手性季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑的固載策略研究.pdf

1、相轉(zhuǎn)移催化具有反應(yīng)條件溫和、操作簡便、適宜大規(guī)模生產(chǎn)和環(huán)境友好等特點(diǎn)，已成為有機(jī)化合物合成中重要而廣泛應(yīng)用的合成方法。其中，金雞納堿和聯(lián)萘衍生的手性季銨鹽是目前研究最多的兩類手性相轉(zhuǎn)移催化劑，在不對稱烷基化、Mannich反應(yīng)、Aldol反應(yīng)、環(huán)化反應(yīng)和共軛加成等不對稱反應(yīng)中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。但是，相轉(zhuǎn)移催化劑的兩親性導(dǎo)致其與產(chǎn)物分離困難，難于回收。從綠色化學(xué)觀點(diǎn)講，利用載體實(shí)現(xiàn)均相相轉(zhuǎn)移催化劑的固載，可以有效地解決其回收問題，提高

2、昂貴手性相轉(zhuǎn)移催化劑的催化效能。
　　本文將金雞納堿衍生的季銨鹽和聯(lián)萘衍生的Maruoka催化劑，通過共價鍵的方式鍵連到無機(jī)載體二氧化硅、高分子聚合物載體和有機(jī)硅空心納米微球上，實(shí)現(xiàn)昂貴相轉(zhuǎn)移催化劑在不對稱烷基化反應(yīng)中的高性能重復(fù)使用，從而提升其催化效能。本文開展了以下三個方面的研究：
　　（1）以辛可尼丁為原料，合成N-(2’-氰基芐基)-O(9)-烯丙基-辛可尼丁季銨鹽均相相轉(zhuǎn)移催化劑（CDPTC），利用CDPTC中橋環(huán)

3、雙鍵與3-巰丙基三甲氧基硅烷巰基間的Click反應(yīng)，引入三甲氧基硅烷錨點(diǎn)基團(tuán)，酸性條件水解，制備無機(jī)載體二氧化硅固載金雞納堿季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑（SiO2@CDPTC）。通過IR、元素分析、TGA、SEM、TEM以及N2吸附-脫附等手段對非均相相轉(zhuǎn)移催化劑SiO2@CDPTC進(jìn)行表征，系統(tǒng)研究其化學(xué)組成、負(fù)載量、表面形貌和孔結(jié)構(gòu)特征。紅外譜圖中C-S-C鍵、C-Si鍵和Si-O-Si鍵的特征峰，確證均相CDPTC通過共價鍵的方式鍵連到無機(jī)

4、骨架上；元素分析測定CDPTC的負(fù)載量為0.87mmol/g；TGA表明其熱行為包括三個失重過程，總失重為77.1%；SEM圖譜表明非均相催化劑SiO2@CDPTC具有微米尺度的蜂窩狀形貌，TEM進(jìn)一步顯示為0.3-0.5um的球狀顆粒，HRTEM表明0.5-1.5nm的不規(guī)則羅紋排布。
　　非均相相轉(zhuǎn)移催化劑SiO2@CDPTC在N-二苯亞甲基甘氨酸叔丁酯的不對稱烷基化反應(yīng)中具有優(yōu)異的催化性能，不管是吸電子取代基（-CF3和-F

5、）、還是供電子取代基（-CH3）的芐溴，都能高收率（80-96%）、對映選擇性（76.0-96.9%ee）合成烷基化產(chǎn)物。但對于烯丙基類底物，其產(chǎn)率和對映選擇性沒有取得令人滿意的結(jié)果（10-50%,52.0-67.1%）。反應(yīng)結(jié)束后，非均相催化劑可以通過簡單的過濾進(jìn)行回收，重復(fù)使用五次，催化性能無明顯下降。
　?。?）設(shè)計(jì)兩種合成路線在Maruoka催化劑骨架的不同位置引入苯乙烯錨點(diǎn)，通過懸浮聚合以共價鍵的方式將昂貴Maruoka

6、催化劑固載于高分子聚合物微球。路線1：(R)-9溴代得到溴化季銨鹽(R)-10，(R)-10與對乙烯基苯硼酸通過Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)制得6,6’-位苯乙烯功能化的Maruoka催化劑(R)-11。路線2：(R)-8和二(4-(4-乙烯基苯基)丁基)胺的季銨化反應(yīng)，得到螺環(huán)N+-苯乙烯功能化的Maruoka催化劑(R)-12。以(R)-11或(R)-12、苯乙烯和丙烯酰胺為共聚單體，EGDMA為交聯(lián)劑，PVA為分散劑，通過懸浮聚合法，制備

7、聚合物微球固載Maruoka催化劑，分別記為poly[St-co-AA-co-(R)-11]和poly[St-co-AA-co-(R)-12]。
　　通過IR、元素分析、SEM和N2吸附-脫附等手段對聚合物微球固載手性Maruoka催化劑進(jìn)行表征，并運(yùn)用模板烷基化反應(yīng)，研究固載手性Maruoka催化劑在不對稱烷基化反應(yīng)中的構(gòu)效關(guān)系。研究表明，聚合物微球固載手性Maruoka催化劑的表面形貌和孔結(jié)構(gòu)對其在不對稱烷基化反應(yīng)中的催化性能

8、有著重要影響。poly[St-co-AA-co-(R)-11]的比表面積（33.5m2/g）較大，表現(xiàn)出更好的催化性能。同時，poly[St-co-AA-co-(R)-11]的苯乙烯錨點(diǎn)遠(yuǎn)離手性季銨鹽活性中心，在烷基化反應(yīng)中的收率和對映選擇性（81-96%，96-97% ee）高于催化劑poly[St-co-AA-co-(R)-12]（78-88%，88-95%ee）。poly[St-co-AA-co-(R)-11]在N-二苯亞甲基甘氨

9、酸叔丁酯與鹵代烴的不對稱反應(yīng)中，可高收率（76-96%）和對映選擇性（88-97%ee）地合成甘氨酸叔丁酯的烷基化產(chǎn)物。回收的poly[St-co-AA-co-(R)-11]催化劑表現(xiàn)出更好的催化活性，在第五次重復(fù)使用時，反應(yīng)時間縮短至48h，收率96%，對映選擇性91%。
　　（3）設(shè)計(jì)兩種巰基功能化的有機(jī)硅空心載體，通過共價鍵的方式，分別對Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑(R)-11進(jìn)行固載，得到手性Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑功能化

10、的空心納米微球。載體1：以聚苯乙烯微球PS/PVP為模板，通過1,2-雙三乙氧基硅基乙烷（BTEE）和3-巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）的共縮聚，得到核殼結(jié)構(gòu)微球PS/PVP@B&M，用DMF洗滌內(nèi)核，制備有機(jī)硅空心微球B&M。載體2：以PS/PVP和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為雙模板，BTEE和MPTMS共縮聚，化學(xué)刻蝕模板，制備空心介孔有機(jī)硅B＃M。以空心有機(jī)硅材料B&M和B#M為載體，通過click反應(yīng)錨定Maruoka相

11、轉(zhuǎn)移催化劑(R)-11，制備空心有機(jī)硅微球固載Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑B&M@(R)-11和空心介孔有機(jī)硅固載Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑B#M@(R)-11。
　　SEM表明，固載催化劑B&M@(R)-11具有納米微球狀形貌，具有疏松的殼層，有利于催化反應(yīng)的傳質(zhì)效應(yīng)。在不對稱烷基化模板反應(yīng)中，高收率（85-96%）合成對映選擇性（85.3-90.8%ee）的甘氨酸叔丁酯烷基化產(chǎn)物。固載催化劑B#M@(R)-11大部分是球狀顆粒，

12、顆粒間夾雜一些無定形結(jié)構(gòu)。在N-二苯亞甲基甘氨酸叔丁酯的不對稱烷基化反應(yīng)中，合成高收率（75-96%）的烷基化產(chǎn)物，對映選擇性80.5-91.2%ee。
　　綜上，本文制備了可回收的二氧化硅固載金雞納堿相轉(zhuǎn)移催化劑、聚合物負(fù)載Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑、空心有機(jī)硅微球負(fù)載Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑和空心介孔有機(jī)硅微球負(fù)載Maruoka相轉(zhuǎn)移催化劑，有效解決昂貴手性金雞納堿和聯(lián)萘衍生手性季銨鹽相轉(zhuǎn)移催化劑的回收問題，為提升手性季銨鹽