CN101712690A - L-脯胺酸衍生的有机硅酯和介孔材料及其制备和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种L-脯胺酸衍生的有机硅酯和介孔材料及其制备和应用，在缓冲溶液条件下，以非离子型共聚物为模板，以硅酸钠、正硅酸乙酯和含L-脯胺酸衍生有机硅酯为硅源，搅拌、晶化，得到有机硅酯含量不同的具有二维六方对称孔道结构和泡沫结构的介孔材料，所得到的材料在脱除保护基后，在不对称Aldol反应中显示了催化活性以及对映选择性，且催化剂可以重复使用。

Description

L-脯胺酸衍生的有机硅酯和介孔材料及其制备和应用
技术领域
本发明涉及羟醛缩合反应，具体地说是L-脯胺酸功能化的有机硅酯与L-脯胺酸功能化介孔材料的制备，以及其在不对称直接羟醛缩合反应中的应用。
背景技术
近年来，不对称有机催化发展迅速，并被认为是继过渡金属催化和酶催化之后的用于合成手性对映体化合物的第三种方法。与过渡金属催化相比，有机催化避免了使用昂贵的过渡金属以及过渡金属带来的毒性的影响，另外，有机催化剂与过渡金属催化剂和酶催化剂相比是一种廉价的催化剂，而且催化过程比较温和，操作简单等优势。大量的碳-碳键和碳氮键的形成反应可以采用有机催化的方法。然而，大多数的有机催化既使在均相条件下也需要较高的催化剂/底物比。我们从催化剂的分离和回收以及产物的纯化方面考虑，认为催化剂的多相化是一种比较好的解决方案。
目前，虽然各种含过渡金属的催化剂被固载到各类载体上，但有机催化剂则主要是选择聚合物作为催化剂的载体。与聚合物相比，无机载体具有较高的比表面积和热稳定性，也可作为有机催化剂的优良载体。根据文献报道，双功能化的L-脯氨酸对不对称Aldol反应具有较好的催化效果，但是将双功能的有机催化剂固载还未见报道，因此固载双功能的有机催化剂具有重要的实际意义。我们合成了环己二胺修饰的L-脯氨酸功能化的有机硅酯，并通过共聚合嫁接的方法合成了不同结构的含有机硅酯的介孔材料，将得到的介孔材料用于不对称Aldol反应。
发明内容
本发明的目的是提供一种L-脯胺酸衍生的有机硅酯和介孔材料及其制备和应用，其为一种新型的双功能的有机硅酯，可用于不对称直接羟醛反应中。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种L-脯胺酸衍生的有机硅酯：
Figure G2008100135681D0000011
所述含L-脯胺酸的有机硅酯是采用如下过程制备获得，
其用Boc-Pro-OH与1当量的N-(4-三甲氧基硅基)苄基环己二胺在二氯甲烷溶剂中，采用1当量的N，N’-二环己基碳酰亚胺作为脱水剂室温反应20-36小时，过滤，减压抽除溶剂得到含L-脯胺酸的有机硅酯。
一种L-脯胺酸功能化的介孔材料，其为具有SBA-15孔道结构或泡沫结构的孔道内键合有R基团的硅基介孔材料；R基团的结构如下，
Figure G2008100135681D0000021
所述具有SBA-15孔道结构的硅基介孔材料的结构式如下：
Figure G2008100135681D0000022
本发明利用化合物I在HAc-NaAc缓冲溶液中制备了具有SBA-15孔道结构的介孔材料，并且在不对称直接羟醛反应具有较好的活性和对映选择性。
化合物I的制备是用(1R，2R)-二氨基环己烷II与4-氯甲基苯基三甲氧基硅烷III反应得到中间化合物IV；再将中间化合物IV与Boc保护的L-脯胺酸V在N，N’-二环己基碳酰亚胺(DCC)纯在下反应得到L-脯胺酸衍生的有机硅酯I。
Figure G2008100135681D0000023
本发明涉及的介孔材料的合成步骤如下：
将非离子表面活性剂P123溶解在PH＝4.4的HAc-NaAc缓冲溶液中，搅拌24小时，加入硅酸钠，搅拌十分钟，将含有TEOS和有机硅酯I的乙醇溶液加入，40℃搅拌24小时，100℃晶化24小时。过滤，干燥得含模板剂的材料，用200mL乙醇提取模板剂，提取两次，然后过滤、干燥。再将所得的材料用三氟乙酸的二氯甲烷溶液处理，过滤，然后用0.2M的四甲基氢氧化胺的甲醇溶液处理，过滤、干燥得到具有SBA-15孔道结构或类泡沫结构的介孔材料，并可用于不对称直接羟醛反应。
本发明具有如下优点：本发明采用一种简单的方法合成了L-脯胺酸功能化的有机硅脂，并且本发明采用了一种比较温和的实验条件用于材料的合成，有机硅脂被成功的引入到所制备的材料中，在材料合成成过程中加入不同的硅脂可以分别得到具有SBA-15孔道结构和泡沫结构的介孔材料。本发明提及的L-脯胺酸功能化的手性介孔催化材料可以用于催化合成手性β-羟基酮化合物，在不对称Aldol反应中显示了催化活性以及对映选择性，且催化剂可以重复使用。
附图说明
图1为材料合成示意图；
图2为SBA-15型结构材料透射电镜(TEM)图，说明材料具有二维六方对称的SBA-15孔道结构；
图3为foam型结构材料透射电镜(TEM)图，说明材料具有泡沫结构；
图4为SBA-15型结构材料XRD图，进一步说明材料具有二维六方对称的有序孔道结构；
图5为材料的氮吸附表征；氮吸附的IV型等温线说明材料具有典型的介孔特征；
图6为材料的FT-IR表征，1667cm-1(O＝C-N)，3073cm-1(苯环CH)，3320cm-1(NH)，证明有机硅脂成功引入到材料中；
图7为材料的13C MAS NMR与29Si NMR表征，进一步说明有机硅脂引入材料中。
具体实施方式
实施例1
在室温及干燥气氛(Ar气)保护下，250mL两口烧瓶中加入环己二胺36.8g，然后用100mL无水THF溶解，将含38g 4-氯甲基苯基三甲氧基硅烷的50mL THF溶液，在30分钟内滴完，室温搅拌2小时，转移至40℃油浴反应24小时。过滤，真空抽除THF，加入100mL正戊烷溶解，过滤，真空抽除正戊烷，得到浅黄色液体。即为中间化合物IV。
在干燥气氛(Ar气)保护下，0℃条件下，250mL两口烧瓶中加入Boc保护的L-脯胺酸V(5g)，DCC(4.8g)，加入二氯甲烷100mL，溶解搅拌30分钟，加入含中间化合物IV(5.9g)的二氯甲烷溶液50mL，室温反应24小时。过滤抽除溶剂得有机硅酯I。
IR(cm-1)3428，3323，2941，1702，1670，1398，1119，793；
1H NMR(δ，ppm)1.2-2.9(26H)，3.5-4.2(11H)，7.1-8.0(6H)
实施例2
室温下，1.0g P123溶解在28g PH＝4.4的HAc-NaAc的缓冲溶液中，加入硅酸钠溶液2.03mL，搅拌十分钟，将TEOS(1.42g)和有机硅酯I(0.886g)溶解在1.69g乙醇中，然后加入到上述溶液中，转移至40℃油浴，搅拌24小时，100℃晶化24小时，过滤，干燥，然后每克材料用200mL乙醇提取模板剂，提取两次，干燥。得到材料命名为SBA-15-10-Boc。
实例3
室温下，1.0g P123溶解在28g PH＝4.4的HAc-NaAc的缓冲溶液中，加入硅酸钠溶液2.03mL，搅拌十分钟，将TEOS(1.06g)和有机硅酯I(1.77g)溶解在1.69g乙醇中，然后加入到上述溶液中，转移至40℃油浴，搅拌24小时，100℃晶化24小时，过滤，干燥，然后每克材料用200mL乙醇提取模板剂，提取两次，干燥。得到材料命名为SBA-15-20-Boc。
实例4
室温下，1.0g P123溶解在28g PH＝4.4的HAc-NaAc的缓冲溶液中，加入硅酸钠溶液2.03mL，搅拌十分钟，将TEOS(0.71g)和有机硅酯I(2.66g)溶解在1.69g乙醇中，然后加入到上述溶液中，转移至40℃油浴，搅拌24小时，100℃晶化24小时，过滤，干燥，然后每克材料用200mL乙醇提取模板剂，提取两次，干燥。得到材料命名为SBA-15-30-Boc。
实例5
室温下，1.0g P123溶解在28g PH＝4.4的HAc-NaAc的缓冲溶液中，40℃搅拌，将TEOS(3.19g)和有机硅酯I(0.886g)溶解在1.69g乙醇中，然后加入上述溶液中，40℃搅拌24小时，100℃晶化24小时，过滤，干燥，然后每克材料用200mL乙醇提取模板剂，提取两次，干燥。得到材料命名为Foam-10-Boc。
实例6
室温下，将实例2-5所制备的材料，1g材料用20mL CH2Cl2/TFA＝4∶1的溶液处理2小时，过滤，二氯甲烷洗涤，所得材料再用50mL 0.2M的四甲基氢氧化铵的甲醇溶液处理1小时，过滤，乙醇，水，乙醇洗涤，干燥。得到脱除保护的材料：SBA-15-10，20，30和Foam-10。
实例7
不对称直接羟醛反应
0.075mmol催化剂和0.075mmol的冰醋酸溶于1mL溶剂和环己酮的混合溶液(氯仿和环己酮体积比为1/1)，在-25℃搅拌20分钟，再向体系中加入相应的醛，反应4天。过滤，乙酸乙酯洗涤，旋蒸除去溶剂，并用石油醚/乙酸乙酯进行柱层析分离。石油醚和乙酸乙酯体积比为3∶1，减压脱除层析液得羟醛产物。
表1
Figure G2008100135681D0000051
Figure G2008100135681D0000052
反应条件：a催化剂：0.075mmol，CHCl3：0.5mL，环己酮：0.5mL，HAc：0.075mmol，4-硝基苯甲醛：0.125mmol，-25℃，4天；bSBA-15-30：0.075mmol，CH2Cl2：0.5mL，环己酮：0.5mL，HAc：0.075mmol，底物：0.125mmol，-25℃，4天；cSBA-15-30：0.15mmol，

Claims (6)

1.一种L-脯胺酸衍生的有机硅酯，其特征在于：其结构如下，
Figure F2008100135681C0000011
2.一种权利要求1所述有机硅酯的制备方法，其特征在于：所述含L-脯胺酸的有机硅酯是采用如下过程制备获得，
其用Boc-Pro-OH与1当量的N-(4-三甲氧基硅基)苄基环己二胺在二氯甲烷溶剂中，采用1当量的N，N’-二环己基碳酰亚胺作为脱水剂室温反应24小时，过滤，减压抽除溶剂得到含L-脯胺酸的有机硅酯。
3.一种L-脯胺酸功能化的介孔材料，其特征在于：其为具有SBA-15孔道结构或泡沫结构的孔道内键合有R基团的硅基介孔材料；R基团的结构如下，
Figure F2008100135681C0000012
4.按照权利要求3所述的介孔材料，其特征在于：所述具有SBA-15孔道结构的硅基介孔材料的结构式如下：
5.一种权利要求3所述介孔材料的制备方法，其特征在于：
a)将1-1.2g的非离子表面活性剂P123溶解在PH＝4-5，25-30ml的HAc-NaAc缓冲溶液中；
b)加入1.8-2.2ml硅酸钠，搅拌5-20分钟；
c)将1.5-0.6g正硅酸乙酯和0.8-2.7g含L-脯胺酸的有机硅酯溶解在1-2ml的乙醇中，然后加入到上述b)所获得的溶液中，搅拌12-24小时，然后在90-110℃晶化12-36小时，过滤，乙醇萃取除去模板剂P123，干燥；
d)上述c)所得材料，用三氟乙酸脱除Boc保护基，再用0.1-0.3M四甲基氢氧化胺甲醇溶液洗涤，干燥后得到目的所需的介孔材料。
6.一种权利要求3所述介孔材料的应用，其特征在于：权利要求1所述L-脯胺酸功能化的介孔材料可用于作为不对称Aldol反应的多相催化剂，并可重复使用。
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