新型手性多齒配體、配位形成的金屬有機(jī)配位聚合物催化劑及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于非均相催化劑技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及了一類新型手性多齒配體的設(shè)計與 合成，這類配體與金屬前體通過配位自組裝制備的一類新型手性金屬有機(jī)配位聚合物以及 作為非均相催化劑在不對稱環(huán)氧開環(huán)制備手性氨基醇中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 手性氨基醇在有機(jī)合成、化學(xué)制藥、生物、化工等領(lǐng)域都表現(xiàn)出非常重要的作用作 用和用途。許多氨基醇都具有良好的藥理活性，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、生物、化工等方面。 同時手性氨基醇也是一種具有良好配位能力的手性配體，常見于各類有機(jī)小分子不對稱催 化中。因此通過簡單的轉(zhuǎn)化高的制備手性氨基醇的方法具有重要的理論研究意義和實(shí)際應(yīng) 用價值。其中手性2-氨基-1，3, 4-丁三醇（ABT)具有兩個手性中心，一個氨基和三個羥基， 是一種重要的C4有機(jī)合成片段，可以用于合成多種重要的生物活性分子，如奈非那韋等。
[0003] 以廉價易得的消旋環(huán)氧丙烷為原料的不對稱催化開環(huán)反應(yīng)是一步構(gòu)建手性氨基 醇的常見方法之一，具有高效、高選擇性、高原子經(jīng)濟(jì)性、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。近年來以手性路 易斯酸催化環(huán)氧開環(huán)的研究有了較大的發(fā)展，尤其是以四價鈦?zhàn)鳛槁芬姿顾岽呋行?，?N，N' -亞乙基雙（水楊基亞胺）（Salen)、1，1' -聯(lián)萘酚（Binol)等作為手性配體的催化體 系取得了很好的研究結(jié)果。由于這類均相催化體系具有高效、高選擇性等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛的 關(guān)注。由于氨基醇在醫(yī)藥上的應(yīng)用，是不允許產(chǎn)物中存在金屬殘留的，因此如何回收催化劑 來避免金屬對產(chǎn)品的污染以及避免昂貴手性金屬催化劑的浪費(fèi)并達(dá)到重復(fù)使用的目的，一 直以來都是這類方法應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)前必須解決的重要問題。將這類金屬有機(jī)催化中心負(fù) 載到有機(jī)高聚物、沸石、鐵磁或樹狀分子上已有所報道。盡管這些傳統(tǒng)的手性負(fù)載方法能在 部分程度上解決催化劑回收的問題，但是也存在與均相催化劑相比催化活性和選擇性明顯 降低、負(fù)載量低、催化劑負(fù)載均一度差、催化劑易失活、回收次數(shù)較低、負(fù)載重復(fù)性差等一系 列的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明通過過渡金屬催化偶聯(lián)的方法，首先制備了一類含有Salen和Binol的兩 種手性中心的橋聯(lián)配體。這種橋聯(lián)配體能與多種金屬前體通過配位組裝的方式高效制備一 類新型雙手性自負(fù)載催化劑，從而通過催化環(huán)氧丙烷為原料的不對稱催化開環(huán)反應(yīng)達(dá)到手 性氨基醇一步構(gòu)建和催化劑回收和重復(fù)使用的目的。通過這類新型雙手性自負(fù)載催化劑的 高效制備，不但能夠使得過渡金屬催化活性中心均勻分散在金屬配位聚合物中，而且可以 很好保持均相催化劑的高催化活性和選擇性。另外，這類配位聚合物型催化劑在常見有機(jī) 溶劑和水中溶解度極低，不但可以方便地通過過濾的方法實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物與催化劑的高效快速分 離，而且可以進(jìn)行多次回收重復(fù)使用，從而減少了手性催化劑的浪費(fèi)、有效降低了金屬對產(chǎn) 物的污染、滿足工業(yè)生產(chǎn)要求。此催化劑可在溫和的條件下催化芐胺對3, 5, 8-三氧雜-二 環(huán)[5, 1，0]辛烷的高效高選擇性手性加成開環(huán)反應(yīng)，所得的產(chǎn)物經(jīng)過簡單的脫保護(hù)步驟， 即可用于合成ABT分子。
[0005] 本發(fā)明的目的之一是提供了一種新型手性多齒配體及其合成方法。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的是提供一類穩(wěn)定性好、催活性高、選擇性好，可高效回收和重 復(fù)使用的新型雙手性金屬配位組裝負(fù)載催化劑的相關(guān)制備方法。
[0007] 本發(fā)明的還有一個目的是提供一種利用這類新型雙手性自負(fù)載催化劑催化環(huán)氧 化合物的手性開環(huán)的反應(yīng)。
[0008] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的實(shí)施方式提供了一類手性多齒配體，其結(jié)構(gòu)如下 所示，記為通式（I):
[0009]
[0010] 其中：
[0011] X，Y各自獨(dú)立地、互不干擾地為-0-CH2-，-N=CH-或-NH-CH2-;
[0012] W為苯基或兩端分別連接至A，B兩個碳氮原子的-(CH2)4-，；
[0013] Linker為碳碳單、雙、三鍵直接連接，Qs的烴基，對苯基，間苯基，鄰苯基，1，4_二 乙烯基苯基，乙烯基苯基，乙炔基苯基，1,4-二乙炔基苯基，聯(lián)苯基，1，4_亞甲基苯基或 9, 10-蒽基；
[0014] R為碳數(shù)為1~12的鏈狀烷烴基、碳數(shù)為5~7的環(huán)狀烷烴基、芐基或芳基；
[0015] 其手性按（Aa，Ba，A，B)的順序，包括（Ra，Ra，R，R)，（Sa，Ra，R，R)，（Ra，Sa，R，R)， (Ra，Ra，S，R)，（Ra，Ra，R，S)，（Sa，Sa，R，R)，（Sa，Ra，S，R)，（Sa，Ra，R，S)，（Ra，Sa，S，R)， (Ra，Sa，R，S)，（Ra，Ra，S，S)，（Ra，Sa，S，S)，（Sa，Ra，S，S)，（Sa，Sa，R，S)，（Sa，Sa，S，R)， (Sa，Sa，S，S)，結(jié)構(gòu)如下式所示：
[0016]
[0017] 本發(fā)明的實(shí)施方式同時提供上述多齒配體的合成方法，本發(fā)明是通過鈀催化的 6_鹵代、甲氧基甲基保護(hù)的BIN0L和4-炔基水楊醛的偶聯(lián)反應(yīng)偶聯(lián)后，在酸性條件下的 脫保護(hù)，再與手性二胺縮合成亞胺從而達(dá)到合成雙手性橋聯(lián)配體的目的。以炔基連接的 Salen-Binol橋聯(lián)配體為例，其合成步驟可以簡單的表示如下式：
[0018]
[0019] 起始原料化合物1及其類似物根據(jù)文獻(xiàn)[X.Wang，X.Wang，H.Guo,Z.，K. Ding，Chem.Eur.J.，2005, 11，4078 - 4088.] &&[L.Ma，P.S.White，W.Lin，J.Org. Chem.，2002, 67, 75777586.]合成，起始原料2及其類似物根據(jù)文獻(xiàn)[H.Michael,W. Marcus,J.Org.Chem.，2006, 71，1825-1836]合成。
[0020] 堿性有機(jī)溶液中，在PdCl2 (PPh3)2催化下，炔基化合物1與溴代化合物2發(fā)生 Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)，生成化合物3。化合物3在強(qiáng)酸條件下脫去甲氧基甲基保護(hù)基，生 成化合物4。化合物4和手性二胺在有機(jī)溶液中回流脫水縮合形成橋聯(lián)配體6。
[0021] 本發(fā)明的實(shí)施方式同時提供了一種多齒雙手性金屬有機(jī)配位聚合物的制備方法， 其結(jié)構(gòu)如下所示，記為通式（II):
[0022]
[0023] 其中：
[0024] M!，M2為過渡金屬；
[0025] X，Y各自獨(dú)立地、互不干擾地為-0-CH2-，-N=CH-或-NH-CH2-;
[0026] Q為輔助配體；
[0027] Z為鹵素負(fù)離子、四氟硼酸根、六氟磷酸根或六氟銻酸根；
[0028] W為苯基或兩端分別連接至A，B兩個碳原子的-(CH2) 4_ ;
[0029] Linker為碳碳單、雙、三鍵直接連接，Qs的烴基，對苯基，間苯基，鄰苯基，1，4-二 乙烯基苯基，乙烯基苯基，乙炔基苯基，1,4-二乙炔基苯基，聯(lián)苯基，1，4_亞甲基苯基或 9, 10-蒽基；
[0030] R為碳數(shù)為1~12的鏈狀烷烴基、碳數(shù)為5~7的環(huán)狀烷烴基、芐基或芳基；
[0031]n表示金屬配位聚合物中包含的單體個數(shù)；n為大于或等于2的自然數(shù)。
[0032] 其手性按（Aa，Ba，A，B)的順序，包括（Ra，Ra，R，R)，（Sa，Ra，R，R)，（Ra，Sa，R，R)， (Ra，Ra，S，R)，（Ra，Ra，R，S)，（Sa，Sa，R，R)，（Sa，Ra，S，R)，（Sa，Ra，R，S)，（Ra，Sa，S，R)， (Ra，Sa，R，S)，（Ra，Ra，S，S)，（Ra，Sa，S，S)，（Sa，Ra，S，S)，（Sa，Sa，R，S)，（Sa，Sa，S，R)， (Sa，Sa，S，S)，結(jié)構(gòu)如下式所示：
[0033]
[0034] 優(yōu)選地，本發(fā)明的實(shí)施方式所提供的多齒金屬配位聚合物的結(jié)構(gòu)中，MpM2所表示 的過渡金屬可以為Eu、Au、Cr、Ir、Mn、Mo、Ni、Os、Rh、Ru、Ti、Pd、Y、Yb、La或Zn，輔助配體 可以為鹵素、羰基、苯環(huán)、茂環(huán)、環(huán)辛二烯、羥基、水、碳酸根、醋酸根、乙酰丙酮負(fù)離子或各類 膦配體。
[0035] 本發(fā)明的實(shí)施方式所提供的上述手性金屬有機(jī)配位聚合物，具有穩(wěn)定性好、催活 性高、可高效回收和重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。
[0036] 本發(fā)明的實(shí)施方式同時提供上述手性金屬有機(jī)配位聚合物的制備方法，其步驟 為：利用手性多齒配體的雙咪唑鹽在堿性條件下與金屬前體反應(yīng)，通過配位組裝制備得到 手性金屬有機(jī)配位聚合物；
[0037] 其反應(yīng)式如下：
[0038]
[0039]其中：
[0040] 本發(fā)明的實(shí)施方式所提供的用于制備該手性金屬有機(jī)配位聚合物的配位聚合反 應(yīng)中，金屬前體的通式為MZaQb，其中，a為0、1或2;b為0、1或2 ;M、Z、Q的定義與前述相 同。具體來說，該反應(yīng)中所用到的金屬前體優(yōu)選為：Ag20、AgBF4、AuCl(SMe2)、Cu20、Cul、 Ni(0Ac)2、Ti(0i-Pr)4、NiCl2、PtCl2、K2PtCl4、CoCl(PPh3)3、CoCl2、FeCl2、MnCl2、ZnCl2、 0sH6(t-Bu3P)2、[Ir(C0D)Cl]2、[Ir(C0D)0Me]2、IrCl3,3H20，[IrCp*Cl2]2、Ir(C0)2(acac)、 Pd(0Ac)2、PdCl2(CH3CN)2、RuCl3、[Ru(C0D)C1]2、[Ru(p-cymene)Cl2]2、[Ru(benzene)Cl2]2、 [Rh(C0D)Cl]^。另外，配體與過渡金屬的摩爾比例范圍為1:1~1:4,反應(yīng)所需的有機(jī)溶 劑可以選擇二氯甲燒、氯仿、甲苯、苯、四氫呋喃、甲基叔丁基醚、乙腈，N，N-二甲基甲酰胺、 N，N-二甲基乙酰胺、甲基吡咯烷酮或二甲基亞砜等溶劑；在某些情況下，上述兩至三種有 機(jī)溶劑的混合液會給出更好的聚合結(jié)果。上述配位聚合反應(yīng)所需溫度一般為-50~150°C， 反應(yīng)時間推薦為1~24小時。
[0041] 具體來說，該制備反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作步驟如下：在室溫下，將通式（I)所示的多齒配 體溶解于二氯甲烷或其他可選溶劑中，逐滴加入相應(yīng)金屬前體1的二氯甲烷或其他有機(jī)溶 劑的溶液，當(dāng)溶液顏色改變時，反應(yīng)體系繼續(xù)攪拌，當(dāng)TLC監(jiān)測不到配體時，如果仏和M2為 同一種金屬，則反應(yīng)停止；如吣和M2為不同的金屬，則繼續(xù)逐滴加入相應(yīng)的金屬前體2的 二氯甲烷或其他有機(jī)溶劑的溶液。當(dāng)有沉底產(chǎn)生后，反應(yīng)體系繼續(xù)攪拌一定的時間，反應(yīng)停 止。冷卻后，過濾、洗滌，經(jīng)真空干燥后得到通式（II)所示的手性金屬有機(jī)配位聚合物。
[0042] 經(jīng)實(shí)驗(yàn)已驗(yàn)證，通式（I)所示的手性金屬有機(jī)配位聚合物，當(dāng)其結(jié)構(gòu)中的 linker、M、Q、W、X、Y、Z、R、n為本文前述的各種定義或者取代基的情況下，均能通過上述的 配位聚合反應(yīng)制備得到。
[0043] 本發(fā)明的實(shí)施方式還提供上述手性金屬有機(jī)配位聚合物作為不對稱環(huán)氧開環(huán)反 應(yīng)的催化劑的應(yīng)用。進(jìn)一步地，該催化應(yīng)用的方法為：在氮?dú)夥諊拢蚍磻?yīng)底物、有機(jī)溶劑 和水組成的反應(yīng)體系中，加入所述手性金屬有機(jī)配位聚合物作為催化劑，攪拌加熱進(jìn)行反 應(yīng)，制得手性氨基醇；其中，反應(yīng)底物為環(huán)氧化合物及一級胺。上述反應(yīng)中，反應(yīng)底物、水和 催化劑的用量配比情況為：環(huán)氧與胺的配比可以是1~40_〇1/_〇1，有機(jī)溶劑的用量配比 可以是〇~15mL/mmol底物，水的用量配比可以是0~15mL/mmol底物，催化劑的用量可以 是1X10 3~lmmol/mmol底物，所需溫度一般為0~80°C，反應(yīng)時間推薦為1~96小時。
[0044] 具體來說，將本發(fā)明的實(shí)施方式所提供的手性金屬有機(jī)配位聚合物催化氧化脫氫 反應(yīng)制備乳酸的具體操作過程如下：
[0045] 在氮?dú)夥諊拢来蜗蚍磻?yīng)容器中加入本發(fā)明的實(shí)施方式所提供的手性金屬有機(jī) 配位聚合物作為負(fù)載催化劑、反應(yīng)底物、有機(jī)溶劑和一定量的水，攪拌均勻后加熱反應(yīng)，反 應(yīng)結(jié)束后，將體系降至室溫，用低速離心裝置離心后，傾倒出上清液，所得產(chǎn)物近柱層析純 化分離。回收的負(fù)載催化劑