，虽反应时间延长，但仍能保持一定的催化活性。氯化钆(III),六水合物催化的三组分一锅法合成 α- 氨基腈技术，以其温和的反应条件、广泛的底物适用性、高收率与高选择性及环境友好等显著优势，克服了传统 Strecker 反应的诸多缺陷[1]。
图二 氯化钆(III),六水合物的催化机制
参考文献
[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.