CN103272648A

CN103272648A - 一种磁性多孔负载型金属手性催化剂及其应用

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Publication number: CN103272648A
Application number: CN2013101109191A
Authority: CN
Inventors: 邰玉蕾; 赵亚娟; 晁国库; 李晓燕; 官儒奇
Original assignee: Wenzhou University
Current assignee: Wenzhou University
Priority date: 2013-03-30
Filing date: 2013-03-30
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-03-30
Also published as: CN103272648B

Abstract

本发明公开了一种磁性多孔负载型金属手性催化剂及其应用，所述催化剂的载体为氨基修饰的磁性多孔微球，可按以下方法制得：将氯化铁在柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺的水溶液中加热进行水热反应，制得四氧化三铁纳米球，然后以四氧化三铁纳米球作为磁核，以正硅酸己酯作为硅源，加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵，通过溶胶-凝胶过程制得磁性多孔微球，磁性多孔微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行硅烷偶联化反应制得所述氨基修饰的磁性多孔微球。本发明提供的催化剂具有磁性，使反应产物易于通过外加磁场进行分离，并可多次循环使用，减少了催化剂损失。并且催化剂具有较高的催化效率、产物e.e.值高，并在循环多次使用仍具有很好的催化能力。

Description

一种磁性多孔负载型金属手性催化剂及其应用

（一）技术领域

本发明涉及一种磁性多孔负载型金属手性催化剂及其对羰基酮的不对称催化加氢的应用。

（二）背景技术

羰基酮不对称催化加氢常分为多相和均相催化加氢。由于在均相不对称催化加氢中，用于均相催化加氢反应的催化剂难以和产物分离，从而造成昂贵的催化剂的流失和产品中残留有毒金属而被污染，这使得许多具有优异催化性能的均相催化剂不能应用于实际生产中。而多相不对称催化加氢不但克服了难于分离的问题，并且和均相催化加氢相比还具有许多优点，例如，催化剂的活性组分可以广泛变化；使用的温度范围广；容易从产品中分离出催化剂，使催化剂得以回收重复利用，有利于降低生产成本。因此，研究开发催化性能优良具有高催化活性，并易于与产物分离且能多次循环使用的多相不对称加氢催化剂，负载型不对称催化加氢的研究成为热点。

常用的负载型催化剂的载体，多为具有高比表面积的多孔材料，如多孔无机氧化物等等。Hu等利用多孔ZrO₂为载体，负载钌手性配合物完成了苯乙酮的不对称加氢，加氢产物的e.e.值达到了79～96%。但该催化剂由于含有BINAP类膦配体，在反应中仍然难以避免被氧化而失去催化能力的问题。Yin等利用SiO₂为载体，制备钌手性催化剂，进行了苯乙酮的不对称氢转移反应，产物的e.e.值达到了97%，并且催化剂在循环使用中仍然保持着好的催化活性和高的对映选择性。最近，Xiong.W等利用γ-Al₂O₃为载体，制备了负载型Ru/γ-Al₂O₃-(S)-2BINAP，在(1S,2S)-DPEN手性修饰剂修饰下完成苯乙酮不对称加氢，催化剂表现出较高的催化活性，在10℃时，产物的对映选择性也得到了较大的提高，分别可达到75%和79%。

纵观用于羰基酮的负载型手性催化剂，主要是钌手性络合物负载在常规的载体上，其不对称加氢反应的对映选择性比较低。如何提高反应的催化活性和对映选择性还需要人们作进一步的研究。此外，当反应结束时，上述负载型催化剂一般是通过沉淀从反应体系中移去，这增加生产工序。为了能进一步完善负载型金属催化剂，磁性载体跃入了人们的视野。超顺磁性材料本身是非磁性的，但其在外加磁场作用下，可以很容易地被磁化，从而从体系中分离出来，故广泛地被应用在生物分离、磁共振成像以及靶向药物等领域中。因此，目前许多研究工作者将研究重心放在磁性金属钌催化剂的研究中。例如，近来，VanVeldhuizen,J.J.等制备的磁性纳米钌催化剂对烃类的开环反应有很好的选择性，其产物的e.e.值达到96%。Jacinto,M.J.等将Ru(III)和Ru(0)负载到修饰的四氧化三铁纳米粒子上制备的新型磁性金属钌催化剂对乙醇的氧化和烃类的加氢反应均有很好的催化性能和选择性。Hu等将BINAP-Ru-DPEN负载到修饰的四氧化三铁纳米粒子上制备了基于四氧化三铁负载的金属钌手性催化剂，并用于芳香酮的不对称催化加氢反应，加氢产物的e.e.值达到98.1%。但其制备的磁性催化剂直接负载到修饰的四氧化三铁基体上，所用的磁性基体未经保护，在使用的过程中易发生化学反应；并且所用的磁性基体非多孔材料，相应地催化剂的负载量较低，故不利于催化剂在工业应用中。

综上所述，若以磁性多孔材料为载体，结合具有高催化活性和高选择性金属钌手性催化剂，有望制备具有高活性、高选择性、易于分离及循环使用的性能优异的磁性金属钌手性催化剂，从而满足对羰基酮不对称催化加氢的工业化应用要求。而这类催化剂的制备及探索及其在羰基不对称催化加氢应用方面的研究在国内外未见报道。

（三）发明内容

为了能有效地催化羰基酮的不对称加氢，同时使得所用催化剂在具有较高催化能力的同时，又极易于从反应体系中分离，并可循环使用多次，本发明的目的在于提供了一种新型磁性多孔负载型金属手性催化剂。

本发明采用的技术方案是：

一种磁性多孔负载型金属手性催化剂，所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂包括载体和负载于载体上的活性组分，所述的活性组分为金属络合物，所述活性组分的负载量以载体的质量计为10～30wt%，所述金属络合物由络合中心和配体组成，所述络合中心为Ir、Ru或Rh，所述配体包括第一配体和第二配体，所述第一配体为三苯基膦；所述第二配体为1S,2S-1，2-二苯基乙二胺（简称1S,2S-1，2-DPEN）、1R,2R-1，2-二苯基乙二胺（简称1R,2R-1，2-DPEN）、L-脯氨酸（简称L-P）、L-酒石酸(简称L-TA)、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐（简称1S,2S-1，2-DPENDS）或1R,2R-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐（简称1R,2R-1，2-DPENDS）；所述络合中心、第一配体、第二配体的物质的量之比为1：2：1；其特征在于所述的载体为氨基修饰的磁性多孔微球，所述氨基修饰的磁性多孔微球按以下方法制得：将氯化铁在柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺的水溶液中加热进行水热反应，制得四氧化三铁纳米球，然后以所得四氧化三铁纳米球作为磁核，以正硅酸己酯作为硅源，加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵，通过溶胶-凝胶过程制得多孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米球，即磁性多孔微球，所述磁性多孔微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行硅烷偶联化反应制得所述氨基修饰的磁性多孔微球。

进一步，所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂由载体和负载于载体上的活性组分组成。

进一步，本发明所述氨基修饰的磁性多孔微球按以下方法制得：

（1）将氯化铁、柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺（简称PAM）溶于蒸馏水A中，配成Fe³⁺离子浓度0.1～0.3mol/L的铁盐溶液，所述铁盐溶液在水热反应釜中，密封，加热至150～180℃，反应8～16h，离心分离得到黑色沉淀，洗涤后干燥制得四氧化三铁纳米球；所述氯化铁、柠檬酸钠、尿素的物质的量之比为1:1.25～1.5:2；所述聚丙烯酰胺的质量用量以氯化铁的物质的量计为0.75g～1g/mmol；

（2）将步骤（1）制得的四氧化三铁纳米球分散于稀盐酸中，冰浴中超声分散10～20min，然后磁性分离，所得四氧化三铁纳米粒子用蒸馏水B洗涤后分散于乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂中，所得的混合液在冰浴中超声10～20min，得到分散液，然后在机械搅拌下，向所述分散液中加入正硅酸乙酯（简称TEOS）A,在室温下反应6h～10h，磁性分离得到灰黑色沉淀，洗涤后分散于乙醇B中，并加入氨水B、模板剂十六烷基三甲基溴化铵（简称CTAB），室温下搅拌2～3h后，在搅拌下，将正硅酸乙酯B滴加入到反应液中，室温下反应6h～12h，磁性分离，所得分离物A洗涤后干燥得到得到含有模版剂的磁性纳米微球；所述正硅酸乙酯A的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为30μL～50μL/g，所述正硅酸乙酯B的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为1～3mL/g；所述模板剂十六烷基三甲基溴化的质量用量与四氧化三铁纳米球的质量比为0.33～0.5:1;

（3）a、步骤（2）制得的含有模版剂的磁性纳米微球分散于含有NH₄NO₃的体积浓度95%乙醇水溶液中，60～80℃下,搅拌15～25min后，趁热过滤，滤饼用0～10℃的无水乙醇洗涤；所述NH₄NO₃的质量用量与四氧化三铁纳米球的质量比为0.16～0.4:1；

b、重复上述步骤a的操作2～3次，最后将滤饼干燥制得多孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米球，即磁性多孔微球；

（4）步骤（3）制得的磁性多孔微球分散于干燥的甲苯中，氮气保护下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷（简称APTES）回流反应24～36h，磁性分离后，将所得微球用甲苯洗涤后干燥，得到氨基修饰的磁性多孔微球；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的体积用量以四氧化三铁纳米球的质量计为0.8～1.25mL/g。

所述步骤（1）中，所述洗涤通常是依次用蒸馏水、无水乙醇洗涤。

所述步骤（2）中，所述稀盐酸的浓度通常为0.1～0.2mol/L。所述稀盐酸的体积用量通常以四氧化三铁纳米球的质量计为30～40mL/g。

所述步骤（2）中，所述冰浴通常是指将反应液冷却至0～5℃。

所述步骤（2）中，超声分散通常是在60～80W功率下超声分散。

所述步骤（2）中，所述乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂中，乙醇A、蒸馏水C、氨水A的的体积比为1：0.2～0.3：0.002～0.003；所述氨水A的质量百分浓度为28～30%。

所述乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂的体积用量通常以四氧化三铁纳米球的质量计为150～200mL/g。

所述步骤（2）中，所述灰黑色沉淀的洗涤通常是用乙醇、蒸馏水洗涤。

所述步骤（2）中，所述乙醇B的体积用量通常以四氧化三铁纳米球的质量计为50～75mL/g。

所述步骤（2）中，氨水B的体积用量通常以四氧化三铁纳米球的质量计为0.6～1mL/g。所述氨水B的质量百分浓度为28～30%。

所述步骤（2）中，所得分离物A洗涤通常是用乙醇、蒸馏水洗涤。

所述步骤（3）中，所述含有NH₄NO₃的体积浓度95%乙醇水溶液中，所述体积浓度95%乙醇水溶液的体积用量通常以四氧化三铁纳米球的质量计为80～100mL/g。

所述步骤（4）中，所述甲苯的体积用量通常以磁性多孔微球的质量计为50～100mL/g。

所述步骤（4）中，所得微球用甲苯洗涤后干燥，所述干燥通常是在100℃下干燥12～24h。

进一步，本发明所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂中，所述金属络合物的络合中心优选为Ru。

进一步，本发明所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂的制备方法可按以下步骤进行：

（1）将氯化铁、柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺溶于蒸馏水A中，配成Fe³⁺离子浓度0.1～0.3mol/L的铁盐溶液，所述铁盐溶液在水热反应釜中，密封，加热至150～180℃，反应8～16h，离心分离得到黑色沉淀，洗涤后干燥制得四氧化三铁纳米球；所述氯化铁、柠檬酸钠、尿素的物质的量之比为1:1.25～1.5:2；所述聚丙烯酰胺的用量以氯化铁的物质的量计为0.75g～1g/mmol；

（2）将步骤（1）制得的四氧化三铁纳米球分散于稀盐酸中，冰浴中超声分散10～20min，然后磁性分离，所得四氧化三铁纳米粒子用蒸馏水B洗涤后分散于乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂中，所得的混合液于在冰浴中超声分散10～20min，得到分散液，然后在机械搅拌下，向所述分散液中加入正硅酸乙酯A,在室温下反应6h～10h，磁性分离得到灰黑色沉淀，洗涤后分散于乙醇B中，并加入氨水B、模板剂十六烷基三甲基溴化铵，室温下搅拌2～3h后，在搅拌下，将正硅酸乙酯B滴加入到反应液中，室温下反应6h～12h，磁性分离，所得分离物A洗涤后干燥得到含有模版剂的磁性纳米微球；所述正硅酸乙酯A的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为30μL～50μL/g，所述正硅酸乙酯B的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为1～3mL/g；所述模板剂十六烷基三甲基溴化的质量用量与四氧化三铁纳米球的质量比为0.33～0.5：1;

b、重复上述步骤a的操作2～3次，最后将滤饼干燥制得磁性多孔微球；

（4）步骤（3）制得的磁性多孔微球分散于干燥的甲苯中，氮气保护下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷回流反应24～36h，磁性分离后，所得微球用甲苯洗涤后干燥，得到氨基修饰的磁性多孔微球；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的体积用量以四氧化三铁纳米球的质量计为0.8～1.25mL/g；

（5）金属盐酸盐用少量水润湿，然后加入有机溶剂1中，配成0.01～0.1mol/L的金属盐酸盐溶液，冰浴冷却至0～5℃，搅拌下加入第一配体三苯基膦，加完后室温下搅拌20～30小时，然后按照待制备磁性多孔负载型金属手性催化剂中金属络合物的负载量以载体的质量计是10～30wt%的量加入步骤（4）制得的氨基修饰的磁性多孔微球，室温搅拌20～30小时，磁性分离，所得分离物B干燥后得到催化剂前驱体（Ⅰ）；所述金属盐酸盐为Ir的盐酸盐、Ru的盐酸盐或Rh的盐酸盐，所述有机溶剂1为脱氧的i-C₃H₇OH、二氯乙烷、丁醇、丙酮或四氢呋喃，优选脱氧的i-C₃H₇OH、二氯乙烷或丁醇；所述金属盐酸盐中含有金属的物质的量与第一配体的物质的量之比为1：2；

（6）第二配体溶于有机溶剂2中，配成第二配体浓度为5～20g/L的溶液，加入步骤（5）制得的催化剂前驱体（I），然后在0～60℃温度下，通入氢气，控制反应压力为1～5MPa，反应3～5小时，泄压冷却后磁性分离，所得分离物C用去离子水洗涤、干燥得到催化剂前驱体（Ⅱ）；所述有机溶剂2为脱氧的i-C₃H₇OH、二氯乙烷、四氢呋喃或丁醇，优选四氢呋喃或丁醇，所述第二配体的物质的量与金属盐酸盐中含有金属的物质的量之比为1：1；

（7）步骤（6）制得的催化剂前驱体（Ⅱ）用离子液体[RPy]Br浸泡20～30小时，然后磁性分离，分离产物于100～120℃干燥8～12小时，制得所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂，所述离子液体[RPy]Br中，R为乙基、丙基或丁基，Py为吡啶基。

所述步骤（5）中，所述金属盐酸盐用少量水润湿，是指使金属盐酸盐加水刚好转变成浆糊状即可。

所述离子液体[RPy]Br的制备可按照专利ZL201010292558.3中的方法进行。

本发明所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂可应用于催化如式I所示的β-氯代苯丙酮不对称催化加氢反应制备如式II所示的β-氯代苯丙醇，

所述磁性多孔负载型金属手性催化剂中的第二配体为1S,2S-二苯基乙二胺、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐、L-脯氨酸或L-酒石酸，优选为1S,2S-二苯基乙二胺、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐或L-脯氨酸。

进一步，所述应用的方法为：如式I所示的β-氯代苯丙酮、磁性多孔负载型金属手性催化剂在有机溶剂3中，加入碱溶液调pH值为8～10，然后在密闭高压反应釜中，通入氢气，控制氢气压力为1～5MPa、反应温度10～85℃（优选35～60℃），反应2～3小时，反应结束后反应液趁热磁性分离除去催化剂，剩余液体冷却后，有结晶产物析出，过滤取结晶产物在i-C₃H₇OH中重结晶，制得如式II所示的β-氯代苯丙醇，所述有机溶剂3为脱氧的i-C₃H₇OH或二氯甲烷，所述碱溶液为5～20%的KOH水溶液；所述磁性多孔负载型金属手性催化剂的用量为如式I所示的β-氯代苯丙酮的质量的1～6.25%（优选3～6.25%）；所述磁性多孔负载型金属手性催化剂中的第二配体为1S,2S-二苯基乙二胺、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐、L-脯氨酸或L-酒石酸。

所述有机溶剂3的用量以如式I所示的β-氯代苯丙酮的质量计为1～10mL/g。

所述通入氢气通常先用高纯氮气置换密闭高压反应釜中的空气，再使用氢气置换密闭高压反应釜的氮气，最后充入氢气到反应压力。反应结束后，可利用旋光仪测定产物的比旋光度，并利用气相色谱仪测定目的产物的产率。

与现有技术相比，本发明利用磁性负载型金属手性催化剂进行手性还原，对羰基酮的不对称催化加氢进行催化，本发明的有益效果在于：

本发明利用氨基修饰的磁性多孔微球为载体，制备得到磁性多孔负载型金属手性催化剂，使反应产物易于通过外加磁场进行分离，并可多次循环使用，减少了催化剂损失。并且所述催化剂也具有较高的催化效率、e.e.值高，并在循环多次使用仍具有很好的催化能力，有利于工业上实际应用。

（四）具体实施方式

下面以具体实施例来说明本发明的技术方案，但本发明的保护范围不限于此。

本发明实施例中所有的离子液体制备方法如下：

取40g吡啶和88g的溴乙烷，加入带有干燥管的圆底烧瓶中，然后将圆底烧瓶固定在超声波反应器中。在45kHz超声波的作用下，控制温度60℃，持续回流反应4h后得到[EPy]Br粗产品，将粗产品在旋转蒸发仪上80℃进行旋转蒸发，得到94g白色的固体产物[EPy]Br，然后加入3ml水，得到液态的离子液体[EPy]Br。实施例1

a)、将1.0mmol FeCl₃·6H₂O,1.5mmol C₆H₅O₇Na₃·2H₂O、2.0mmol尿素及1.0gPAM在搅拌条件下加入到10mL蒸馏水中，待其完全溶于水中后，将此溶液转入水热反应釜中，密封，加热至150℃，反应8h。所得黑色沉淀离心分离，并分别用蒸馏水，无水乙醇洗涤3次，置于真空干燥箱中干燥备用，可得四氧化三铁纳米球。

b)、将上述自制的四氧化三铁纳米球(0.6g)分散于20mLHCl(0.1M)水溶液中，冰浴中超声分散10min。然后将四氧化三铁纳米微球磁性分离，并用蒸馏水洗涤3次后将其与80mL乙醇，16mL蒸馏水和0.16mL氨水的混合溶剂混合。所得的混合液于60W下，在冰浴中超声10min以使四氧化三铁纳米微球在溶液中分散均匀。然后，在机械搅拌下，将上述分散于移入三口烧瓶中，加入TEOS(20μL),在室温下，反应6h。所得灰黑色沉淀磁性分离，并用分别用乙醇和蒸馏水洗涤3次。将所得产物重新分散于30mL乙醇中，在上述混合液中加入0.4mL氨水（28%，wt%)和0.2gCTAB。室温下，搅拌2h。在不断搅拌的条件下，将1mL的TEOS逐滴加入到混合液中，室温下，反应6h。所得产物磁性分离，并分别用乙醇和蒸馏水洗涤3次，以移走未反应的非磁性纳米粒子，得到含有模版剂的磁性纳米微球。最后，为了得到多孔结构的磁性微球，我们需将模板CTAB移走。将上述纯化，干燥过的磁性纳米微球重新分散于含有0.1gNH₄NO₃的50mL乙醇中(体积浓度为95%)中，60℃下,搅拌15min后，趁热过滤，并用0℃的无水乙醇洗涤以移走CTAB。上述过程重复2次，将产物置于真空干燥中备用。取1g所得磁性多孔微球分散于50mL干燥甲苯中，通氮气保护下加入0.5mLAPTES回流24h。然后将所得微球用甲苯洗涤3次后，在100℃下干燥12h备用，得到氨基修饰的磁性多孔微球，可记为Fe₃O₄/SiO₂/NH₂。

c)、取70mg氯化钌（RuCl₃·3H₂O）用少许水润湿，然后溶解于20mL脱氧i-C₃H₇OH中，冰浴冷却至0℃，在搅拌下加入142mg三苯基膦，室温下反应24h，加入1g上述制得的氨基修饰的磁性多孔微球，室温下继续反应24h，磁性分离，真空干燥得催化剂前驱体（Ⅰ）。取1S,2S-1，2-DPEN57mg，溶于10ml四氢呋喃中，加入催化剂前驱体（Ⅰ），60℃下通入5MPa的氢气处理3h，磁性分离、分离产物用去离子水洗涤、干燥，得到催化剂前驱体（Ⅱ）。

上述的催化剂前驱体（Ⅱ）用离子液体[EPy]Br浸没24h，磁性分离、分离产物于110℃干燥10h，得到磁性多孔负载型金属手性催化剂备用，此催化剂活性组分的负载量为22.6%。

在70ml的高压釜式反应器中，加入30ml脱氧的i-C₃H₇OH，加入5gβ-氯代苯丙酮，搅拌，使底物完全溶解后，往反应釜中加入0.25g上述制备的磁性多孔负载型金属手性催化剂，加入10%KOH，调pH值为10，密闭高压釜式反应器，把反应器放在油浴上固定，通氮气置换反应器中的空气三次，再用氢气置换反应器中的氮气三次，通氢气1MPa，加热至60℃，维持氢气压力为1MPa，反应3h后，趁热磁性分离催化剂，剩余液体冷却后，有结晶产物析出。过滤取结晶产物在i-C₃H₇OH中重结晶三次，得到产物S型β-氯代苯丙醇4.35g，使用旋光仪测定比旋光度，其ee值为92%，气相色谱仪测定产率87%（色谱柱美国Supelco公司的β-CD^TM手性毛细管色谱柱，柱温为120℃）。

实施例2

a)、将1.5mmol FeCl₃·6H₂O,2.0mmol C₆H₅O₇Na₃·2H₂O,3.0mmol尿素及1.25gPAM在搅拌条件下加入到15mL蒸馏水中，待其完全溶于水中后，将此溶液转入水热反应釜中，密封，加热至170℃，反应12h。所得黑色沉淀离心分离，并分别用蒸馏水，无水乙醇洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥备用，可得四氧化三铁纳米球。

b)、将上述自制的四氧化三铁纳米球(0.7g)分散于25mLHCl(0.1M)水溶液中，冰浴中超声分散15min。然后将四氧化三铁纳米微球磁性分离，并用蒸馏水洗涤3次后将其与100mL乙醇，25mL蒸馏水和0.25mL氨水混合。所得的混合液于70W下，在冰浴中超声15min以使四氧化三铁纳米微球在溶液中分散均匀。然后，在机械搅拌下，将上述分散于移入三口烧瓶中，加入TEOS(30μL),在室温下，反应8h。所得灰黑色沉淀磁性分离，并用分别用乙醇和蒸馏水洗涤数次。将所得产物重新分散于42mL乙醇中，在上述混合液中加入0.6mL氨水（28%，wt%)和0.3gCTAB。室温下，搅拌2h。在不断搅拌的条件下，将1.5mL TEOS逐滴加入到混合液中，室温下，反应8h。所得产物磁性分离，并分别用乙醇和蒸馏水洗涤数次，以移走未反应的非磁性纳米粒子，得到含有模版剂的磁性纳米微球。最后，为了得到多孔结构的磁性微球，我们需将模板CTAB移走。将上述纯化，干燥过的磁性纳米微球重新分散于含有0.2gNH₄NO₃的60mL乙醇中(95%)中，60℃下,搅拌15min后，趁热过滤，并用5℃的无水乙醇洗涤以移走CTAB。上述过程重复2次，将产物置于真空干燥中备用。取1g所得磁性多孔微球分散于80mL干燥甲苯中，通氮气保护下加入0.8mL APTES回流32h。然后将所得微球用甲苯洗涤3次后，在100℃下干燥24h备用，得到氨基修饰的磁性多孔微球，可记为Fe₃O₄/SiO₂/NH₂。

c)取70mg氯化铑（RhCl₃3H₂O），用水润湿后加入20mL二氯乙烷中，冰浴冷却至0℃，在搅拌下加入142mg三苯基膦，室温反应20h后，加入1.2g上述制得的氨基修饰的磁性多孔微球，室温下继续反应20h，磁性分离，真空干燥得催化剂前驱体（Ⅰ）。

取手性二苯基乙二胺二磺酸钠盐（1S,2S-1，2-DPENDS）111mg，溶于15mL四氢呋喃中，加入催化剂前驱体（Ⅰ），60℃下通入5MPa的氢气处理3h，磁性分离、分离产物用去离子水洗涤、干燥后，得到催化剂前驱体（Ⅱ）。

上述的催化剂前驱体（Ⅱ）用自制的离子液体[EPy]Br浸没36h后，磁性分离，滤饼于120℃干燥12h，得到磁性多孔负载型金属手性催化剂，此催化剂活性组分的负载量为23.4%（质量分数）。

在70ml的高压釜式反应器中，加入30ml的二氯甲烷，加入8g的β-氯代苯丙酮，搅拌，使β-氯代苯丙酮底物完全溶解后，往反应釜中加入0.25g的上述制备的催化剂，加入10%KOH调pH值为10，密闭高压釜式反应器，把反应器放在油浴上固定，通氮气置换反应器中的空气三次，再用氢气置换反应器中的氮气三次，通氢气3MPa，加热至40℃，维持系统压力为1.2MPa，反应3h后，将反应器冷却，所得产物使用旋光仪测定比旋光度并计算ee值为78%，气相色谱仪测定产率81%（色谱柱美国Supelco公司的β-CD^TM手性毛细管色谱柱，柱温为120℃）。

实施例3

a)、将2.0mmol FeCl₃·6H₂O,2.5mmol C₆H₅O₇Na₃·2H₂O,4.0mmol尿素及1.5gPAM在搅拌条件下加入到20mL蒸馏水中，待其完全溶于水中后，将此溶液转入水热反应釜中，密封，加热至180℃，反应16h。所得黑色沉淀离心分离，并分别用蒸馏水，无水乙醇洗涤数次，置于真空干燥箱中干燥备用，可得四氧化三铁纳米球。

b)、将上述自制的四氧化三铁纳米球(0.8g)分散于30mLHCl(0.1M)水溶液中，冰浴中超声分散20min。然后将四氧化三铁纳米微球磁性分离，并用蒸馏水洗涤3次后将其与120mL乙醇，36mL蒸馏水和0.36mL氨水混合。所得的混合液于80W下，在冰浴中超声20min以使四氧化三铁纳米微球在溶液中分散均匀。然后，在机械搅拌下，将上述分散于移入三口烧瓶中，加入TEOS(40μL),在室温下，反应10h。所得灰黑色沉淀磁性分离，并用分别用乙醇和蒸馏水洗涤数次。将所得产物重新分散于60mL乙醇中，在上述混合液中加入0.8mL氨水（28%，wt%)和0.4gCTAB。室温下，搅拌2h。在不断搅拌的条件下，将2.4mL TEOS逐滴加入到混合液中，室温下，反应12h。所得产物磁性分离，并分别用乙醇和蒸馏水洗涤数次，以移走未反应的非磁性纳米粒子，得到含有模版剂的磁性纳米微球。最后，为了得到多孔结构的磁性微球，我们需将模板CTAB移走。将上述纯化，干燥过的磁性纳米微球重新分散于含有0.3g NH₄NO₃的75mL乙醇中(95%)中，60℃下,搅拌15min后，趁热过滤，并用5℃无水乙醇洗涤以移走CTAB。上述过程重复2次，将产物置于真空干燥中备用。取1g所得磁性多孔微球分散于100mL干燥甲苯中，通氮气保护下加入1.0mL APTES回流36h。然后将所得微球用甲苯洗涤3次后，在100℃下干燥24h备用，得到氨基修饰的磁性多孔微球₂。

c)、用少许水润湿85mg氯化铱（IrCl₃·H₂O）后，溶解于20mL丁醇中，冰浴冷却至0℃，在搅拌下加入142mg三苯基膦，室温反应30h后，加入1g上述制得的氨基修饰的磁性多孔微球，室温下继续反应30h，磁性分离，真空干燥得催化剂前驱体（Ⅰ）。取L-脯氨酸（L-P）31mg，溶于20mL丁醇中，加入催化剂前驱体（Ⅰ）,60℃下通入5MPa的氢气处理5h，磁性分离、分离产物用去离子水洗涤、、干燥，得到催化剂前驱体（Ⅱ）。

上述的催化剂前驱体（Ⅱ）自制的离子液体[EPy]Br浸没24h，过滤，滤饼于100℃干燥8h，得到磁性多孔负载型金属手性催化剂，此催化剂活性组分的负载量为22.4%。

在70ml的高压釜式反应器中，加入30ml的i-C₃H₇OH，加入8g的β-氯代苯丙酮，搅拌，底物完全溶解后，往反应釜中加入0.5g的上述制备的催化剂，加入10%KOH，调pH值为10，密闭高压釜式反应器，把反应器放在油浴上固定，通氮气置换反应器中的空气三次，再用氢气置换反应器中的氮气三次，通氢气2MPa，加热至35℃，维持系统压力2MPa，反应3h后冷却，所得产物使用旋光仪测定比旋光度计算其ee值为55%，气相色谱仪测定产率65%（色谱柱美国Supelco公司的β-CD^TM手性毛细管色谱柱，柱温为120℃）。

Claims

1.一种磁性多孔负载型金属手性催化剂，所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂包括载体和负载于载体上的活性组分，所述的活性组分为金属络合物，所述活性组分的负载量以载体的质量计为10～30wt%，所述金属络合物由络合中心和配体组成，所述络合中心为Ir、Ru或Rh，所述配体包括第一配体和第二配体，所述第一配体为三苯基膦；所述第二配体为1S,2S-1，2-二苯基乙二胺、1R,2R-1，2-二苯基乙二胺、L-脯氨酸、L-酒石酸、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐或1R,2R-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐；所述络合中心、第一配体、第二配体的物质的量之比为1：2：1；其特征在于所述的载体为氨基修饰的磁性多孔微球，所述氨基修饰的磁性多孔微球按以下方法制得：将氯化铁在柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺的水溶液中加热进行水热反应，制得四氧化三铁纳米球，然后以所得四氧化三铁纳米球作为磁核，以正硅酸己酯作为硅源，加入模板剂十六烷基三甲基溴化铵，通过溶胶-凝胶过程制得多孔二氧化硅包覆的四氧化三铁纳米球，即磁性多孔微球，所述磁性多孔微球与3-氨丙基三乙氧基硅烷进行硅烷偶联化反应制得所述氨基修饰的磁性多孔微球。

2.如权利要求1所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂，其特征在于所述氨基修饰的磁性多孔微球按以下方法制得：

（1）将氯化铁、柠檬酸钠、尿素、聚丙烯酰胺溶于蒸馏水A中，配成Fe³⁺离子浓度0.1～0.3mol/L的铁盐溶液，所述铁盐溶液在水热反应釜中，密封，加热至150～180℃，反应8～16h，离心分离得到黑色沉淀，洗涤后干燥制得四氧化三铁纳米球；所述氯化铁、柠檬酸钠、尿素的物质的量之比为1:1.25～1.5:2；所述聚丙烯酰胺的质量用量以氯化铁的物质的量计为0.75g～1g/mmol；

（2）将步骤（1）制得的四氧化三铁纳米球分散于稀盐酸中，冰浴中超声分散10～20min，然后磁性分离，所得四氧化三铁纳米粒子用蒸馏水B洗涤后分散于乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂中，所得的混合液在冰浴中超声分散10～20min，得到分散液，然后在机械搅拌下，向所述分散液中加入正硅酸乙酯A,在室温下反应6h～10h，磁性分离得到灰黑色沉淀，洗涤后分散于乙醇B中，并加入氨水B、模板剂十六烷基三甲基溴化铵，室温下搅拌2～3h后，在搅拌下，将正硅酸乙酯B滴加入到反应液中，室温下反应6h～12h，磁性分离，所得分离物A洗涤后干燥得到得到含有模版剂的磁性纳米微球；所述正硅酸乙酯A的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为30μL～50μL/g，所述正硅酸乙酯B的用量以四氧化三铁纳米球的质量计为1～3mL/g；所述模板剂十六烷基三甲基溴化的质量用量与四氧化三铁纳米球的质量比为0.33～0.5:1;

（4）步骤（3）制得的磁性多孔微球分散于干燥的甲苯中，氮气保护下加入3-氨丙基三乙氧基硅烷回流反应24～36h，磁性分离后，将所得微球用甲苯洗涤后干燥，得到氨基修饰的磁性多孔微球；所述3-氨丙基三乙氧基硅烷的体积用量以四氧化三铁纳米球的质量计为0.8～1.25mL/g。

3.如权利要求2所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂，其特征在于所述步骤（2）中，所述稀盐酸的浓度为0.1～0.2mol/L。

4.如权利要求2所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂，其特征在于所述步骤（2）中，所述乙醇A、蒸馏水C和氨水A的混合溶剂中，乙醇A、蒸馏水C、氨水A的体积比为1：0.2～0.3：0.002～0.003；所述氨水A的质量百分浓度为28～30%。

5.如权利要求1所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂，其特征在于所述金属络合物的络合中心为Ru。

6.如权利要求1所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂的制备方法，其特征在于所述方法为：

（5）金属盐酸盐用少量水润湿，然后加入有机溶剂1中，配成0.01～0.1mol/L的金属盐酸盐溶液，冰浴冷却至0～5℃，搅拌下加入第一配体三苯基膦，加完后室温下搅拌20～30小时，然后按照待制备磁性多孔负载型金属手性催化剂中金属络合物的负载量以载体的质量计是10～30wt%的量加入步骤（4）制得的氨基修饰的磁性多孔微球，室温搅拌20～30小时，磁性分离，所得分离物B干燥后得到催化剂前驱体（Ⅰ）；所述金属盐酸盐为Ir的盐酸盐、Ru的盐酸盐或Rh的盐酸盐，所述有机溶剂1为脱氧的i-C₃H₇OH、二氯乙烷、丁醇、丙酮或四氢呋喃；所述金属盐酸盐中含有金属的物质的量与第一配体的物质的量之比为1：2；

（6）第二配体溶于有机溶剂2中，配成第二配体浓度为浓度为5～20g/L的催化剂前驱体（I）的溶液，加入步骤（5）制得的催化剂前驱体（I），然后在0～60℃温度下，通入氢气，控制反应压力为1～5MPa，反应3～5小时，泄压冷却后磁性分离，所得分离物C用去离子水洗涤、干燥得到催化剂前驱体（Ⅱ）；所述有机溶剂2为脱氧的i-C₃H₇OH、二氯乙烷、四氢呋喃或丁醇，所述第二配体的物质的量与金属盐酸盐中含有金属的物质的量之比为1：1；

7.如权利要求1所述的磁性多孔负载型金属手性催化剂应用于催化如式I所示的β-氯代苯丙酮不对称催化加氢反应制备如式II所示的β-氯代苯丙醇，

所述磁性多孔负载型金属手性催化剂中的第二配体为1S,2S-二苯基乙二胺、1S,2S-1，2-二苯基乙二胺二磺酸钠盐、L-脯氨酸或L-酒石酸。

8.如权利要求7所述的应用，其特征在于所述应用的方法为：如式I所示的β-氯代苯丙酮、磁性多孔负载型金属手性催化剂在有机溶剂3中，加入碱溶液调pH值为8～10，然后在密闭高压反应釜中，通入氢气，控制氢气压力为1～5MPa、反应温度10～85℃，反应2～3小时，反应结束后反应液趁热磁性分离除去催化剂，剩余液体冷却后，有结晶产物析出，过滤取结晶产物在i-C₃H₇OH中重结晶，制得如式II所示的β-氯代苯丙醇，所述有机溶剂3为脱氧的i-C₃H₇OH或二氯甲烷，所述碱溶液为5～20%的KOH水溶液；所述磁性多孔负载型金属手性催化剂的用量为如式I所示的β-氯代苯丙酮的质量的1～6.25%。