一種負載手性咪唑鹽催化劑及其製備方法
2023-05-23 04:37:36
專利名稱：一種負載手性咪唑鹽催化劑及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種負載型催化劑及其製備方法，確切的說是一種負載手性咪唑鹽催
化劑及其製備方法。
二背景技術：
醛、酮和a ， |3 _不飽和硝基化合物不對稱加成產物是重要的有機合成中間體，並 且它們的衍生物都具有重要的生理活性，廣泛應用於醫藥、農藥、日用化工、材料等許多精 細化學品生產領域。其傳統的製備方法主要採用手性金屬配合物催化醛、酮和a ， |3-不飽 和硝基化合物不對稱加成反應。近年來，人們發現手性胺及其衍生物對這類反應有良好的 催化效果。但是手性金屬配合物及手性有機小分子的價格都比較昂貴，生產過程中大量手 性催化劑的使用必然會增加生產成本，並且會增大產品分離難度，金屬及其它助劑的排放 會汙染環境，破壞生態系統，危害人類健康。基於現有技術中存在的弊端，極有必要加以改 進。
三
發明內容
本發明旨在為醛酮與a ， 13 _不飽和硝基化合物不對稱加成反應提供手性咪唑鹽 催化劑，所要解決的技術問題是催化劑可回收循環使用。 本發明的思路是將基於脯氨酸衍生的手性咪唑(S)_2-四氫吡咯甲基咪唑(下稱 手性咪唑)負載到載體上製備出負載型催化劑以實現循環使用。具體的說就是將手性咪唑 催化劑負載到表面修飾有苄氯的功能化樹脂(下稱苄氯樹脂)上製備負載手性咪唑鹽催化 劑，本催化劑有以下化學式
式中X—選自氯離子(CI—)、四氟硼酸根離子(BF4—)或六氟磷酸根離子(PF6—)。
本催化劑的製備方法以手性咪唑和苄氯樹脂為原料，包括接枝、脫保護基(Boc) 和陰離子交換以及分離、洗滌和乾燥，所述的接枝就是手性咪唑和苄氯樹脂在無水甲苯溶 劑中於75 85t:下反應22 26小時，使手性咪唑通過苄基接枝到載體樹脂上，固液分離 後洗滌樹脂，所述的脫保護基(Boc)就是將洗滌後的樹脂在體積比為l : l或2 : l的三氟 乙酸和二氯甲烷的混合溶劑中室溫下攪拌2 4小時以脫去羧基保護基(-Boc)，固液分離 後洗滌樹脂，並乾燥便得到陰離子(X—)為氯離子的負載手性咪唑鹽催化劑，反應式如下
toluene.冊~C陰離子交換在體積比為9 : 1的乙腈與丙酮混合溶劑中進行，即在混合溶劑中加
入四氟硼酸鈉或鉀，再加入上述負載型催化劑充分攪拌後分離，即得到陰離子為四氟硼酸 根的負載型催化劑，交換六氟磷酸根亦然。 所述商品化的苄氯樹脂苄氯的負載量為1. 5mmol/g，元素分析測得手性咪唑的負 載量為1. 0 1. 3mmol/g。 所述的載體除已商品化的苄氯樹脂外，用功能化的苄氯矽膠也可以作為載體。
功能化的苄氯矽膠是這樣製備的 1.矽膠用濃硝酸(質量濃度為60 70 % )和濃硫酸(質量濃度為98 % )的混合 酸於130 15(TC下攪拌反應22 24小時，冷卻、分離，用去離子水洗滌矽膠至中性，乾燥 後備用。硝酸與硫酸的體積比為l : 6 10。 2.將處理過的矽膠與4-三氯矽基苄氯在氮氣保護下於無水甲苯中回流反應20 24小時，冷卻、分離，依次用甲苯和乙醚洗滌後乾燥，得到功能化的苄氯矽膠，苄氯負載量 該系列催化劑可在室溫、l(TC或Ot:及無外加溶劑的條件下催化醛、酮和a ， 13 -不飽和硝基化合物不對稱加成反應，多數情況下，反應的立體選擇性非常好，並且催化 劑重複使用8次而未見催化活性降低。其反應底物是芳香性a ， e-不飽和硝基化合物，脂 肪醛或脂肪酮。可用如下反應式表示 本發明中所使用的催化劑製備方法簡單，在空氣中穩定。與文獻中其他催化劑相 比，該催化劑催化效率高，底物廣譜性好，反應條件溫和，最大的優點是催化劑分離方便，並 且可多次循環使用而不降低催化活性，具有廣泛的工業應用前景。
具體實施例方式( — )負載手性咪唑鹽催化劑的製備
1.手性咪唑催化劑的製備 在三氟化硼乙醚配合物促進下，用硼氫化鈉將Boc-(S)-脯氨酸還原成 Boc-(S) _脯氨醇，再將其與對甲苯磺醯氯反應得到相應的磺酸酯，在強鹼作用下，咪唑取代
磺酸基，得到該手性咪唑，流程可用如下方程式表示
2.負載手性咪唑鹽催化劑的製備 現以購買的節氯樹脂(Merrifield)為例，非限定實施例敘述如下
氮氣保護下，在50mL圓底燒瓶中加入15mL無水甲苯，手性咪唑(5mmol)，苄氯功 能化樹脂或矽膠若干克(根據矽膠或樹脂上苄氯的負載量計算)。在8(TC油浴中攪拌反應 24h。冷卻至室溫，抽濾，所得矽膠或樹脂依次用三氯甲烷、甲醇、二氯甲烷洗滌，將固體轉移 到反應瓶中，加入10mL CF3C00H/CH2C12混合溶液(V/V =1 : 1)，室溫攪拌3小時，抽濾，用 三乙胺充分洗滌，然後用二氯甲烷洗去三乙胺，真空乾燥。元素分析測定含氮量，求算催化 劑負載量。陰離子交換在乙腈/丙酮(V/V = 9 : 1)混合溶劑中加入相應的鈉鹽或鉀鹽即 可。 ( 二 )負載手性咪唑鹽催化的醛、酮和a ， |3 -不飽和硝基化合物不對稱加成反應 (以環己酮和硝基苯乙烯的反應為例) 3.在10mL圓底燒瓶中加入負載手性咪唑鹽100mg(陰離子為氯離子，含手性咪唑 鹽0. 10,1)，硝基苯乙烯(150mg， 1. 0,1)，環己酮(0. 5mL)，混合物在室溫下攪拌24小 時。停止反應，加入5mL乙酸乙酯，反應液離心分離，取出上層清液，下層固體再用乙酸乙 酯洗滌兩次(5mLX2)，合併洗滌液，無水N^S(^乾燥，過濾，減壓濃縮，柱層析(展開劑環 己烷/乙酸乙酯=3/1， V/V)分離得無色晶體234mg，產率94.6X，產品純度^ 99% (HPLC 測定)。^NMR(300MHz， CDC13) : S 7. 34-7. 26 (m， 3H) ， 7. 17 (d， J = 6. 8Hz， 2H) ， 4. 96 (dd， J = 4. 6， 12. 5Hz， 1H) ，4. 63(dd， J = 9. 6， 12. 4Hz， 1H) ， 3. 76 (dt， J = 4. 5， 9. 8Hz， 1H)， 2. 68(ddd， J = 8. 2， 8. 5， 11. 8Hz， 1H) ， 2. 52—2. 33 (m， 2H) ， 2. 09—2. 04(m， 1H) ， 1. 79—1. 53 (m， 4H) ， 1. 28-1. 16(m， 1H) ;13C NMR(75MHz， CDC13) S 211. 9， 137. 7， 128. 8， 128. 1， 127. 7， 78. 8， 52.4，43. 8，42. 7，33. 2，28. 5，25. 0 ;HPLC(Chiralpak AD—H， i-Propanol—Hexane = 10/90， flow rate 1. OmL min—、入=254nm) :tminOT = 10. lmin，t—r = 13. 8min ;ee = 98%，syn/ anti = 99 : 1 。催化劑晾乾後，無需進一步處理，可直接重複使用，重複使用8次而未見反 應活性降低。 4.取催化劑1. 0g(陰離子為四氟硼酸根離子，含手性咪唑鹽1. Ommol)，硝基苯乙 烯(1. 5g， 10. Ommol)，環己酮(5mL)，室溫反應36小時，餘同實施2，得純目標化合物2. 28g， 產率92. 2%，產品純度> 99% (HPLC測定)。產品物理數據和譜學數據同上。
5.同實施3或4，製備了如下21個化合物(產率，ee值，dr值見表中)。
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權利要求
一種負載手性咪唑鹽催化劑，其特徵在於由手性咪唑負載在苄氯樹脂或苄氯矽膠載體上形成的負載型催化劑，有以下化學式式中X-選自Cl-、BF4-或PF6-。FSA00000062328200011.tif
2.如權利要求1所述的催化劑的製備方法，以手性咪唑和載體為原料，包括接枝、脫保護基和陰離子交換以及分離、洗滌和乾燥，其特徵在於所述的接枝是手性咪唑和載體在無水甲苯溶劑中於75 85t:下反應22 26小時，固液分離後洗滌載體；所述的脫保護基是將洗滌後的載體手性咪唑鹽在三氟乙酸和二氯甲烷混合溶劑中室溫下攪拌2 4小時，三氟乙酸和二氯甲烷的體積比為i : l或2 : i。
全文摘要
一種負載手性咪唑鹽催化劑由手性咪唑負載到苄氯樹脂或苄氯矽膠上形成的一種負載型催化劑，有以下化學式式中X-選自Cl-、BF4-或PF6-。本催化劑可以在室溫及無外加溶劑的條件下催化醛酮和α，β-不飽和硝基化合物不對稱加成反應，得到光學純的產物。本催化劑製備方法簡單，在空氣中穩定，催化效率高，立體選擇性及底物廣譜性好，使用過程中分離方便，可多次循環使用而不降低催化活性，並且反應條件非常的溫和、環境友好，具有廣泛的應用前景。
文檔編號C07B53/00GK101791574SQ20101013366
公開日2010年8月4日 申請日期2010年3月24日 優先權日2010年3月24日
發明者李品華, 王磊 申請人:淮北煤炭師範學院