金雞納堿衍生的伯胺手性有機(jī)催化劑在不對(duì)稱催化反應(yīng)中的回收策略研究.pdf

1、近些年來(lái)，作為一類被廣泛應(yīng)用于不對(duì)稱催化反應(yīng)中的新型催化劑，有機(jī)小分子催化劑迅速發(fā)展起來(lái)?；诰G色化學(xué)的理念，本文開拓貴重有機(jī)小分子催化劑的回收及重復(fù)使用技術(shù)，提高有機(jī)小分子催化劑的催化效能。
　　根據(jù)天然金雞納堿的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以兩類構(gòu)型相反的辛可尼丁/奎寧(8S，9R)、辛可寧/奎尼丁(8R，9S)為原料，通過(guò)兩次構(gòu)型翻轉(zhuǎn)首次簡(jiǎn)便合成了四種新型的手性金雞納堿伯胺類有機(jī)催化劑1e/1f(8R，9S)和1g/1h(8S，9R)，反應(yīng)過(guò)

2、程簡(jiǎn)單且產(chǎn)率高，豐富了金雞納堿伯胺類有機(jī)小分子催化劑的構(gòu)型類型。在此基礎(chǔ)上，采用固載、水溶性催化劑和均相催化/兩相分離三種策略，以期達(dá)到金雞納堿伯胺類有機(jī)小分子催化劑的高效回收及重復(fù)使用。
　　以辛可尼丁和辛可寧為原料，通過(guò)Mistunobu反應(yīng)、自由基加成反應(yīng)和水解反應(yīng)成功地合成了一系列不同臂長(zhǎng)的金雞納堿伯胺膦酸2a-2f，利用有機(jī)膦酸作為錨點(diǎn)，用一鍋共沉淀法制備出一類新型磁性納米(MNPs)負(fù)載有機(jī)催化劑4b1-4b3/4e1

3、-4e3。并運(yùn)用表面改性制備的MNPs負(fù)載有機(jī)催化劑3a-3f為樣本，采用紅外光譜(FT-IR)、熱重分析(TG)、X-射線粉末衍射(XRD)、核磁共振(31P NMR)、N2-吸附脫附、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)和透射電鏡(TEM)等手段，對(duì)其結(jié)構(gòu)和形貌進(jìn)行了詳細(xì)的對(duì)比研究。新型MNPs負(fù)載有機(jī)催化劑4b1-4b3具有高的且可調(diào)控的有機(jī)負(fù)載量(0.18-0.52 mmol/g)，孔徑分布在2-25 nm左右，飽和磁化強(qiáng)度介于10.6-4

4、4.1 emu/g之間。將該類催化劑應(yīng)用于對(duì)硝基苯甲醛與環(huán)己酮的不對(duì)稱Aldol反應(yīng)，得到了最佳的反應(yīng)條件:20℃，4b3(5.0 mol％)，1.5 mL H2O，對(duì)硝基芳香醛(56.0 mg，0.37 mmol)，環(huán)己酮(0.7 g，7.1 mmol)，TfOH(9.0 mg，0.06 mmol)。在催化以水為溶劑的環(huán)己酮和鄰、間和對(duì)位取代苯甲醛的不對(duì)稱Aldol反應(yīng)中，對(duì)于催化底物為-NO2，-X和-CN等吸電子取代基的芳香醛，可

5、以得到具有較高的產(chǎn)率(86-100％)和優(yōu)秀的立體選擇性(anti/syn=82∶18-98∶2，93-98％ ee anti)的羥醛加成產(chǎn)品。對(duì)于強(qiáng)給電子取代基如(-CH3和-OCH3)的芳香醛底物，同樣可以實(shí)現(xiàn)令人滿意的催化效果:中等到良好的產(chǎn)率(36-97％)和立體選擇性(anti/syn=82∶18-96∶4，75-97％ ee anti)。此外，MNPs負(fù)載有機(jī)催化劑4b1-4b3在外部磁鐵作用下可以快速?gòu)姆磻?yīng)體系中定量回收，

6、且重復(fù)循環(huán)六次后催化性能依舊良好(93％yield，anti/syn=89/11，96％ ee anti)，這為工業(yè)化生產(chǎn)提供了一種手性催化劑回收與重復(fù)使用的實(shí)用性方法。
　　合成了一系列具備良好水溶性的辛可尼丁伯胺衍生膦酸2a-2f。當(dāng)pH=2時(shí)，通過(guò)熒光光譜法測(cè)得催化劑2b在水/環(huán)己酮兩相中的分配系數(shù)D=4.56，三次萃取有機(jī)相后可以回收99.0％的水溶性催化劑2b。在以對(duì)硝基苯甲醛和環(huán)己酮為底物的不對(duì)稱Aldol反應(yīng)中篩選出

7、最佳條件:20℃，2b(7.5 mol％)，1.0 mL H2O，HClO4(15.0 mol％)，對(duì)硝基苯甲醛(56.0 mg，0.37 mmol)，環(huán)己酮(0.7 g，7.1 mmol)。在此條件下，無(wú)論是吸電子還是給電子取代基的底物都取得了優(yōu)異的催化效果。通過(guò)簡(jiǎn)單的分液操作可方便地實(shí)現(xiàn)有機(jī)催化劑與反應(yīng)物和產(chǎn)物的分離。該類水溶性有機(jī)催化劑在五次催化循環(huán)后仍具有良好的催化效能，其產(chǎn)率和立體選擇性無(wú)明顯降低(98％yield，anti/

8、syn=82/18，95％ ee anti)。
　　基于“均相催化/兩相分離”的催化概念，首次通過(guò)金雞納堿衍生的伯胺催化劑中的伯胺和叔胺基團(tuán)的質(zhì)子化和去質(zhì)子化，調(diào)節(jié)其在水/有機(jī)兩相溶劑中的溶解度，從而提供基于均相催化的分離回收策略。以不對(duì)稱Aldol反應(yīng)，VinyilogousMichael反應(yīng)，雙Michael反應(yīng)為模板反應(yīng)，詳細(xì)考察了催化劑li、1k和1m的可重復(fù)使用性，所有回收催化劑在三次循環(huán)后仍如初次使用的催化劑一樣，具備

9、高的產(chǎn)率和優(yōu)異的立體選擇性。循環(huán)回收十次后，催化劑保留了類似新鮮催化劑優(yōu)良的立體選擇性。但由于催化劑經(jīng)過(guò)多次循環(huán)衍生出無(wú)活性的有機(jī)中間體導(dǎo)致催化產(chǎn)率略有下降。此外，催化劑li進(jìn)行了放大規(guī)模反應(yīng)，循環(huán)三次后仍取得優(yōu)秀的催化效果(90％yield，97％ ee anti，anti/syn=94∶6)。
　　本文利用金雞納堿伯胺衍生物，設(shè)計(jì)了磁性負(fù)載有機(jī)催化劑、水溶性有機(jī)催化劑和酸堿調(diào)控的均相催化/兩相分離的均相催化劑，實(shí)現(xiàn)了昂貴有機(jī)催