CN102304062A - 一种Salen Ni的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种Salen Ni的制备方法,先将环己二胺与水杨醛或水杨醛衍生物在有机溶剂中反应生成西佛碱配体,然后再加入醋酸镍水溶液进行反应,使Ni2+与西佛碱进行配位,所得的最终反应液取有机相、除去溶剂得Salen Ni粗产品,粗产品经重结晶得Salen Ni。本发明选取了合适的溶剂和反应条件,优化了工艺参数,大大简化了后处理设备,降低了成本,减少了副产物的生成,提高了产品的纯度。并且与原来工艺相比,简化了工艺路线、减少“三废”,更加有利于工业化的实施。
Description
技术领域
本发明涉及一种一锅法制备手性催化剂的方法,特别涉及一种Salen Ni的制备方法,属于有机合成技术领域。
背景技术
1864 年H·Schiff教授第一次报道了伯胺与羰基化合物的缩合反应,生成具有甲亚胺基的产物,后人称之为 schiff碱(中文译名西佛碱、席夫碱等)。如果有两个相同的醛分子和一个二胺分子缩聚,生成的鳌合 schiff碱N,N’-二水杨醛基乙二胺,一般简称为 Salen。Salen 型 schiff 碱配合物是一类重要的配位化合物,因它的基本结构中含C=N结构,其杂化轨道上的 N 原子具有孤对电子,所以赋予它重要的化学与生物学上的意义。
Salen 配位化合物因其合成简单、结构形式多样和具有独特的光、电、磁等性质,而受到了研究者的青睐,特别是具有微型孔道的配位聚合物在主-客体化学、非均相催化领域有着巨大的应用前景。Salen 配合物是非常有用的催化剂,广泛用于光化学合成和其他有机合成反应,如对映迭择性环氧反应、环丙烷化反应、氮丙咤化反应、 Diels-Alder反应、sterecker 反应等。
Salen型Schiff碱配合物在药学、催化、分析化学、腐蚀以及光致变色领域都有重要应用,在医学领域,西佛碱具有抑菌、杀菌、抗肿瘤、抗病毒的生物活性;在分析化学领域,Salen 型Schiff碱作为良好配体,可以用来鉴别金属离子和定量分析金属离子的含量;在功能材料方面,Salen类配位化合物因其具有分子磁性也成为近几年的研究热点。主要源自它们所含基团的功能性,可能发生的反应,中心离子的作用,成键以及电子效应等因素。
Salen Ni在不对称手性催化中有着广泛的应用,例如在催化Diels-Alder反应中,利用手性Salen Ni催化剂得到了很好的不对称诱导效果;Salen Ni除能催化Diels-Alder反应外,还能用来催化环氧化合物开环反应,得到手性的环内酯。现在对Salen Ni的制备一般沿用传统的配合-金属制备方法,即先将配体合成,然后再将配体与金属进行配位,例如, Inorg. Chem. 1995, 34, 1125报道的Salen Ni的合成方法:先用水杨醛和二胺在乙醇或甲醇或者氯仿中反应制备Salen配体,配体经过重结晶,过滤,洗涤纯化后与醋酸镍在甲醇中反应得到Salen Ni。虽然该方法相对简单,但是中间需要把配体分离纯化,然后再将纯化的配体与金属盐进行反应。反应无形中增加了操作步骤和溶剂的用量, 进而增加了“三废”和原料消耗。
因为现有的合成Salen Ni的方法存在工艺路线繁琐、环境污染严重、“三废”处理量大等问题,工业化生产受到限制,因此急需一种新的技术来解决目前存在的问题,以满足市场需求。
发明内容
本发明为了克服上述Salen Ni在制备上的不足,提供了一种一锅法制备Salen Ni的方法,该方法无须将配体进行分离、提纯,操作过程简单,减少了溶剂的用量,降低了成本,所得Salen Ni副产物少,纯度大于99%。
从现有技术中可以看出,现有Salen Ni的制备均是需要将配体分离、纯化后再进一步的与金属进行反应,这样不但增加了反应时间,还在无形中增加了操作步骤和溶剂的用量,进而增加了“三废”和原料的消耗,使制备工艺在工业化大生产中存在很大的弊端。本发明发现省去配体纯化的步骤,直接加入的金属离子与原位生成的配体反应制备催化剂,没有影响催化剂的纯度。这是因为反应利用了Salen配体的模板作用,原位生成的配体和体系中的金属离子反应生成金属配合物,使反应向生成金属配合物的方向进行,从而配体的利用率高,相应的配合物的产率也增加。因此,发明人进一步的进行了研究和实验,改进了制备工艺,优化、缩短了工艺路线,一步直接合成Salen Ni,使制备工艺更加简洁、环保,即节约了原料,又简化了后处理过程,更加有利于工业化的实施。
具体的,本发明是通过以下措施实现的:
一种salen Ni的制备方法,其特征是:先将环己二胺与水杨醛或水杨醛衍生物在有机溶剂中反应生成西佛碱配体,然后再加入醋酸镍水溶液进行反应,使Ni2+与西佛碱进行配位,所得的最终反应液取有机相、除去溶剂得Salen Ni粗产品,粗产品经重结晶得Salen Ni。
上述制备方法中,环己二胺:水杨醛或水杨醛衍生物:醋酸镍的摩尔比为1.0:2.0-3.0:0.5-2.0。
上述制备方法中,生成西佛碱配体时,反应温度升高能使反应加速,但使手性环己二胺的光学纯度降低,从而降低配合物的光学纯度,综合考虑温度不超过20℃,经过实验确定,水杨醛或水杨醛衍生物在-40~20℃下滴入环己二胺中,滴加完毕后保温反应1-2h较好,优选-10~-20℃滴入;西佛碱配体与Ni2+配位时,在室温下保温10-12h。进一步的,水杨醛或水杨醛衍生物滴加入环己二胺中,滴加时间一般为1.5h。
上述制备方法中,所述环己二胺优选为R R型。
上述制备方法中,有机溶剂起反应介质的作用,其用量保证能使反应正常运行,所用有机溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、三氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙醚或四氢呋喃,优选二氯甲烷。
上述制备方法中,醋酸镍的浓度为1-20 mol/L,优选10 mol/L。
上述制备方法中,所述水杨醛衍生物的结构式为:
其中R1为甲基、乙基、叔丁基、异丙基、氟、氯、溴或碘;R2为甲基、乙基、叔丁基、异丙基、氟、氯、溴或碘。
上述制备方法中,重结晶所用溶剂为:体积比为1~1.3:1的 二氯甲烷/石油醚、体积比为1~1.3:1的三氯甲烷/石油醚、纯乙醇或纯甲醇,优选乙醇。
本发明反应方程式为:
从上述反应式可以看出,本发明将配体制备和金属-配体的合成同时进行,得到最终产物。本工艺与现有工艺相比生产成本低、工艺操作简便。
本发明针对现有Salen型金属催化剂在制备过程中必须分两步、工艺繁琐且浪费资源的不足,对Salen Ni的制备工艺进行了进一步的研究,成功的将原先的两步法变为一步法,大大简化了工艺且节约了成本。制备时因为所得配体的纯度和产率低,所以一般需要先进行分离提纯再进入下一步反应,否则会影响最终产品的产率和纯度。本发明通过多次实验,通过改变反应条件及反应介质等因素,成功将配体的制备与金属-配体的配位融合在一步反应中,省去了中间产物的分离提纯,减少了反应步骤,降低和减少了溶剂种类以及用量,一锅法合成Salen Ni,且最终的产品纯度及产率也较高,产品收率达86%,纯度大于99%,满足工业化大生产要求。
本发明选取了合适的溶剂和反应条件,优化了工艺参数,大大简化了后处理设备,降低了成本,减少了副产物的生成,提高了产品的纯度。并且与原来工艺相比,简化了工艺路线、减少“三废”,更加有利于工业化的实施。
具体实施方式
下面,通过具体实施例对本发明进行进一步的说明,应该明白的是,下述说明仅是为了解释本发明,并不对其内容进行限定。
实施例1
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺和100 mL二氯甲烷,在-20℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为86%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例2
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-20 ℃条件下滴加70.2 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为87%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例3
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(R R型)和100 mL二氯甲烷,在-20 ℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入24.8克四水醋酸镍水溶液(1.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为41%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例4
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-20 ℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入99.2克四水醋酸镍水溶液(4.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为89%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例5
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-10 ℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为87%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例6
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在0℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为83%,经比旋光测定,样品纯度大于98%。
实施例7
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在20℃条件下滴加120克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为85%,经比旋光测定,样品纯度大于96%。
实施例8
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL三氯甲烷,在-10 ℃条件下滴加93.6 克3,5-二叔丁基水杨醛三氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL三氯甲烷洗涤水相,合并有机相,真空蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为83%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例9
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-10 ℃条件下滴加100克3,5-二叔丁基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入60克四水醋酸镍水溶液(12.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,有机相经过干燥、过滤以后加入二氯甲烷1-1.3倍量的石油醚使产品固化,固体过滤,并依次用水(30mL),乙醇(30mL)洗涤,干燥后得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例10
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL四氢呋喃,在-15 ℃条件下滴加142克3,5-二叔丁基水杨醛四氢呋喃溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入80克四水醋酸镍乙醇溶液(16.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,真空蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯甲醇醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为83%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例11
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL三氯甲烷,在-10 ℃条件下滴加92.5 克3,5-二氯水杨醛三氯甲烷溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL三氯甲烷洗涤水相,合并有机相,有机相经过干燥、过滤以后加入三氯甲烷1-1.3倍量的石油醚使产品固化,固体过滤,并依次用水(30mL),乙醇(30mL)洗涤,干燥后得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例12
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL乙醚,在-10℃条件下滴加93.6 克3,5-二异丙基水杨醛乙醚溶液200 mL,1小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,真空蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯甲醇醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为83%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例13
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL氯仿,在-40℃条件下滴加48.8 克水杨醛氯仿溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(2.0 mol/L)100mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL氯仿洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例14
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-20 ℃条件下滴加60.3克3,5-二甲基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例15
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL二氯甲烷,在-30 ℃条件下滴加60.3克3,5-二甲基水杨醛二氯甲烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL二氯甲烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例16
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL1,2-二氯乙烷,在-20 ℃条件下滴加111.6克3,5-二溴水杨醛1,2-二氯乙烷溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL1,2-二氯乙烷洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
实施例17
在1000 mL的单口瓶中加入22.8 克手性环己二胺(RR型)和100 mL乙酸乙酯,在-20 ℃条件下滴加63.2克3,5-二氟水杨醛乙酸乙酯溶液200 mL,1.5小时滴完,滴加结束以后保温反应2h,加入49.6克四水醋酸镍水溶液(10.0 mol/L)20mL,室温反应12 h,反应结束后将反应混合物分液,30 mL乙酸乙酯洗涤水相,合并有机相,蒸馏除去溶剂得粗产品,粗产品经纯乙醇重结晶得到红棕色Salen Ni固体粉末,产率为81%,经比旋光测定,样品纯度大于99%。
Claims (10)
1.一种Salen Ni的制备方法,其特征是:先将环己二胺与水杨醛或水杨醛衍生物在有机溶剂中反应生成西佛碱配体,然后再加入醋酸镍水溶液进行反应,使Ni2+与西佛碱进行配位,所得的最终反应液取有机相、除去溶剂得Salen Ni粗产品,粗产品经重结晶得Salen Ni。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是:环己二胺:水杨醛或水杨醛衍生物:醋酸镍的摩尔比为1.0:2.0-3.0:0.5-2.0。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是:生成西佛碱配体时,水杨醛或水杨醛衍生物在-40~20℃下滴入环己二胺中,滴加完毕后保温反应1-2h;西佛碱配体与Ni2+配位时,在室温下保温10-12h。
4.根据权利要求3所述的制备方法,其特征是:生成西佛碱配体时,水杨醛或水杨醛衍生物在-10~-20℃下滴入环己二胺中。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是:所述环己二胺为R R型。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是:所述有机溶剂为二氯甲烷、1, 2-二氯乙烷、三氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙醚或四氢呋喃;醋酸镍的浓度是1-20 mol/L。
7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征是:醋酸镍的浓度10 mol/L。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其特征是重结晶所用溶剂为:体积比为1~1.3:1的 二氯甲烷/石油醚、体积比为1~1.3:1的三氯甲烷/石油醚、纯乙醇或纯甲醇。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征是:重结晶所用溶剂为纯乙醇。
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