CN104761518B - 一种离子液体条件下不对称氢化合成d‑泛内酯的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种离子液体条件下不对称氢化合成D‑泛内酯的方法，该方法采用了一种均相不对称氢化催化体系，该催化体系由手性双膦配体和铑催化剂前体形成的手性催化剂、聚醚烷基胍盐离子液体、酮基泛内酯、苯或甲苯组成，在一定的反应温度和氢气压力下进行不对称氢化反应，本发明所提供的方法利用离子液体对手性催化剂的固载作用，通过简单的液液相分离实现手性催化剂的分离和循环，手性催化剂可循环使用多次，酮基泛内酯的转化率或D‑泛内酯的立体选择性没有明显的降低。

Description

一种离子液体条件下不对称氢化合成D-泛内酯的方法
技术领域
本发明涉及化学化工技术领域，具体地涉及一种离子液体条件下不对称氢化合成D-泛内酯的方法。
背景技术
D-泛酸钙是重要的食品、饲料添加剂和医药原料，目前世界上D-泛酸钙的需求量逐年上升，产品供不应求。而制备D-泛酸钙及泛酸系列产品的关键是其前体物质D-泛解酸内酯(简称D-泛内酯)的合成和手性拆分技术。
目前，国内食品、饲料添加剂行业多数企业仍在沿用上世纪60年代开发的异丁醛-甲醛-氢氰酸工艺生产DL-泛内酯，然后通过手性拆分的方法制备D-泛内酯，技术落后，污染严重，急需升级改造。因此，开发原子经济性的绿色化学方法合成D-泛内酯对泛酸系列产品的生产具有重要的现实意义。
不对称催化氢化还原是工业上第一个使用的不对称催化反应，也是文献报道最多、研究最深入的化学前沿领域之一，现已成为制备手性醇、手性胺和手性氨基酸的核心技术。基于目前酮基泛内酯的合成方法已十分成熟，采用不对称催化加氢还原酮基泛内酯高立体选择性地合成D-泛内酯在技术上将更具先进性(Ojima I,Kogure T and Yoda Y,Organic Syntheses,1985,63,18)，如，母体结构为吡咯烷或吡咯烷酮的手性双膦配体在酮基泛内酯的不对称加氢过程中表现出较好的对映选择性(Ojima I,Kogure T,Terasaki T,J.Org.Chem.,1978,43,3444；Achiwa K,Kogure T,Ojima I,Tetrahedron Lett.,1977,18,4431；Roucoux A,Thieffry L,Carpentier J,Organometallics,1996,15,2440；PasquierC,Naili S,Mortreux A,Organometallics,2000,19,5723.)。然而，在不对称催化氢化过程中，昂贵的手性贵金属催化剂的回收和循环一直是一个具有挑战性的难题，由于手性催化剂一般对空气和水敏感，不易保存，在目前所报道的酮基泛内酯不对称氢化反应中涉及手性催化剂回收利用的内容非常有限。
近年来，离子液体作为一种可循环的过渡金属催化剂的载体被广泛应用于不对称氢化反应中。研究表明，对于酮基泛内酯的不对称氢化反应，手性催化剂在弱极性的溶剂，如苯或甲苯中，往往表现出较高的催化活性和对映选择性，而目前被普遍应用于不对称氢化反应中的咪唑型离子液体一般不溶于苯和甲苯等弱极性溶剂，催化反应一般是在两相体系下进行的，但由于受到两相体系传质阻力的限制，往往不对称氢化反应的催化活性较低，对映选择性也不理想。
最近，我们在专利CN201210064537.5中报道了一类聚醚烷基胍盐离子液体及其在高碳烯烃两相氢甲酰化反应中的应用。这类离子液体的特点是易溶于苯和甲苯，但不溶于烷烃和甲基叔丁基醚等溶剂。
针对现有技术中存在的不足，本发明基于聚醚烷基胍盐离子液体的溶解特性，发明了一种均相不对称氢化反应体系，该催化体系由手性双膦配体L和铑催化剂前体[Rh]形成的手性催化剂[Rh]-L、聚醚烷基胍盐离子液体PGILs、酮基泛内酯、苯或甲苯组成，在一定的反应温度和氢气压力下进行不对称氢化反应，反应结束后，通过减压蒸馏分离除去溶剂苯或甲苯，然后加入甲基叔丁基醚萃取产物D-泛内酯，体系分为两相，下层为溶解了手性催化剂[Rh]-L的PGILs相，上层为溶有D-泛内酯的甲基叔丁基醚相，通过简单的液液相分离后，PGILs相可进行下一次催化循环。手性催化剂可循环使用多次，酮基泛内酯的转化率或D-泛内酯的立体选择性没有明显的降低。
本发明的目的是创建一个基于离子液体的可循环的不对称催化氢化体系用于酮基泛内酯的不对称催化氢化还原，以制备D-泛内酯。
发明内容
本发明提供了一种离子液体条件下不对称氢化合成D-泛内酯1的方法，其特征在于：不对称氢化反应体系是由手性双膦配体L和铑催化剂前体[Rh]形成的手性催化剂[Rh]-L、聚醚烷基胍盐离子液体PGILs、酮基泛内酯2、苯或甲苯组成的均相催化反应体系，在一定的反应温度和氢气压力下进行不对称氢化反应，反应结束后，通过减压蒸馏分离除去溶剂苯或甲苯，然后加入甲基叔丁基醚萃取产物1，体系分为两相，下层为溶解了手性催化剂[Rh]-L的PGILs相，上层为溶有D-泛内酯1的甲基叔丁基醚相，通过简单的液液相分离后，PGILs相可进行下一次催化循环，化学反应式如下。
所应用的手性双膦配体为：
在配体3中，R1为氨基酸侧链时，其立体构型为：S型或R型。
铑催化剂前体[Rh]为[Rh(COD)2]BF4或[Rh(COD)Cl]2(COD为1,5-环辛二烯)。
所应用的聚醚烷基胍盐离子液体PGILs的结构为：
式中，R4＝C1-C16正构烷基或苯基，n＝4-50，X＝BF4 -，PF6 -，Tf2N-，CF3COO-，CH3SO3 -，CF3SO3 -。
合成D-泛内酯的方法是：在氩气或氮气氛下，在不锈钢高压反应釜中加入铑催化剂前体[Rh(COD)2]BF4或[Rh(COD)Cl]2、手性双膦配体3、4或5、聚醚烷基胍盐离子液体PGILs、酮基泛内酯2、苯或甲苯，使手性双膦配体与铑催化剂前体中铑的摩尔比是1:1-10:1，离子液体与铑催化剂前体的质量比为100:1-1000:1，酮基泛内酯2与铑催化剂前体中铑的摩尔比是100:1-10000:1，苯或甲苯与PGILs的体积比为2:1-20:1，用氮气或氩气置换空气4-6次，然后用氢气加压至0.1-7.0MPa，在20-100℃反应1-72小时，然后快速冷却至室温，放空氢气后，减压除去苯或甲苯，加入甲基叔丁基醚萃取1-3次，甲基叔丁基醚与苯或甲苯的体积比是1:1-3:1，体系分成两相，经简单的相分离得到含有D-泛内酯1的上层甲基叔丁基醚相，下层溶解了手性催化剂[Rh]-L的PGILs相在补加新的苯或甲苯以及酮基泛内酯2后继续下一个催化循环，经多次循环后，酮基泛内酯2的转化率或D-泛内酯1的立体选择性没有明显的降低。
具体实施方式
实施例1
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1＝Boc)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
在氩气或氮气氛下，在不锈钢高压反应釜中加入铑催化剂前体[Rh(COD)Cl]2、手性双膦配体3(R1＝Boc)、聚醚烷基胍盐离子液体[CH3(EO)16TMG]SO3CH3、酮基泛内酯和苯，3与Rh的摩尔比是1.1:1，离子液体与铑催化剂前体的质量比为500:1，酮基泛内酯与Rh的摩尔比是100:1，苯与离子液体的体积比为4:1，用氮气或氩气置换空气4-6次，然后用氢气加压至5.0MPa，在50℃反应4小时，然后快速冷却至室温，放空氢气后，减压除去苯，加入甲基叔丁基醚萃取2次，甲基叔丁基醚与苯的体积比是1:1，体系分成两相，经简单的相分离得到含有D-泛内酯的上层甲基叔丁基醚相，用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为77.6％，生成D-泛内酯的ee值是60.7％。
实施例2
[Rh]-5([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R3＝Cp)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/甲苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1，只是将溶剂换为甲苯，酮基泛内酯与Rh的摩尔比是200:1，氢气压力为0.1MPa，反应温度25℃，反应时间2h。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为97.5％，生成D-泛内酯的ee值是92.2％。
实施例3
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1为氨基酸侧链，X＝CF3COO-，m＝0，n＝1，其立体构型为S型)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为76.4％，生成D-泛内酯的ee值是57.5％。
实施例4
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1为氨基酸侧链，X＝CF3COO-，m＝1，n＝0，其立体构型为S型)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为84.5％，生成D-泛内酯的ee值是74.9％。
实施例5
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1为氨基酸侧链，X＝CF3COO-，m＝2，n＝0，其立体构型为S型)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为99.3％，生成D-泛内酯的ee值是76.6％。
实施例6
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1为氨基酸侧链，X＝CF3COO-，m＝0，n＝2，其立体构型为S型)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为47.0％，生成D-泛内酯的ee值是50.7％。
实施例7
[Rh]-4([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R2＝Me，n＝1，X＝BF4 -)/[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下酮基泛内酯的不对称氢化反应
反应条件与步骤同实施例1。用气相色谱进行分析，酮基泛内酯的转化率为50.7％，生成D-泛内酯的ee值是54.9％。
实施例8-13
[Rh]-3([Rh]＝[Rh(COD)Cl]2；R1为氨基酸侧链，X＝CF3COO-，m＝2，n＝0，其立体构型为S型)在[CH3(EO)16TMG]SO3CH3/苯体系下的循环实验
反应条件与步骤同实施例1，只是反应时间为20h，经简单的相分离得到含有D-泛内酯的上层甲基叔丁基醚相，下层溶解了手性催化剂[Rh]-3的PGILs相在补加新的苯和酮基泛内酯后继续下一个催化循环，
经6循环后，酮基泛内酯的转化率或D-泛内酯的立体选择性没有明显的降低，循环实验结果见表1。
表1 手性催化剂的循环实验

Claims (2)

1.一种离子液体条件下不对称氢化合成D-泛内酯1的方法，其特征在于：不对称氢化反应体系是由手性双膦配体L和铑催化剂前体[Rh]形成的手性催化剂[Rh]-L、聚醚烷基胍盐离子液体PGILs、酮基泛内酯2、苯或甲苯组成的均相催化反应体系，在一定的反应温度和氢气压力下进行不对称氢化反应，反应结束后，通过减压蒸馏分离除去溶剂苯或甲苯，然后加入甲基叔丁基醚萃取产物1，体系分为两相，下层为溶解了手性催化剂[Rh]-L的PGILs相，上层为溶有D-泛内酯1的甲基叔丁基醚相，通过简单的液液相分离后，PGILs相可进行下一次催化循环，化学反应式如下：
所述的手性双膦配体L为：
在配体3中，R1为氨基酸侧链时，其立体构型为：S型或R型；Tf2N-表示双三氟甲磺酰亚胺阴离子；
Cy表示环己基；Cp表示环戊基；
所述的铑催化剂前体[Rh]为：[Rh(COD)2]BF4或[Rh(COD)Cl]2，COD为1,5-环辛二烯；
所述的聚醚烷基胍盐离子液体PGILs的结构为：
式中，TMG表示四甲基胍；R4＝C1-C16正构烷基或苯基；EO表示-OCH2CH2-基团；n＝4-50，X＝BF4 -，PF6 -，Tf2N-，CF3COO-，CH3SO3 -，CF3SO3 -。
2.按照权利要求1的一种离子液体条件下不对称氢化合成D-泛内酯的方法，其特征在于：在氩气或氮气氛下，在不锈钢高压反应釜中加入铑催化剂前体[Rh(COD)2]BF4或[Rh(COD)Cl]2、手性双膦配体3、4或5、聚醚烷基胍盐离子液体PGILs、酮基泛内酯2、苯或甲苯，使手性双膦配体与铑催化剂前体中铑的摩尔比是1:1-10:1，离子液体与铑催化剂前体的质量比为100:1-1000:1，酮基泛内酯2与铑催化剂前体中铑的摩尔比是100:1-10000:1，苯或甲苯与PGILs的体积比为2:1-20:1，用氮气或氩气置换空气4-6次，然后用氢气加压至0.1-7.0MPa，在20-100℃反应1-72小时，然后快速冷却至室温，放空氢气后，减压除去苯或甲苯，加入甲基叔丁基醚萃取1-3次，甲基叔丁基醚与苯或甲苯的体积比是1:1-3:1，体系分成两相，经简单的相分离得到含有D-泛内酯1的上层甲基叔丁基醚相，下层溶解了手性催化剂[Rh]-L的PGILs相在补加新的苯或甲苯以及酮基泛内酯2后继续下一个催化循环，手性双膦配体3、4和5的结构式如下：
在配体3中，R1为氨基酸侧链时，其立体构型为：S型或R型。
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