CN101791574A

CN101791574A - 一种负载手性咪唑盐催化剂及其制备方法

Info

Publication number: CN101791574A
Application number: CN201010133663A
Authority: CN
Inventors: 王磊; 李品华
Original assignee: HUAIBEI COAL NORMAL COLLEGE
Current assignee: HUAIBEI COAL NORMAL COLLEGE; Huaibei Normal University
Priority date: 2010-03-24
Filing date: 2010-03-24
Publication date: 2010-08-04

Abstract

一种负载手性咪唑盐催化剂由手性咪唑负载到苄氯树脂或苄氯硅胶上形成的一种负载型催化剂，有以下化学式

，式中X^-选自Cl^-、BF₄ ^-或PF₆ ^-。本催化剂可以在室温及无外加溶剂的条件下催化醛酮和α，β-不饱和硝基化合物不对称加成反应，得到光学纯的产物。本催化剂制备方法简单，在空气中稳定，催化效率高，立体选择性及底物广谱性好，使用过程中分离方便，可多次循环使用而不降低催化活性，并且反应条件非常的温和、环境友好，具有广泛的应用前景。

Description

一种负载手性咪唑盐催化剂及其制备方法

一、技术领域

本发明涉及一种负载型催化剂及其制备方法，确切的说是一种负载手性咪唑盐催化剂及其制备方法。

二、背景技术

醛、酮和α，β-不饱和硝基化合物不对称加成产物是重要的有机合成中间体，并且它们的衍生物都具有重要的生理活性，广泛应用于医药、农药、日用化工、材料等许多精细化学品生产领域。其传统的制备方法主要采用手性金属配合物催化醛、酮和α，β-不饱和硝基化合物不对称加成反应。近年来，人们发现手性胺及其衍生物对这类反应有良好的催化效果。但是手性金属配合物及手性有机小分子的价格都比较昂贵，生产过程中大量手性催化剂的使用必然会增加生产成本，并且会增大产品分离难度，金属及其它助剂的排放会污染环境，破坏生态系统，危害人类健康。基于现有技术中存在的弊端，极有必要加以改进。

三、发明内容

本发明旨在为醛酮与α，β-不饱和硝基化合物不对称加成反应提供手性咪唑盐催化剂，所要解决的技术问题是催化剂可回收循环使用。

本发明的思路是将基于脯氨酸衍生的手性咪唑(S)-2-四氢吡咯甲基咪唑(下称手性咪唑)负载到载体上制备出负载型催化剂以实现循环使用。具体的说就是将手性咪唑催化剂负载到表面修饰有苄氯的功能化树脂(下称苄氯树脂)上制备负载手性咪唑盐催化剂，本催化剂有以下化学式：

式中X^-选自氯离子(Cl^-)、四氟硼酸根离子(BF₄ ^-)或六氟磷酸根离子(PF₆ ^-)。

本催化剂的制备方法以手性咪唑和苄氯树脂为原料，包括接枝、脱保护基(Boc)和阴离子交换以及分离、洗涤和干燥，所述的接枝就是手性咪唑和苄氯树脂在无水甲苯溶剂中于75～85℃下反应22～26小时，使手性咪唑通过苄基接枝到载体树脂上，固液分离后洗涤树脂，所述的脱保护基(Boc)就是将洗涤后的树脂在体积比为1∶1或2∶1的三氟乙酸和二氯甲烷的混合溶剂中室温下搅拌2～4小时以脱去羧基保护基(-Boc)，固液分离后洗涤树脂，并干燥便得到阴离子(X^-)为氯离子的负载手性咪唑盐催化剂，反应式如下：

阴离子交换在体积比为9∶1的乙腈与丙酮混合溶剂中进行，即在混合溶剂中加入四氟硼酸钠或钾，再加入上述负载型催化剂充分搅拌后分离，即得到阴离子为四氟硼酸根的负载型催化剂，交换六氟磷酸根亦然。

所述商品化的苄氯树脂苄氯的负载量为1.5mmol/g，元素分析测得手性咪唑的负载量为1.0～1.3mmol/g。

所述的载体除已商品化的苄氯树脂外，用功能化的苄氯硅胶也可以作为载体。

功能化的苄氯硅胶是这样制备的：

1.硅胶用浓硝酸(质量浓度为60～70％)和浓硫酸(质量浓度为98％)的混合酸于130～150℃下搅拌反应22～24小时，冷却、分离，用去离子水洗涤硅胶至中性，干燥后备用。硝酸与硫酸的体积比为1∶6～10。

2.将处理过的硅胶与4-三氯硅基苄氯在氮气保护下于无水甲苯中回流反应20～24小时，冷却、分离，依次用甲苯和乙醚洗涤后干燥，得到功能化的苄氯硅胶，苄氯负载量1.0-1.5mmol/g。

反应式如下：

该系列催化剂可在室温、10℃或0℃及无外加溶剂的条件下催化醛、酮和α，β-不饱和硝基化合物不对称加成反应，多数情况下，反应的立体选择性非常好，并且催化剂重复使用8次而未见催化活性降低。其反应底物是芳香性α，β-不饱和硝基化合物，脂肪醛或脂肪酮。可用如下反应式表示：

本发明中所使用的催化剂制备方法简单，在空气中稳定。与文献中其他催化剂相比，该催化剂催化效率高，底物广谱性好，反应条件温和，最大的优点是催化剂分离方便，并且可多次循环使用而不降低催化活性，具有广泛的工业应用前景。

四、具体实施方式

(一)负载手性咪唑盐催化剂的制备

1.手性咪唑催化剂的制备

在三氟化硼乙醚配合物促进下，用硼氢化钠将Boc-(S)-脯氨酸还原成Boc-(S)-脯氨醇，再将其与对甲苯磺酰氯反应得到相应的磺酸酯，在强碱作用下，咪唑取代磺酸基，得到该手性咪唑，流程可用如下方程式表示：

2.负载手性咪唑盐催化剂的制备

现以购买的苄氯树脂(Merrifield)为例，非限定实施例叙述如下：

氮气保护下，在50mL圆底烧瓶中加入15mL无水甲苯，手性咪唑(5mmol)，苄氯功能化树脂或硅胶若干克(根据硅胶或树脂上苄氯的负载量计算)。在80℃油浴中搅拌反应24h。冷却至室温，抽滤，所得硅胶或树脂依次用三氯甲烷、甲醇、二氯甲烷洗涤，将固体转移到反应瓶中，加入10mL CF₃COOH/CH₂Cl₂混合溶液(V/V＝1∶1)，室温搅拌3小时，抽滤，用三乙胺充分洗涤，然后用二氯甲烷洗去三乙胺，真空干燥。元素分析测定含氮量，求算催化剂负载量。阴离子交换在乙腈/丙酮(V/V＝9∶1)混合溶剂中加入相应的钠盐或钾盐即可。

(二)负载手性咪唑盐催化的醛、酮和α，β-不饱和硝基化合物不对称加成反应(以环己酮和硝基苯乙烯的反应为例)

3.在10mL圆底烧瓶中加入负载手性咪唑盐100mg(阴离子为氯离子，含手性咪唑盐0.10mmol)，硝基苯乙烯(150mg，1.0mmol)，环己酮(0.5mL)，混合物在室温下搅拌24小时。停止反应，加入5mL乙酸乙酯，反应液离心分离，取出上层清液，下层固体再用乙酸乙酯洗涤两次(5mL×2)，合并洗涤液，无水Na₂SO₄干燥，过滤，减压浓缩，柱层析(展开剂：环己烷/乙酸乙酯＝3/1，V/V)分离得无色晶体234mg，产率94.6％，产品纯度≥99％(HPLC测定)。¹HNMR(300MHz，CDCl₃)：δ7.34-7.26(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，CDCl₃)δ211.9，137.7，128.8，128.1，127.7，78.8，52.4，43.8，42.7，33.2，28.5，25.0；HPLC(Chiralpak AD-H，i-Propanol-Hexane＝10/90，flow rate 1.0mL min^-1，λ＝254nm)：t_minor＝10.1min，t_major＝13.8min；ee＝98％，syn/anti＝99∶1。催化剂晾干后，无需进一步处理，可直接重复使用，重复使用8次而未见反应活性降低。

4.取催化剂1.0g(阴离子为四氟硼酸根离子，含手性咪唑盐1.0mmol)，硝基苯乙烯(1.5g，10.0mmol)，环己酮(5mL)，室温反应36小时，余同实施2，得纯目标化合物2.28g，产率92.2％，产品纯度≥99％(HPLC测定)。产品物理数据和谱学数据同上。

5.同实施3或4，制备了如下21个化合物(产率，ee值，dr值见表中)。

Claims

1.一种负载手性咪唑盐催化剂，其特征在于：由手性咪唑负载在苄氯树脂或苄氯硅胶载体上形成的负载型催化剂，有以下化学式：

式中X^-选自Cl^-、BF₄ ^-或PF₆ ^-。

2.如权利要求1所述的催化剂的制备方法，以手性咪唑和载体为原料，包括接枝、脱保护基和阴离子交换以及分离、洗涤和干燥，其特征在于：所述的接枝是手性咪唑和载体在无水甲苯溶剂中于75～85℃下反应22～26小时，固液分离后洗涤载体；所述的脱保护基是将洗涤后的载体手性咪唑盐在三氟乙酸和二氯甲烷混合溶剂中室温下搅拌2～4小时，三氟乙酸和二氯甲烷的体积比为1∶1或2∶1。