CN104327108B - 一种四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备方法，步骤为：将N,N’-二甲基-？N,N’-二苯基乙二胺在正丁基锂存在下与苯甲醛或取代的苯甲醛反应，得四齿氮氧配体；将配体在-20～0℃下加入等摩尔量的三甲基铝，加完后升至室温，然后升温至80℃反应12h，反应完后进行处理得铝配合物；所述配合物结构式如下式Ⅰ所示。本发明制备方法简单易行，所得配体性能好，可以与烷基铝反应生成铝配合物，所述甲基铝配合物能高效的催化丙交酯的开环聚合反应，催化剂活性高，可以调控聚合物的立体结构和分子量，满足不同的需求，有良好的市场前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种四齿氮氧配体的甲基铝配合物及其制备方法，还涉及该铝配合物作为丙交酯的开环聚合的催化剂的应用。
背景技术
聚丙交酯等生物降解高分子材料既具有传统高分子材料的特点，又在使用后不会污染环境，并且在医学上也有广泛的用途，如药物控释、外科缝合线、骨折内固定材料等方面得到广泛的研究。
聚丙交酯材料的结构和分子量对其用途有很大的影响，例如作为支撑材料，要求高分子量和高机械强度，而作为药用膜材，则应对药物有通透性。通过可控聚合方法可以控制聚合物分子量分布，得到分子量分布窄和可预测分子量的聚合物。现今，用于聚丙交酯合成的催化剂大部分为金属配合物，通过对配体的调节可以调控催化剂的立体选择性，得到立体规整度高的聚合物，以便能更好的发挥其机械、物理和降解性能。因此，为了得到更多和更好的我们需要的聚合物，就需要开发不同性能的催化剂来改善聚合物的立体规整度和分子量。由于金属铝催化剂具有优良的催化效果，具有很好的立体选择性，寻找合适的铝催化剂一直以来是研究的热点。
发明内容
本发明提供了一种四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备方法，该方法制备简单，易于实现，所得配合物可以作为丙交酯开环聚合反应的催化剂，催化活性高，性能好。
本发明技术方案如下：
一种四齿氮氧配体，具有如下式Ⅱ所示的结构式，式中R为氢或卤素；
。
上述四齿氮氧配体中，卤素优选为氟或溴。
上述四齿氮氧配体的制备方法，包括以下步骤：将原料A（N,N’-二甲基-N,N’-二苯基乙二胺）溶解到无水乙醚中，在0℃下慢慢滴加正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时，反应后降温到0℃，慢慢滴加苯甲醛或取代的苯甲醛，升到室温，反应12小时，然后加入水停止反应，分液收集有机相，得粗产品，粗产品经甲醇重结晶，即得四齿氮氧配体（式Ⅱ）。
反应式如下：
上述制备方法中，正丁基锂、苯甲醛或取代的苯甲醛的用量均为原料A的2倍摩尔量。
上述配体与甲基铝反应，能形成四齿氮氧配体的甲基铝配合物，其具有如下式Ⅰ所示的结构式，式中R为氢或卤素；
上述四齿氮氧配体的甲基铝配合物中，卤素优选为氟或溴。
上述四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备方法，包括以下步骤:以式Ⅱ所示的四齿氮氧配体为配体，将配体加入到有机溶剂中，在-20～0℃下加入等摩尔量的三甲基铝，加完后将反应液自然升至室温，然后升温至80℃反应12h，反应完后抽去溶剂，得粗产品，粗产品重结晶，得四齿氮氧配体的甲基铝配合物（式Ⅰ）。反应式如下：
上述制备方法中，反应在惰性气体保护下进行。
上述制备方法中，所述有机溶剂为C5～C10的饱和烷烃或芳香烃或卤代烷有机溶剂，优选为甲苯、四氢呋喃或氯仿。
上述制备方法中，有机溶剂用量应为反应原料总质量的5～20倍。
上述制备方法中，重结晶所用溶剂为正己烷。
本发明四齿氮氧配体的甲基铝配合物可以用做丙交酯开环聚合反应的催化剂，所述丙交酯为左旋丙交酯或外消旋丙交酯。配合物中的取代基R为氢时，配合物做为催化剂催化活性高，在催化合成相同分子量的聚酯时所用的时间短，取代基R为氟次之，取代基R为溴所用时间最长，这表明空间位阻对催化剂活性有一定影响，随着空间位阻的增大，催化剂的活性有所降低。本发明催化剂还具有较好的立体选择性，实验表明，R为氟时，立体选择性最好，溴次之，氢最低，这说明取代基的吸电子作用越强催化剂的立体选择性越高。
本发明四齿氮氧配体的甲基铝配合物用作丙交酯开环聚合反应的催化剂时，反应速率很快，并且可以根据需求得到2000-170000范围内所需分子量的内酯，分子量可控性高。
丙交酯开环聚合反应具体包括以下步骤：将四齿氮氧配体的甲基铝配合物催化剂、有机溶剂、醇助催化剂和丙交酯混合，在无水无氧和惰性气体保护下进行聚合开环反应，反应后将反应物进行处理，得聚丙交酯。
上述开环聚合反应中，反应后加入冷甲醇纯化聚丙交酯，得纯化后的聚丙交酯。
上述开环聚合反应中，丙交酯与催化剂的摩尔比为30～2000：1，优选500-1000:1；醇助催化剂与催化剂的摩尔比为1～4：1。
上述开环聚合反应中，聚合反应温度为20～120℃，优选为20-70℃；时间为3-24小时，优选为6小时至15小时。
上述开环聚合反应中，醇助催化剂为苄醇或异丙醇。
上述开环聚合反应中，反应所用有机溶剂为甲苯、氯仿或四氢呋喃，优选甲苯。
上述开环聚合反应中，以本发明四齿氮氧配体的甲基铝配合物作为催化剂引发丙交酯的聚合，从而得到一系列聚丙交酯。本发明最终所得聚丙交酯的分子量Mn在2000～170000之间，通过调节反应条件（丙交酯单体与催化剂还有助催化剂的用量比等），可以得到不同分子量范围的聚合物，并且聚合物分子量分布窄。
本发明提供了一种四齿氮氧配体，该配体可以N、N、O、O四齿配位，与甲基铝络合可以形成本发明铝配合物。本发明配合物结构特殊，制备方法简单，性能优异，可以作为丙交酯开环聚合反应的催化剂，催化活性高，反应速率很快，且可以可控的得到不同分子量的产物，制得的聚合物的分子量可以从两千到十七万，选择性广，有良好的市场前景。
附图说明
图1为本发明新型四齿氮氧配体的晶体示意图，其中R为氢。
具体实施方式
下面通过具体实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于此，具体保护范围见权利要求。
本发明所用的原料A可以用现有技术中公开的方法自行制备得到，下述实施例所用的原料A采用文献“EmilFr?hlich；DarstellungvonN,N′-Dialkyl-methylendiaryl-diaminenundHomologen，ChemischeBerichte;vol.40;(1907);p.764”中公开的方法得到，步骤为：将1，2-二溴乙烷与其2摩尔倍量的N-甲基苯胺在100℃条件下反应12小时，得到紫色混合物，混合物经柱色谱分离（石油醚/乙酸乙酯=10/1）得到白色固体，即为原料A，产率81wt%。
制备四齿氮氧配体
按照下述路线合成新型四齿氮氧配体，所得配体的结构式如下式（Ⅱ），下面简单例举几个配体的制备过程。优选的配体R为氢、氟、溴。
实施例1
所用配体结构式如上式（Ⅱ），其中R为氢，反应过程为：将原料A（N,N’-二甲基-N,N’-二苯基乙二胺）（8.30g，34.6mmol)溶解到30mL无水乙醚中，在0oC慢慢滴加原料A两倍摩尔量的正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时以后，降温到0oC,慢慢滴加原料A两倍摩尔量的苯甲醛（7.34g，69.2mmol），升到室温以后反应12小时，反应后加入水停止反应，分液收集有机相，得粗产品，经甲醇重结晶得纯产品10.52g,产率67%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,79.69;H,7.18;N,6.24%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.36–7.29(m,8H,Ar–H),7.27–7.22(m,4H,Ar–H),7.20–7.16(m,2H,Ar–H),7.15–7.09(m,2H,Ar–H),7.06(dd,J=7.7,1.5Hz,2H,Ar–H),6.02(s,2H,ArCHOH),5.98(s,2H,ArCHOH),2.98(s,4H,NCH2),2.48(s,6H,CH3).
13CNMR(100MHz,CDCl3)δ150.49,144.08,139.35,129.54,128.43,128.14,126.98,126.77,125.62,122.40,74.00,54.98,44.64.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅱ）中R为氢的配体。
所得产品的晶体示意图如图1所示。
实施例2
所用配体结构式如上式（Ⅱ），其中R为氟，反应过程为：将原料A（7.60g，31.6mmol)溶解到30mL无水乙醚中，在0oC慢慢滴加原料A两倍摩尔量的正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时以后，降温到0oC,慢慢滴加原料A2倍摩尔量的邻氟苯甲醛（7.82g，63.2mmol），升到室温以后反应12小时，反应后加入水停止反应，分液收集有机相，得粗产品，经甲醇重结晶得纯产品12.03g,产率78%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,73.79;H,6.25;N,5.81%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.59(t,J=7.6Hz,2H,Ar–H),7.30–7.24(m,4H,Ar–H),7.17(t,J=8.0Hz,3H,Ar–H),7.08(dd,J=9.2,4.0Hz,2H,Ar–H),7.04–6.98(m,3H,Ar–H),6.91(d,J=7.7Hz,2H,Ar–H),6.49(s,2H,ArCHOH),6.23(s,2H,ArCHOH)3.18(s,4H,NCH2),2.72(s,6H,CH3).
13CNMR(100MHz,CDCl3)δ161.24,158.79,138.78,130.57,128.80,128.66,128.40,125.90,124.17,122.24,115.17,114.95,67.33,55.12,44.91.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅱ）中R为氟的配体。
实施例3
所用配体结构式如上式（Ⅱ），其中R为溴，反应过程为：将原料A（6.50g，27.0mmol)溶解到30mL无水乙醚中，在0oC慢慢滴加原料A两倍摩尔量的正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时以后，降温到0oC,慢慢滴加原料A2倍摩尔量的邻溴苯甲醛（9.91g，54.0mmol），升到室温以后反应12小时，反应后加入水停止反应，分液收集有机相，得粗产品，经甲醇重结晶得纯产品6.92g,产率42%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,59.12;H,4.87;N,4.65%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.66(dd,J=7.7,1.3Hz,2H,Ar–H),7.53(d,J=1.1Hz,2H,Ar–H),7.36(t,J=7.7Hz,2H,Ar–H),7.28(d,J=3.3Hz,2H,Ar–H),7.22–7.13(m,2H,Ar–H),7.01(d,J=4.5Hz,2H,Ar–H),6.67(d,J=7.6Hz,2H,Ar–H),6.45(br,2H,ArCHOH)6.33(s,2H,ArCH),3.22(s,4H,NCH2),2.82(s,6H,CH3).
13CNMR(100MHz,CDCl3)δ150.85，141.74,138.73,132.46,129.38,128.82,128.79,128.16,127.57,125.76,123.26,122.00,71.56,54.99,44.60.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅱ）中R为溴的配体。
制备四齿氮氧配体的甲基铝配合物
氮氧配位的甲基铝配合物是由配体（式Ⅱ）和三甲基铝反应生成的配合物，其配体的结构式如下式Ⅱ，配合物结构式如下式（Ⅰ），下面对不同配体所得到的催化剂进行举例，优选的配体R为氢、氟、溴。
实施例4
所用配体为实施例1制备的配体，R为氢，反应过程为：在氮气氛下,将配体（0.52g，1.1mmol）溶于10mL甲苯中，在0℃下加入等摩尔量的三甲基铝，慢慢升到室温，加热到80℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品0.49g,产率91%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,75.63;H,6.79;N,5.74%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.42(d,J=7.9Hz,4H,Ph–H),7.35(d,J=5.7Hz,8H,Ph–H),7.28(s,2H,Ph–H),7.19(m,2H,Ph–H),7.18(m,2H,Ph–H),5.00(s,2H,PhCHO),4.07(t,J=6.5Hz,4H,NCH2),2.35(s,6H,CH3),–1.22(s,3H,Al–CH3).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ151.06,132.89,131.30,130.06,129.62,129.10,128.37,125.36,120.05,118.20,53.33,40.71,21.54,–9.11.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅰ）中R为氢的配合物。
实施例5
所用配体为实施例2制备的配体，R为氟，反应过程为：在氮气氛下,将配体（0.71g，1.40mmoL）溶于15mL四氢呋喃中，在-20℃下加入等摩尔量三甲基铝，缓慢升到室温，加热到80℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品0.65g,产率87%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,70.51;H,5.97;N,5.41%。
1HNMR(400MHz,CDCl3,293K):δ7.89(d,J=2.9Hz,2H,Ar–H),7.82(d,J=2.8Hz,2H,Ph–H),7.64–7.56(m,4H,Ph–H),7.43–7.38(m,8H,Ph–H),7.24(m,2H,PhCHO),3.15(s,2H,NCH2),3.03(s,2H,NCH2),2.45(s,6H,CH3),–1.19(s,6H,AlCH3).13CNMR(101MHz,CDCl3,293K):δ198.97,154.91,142.45,141.26140.54,138.52,137.08,135.17,127.01,122.41,121.71,118.33,53.50,45.22,12.35,–9.10.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅰ）中R为氟的配合物。
实施例6
所用配体为实施例3制备的配体，R为溴，反应过程为：在氮气氛下,将配体（0.93g，1.50mmoL）溶于15mL四氢呋喃中，在0℃下加入等摩尔量三甲基铝，缓慢升到室温，加热到50℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品0.80g,产率81%。
对所得产品进行表征，结果如下：
元素分析结果：C,57.32;H,4.84;N,4.39%。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.77(d,J=7.6Hz,2H,Ph–H),7.54(d,J=7.0Hz,2H,Ph–H),7.48–7.38(m,5H,Ph–H),7.27(d,J=7.8Hz,7H,Ph–H),6.99–6.92(m,2H,PhCHO),2.90(s,2H,NCH2),2.51(s,2H,NCH2),2.38(s,6H,CH3),–1.21(s,3H,Al–CH3).
13CNMR(101MHz,CDCl3)δ198.19,151.06,137.91,132.89,131.30,129.91,129.10,128.37,125.36,122.68,120.05,118.20,53.33,40.71,21.54,–9.11.
从以上表征结果可以看出，所得产品即为上式（Ⅰ）中R为溴的配合物。
实施例7
所用配体为实施例1制备的配体，R为氢，反应过程为：在氮气氛下,将配体（0.52g，1.1mmol）溶于10mL己烷中，在5℃下加入1.2倍摩尔量的三甲基铝，慢慢升到室温，加热到100℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品,产率82%。
实施例8
所用配体为实施例2制备的配体，R为氟，反应过程为：在氮气氛下,将配体（0.71g，1.40mmoL）溶于15mL四氯化碳中，在-20℃下加入1.2倍摩尔量三甲基铝，缓慢升到室温，加热到60℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品,产率71%。
铝配合物的应用
实施例9
在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，首先在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为氢的催化剂、40mL四氢呋喃、50μmol苄醇、以及50mmol的外消旋丙交酯，然后置于20oC的环境中，反应12小时后停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得7.06克，分子量6.6万，分子量分布为1.13，立体选择性（Pr=0.70），收率98%。
实施例10
在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，首先在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为氟的催化剂、40mL四氢呋喃、50μmol苄醇、以及50mmol的外消旋丙交酯，然后置于20oC的环境中，反应13小时后停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得产品，分子量6.7万，分子量分布为1.11，立体选择性（Pr=0.76），收率98%。
实施例11
在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，首先在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为溴的催化剂、40mL四氢呋喃、50μmol苄醇、以及50mmol的外消旋丙交酯，然后置于20oC的环境中，反应16小时后停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得产品，分子量6.6万，分子量分布为1.12，立体选择性（Pr=0.72），收率97%。
实施例12
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为氢的催化剂、30mL四氢呋喃、50μmol异丙醇、以及42mmol的外消旋丙交酯，然后置于50oC的油浴中反应14小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得5.81克，分子量8.5万，分子量分布为1.11，立体选择性（Pr=0.64），收率96%。
实施例13
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为氢的催化剂、15mL甲苯、75μmol苄醇、以及10mmol的左旋丙交酯，然后置于120oC的油浴中反应13小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得1.40克，分子量6.8万，分子量分布为1.09，收率97%。
实施例14
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入35μmolR为氟的催化剂、10mL甲苯、35μmol苄醇、以及4mmol的外消旋丙交酯，然后置于20oC的环境中，反应18小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.56克，分子量8.9万，分子量分布为1.10，立体选择性（Pr=0.74）收率97%。
实施例15
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入100μmolR为溴的催化剂、10mL甲苯、200μmol苄醇、以及3mmol的外消旋丙交酯，然后置于20oC的环境中，反应24小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得0.42克，分子量0.7万，分子量分布为1.13，立体选择性（Pr=0.72），收率96%。
实施例16
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入25μmolR为氢的催化剂、30mL四氢呋喃、100μmol苄醇、以及25mmol的左旋丙交酯，然后置于50oC的油浴中反应16小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得3.53克，分子量10.9万，分子量分布为1.08，收率98%。
实施例17
所有操作均在无水无氧和惰性气体保护下进行。首先，在用高纯氮气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入15μmolR为氢基团的催化剂、20mL甲苯、15μmol苄醇、以及8mmol的左旋丙交酯，然后置于70oC的油浴中反应19小时停止反应，用冷甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得1.11克，分子量16.5万，分子量分布为1.12，收率96%。
对比例1
将原料A（8.30g，34.6mmol)溶解到30mL无水乙醚中，在0oC慢慢滴加原料A两倍摩尔量的正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时以后，降温到0oC,慢慢滴加原料A两倍摩尔量的二苯甲酮（69.2mmol），升到室温以后反应12小时，反应后加入水停止反应，得到难溶于普通溶剂的化合物，DMF和DMSO都难以溶解，得到的未知化合物只能溶解在酸中，无法对其进行必要的表征。
对比例2
将原料A（8.30g，34.6mmol)溶解到30mL无水乙醚中，在0oC慢慢滴加原料A两倍摩尔量的正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时以后，降温到0oC,慢慢滴加原料A两倍摩尔量的干燥丙酮（69.2mmol），升到室温以后反应12小时，反应后加入水停止反应，得到的化合物产率很低（低于5%），没有应用价值。
Claims (9)
1.一种四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备方法，其特征是包括以下步骤：
（1）四齿氮氧配体的制备
将N,N’-二甲基-N,N’-二苯基乙二胺溶解到无水乙醚中，在0℃下慢慢滴加正丁基锂，缓慢升到室温反应12小时，反应后降温到0℃，慢慢滴加苯甲醛或取代的苯甲醛，升到室温，反应12小时，然后加入水停止反应，分液收集有机相，得粗产品，粗产品经甲醇重结晶，得四齿氮氧配体；所述配体具有如下式Ⅱ所示的结构式，式中R为氢或卤素；
（2）四齿氮氧配体的甲基铝配合物的制备
将步骤（1）制得的四齿氮氧配体加入到有机溶剂中，在-20～0℃下加入等摩尔量的三甲基铝，加完后将反应液自然升至室温，然后升温至80℃反应12h，反应完后抽去溶剂，得粗产品，粗产品重结晶，得四齿氮氧配体的甲基铝配合物；所述配合物具有如下式Ⅰ所示的结构式，式中R为氢或卤素；
。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：配体和配合物的结构式中，所述卤素为氟或溴。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，所述取代的苯甲醛的结构式为，其中R卤素。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中，正丁基锂、苯甲醛或取代的苯甲醛的加入量均为N,N’-二甲基-N,N’-二苯基乙二胺的2倍摩尔量。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，反应在惰性气体保护下进行。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述有机溶剂为C5～C10的饱和烷烃或芳香烃或卤代烷有机溶剂。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，所述有机溶剂为甲苯、四氢呋喃或氯仿。
8.根据权利要求6或7所述的制备方法，其特征是：有机溶剂用量为反应原料总质量的5～20倍。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是：步骤（2）中，重结晶所用溶剂为正己烷。
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