CN101940947A - 利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法 - Google Patents

利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法 Download PDF

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Abstract

利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法。涉及一种催化剂的制备方法。该方法包括：首先将氯化氢气体与多聚甲醛和水杨醛通过氯甲基化反应制得5-氯甲基水杨醛(产物1)，回流反应得到聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛(产物2)；将产物3与3，5-二叔丁基水杨醛回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体(产物4)，将产物4与Co(OAc)2·4H2O回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物(产物5)，将产物5在LiCl催化条件下氧化得到聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂(产物6)。产品质量高，附加值高，同时催化剂可以回收重新利用，带来环境保护和经济效益。

Description

利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法
技术领域
本发明涉及一种催化剂的制备方法，特别是涉及利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法。
背景技术
从现在的市场格局来看，2002年全球500种畅销药物中手性化学品药物有289种，占59％。专家预测，2005年世界手性化学品药物总销售额将达1720亿美元，2010年可望超过2500亿美元。而随着手性技术的日臻成熟，世界手性药物市场以前所未有的速度迅猛发展，手性化学品占总药物化学品需求的比例将从61％上升到70％左右。观察手性药物市场，可以发现其呈现逐年稳定而迅速增长态势。在1993年，手性药物的全球销售额只有330亿美元；1994年为452亿美元；1998年达到867亿美元；1999年为963亿美元(也有资料统计为1150多亿美元)；2000年为1330亿美元。至2003年，手性药物市场每年以8％的速度递增。中国目前的药物市场居全球第7位，居于美国、日本、德国、法国、英国和意大利之后。到2010年，中国的药物市场将达到240亿美元，超越英国和意大利列第5位。中国将随着人们对用药安全、高效等方面要求的不断提高，对手性药物的需求逐年增长。聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂是重要的手性缘化合物，从立体结构上，具有光学活性特征，因而具有立体选择性和手性识别的功能；在立体控制合成有机化合物方面是一类极有价值的催化剂，通过手性环氧氯丙烷为反应起始物，可以得到很多有用的高光学纯度药物中间体。手性环氧氯丙烷在工业上的重要应用是合成肉毒碱。研究发现，L-肉毒碱具有生理活性，可作为食品营养强化剂和治疗用药物，而D-肉毒碱对肉碱乙酰转移酶和肉碱脂肪转移酶有竞争性抑制作用，因此L-肉毒碱的制备和应用更引起人们的关注。
发明内容
本发明的目的在于提供一种利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，用该方法制取的催化剂，固载载体对催化活性中心离子的影响较小，聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂用于手性环氧氯丙烷生产过程中可以回收重新利用，降低成本，能够产生环境保护和经济上的双重效益。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，该方法包括：首先将氯化氢气体与多聚甲醛和水杨醛通过氯甲基化反应制得5-氯甲基水杨醛(产物1)，利用烷基化反应，将5-氯甲基水杨醛加入聚苯乙烯树脂溶解液中，以二氯乙烷为溶剂，回流反应得到聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛(产物2)；在四氢呋喃(THF)溶剂和N2保护条件下，将产物2与(R，R)-环己二胺回流反应制得手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚(产物3)，将产物3与3，5-二叔丁基水杨醛回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体(产物4)，将产物4与Co(OAc)2·4H2O回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物(产物5)，将产物5在LiCl催化条件下氧化得到聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂(产物6)；产物6为丝织包覆状球体；产物6用于手性环氧氯丙烷的水解拆分，重复使用5次，所得产物转化率为45.5％，e.e.值为91.8％。
所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，该方法采用聚苯乙烯树脂为固载基体。
所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，该方法采用制备的5-氯甲基水杨醛为初始链接物。
所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，该方法在手性环氧氯丙烷生产工艺过程中聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂可以回收重新利用。
所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，该方法制备的催化剂为聚苯乙烯树脂基丝织包覆状球体。
本发明的优点与效果是：
1.本方法提出了一种聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂生产方法，产品质量高，附加值高，在手性环氧氯丙烷拆分工艺过程中聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂可以回收重新利用，能够给企业带来环境保护和经济效益双丰收。
2.采用聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂，能够使设备投资降低，生产手性环氧氯丙烷的成本降低，且不造成二次污染，可达到节能减排之目的。
附图说明
图1为本发明的工艺流程方框图；
图2为本发明的产物IR谱图；
图3为本发明的产物SEM分析图像(×500)图；
图4为本发明的产物SEM分析图像(×1000)图。
注：本发明的图2-图4为产物状态的分析示意图或照片，图中文字或影相不清晰并不影响对本发明技术方案的理解。
具体实施方式
下面对本发明进行详细说明。
1.本发明的基本原理：(聚苯乙烯固载Salen-Co(Ⅲ)配合物的合成路线)
Figure BSA00000168360100041
将氯化氢气体与多聚甲醛和水杨醛通过氯甲基化反应制得5-氯甲基水杨醛(产物1)，利用Friedel-Crafts烷基化反应机理，将产物1与聚苯乙烯树脂反应制得聚苯乙烯树脂-对甲基水杨醛(产物2)。利用羰基的亲核加成缩合反应，将产物2与(R，R)-环己二胺反应制得手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚(产物3)，将产物3与3，5-二叔丁基水杨醛回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体(产物4)。利用络合氧化反应原理，将产物4与Co(OAc)2·4H2O回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物(产物5)，将产物5在LiCl催化条件下氧化得到聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂。
2.本发明的基本方案：
第一步是以氯化氢气体与多聚甲醛和水杨醛为原料，通过氯甲基化反应制备5-氯甲基水杨醛；
第二步是以5-氯甲基水杨醛与聚苯乙烯树脂为原料，通过Friedel-Crafts烷基化反应制得聚苯乙烯树脂-对甲基水杨醛；
第三步是以聚苯乙烯树脂-对甲基水杨醛与(R，R)-环己二胺为原料，通过羰基的亲核加成缩合反应制得手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚；
第四步是以手性聚苯乙烯树脂-对甲基-羟基-苯邻亚氨基-(R，R)-环己胺与3，5-二叔丁基水杨醛为原料，通过羰基的亲核加成缩合反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体；
第五步是以聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体与Co(OAc)2·4H2O为原料，通过络合反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物；
第六步是将聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物，在LiCl催化条件下氧化得到聚苯乙烯树脂固载手性Sal en-Co(Ⅲ)催化剂。
3.本发明的技术方法：
本发明根据氯甲基化、Friedel-Crafts烷基化、羰基的亲核加成缩合、络合以及催化氧化反应机理，采用氯化氢气体、多聚甲醛、水杨醛、聚苯乙烯树脂、(R，R)-环己二胺、3，5-二叔丁基水杨醛、Co(OAc)2·4H2O等为原料，制备得到聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂。
4.本发明具体的实施方案：
4.1 5-氯甲基水杨醛(产物1)的合成：
称取12.6g(0.42mol)多聚甲醛，投入到盛有80mlNaOH溶液的三口瓶中，在60℃下加热解聚，解聚后，稍微冷却后，一次性加入170ml浓盐酸和41ml(0.42mol)水杨醛，加转子搅拌，通入干燥的HCl气体，保持水浴温度在30℃，反应1h后开始出现白色絮状物，继续反应2h后，停止反应。将反应物在39℃下静置24h后，用砂芯滤器抽滤，去除滤液，取滤渣溶于乙醚(150ml)，溶液用布氏漏斗抽滤去除白色悬浮物，滤液倒入分液漏斗中静置分液，去除红油层。用饱和食盐水将上层清液的pH值调至中性后，将50g无水硫酸镁投入到溶液中进行干燥，放置过夜，用锥形玻璃漏斗过滤滤除干燥剂，将滤液倒入蒸馏烧瓶中蒸馏(蒸馏温度48℃)，蒸出约2/3体积的乙醚后，移入-20℃的冰箱中冷冻2h，迅速用布氏漏斗抽滤后，用加热到30~60℃的石油醚洗涤滤渣三次。固体物质移入真空干燥箱中真空干燥12h至恒重，得到产物1，经IR谱图分析和SEM分析，证明产品为5-氯甲基水杨醛，呈无色针状晶体。
4.2 聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛(产物2)的制备：
取6g(5.80mmol)聚苯乙烯(PS)树脂(200~400目)，2g无水AlCl3，投入盛有55mlCH2Cl2与4ml硝基苯的混合溶剂的三口瓶中搅拌，在温度23℃下溶胀30~60min。在100ml烧杯中用10ml CH2Cl2溶解1g(58.0mmol)5-氯甲基水杨醛后，用125ml滴液漏斗将其缓慢滴加入上述混合物，在温度68℃下加热回流2~3h。冷却至室温后过滤，固体物质依次用1mol/L的盐酸、甲醇、蒸馏水和甲醇洗涤。洗完后将固体物质在索氏提取器中在温度59℃下用甲醇抽提12h，移入真空干燥箱中在温度35℃下真空干燥8h后得到产物2，产品为明黄色颗粒，经IR谱图分析，产品为聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛。
4.3 手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚(产物3)制备：
将3.4g聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛投入盛有20ml四氢呋喃(THF)的三口瓶中搅拌，在温度66℃下溶胀30~60min，一次性加入0.35g(3.0mmol)(R，R)-环己二胺在N2保护、温度49℃的条件下回流反应2h，反应停止后用砂芯滤器抽滤，滤渣在索氏提取器中在温度59℃下用甲醇抽提10~12h，固体物质移入真空干燥箱中在温度35℃下真空干燥12h，得到产物3，产品为明黄色颗粒，经IR谱图分析，产品为手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚(产物3)。
4.4 聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体(产物4)的合成：
将3.6g手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚投入盛有60ml四氢呋喃(THF)的三口瓶中搅拌，在温度66℃下溶胀30~60min，一次性加入0.7g(3.0mmol)3，5-二叔丁基水杨醛，在N2保护、温度59℃的条件下回流反应2h，停止回流后用砂芯滤器抽滤，滤渣在布氏漏斗中在温度81℃下用甲醇抽提10~12h，固体物质移入真空干燥箱中在温度35℃下真空干燥12h，得到产物，产品为明黄色颗粒，经IR谱图分析，产品为聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体。
4.5 聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物(产物5)的制备：
将4.2g聚苯乙烯树脂固载Salen配体投入盛有60ml四氢呋喃(THF)的三口瓶中搅拌，在温度59℃下溶胀30~60min，一次性加入1.1g(4.5mmol)Co(OAc)2·4H2O，在N2保护、温度597℃的条件下回流反应2h，得到产物5。
4.6 聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)配合物(产物6)的制备：
将盛有产物5的反应液的三口瓶移出，向其中一次性加入0.4g(10.0mmol)LiCl，同时用空气压缩机向其中鼓气，在温度59℃下回流反应1h。停止反应后用砂芯滤器抽滤，滤渣在温度81℃下索氏提取器中用甲醇抽提10~12h，固体物质移入真空干燥箱中在温度35℃下真空干燥12h，得到产物6，产品质量为4.1g，产品为棕黄色颗粒，经IR谱图分析和SEM分析，产品为聚苯乙烯树脂固载手性Sal en-Co(Ⅲ)配合物。
聚苯乙烯固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂对环氧氯丙烷水解拆分的循环使用测试表：(手性催化环氧氯丙烷水解拆分结果表)
Figure BSA00000168360100071

Claims (5)

1.利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，其特征在于该方法包括：首先将氯化氢气体与多聚甲醛和水杨醛通过氯甲基化反应制得5-氯甲基水杨醛(产物1)，利用烷基化反应，将5-氯甲基水杨醛加入聚苯乙烯树脂溶解液中，以二氯乙烷为溶剂，回流反应得到聚苯乙烯树脂基-对甲基水杨醛(产物2)；在四氢呋喃(THF)溶剂和N2保护条件下，将产物2与(R，R)-环己二胺回流反应制得手性聚苯乙烯树脂亚甲基-3-(1′-亚胺-2′-胺)环己基-苯酚(产物3)，将产物3与3，5-二叔丁基水杨醛回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen配体(产物4)，将产物4与Co(OAc)2·4H2O回流反应制得聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅱ)配合物(产物5)，将产物5在LiCl催化条件下氧化得到聚苯乙烯树脂固载手性Salen-Co(Ⅲ)催化剂(产物6)；产物6为丝织包覆状球体；产物6用于手性环氧氯丙烷的水解拆分，重复使用5次，所得产物转化率为45.5％，e.e.值为91.8％。
2.根据权利要求1所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，其特征在于该方法采用聚苯乙烯树脂为固载基体。
3.根据权利要求1所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，其特征在于该方法采用制备的5-氯甲基水杨醛为初始链接物。
4.根据权利要求1所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，其特征在于该方法在手性环氧氯丙烷生产工艺过程中聚苯乙烯树脂固载手性Sal on-Co(Ⅲ)催化剂可以回收重新利用。
5.根据权利要求1所述的利用聚苯乙烯树脂固载手性Salon-Co(Ⅲ)催化剂的制备方法，其特征在于该方法制备的催化剂为聚苯乙烯树脂基丝织包覆状球体。
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