CN105764611A - 用于连续流动反应器的催化剂系统和其制备方法以及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供复合材料和用于非均相流动反应器的系统，其包括：包含含有催化剂的单体单元的催化聚合物骨架，含有催化剂的单体单元从二膦配体衍生，每个含有催化剂的单体单元由至少一个非含催化剂的单体单元分隔，其中催化聚合物骨架共价或非共价固定在载体材料上或中。每个含催化剂的单体子单元包含与二膦配体结合的过渡金属。此外，提供催化剂系统和复合材料的制备和使用的方法。

Description

用于连续流动反应器的催化剂系统和其制备方法以及应用
技术领域
本申请属于不对称催化的领域。更具体地，本申请涉及非均相系统和用于不对称催化的方法。
背景技术
不对称催化是在手性均相催化剂的存在下前手性底物对映选择性转化为手性产物。不对称催化提供了优越的多功能性，手性均相催化剂可容易被调整和/或修饰以用于任何所需的反应。此外，在合成中使用催化剂通常被认为比使用化学计量的试剂更环保。不对称催化用于多种天然产物的工业合成。这样一个例子是N,N-二乙基香叶胺的铑-(S)-BINAP((S)-BINAP＝(S)-2,2'-双(二苯基膦基)-1,1'-联萘))催化异构化以在水解之后得到对映纯(R)-香茅醛，其由2001年诺贝尔化学奖获得者RyojiNoyori开发[(Tani,K.；Yamagata,T.；Otsuka,S.；Akutagawa,S.；Kumobayashi,H.；Taketomi,T.；Takaya,H.；Miyashita,A.；Noyori,R.J.Am.Chem.Soc.,Chem.Commun.1982,600；Tani,K.；Yamagata,T.；Akutagawa,S.；Kumobayashi,H.；Taketomi,T.；Takaya,H.；Miyashita,A.；Noyori,R.；Otsuka,S.J.Am.Chem.Soc.1984,106,5208；Inoue,S.-I.；Takaya,H.；Tani,K.；Otsuka,S.；Sato,T.；Noyori,R.J.Am.Chem.Soc.1990,112,4897.]。此反应是(-)-薄荷醇——一种常见的化妆品(aesthetic)——的工业合成中的关键步骤。
尽管不对称催化具有优点，但存在影响其效用和适用性的固有挑战。由于过渡金属中心的存在，均相催化剂可以是有毒的，这对医药工业来说是一个严重的担忧[Garrett,C.E.；Prasad,K.Adv.Synth.Catal.2004,346,889]。这会导致昂贵和费时的工作任务以将期望的产物和催化的残余物分离。均相催化剂也已知在工作任务中分解，防止催化剂回收。它们也往往是对空气敏感的和昂贵的；手性配体本身可以比过渡金属前体更昂贵[Hawkins,J.M.；Watson,T.J.N.Angew.Chem.Int.Ed.2004,43,3224]。
因此，研究已经涉及手性催化剂的固定以尝试降低成本，并为对映纯化合物的生产提供更加持续的工业过程[AsymmetricCatalysisonIndustrialScale；Blaser,H.U.,Schmidt,E.,Eds.；Wiley-VHC:Weinheim,Germany,2003；ChiralCatalystImmobilizationandRecycling；DeVos,D.E.,Vankelecom,I.F.J.,Jacobs,P.A.,Eds.；Wiley-VHC:Weinheim,Germany,2008]。均相催化剂的成功固定可以提供与产物混合物容易的催化剂隔离、增加的可回收性潜力、高催化效率、和潜在配体集的快速筛选。固定化的均相催化剂还可以非常有效地在连续流动过程中起作用，其有可能增加手性化合物的产量，同时降低催化剂成本，重金属污染，和产物分解[Kirschning,A.；Jas,G.ImmobilizedCatalystsTopicinCurrentChemistry2004,242,209；Nagy,K.D.(2012).CatalystImmobilizationTechniquesforContinuousFlowSynthesis.Ph.D.Thesis.MassachusettsInstituteofTechnology:Cambridge；Chen,B.；Dingerdissen,U.；Krauter,J.G.E.；Rotgerink,H.；Mobus,K.；Ostgard,D.J.；Panster,P.；Riermeier,T.H.；Seebald,S.；Tacke,T.；Trauthwein,H.Appl.Catal.A:General2005,280,17；Baloghetal.GreenChem.2012,14,1146；Shietal.Chem.Eur.J.2009,15,9855–9867]。
已经开发多种方法以用于均相催化剂的固定，其中两个更通用的方法涉及金属中心和载体或手性配体和载体之间的非共价[Fraile,J.M.；García,J.I.；Mayoral,J.A.Chem.Rev.2009,109,360；Heitbaum,M.；Glorius,F.；Escher,I.Angew.Chem.Int.Ed.2006,45,4732.；McMorn,P.；Hutchings,G.；Chem.Soc.Rev.2004,33,108；Zhao,X.S.；Bao,X.Y.；Guo,W.；Lee,F.Y.Mater.Today2006,9,32]和共价相互作用[Dioos,B.M.L.；Vankelecom,I.F.J.；Jacobs,P.A.Adv.Synth.Catal.2006,348,1413；Leadbeater,N.E.；Marco,M.Chem.Rev.2002,102,3217；Fan,Q-H.；Li,Y.-M.；Chan,A.S.C.Chem.Rev.2002,102,3385；Wang,Z.；Chen,G.；Ding,K.Chem.Rev.2009,109,322；Ding,K.；Wang,Z.；Wang,X.；Liang,Y.；Wang,X.Chem.–Eur.J.2006,12,5188]。固定化的非共价方法包括离子催化物和载体之间的静电相互作用、催化剂在载体上的吸附和催化剂在载体内的滞留(图1)。固定化的共价方法包括形成直接金属-载体键，或形成直接改性配体-载体键(图2)。
尽管有最新的进展，与其均相类似物相比，非共价固定的催化剂仍有较差的活性，并且回收催化剂的尝试已变得具有挑战性(<3个循环)[ChiralCatalystImmobilizationandRecycling；DeVos,D.E.,Vankelecom,I.F.J.,Jacobs,P.A.,Eds.；Wiley-VHC:Weinheim,Germany,2008]。由于催化剂和载体之间相对较弱的相互作用，显著的金属浸出可出现在催化剂的使用期内，导致差的活性和可重复利用性。因此，研究已集中在作为防止显著的金属浸出和催化活性损失的手段的共价固定。然而，由于在直接金属-载体或配体-载体键的形成后其金属中心的电子环境的变化，共价固定的催化剂会遭受不可预知的活性和选择性。因此，通过改性催化剂配体的共聚或者将改性配体接枝到聚合物载体上，已开发出聚合物支载的不对称催化剂。聚合作为固定方法能够提供良好的催化剂-载体的相互作用，同时限制金属浸出，提高可重复利用性。如果聚合单元和/或可聚合的官能团被并入到催化剂的配体中，它也可以提供显著程度的合成控制，并可能会限制载体对金属中心的电子环境的影响。
聚合物支载的固定化催化剂已经通过如下合成：接枝到聚合物树脂上[Bayston,D.J.；Fraser,J.L.；Ashton,M.R.；Baxter,A.D.；Polywka,M.E.C.；Moses,E.J.Org.Chem.1998,63,3137；Chapuis,C.；Barthe,M.；deSaintLaumer,J.-Y.；Helv.Chim.Acta2001,84,230；Song,C.E.；Yang,J.W.；Roh,E.J.；Lee,S.-G.；Ahn,J.H.；Han,H.Angew.Chem.Int.Ed.2002,41,3852.]、芳烃的乙烯基衍生物和膦的自由基共聚合[Bianchini,C.；Frediani,M.；Mantovani,G.；Vizza,F.Organometallics2001,20,2660；Bianchini,C.；Frediani,M.；Vizza,F.Chem.Commun.2001,479；Deschenaux,R.；Stille,J.K.J.Org.Chem.1985,50,2299]、酸衍生物和胺或醇之间的缩合反应[Deng,G.J.；Fan,Q.H.；Chen,X.M.；Liu,D.S.；Chan,A.S.C.Chem.Commun.2002,1570；Fan,Q.H.；Ren,C.Y.；Yeung,C.H.；Hu,W.H.；Chan,A.S.C.J.Am.Chem.Soc.1999,121,7407]、胺和异氰酸酯之间的缩合聚合[Saluzzo,C.；Lamouille,T.；Herault,D.；Lemaaire,M.Bioorg.Med.Chem.Lett.2002,12,1841；Saluzzo,C.；terHalle,R.；Touchard,F.；Fache,F.；Schulz,E.；Leamire,M.J.Organomet.Chem.2000,603,30；terHalle,R.；Colasson,B.；Schulz,E.；Spagnol,M.；Lemaire,M.TetrahedronLett.2000,41,643；terHalle,R.；Schulz,E.；Spagnol,M.；Lemaire,M.Synlett2000,680]和铃木型偶联[Pu,L.Chem.Rev.1998,98,2405.(b)Pu,L.Chem.Eur.J.1999,5,2227.(c)Yu,H.B.；Hu,Q.S.；Pu,L.J.Am.Chem.Soc.2000,122,6500]。考虑到金属中心可干扰这些反应，系统的金属化常常发生在聚合后[Buchmeiser,M.R.；Kroll,R.；Wurst,K.；Schareina,T.；Kempe,R.；Eschbaumer,C.；Schubert,U.S.Macromol.Symp.2001,164(ReactivePolymers),187]。但是，由于限制利用在聚合物的基体中的一些螯合配体位点，金属化不会是定量的；这会导致低催化剂装载量和配体浪费[Pugin,B.；Blaser,H.-U.Top.Catal.2010,53,953]。此外，聚合过程中控制的固有缺乏，可以产生有限利用活性位点的不明确的聚合物系统。这些因素可导致比其均相类似物差的非均相化系统的催化剂性能。
为解决其中的一些局限性，Ru-BINAP和Rh-BINAP聚合物催化剂骨架(frameworks)被开发(BINAP＝2,2'-双(二苯基膦基)-1,1'-联萘)(图3和4)[Ralph,C.K.；Akotsi,O.M.；Bergens,S.H.Organometallics2004,23,1484；Ralph,C.K.；Bergens,S.H.Organometallics2007,26,1571；Bergens,S.H.；Sullivan,A.D.；Hass,M.HeterogeneousRhodiumMetalCatalysts.2010]。这些骨架经由交替开环易位聚合(ROMP)在间隔单体(例如顺式-环辛烯，COE)的存在下通过直接聚合含金属的单体(Ru-BINAP和Rh-BINAP，其中所述BINAP配体被修饰以并入可聚合的降冰片烯单元)[Ralph,C.K.；Bergens,S.H.Organometallics2007,26,1571；Bergens,S.H.；Sullivan,A.D.；Hass,M.HeterogeneousRhodiumMetalCatalysts.2010]。据报道，得到的聚合物催化剂骨架提供聚合物基体内的高密度活性催化位点。
出于制作被申请人认为与本发明可能相关的已知信息的目的提供上述信息。必然不意图承认，也不应被理解为任何前述信息构成针对本发明的现有技术。
发明内容
本申请的目的是提供用于在非均相反应器，诸如流动反应器的催化剂系统，和其制造方法及应用。
根据本申请的一个方面，提供了用于非均相流动反应器的系统，其包括：含有固定在固体载体材料上和/或中的聚合物支载的催化剂的流动反应器筒，其中聚合物支载的催化剂包括并入聚合物骨架中的含催化剂的单体子单元，并且其中每个含催化剂的单体子单元包含与催化剂配体共价结合的过渡金属。
根据本申请的另一个方面，提供了复合材料，其包括：(i)催化聚合物骨架，其包括含催化剂的单体单元，含催化剂的单体单元每个由至少一个非含催化剂的单体单元分离；和(ii)固体载体材料，其中所述催化聚合物骨架是共价或非共价固定在所述载体材料上和/或中。
在一个实施方式中，催化聚合物骨架从过渡金属催化剂衍生，其中所述过渡金属可以是例如Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir,、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和/或Au。
在一个实施方式中，固体载体材料包含BaS04、(L)-和(D)-酒石酸钡、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SIO2)、Fe3O4、特氟隆TM、CeliteTM、AgCl、沙或其任意组合。
在另一个实施方式中，每个含催化剂的单体单元是从具有以下结构的单体衍生：
其中
A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后面两个基团是未取代的或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4与它们所连接的原子一起形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合。
在一个更具体的实施方式中，可聚合部分选自：
在另一个替代性的实施方式中，复合材料包含含有催化剂的单体子单元，含有催化剂的单体子单元包含：
其中，
R1、R2、R3和R4独立地选自苯基和C4-8环烷基，后面两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代；
A是联萘基团或联萘基团的衍生物，每个是未取代的或者由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的一个或多个基团取代；
R5、R6、R7和R8独立地选自H、C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素；或者R5和R6和/或R7和R8是＝O；或者R5和R6之一连接至R7和R8之一，以与它们所连接的原子和连接它们的原子一起形成单环、双环或三环的环系统；每个亚甲基单元中的R5、R6、R7和R8是相同的或不同的，并且意味着如果适用，连接至该键的双键是顺式或反式构型；
m和n独立地是介于0和10之间并且包括0和10的整数；
p是介于1和14之间并且包括1和14的整数；和
M是过渡金属，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合。
在本申请的另一个方面中，提供用于金属催化的有机合成的方法，其包括使用于有机合成的底物流过流动反应器系统，流动反应器系统包含本文所述的催化复合材料；并且任选地从流动反应器系统分离有机合成的一种或多种产物。
根据本申请的另一个方面，提供制备包含聚合物催化剂骨架的催化复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将催化剂衍生化以添加一个或多个可聚合部分到催化剂的配体，形成含催化剂的单体；(b)利用交替开环易位聚合(ROMP)将含催化剂的单体与非含催化剂的单体聚合以形成催化聚合物骨架；和(c)在适用于催化聚合物骨架固定在载体材料上和/或中的条件下经由共价或非共价相互作用将催化聚合物骨架与固体载体材料接触。
根据本申请的另一个方面，提供了制备聚合物催化剂骨架的方法，所述方法包括以下步骤：(a)将催化剂衍生化以添加一个或多个可聚合部分到催化剂的配体，形成含催化剂的单体；(b)利用交替开环易位聚合(ROMP)将含催化剂的单体与非含催化剂的单体聚合以形成催化聚合物骨架，其中所述含催化剂的单体不包含BINAP配体，或者其中可聚合部分不包含降冰片烯。另外，通过本申请提供的是通过此方法制备的聚合物催化剂骨架。
根据本申请的另一个方面，提供了具有以下结构的含催化剂的单体：
其中A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4与它们所连接的原子一起形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属(诸如Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和/或Au)，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合，
其中含催化剂的单体不包含BINAP配体，或其中可聚合部分不包括降冰片烯。
附图说明
为了更好地理解本发明，以及其的其他方面和进一步的特征，参考下面将结合附图使用的描述，其中：
图1示意性地描绘催化剂固定在载体材料上的的非共价方法；
图2示意性地描绘催化剂固定在载体材料上的的共价方法；
图3示意性描绘Ru-BINAP聚合物支载的催化剂；
图4示意性描绘Rh-BINAP聚合物支载的催化剂；
图5描绘H-的示意图；
图6示意性描绘经由金属氢化物中间体氢化和异构化的一个提出的机制；
图7显示[Pd((R,R)-NORPHOS)(η3-C3H5)]BF4的1HNMR谱；
图8显示(S)-Phanephos氧化物的1HNMR谱；
图9显示(S)-Phanephos氧化物的31P{1H}NMR谱；
图10显示(S)-Phanephos氧化物硝化(粗)的产物的31P{1H}NMR谱；
图11显示(S)-Phanephos硝酸盐(纯)的31P{1H}NMR谱；
图12显示1,2-双[(R，R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷的31P{1H}NMR谱；
图13显示1,2-双[(R，R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷氧化物的31P{1H}NMR谱；
图14显示1,2-双[(R，R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷氧化物硝化(粗)的产物的31P{1H}NMR谱；和
图15显示1,2-双[(R，R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷氧化物硝酸盐(部分纯化)的31P{1H}NMR谱。
具体实施方式
除非另外定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属的领域中普通技术人员通常理解的相同含义。
如在说明书和权利要求书中所使用的，单数形式“一个(a或an)”和“该(所述，the)”包括复数引用，除非上下文另有明确说明。
如本文所用，“脂肪族”是指直链、支链或环状的烃部分，其可以是烷基、烯基、炔基或芳基，并且可以是取代或未取代的。“烷基”是指直链、支链或环状饱和烃基。“烯基”是指直链、支链或环状的烃部分，并且含有至少一个碳碳双键。“炔基”是指直链、支链或环状的烃部分，并且含有至少一个碳碳三键。“芳基”是指包含取代或未取代的芳香环的部分，其包括杂芳基部分和具有一个以上的共轭芳香环的部分；任选地其也可以包括一个或多个非芳香环。“C5至C8芳基”指在一个或多个共轭芳香环中包含具有5至8个碳原子的取代或未取代的芳香环的部分。芳基部分的例子包括苯基。
“亚烷基”指二价烷基，例如—CfH2f—，其中f是整数。“亚烯基”是指二价烯基，例如—CHCH—。“亚炔基”是指二价炔基。“亚芳基”是指二价芳基，例如—C6H4—。“杂亚芳基”是指二价杂芳基，例如—O5H3N—。“亚烷基-芳基”是指在其两个自由价的一个处连接到芳基的二价亚烷基，例如—CH2—C6H5。“亚烯基-芳基”是指在其两个自由价的一个处连接到芳基的二价烯基，例如—CHCH—C6H5。“亚烷基-杂芳基”是指在其两个自由价的一个处连接到杂芳基的二价亚烷基，例如—CH2—C5H4N。“亚烯基-杂芳基”是指在其两个自由价的一个处连接到杂芳基的二价亚烯基，例如—CHCH—C5H4N—。
术语“包括”，如本文中所使用的，将被理解为是指以下的列表是非穷尽，并且可以或可以不包括任何其它附加的合适项目，例如适当的一个或多个进一步的特征、组分和/或成分。
术语“环烷基”，如本文所使用的，是指单环饱和碳环基团，诸如本文所用的“C4-8环烷基”，是指包含四到八个碳原子的单环饱和碳环基团并且包括但不限于，环丁基、环戊基、环己基、环戊基和环辛基。
“杂芳基”是指包含具有4到8个碳原子的取代或未取代的芳香环和一个或多个共轭芳香环中的至少一个杂原子的部分。如本文所用，“杂原子”是指非碳和非氢原子，例如，O、S和N。杂芳基部分的例子包括吡啶基、四氢呋喃基和噻吩基。
“取代的”是指具有一个或多个取代基部分，其存在不会干扰所需反应。取代基的例子包括烷基、烯基、炔基、芳基、杂芳基、环烷基(非芳香环)、烷氧基、氨基、烷基氨基、烯基氨基、酰胺、脒、羟基、硫醚、烷基羰基、烷基羰氧基、芳基羰氧基、烷氧基羰氧基、芳氧基羰氧基、烷氧基羰基、氨基羰基、烷硫基羰基、亚氨基、巯基、烷硫基、芳硫基、硫代羧酸根、二硫代羧酸根、硫酸根、硫酸根合、磺酸根、氨磺酰、磺酰胺、硝基、腈、叠氮基、杂环基、醚、酯、二茂铁基、含硅基团、硫酯、或其组合。取代基本身可以被取代。
如本文所使用，术语“未取代的”是指由氢所占据原子的任何开放价。此外，如果在原子上的开放价位置的占有物未被指定，那么其为氢。
本文所用的术语“卤素”是指氯、溴、碘或氟。
如本文所用的术语“单环、双环或三环的环系统”，是指含碳的环系统，其包括但不限于单环、稠合和螺环双环和三环的环、和桥环。其中指定的，环中的碳可被取代或用杂原子取代。
如本文所使用的术语“连接”，是指所引用基团通过连接基团进行接合，它是直接的键或亚烷基链，其中链中的碳任选地被杂原子取代或替代。
如本文所述的催化子单元任选地具有至少一个不对称中心。在这些化合物具有一个以上的不对称中心的情况下，它们可以作为非对映异构体存在。应该理解的是，所有这样的异构体及其任何比例的混合物均涵盖在本申请的范围之内。应该理解的是，虽然本申请的化合物的立体化学可以如本文中列出的任何给定的化合物所示，这些化合物也可含有一定量(例如小于30％、小于20％、小于10％或小于5％)具有替代立体化学的相应化合物。
例如“合适的阴离子配体”或“合适的反应条件”中的术语“合适的”是指特定的基团或条件的选择将取决于待进行的具体合成操作和分子特性，但本领域技术人员会很好地进行所述选择。本文所述的所有工艺步骤将在适合于提供所期望的产物的条件下进行。本领域的技术人员将了解所有的反应条件，其包括例如，反应溶剂、反应时间、反应温度、反应压力、反应物的比例以及是否应该在无水或惰性气氛下进行反应，其可变化以优化所期望的产物(一种或多种)的产率，这是在他们所做的技能内。
在一些情况下，本文所述的化学可能必须通过例如使用保护基团进行改性以防止作为取代基连接的反应基团的副反应。这可通过常规保护基团的方法实现，例如"ProtectiveGroupsinOrganicChemistry"McOmie,J.F.W.Ed.,PlenumPress,1973和Greene,T.W.andWuts,P.G.M.,"ProtectiveGroupsinOrganicSynthesis",JohnWiley&Sons,3.sup.rdEdition,1999中所述。
本文中所用的术语“保护性基团”或“保护基团”或“PG”或类似物是指保护或遮掩分子的反应性部分以防止在分子的那些反应性部分中的副反应的化学部分，同时其操纵或使分子的不同部分进行反应。在操纵或反应完成后，保护基团在不破坏或分解分子的条件下除去。许多常规的保护基团在本领域中是已知的，例如"ProtectiveGroupsinOrganicChemistry"McOmie,J.F.W.Ed.,PlenumPress,1973和Greene,T.W.andWuts,P.G.M.,"ProtectiveGroupsinOrganicSynthesis",JohnWiley&Sons,3.sup.rdEdition,1999中所述。这些可包括但不限于Boc、Ts、Ms、TBDMS、TBDPS、Tf、Bn、烯丙基、Fmoc、C1-16酰基、甲硅烷基等。
如本文所使用的术语“分子内环异构化”是指这样的反应，其中相同分子中的两个或更多个官能团彼此反应以形成具有一个或多个双键或三键的异构化的环状结构。
如本文所使用的术语“异构化”是指一个分子转化为具有恰好相同的原子的另一个分子的过程，但原子被重新排列。
如本文所使用的术语“流动反应器”是指动态反应器系统，其中相比间歇式反应器，反应物连续流入容器并且产物连续地被除去(McGraw-HillDictionaryofScientific&TechnicalTerms,6E,2003byTheMcGraw-HillCompanies,Inc.中所限定的)。流动反应器的例子包括但不限于连续流动微反应器(例如ThalesNano售卖的H-连续流动氢化反应器)、流化床反应器、膜反应器层流式反应器、挡板流动反应器等。
本申请提供用于非均相流动反应器的材料、系统和组合物。具体地，本申请提供复合材料，其含有固定在固体载体材料上和/或中的聚合物支载的催化剂或催化剂有机骨架。聚合物支载的催化剂包括并入聚合物骨架内的含催化剂的单体子单元，并且每个含催化剂的单体子单元包含共价结合到催化剂配体的过渡金属。
催化聚合物骨架
可靠地制备这样的聚合手性催化剂仍是一个挑战：所述聚合手性催化剂是可靠地可重复使用的，并且具有与它们从中衍生的均相系统可比较的活性。本文所述的复合材料、系统和方法并入催化聚合物骨架，其中该骨架包括含金属催化剂的单体单元，其每个由至少一个非含催化剂的单体单元分隔。该骨架可以由构成的单体子单元的顺序聚合来形成。相对于其他非均相系统，共价键合的聚合物骨架的使用已经显示出减少在使用过程中从完整的催化单体单元浸出金属的可能性。
催化聚合物骨架可以使用多种方法来制备。例如，催化剂单体子单元可被改性为包括可聚合部分从而可以制备聚合物骨架，并随后经由共价或非共价相互作用固定在载体材料上，以形成催化复合材料(如以下更详细的描述)。
可替代地，载体材料本身可包含可聚合的部分，以便它可以作为复合材料的部分参与形成骨架。该替代导致催化聚合物骨架共价连接至载体材料。
在另一个实施方式中，聚合物骨架可通过具有适合于将催化剂亚基接枝以产生催化聚合物骨架的基团来制备。
在一个实例中，催化聚合物骨架的制备依赖于先前开发的、通用的方法，以将活性和选择性均相催化剂转化成高度可重复使用的固体催化剂有机骨架。例如，据发明人所知，先前报道了Ru-BINAP骨架提供迄今为止任何手性聚合物催化剂的最高转换数重复使用(方案1)(Ralph,C.K.,Bergens,S.H.,Organometallics2007,26,4)
方案1：显示Ru-BINAP骨架和1-乙酰萘的氢化的重复使用的示意图
BINAP是不对称催化中普遍存在的手性配体，并且Ru是活性金属中心，其用于包括酮、酯、亚胺、酰亚胺和最近酰胺的羰基化合物的氢化。对于催化聚合物骨架的生产，用在5,5'-位上的去甲酰亚胺(norimido)基团(去甲酰亚胺联萘(norimidobinap))修饰BINAP。
被称为交替ROMP组装的方法(方案2，ROMP是开环烯烃易位聚合)已被用于制备该催化聚合物骨架。简单地说，连接至BINAP的去甲酰亚胺烯烃基团应变，使其对ROMP具有反应性。这些去甲酰亚胺基团也是密集的，其防止连续的并排聚合。因此，在聚合过程中，去甲酰亚胺基团与易位催化剂(例如，已知的第一代GrubbRu催化剂，Ru(Cl)2(PCy3)2(＝CHPh)已经成功地应用于该合成中)进行反应以形成中间体，中间体太密集以至于不能与另一个去甲酰亚胺基团反应。相反，其与加入的环辛烯(COE)反应，环辛烯(COE)比去甲酰亚胺基团较少应变，但也较不密集。结果是插入线性C8间隔基，以形成现在与另一个去甲酰亚胺基团反应的不密集的中间体等。结果是具有充当交联剂的催化剂的交替的、三维催化聚合物骨架。该合成已经被证明是通用的以致其已经应用到Ru、Rh和Pd-BINAP系统；然而，如本领域技术人员能够很好理解的，这些催化聚合物骨架可以并入任何感兴趣的过渡金属。
方案2：Ru催化剂骨架的交替ROMP组装
在最近发表的工作(Bergens,S.H.；Sullivan,A.D.；Hass,M.HeterogeneousRhodiumMetalCatalysts.2010)中，Rh-去甲酰亚胺联萘骨架利用交替ROMP组装来制备。此骨架和其合成也是美国专利公开2013/0053576的主题，其全部内容被并入本文。
从这些以前的系统构建，本发明人现已发现，类似的方法可用于制备并入多种催化剂的催化聚合物骨架。为了使催化剂被并入聚合物骨架内，其必须被包括在这样的单体内：所述单体包括已经被改性为包括可聚合部分的催化剂或催化剂配体。优选地，可聚合的部分是应变的和密集的，从而使其适用于如上所述利用连接单体的交替-ROMP组装，而不是并排连续聚合。
根据一个实施方式，含催化剂的单体具有以下结构：
其中A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4与它们所连接的原子一起形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属(诸如Ru、Rh、Pd、Pt、Ir、Fe、Ni或Co)，其任选地与另一个配体或配体的组合结合。
合适的可聚合部分的实例包括但不限于：
待用于制备含催化剂的单体的具体催化剂的选择是基于使用者感兴趣的反应。在一个实例中，催化剂包含二膦配体。在具体的实施方式中，含催化剂的单体从包含以下配体的催化剂衍生。
在某些实施方式中，含催化剂的单体不包含BINAP配体，或可聚合的部分不包含降冰片烯。
此外，为方便在不对称催化中使用这些催化聚合物骨架，该催化剂的单体包含至少一个不对称中心是重要的。
在一个实施方式中，催化聚合物骨架包含重复的含有催化剂的以下式I的单体单元：
其中，
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，这些基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代；
A是联萘基团或联萘基团的衍生物，每个是未取代的或者由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的一个或多个基团取代；
R5、R6、R7和R8独立地选自H、C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素；或者R5和R6和/或R7和R8是＝O；或者R5和R6之一连接至R7和R8之一以与它们所连接的原子和连接它们的原子一起形成单环、双环或三环的环系统；每个亚甲基单元中的R5、R6、R7和R8是相同的或不同的，并且意味着如果适用，连接至该键的双键是顺式或反式构型；
m和n独立地是介于0和10之间并且包括0和10的整数；
p是介于1和14之间并且包括1和14的整数；和
M是过渡金属，其任选地结合(例如，配位)至配体。
在另一个实施方式中，A是联萘基团或联萘基团的衍生物，每个是未取代的或者由独立地选自C1-4烷基、OC1-4烷基、氯和氟的1、2、3、4、5或6个基团取代。在另一个实施方式中，A是1,1'-联萘、5,5',6,6',7,7',8,8'-八氢-1,1'-联萘或12,13,14,15,16,17,12',13',14',15',16',17'-十二氢-11H,11'H-[4,4']双[环戊[a]菲基]，每个是未取代的或者由独立地选自C1-4烷基、OC1-4烷基、氯和氟的1、2、3、4、5或6个基团取代。在另一个实施方式中，A是光学活性的。
根据某些实施方式，过渡金属M是Ru、Rh、Pd、Pt、Ir、Fe、Ni或Co。
本文所述的系统和复合材料可容易被改性为并入基于多种均相催化剂的催化单体。这样的催化剂可需要通过并入可聚合部分改性以使它们可以例如通过altROMP聚合。例如，另外的基于铑的催化剂单体可基于通用均相氢化催化剂[Rh(COD)2]BF4+2L系统来制备，其中L是由DeVris等人开发的单齿磷酰胺((BINOL)P(NR2))或亚磷酸根(BINOL)P(OR)(deVries,A.H.M.；Meetsma,A.；Feringa,B.L.Angew.Chem.Int.Ed.1996,35,2374；andHulst,R.；deVries,K.；Feringa,B.L.Tetrahedron:Asymmetry1994,5,699)。这个系统已经产生均相Rh催化剂，其氢化大多数的亚胺、烯醇乙酸酯、衣康酸、α-和β-脱氢氨基酸和酯，以及其它的高ee的前手性烯烃。此外，这些配体为除了氢化之外的大量催化反应提供高ee值(Minnaard,A.J.；Feringa,B.L.；Lefort,L.；deVries,J.G.Acc.Chem.Res.2007,40,1267)。altROMP方法可以用于制备文献中报道的用于氢化的选择性和通用的均相[Rh((3,3’-R’-BINOL)P(X))2(COD)](BF4)(R’＝H,Me,X＝仲胺或醇盐)催化剂的非均相类似物。
在另一个实施方式中，本文所述的系统和方法可用于制备另外的基于钌的催化剂体系。基于Ru-BINAP的催化剂是有活性的并且对于烯烃、酮-酯、酮和亚胺的氢化具有高度对映选择性。在发表的工作中(Wiles,J.A.；Daley,C.J.A.；Hamilton,R.J.；Leong,C.J.；Bergens,S.H.Organometallics2004,23,4564)，已经显示[Ru(BINAP)(η5-C8H11)]+(BF4-)是活性和选择性的烯烃氢化催化剂。在另一个出版物(Akotsi,O.M.,Metera,K.,Reid,R.D.,McDonald,R.,Bergens,S.H.Chirality2000,12,514-522)中，已经显示Ru(5,5’-BINAP)(py)2(Cl)2对于酮酯的氢化是有活性和选择性的。催化聚合物骨架的5,5'-二去甲氨基-BINAP变体可以被制备并且并入流动反应器筒中，用于前手性烯烃、酮酯以及相关的底物的氢化。
在另一个实施方式中，本文所述的系统和方法可以用于制备基于铁的催化剂体系。已经报道，Fe(P-N-N-P)复合物对于选择性的酮氢化是有活性的(Prokopchuk,D.E.；Morris,R.H.Organometallics2012,31,7375)。由于基于铁，相比包含重金属的有竞争力的催化剂，这些催化剂通常被认为是“更绿色的”。如本文所述，通过将可聚合性部分并入催化剂配体中，对altROMP具有活性的这些催化剂的类似物变体可被制备用于制造非均相流动系统。
在一个方面，提供制备用于并入本文所述的催化聚合物骨架内的含催化剂单体的方法。该方法包括添加一个或多个可聚合的部分至催化剂的配体以并入到聚合物骨架中的步骤。在一个实例中，这个步骤包括在一个或多个位置硝化配体，减少生成的硝化配体以产生一种或多种胺，其能负责将可聚合部分连接于催化剂配体的衍生化。在仅一个可聚合部分被并入到含催化剂的单体内的情况下，所得的聚合物骨架包含线性骨架。在其中多于一个可聚合部分被并入到含催化剂的单体的情况下，所得到的聚合物骨架包含交联的骨架。
在一个相关方面，提供了制备催化聚合物骨架的方法，其包括以下步骤：(i)添加一种或多种可聚合部分至催化剂的配体以并入到聚合物骨架内，形成含催化剂单体；和(ii)将含催化剂的单体与非含催化剂的单体聚合。如上所述，聚合步骤可以是交替的开环聚合，在这种情况下，可聚合部分和非含催化剂的单体的可聚合部分两者均包括环(ring或cycle)。以上提供了合适的可聚合部分的非限制性实例。此外，合适的非含催化剂的单体的选择对于本领域技术人员来说将是常规问题。
催化复合材料
以上所述的催化聚合物骨架现已被发现具体用于适用于催化流动反应器中的复合材料。
如上所述，催化聚合物骨架可以使用多种方法制备。在催化剂单体子单元被改性为包含可聚合部分以促进聚合物骨架的制备的实例中，所得到的聚合物骨架随后可以经由共价或非共价相互作用固定在合适的载体材料上，以形成催化复合材料。类似地，在通过催化子单元接枝到骨架来制备催化聚合物骨架的实例中，所得到的聚合物骨架可随后经由共价或非共价相互作用固定在合适的载体材料上，以形成催化复合材料。
可替代地，载体材料本身可包括可聚合的部分，以便其可参与作为复合材料的单罐(singlepot)制造的部分的骨架形成。该替代导致催化聚合物骨架共价连接至载体材料。
在一个实例中，催化复合材料通常在适用于聚合物骨架粘附或连接至固体材料的条件下通过组合催化聚合物骨架和适宜的固体材料来制备。适宜的固体材料的选择至少部分地取决于计划使用的流动反应器系统的类型。
如上所述，并且如本领域的技术人员所熟知的，流动反应器以当产物被除去时反应物可以被连续地添加到反应器这样的方式促进化学反应。催化固体载体材料在这种反应器系统中的使用意味着催化剂不需要被连续加入反应器流并从反应器流取回。流动反应器可以采用多种形式的催化固体载体材料，例如，珠、粉末、膜等。在这些材料中使用的材料可根据反应器的类型和载体材料的形式而有所变化。合适的载体材料的非限制性实例包括BaS04、(L)-和(D)-酒石酸钡、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SIO2)、Fe3O4，特氟隆TM、CeliteTM、AgCl和沙。
虽然本申请集中在流动反应器系统中催化复合材料的制备和使用，这样的复合材料也可用于间歇式反应器系统。
连续流动系统
在过去的20年里，部分地由于行业对环境的负面影响的担忧，对环保和可持续的化学方法的需求有所增加。具体来说，环境专家已经专注于减少工业污染和废物。因此，作为这些担忧的结果，业界一直尝试减少化学废物、最大化原子经济和增加产量，同时将总能量输入最小化、使用安全的化学方法并且将催化效率最大化。作为该行动的结果，显著数量的研究已集中在开发连续流动催化反应器和方法上，其可应用于工业规模的制备。
虽然通常需要时间密集的初始设备设置和浓度、温度、压力和流速的优化，连续流动催化方法具有解决如上所述的许多环境和工业要求的潜力。
除了设计和调整用于连续流动方法的催化剂之外，已经有显著数量的研究集中在流动反应器本身的开发。普通实验室规模的流动反应器包括但不限于：(a)固定床反应器，其中固定化的催化剂固定在内，并且流动底物占据催化剂颗粒之间的空缺；(b)滴流床反应器，其中在向下的移动中，特定底物被允许在固定化的催化剂颗粒的填充床上移动；和(c)管式反应器，其中与底物组合的均相催化剂通过不同长度的管状柱泵送到出口阀。
最近，Thales报道了市售的连续流动反应器的开发。该反应器被命名为H-其组合水电解所产生的氢与连续流动系统，导致由多种市售固定化催化剂的催化的许多底物的有效氢化。该H-的示意图显示在图5中。
如图5中所示，溶剂或底物溶液通过HPLC泵A被输送到该H-一旦溶液进入反应线路，它经过入口压力传感器B，并且在底物/氢气混合器C中与所产生的氢组合。接着，气体/溶液混合物经过气泡检测器D，其确定在反应线路中是否存在氢，然后进入催化剂筒加热单元E。本身(F)含有固定化的催化剂，并且其位于加热单元E内。应当注意的是，除了提供多种预填充的之外，Thales还提供空的其允许用户在H-内测试自己的固定化催化剂。在气体/溶液混合物暴露于固定化催化剂之后，其流出并且流过出口压力传感器G和回压调节器H。回压调节器H可限制溶剂/底物流过该系统，以始终保持期望的氢压力。最后，溶液通过氢化产物收集器I离开H-并进入收集容器。
H-像任何其它连续流动反应器一样，提供了相对于工业中发现的传统间歇式反应器的优点。此外，H-通过水的电解产生氢，从而消除对氢气瓶的任何需要。此外，所有的产生的氢就地使用，防止仪器内的氢压力的任何不安全积聚。
在一个实施方式中，上述的催化聚合物骨架被引入到连续流动反应器柱(或筒)中。在另一个实施方式中，筒适用于H-中。
使用H-筒中填充的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺(dinorimido)-BINAP)](SbF6)/BaSO4催化聚合物骨架进行的研究详细地描述在以下实例中(注意，NBD是降冰片二烯)。这些研究已经证明了该催化聚合物骨架在多种氢化反应中的使用。这些研究的总结果列于以下表1中：
表1.从装有铑催化聚合物骨架42的获得的寿命和总TONs的总结
[a]寿命是指催化剂存在于H-中并且保持活性的连续天数。在指定的时间之后，将催化剂从H-去除并且其没有用于任何进一步的催化实验。[b]从该H-去除后，催化剂仍然是有活性的。
使用H-中的聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]2/Ba-L-酒石酸盐催化聚合物骨架41进行的另外的研究再次证明了该催化剂系统的成功的使用。在这种情况下，虽然总产率低于使用聚-[Rh(NBD)((R)-5,5-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaSO4催化聚合物骨架所观察到的产率，但在每个例子中获得的ee>99.9％。因此，该催化剂是更有选择性的，但稍微比BaSO4支载的催化剂的活性低。
为了获得对本文所描述的发明的更好的理解，提出以下实施例。应当理解的是，这些实例仅用于说明的目的。因此，它们不应该以任何方式限制本发明的范围。
实施例
通用步骤和和方法
用配备有火焰离子化检测器、3392A积分器和SupelcoBetaDexTM120熔融石英毛细管柱(30m×0.25mm×0.25μιη)的Hewlett-Packard5890色谱仪进行气相色谱分析。使用配备有Waters715UltraWISP样品处理器、Waters温度控制系统、Waters990光电二极管阵列检测器、Waters410示差折射计、Waters5200打印绘图机和DaicelCHIRALPAKIB(4.6mmi.d.x250mm)手性柱的Waters600E多溶剂递送系统进行HPLC分析。HPLC级己烷(最小99.5％)和2-丙醇(最小99.5％)获自CaledonLaboratoriesLtd。使用配备有K-120HPLC泵的H-连续流动氢化反应器进行连续流动反应。及相关的填充产品从ThalesNanoNanotechnologyInc.获得
除非另有说明，所有实验均在惰性气氛下使用标准Schlenk和手套箱技术进行。使用前，氩气和氮气(Praxair，99.998％)通过含3A分子筛和指示DrieriteTM的干燥管。所有的溶剂在氮气氛下使用标准干燥剂干燥和蒸馏，除非另有说明。所有烯丙醇试剂和衣康酸二甲酯从Sigma-AldrichCo.获得并在使用之前在氮气氛下蒸馏。从Sigma-AldrichCo.获得甲基α-乙酰胺基丙烯酸酯和衣康酸并且未经进一步纯化而使用。根据文献程序合成α-乙酰氨基肉桂酸。(Shinkai,H.；Toi,K.；Kumashiro,I.；Seto,Y.；Fukuma,M.；Dan,K.；Toyoshima,S.J.Med.Chem.1988,31,2092)。
(R)-5,5’-二去甲酰亚胺-BINAP(N-BINAP)的合成
(Ralph,C.K.；Bergens,S.H.Organometallics,2007,26,1571-1574,(b)Corkum,E.G.；Hass,M.J.；Sullivan,A.D.；Bergens,S.H.Org.Lett.2011,13,3522-3525)
(R)-5,5’-二氨基-BINAP(Okano,T.K.H.；Akutagawa,S.；Kiji,J.；Konishi,H.；Fukuyama,K.；Shimano,Y.U.S.Patent4705895,1987.)(0.77g,1.179mmol)，一种已知的前体被添加到厚壁Schlenk烧瓶。将烧瓶抽真空，回填氮气三次，然后用橡胶隔片密封。大量过量(12eq.)的顺式-5-降冰片烯-内型-2,3-二羧酸酐(2.32g，14.156mmol)被称入配备侧臂的100mL圆底烧瓶中，并且被抽真空和回填氮气三次。酸酐溶解于25mL蒸馏、脱氧的甲苯，然后通过套管转移到含有(R)-5,5’-二氨基-BINAP的Schlenk烧瓶以得到暗棕红色溶液。然后将大量过量(12eq.)的三丙胺(2.02g，14.156mmol)加入到Schlenk烧瓶，并且用阀密封烧瓶。然后将溶液在90℃下搅拌72小时，在此期间在烧瓶中观察到棕色固体。接着，将反应器冷却到室温，并将该混合物通过套管转移到配备侧臂的净化的500mL圆底烧瓶中，随后用蒸馏、脱氧的甲苯进行3×15mL漂洗。然后将溶液用100mL脱氧的1MNaOH水溶液处理。然后用3×15mL甲苯萃取黄褐色有机层并且通过套管将其转移到配备侧臂的净化的500mL圆底烧瓶中，圆底烧瓶含有无水NaSO4。将该溶液放置干燥约1小时。然后用套管将甲苯溶液过滤到配备侧臂的新净化的500mL圆底烧瓶中，并且在高真空下通过二次冷阱除去挥发物，得到棕色固体(R)-5,5’-二去甲酰亚胺-BINAP(产率60％，0.66g，0.698mmol)。光谱数据与文献一致。(Ralph,C.K.；Bergens,S.H.Organometallics,2007,26,1571-1574,(b)Corkum,E.G.；Hass,M.J.；Sullivan,A.D.；Bergens,S.H.Org.Lett.2011,13,3522-3525)
BaSO 4 支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF 6 )的合成
[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的合成
在氮气气氛下，将0.7mLCD2Cl2中79.0mg(8.36×10-2mmol)旋转异构纯的N-BINAP的溶液通过套管转移至含有43.9mg(8.36×10-2mmol)[Rh(NBD)2](SbF6)的Schlenk烧瓶，得到棕色溶液。利用另外的0.3mLCD2Cle将N-BINAP漂洗至Schlenk烧瓶，之后将烧瓶密封并且在室温下搅拌24小时。1H和31PNMR与文献一致。(LaRocque,L.P.-A.(2008).PolymerizationandUseofRhodiumandRutheniumCatalystsfortheCycloisomerizationAlder-EneReaction.M.Sc.Thesis.UniversityofAlberta:Canada.)
聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的合成
制备阳离子的、含有NBD的前体，并随后如以下方案中所示将其聚合成骨架。这些化合物的制备和聚合都具有高产率和良好的产物纯度。
在典型的实验中，24.6mg(1.79×10-2mmol)[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)溶解于0.5mLCH2Cl2，并且通过套管转移到净化的Schlenk烧瓶。在氮气气氛下，将14μΙ(1.074×10-1mmol)顺式环辛烯加入到Schlenk烧瓶并且用1.25mLCH2Cl2漂洗。接着，0.7mL(8.95×10- 4mmol)反式RuCl2(PCy3)2(＝CHPh)(Grubbs第一代催化剂)溶解于0.5mLCH2Cl2中，得到紫色溶液。然后在氮气氛下将该溶液通过套管转移至Schlenk烧瓶中。然后将容器密封，并通过适度搅拌将其置于45℃的油浴72小时。72小时后，取混合物的等分部分并且记录的NMR谱证实聚合是完全的。光谱数据与该文献一致。6然后用10mLCH2Cl2稀释该混合物。
聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)在BaS04上的沉积
用4×50mLCH2Cl2连续洗涤10gBaS04，接着用3×50mLMeOH将其连续洗涤，然后在真空室温下干燥过夜。
2.592g洗涤和干燥的BaS04称入配备侧臂和搅拌棒的250mL圆底烧瓶，并且抽真空及回填氮气三次。将15mLCH2Cl2加入到该烧瓶并缓慢搅拌以生成BaS04浆液。包含以上所制备的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的反应混合物在氮气氛下通过套管被转入含有BaS04/CH2Cl2浆液的烧瓶中，生成浅棕色混合物。随后3×5mLCH2Cl2漂洗聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)并且将最终的浆液在室温下搅拌1小时，以确保聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)均匀分布在BaS04上。然后在高真空下通过二次冷阱慢慢去除溶剂。将溶剂去除至干燥后，在高真空下将固体产物进一步干燥1小时。在初始干燥后，用3×20mL蒸馏、脱氧的MeOH漂洗BaSO4支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)，以除去任何聚合的顺式环辛烯和低分子量聚合物。将浅黄色的MeOH部分在氮气氛下用套管过滤到圆底烧瓶中。在最终的MeOH漂洗之后，在高真空下将催化剂干燥约2小时，然后立即转移到手套箱中，在需要之前将其保存。MeOH残余物的CD2Cl2中记录的NMR谱显示只有聚合的顺式环辛烯存在。31PNMR谱中也没有可观察到的信号。铑的最终装载量为每克BaS04载体9.49mg。
用聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF 6 )/BaSO 4 催化聚合物骨架 (42)填充 的代表性程序。
将空的(30×4mm)放入手套箱并称重(8.5267g)。以约50mg的增量将BaSO4支载的[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)通过scoopula加入到空每次加入催化剂后，被轻敲约3分钟，以确保所有添加的催化剂被紧密和均匀地填充在中。一旦催化剂的水平达到的边缘(略低于其中“顶部”所处的地方)不加入催化剂，然后称重完全的(8.9491g，0.4215gBaSO4支载催化剂在中)。在中铑的最终装载量为4.16mg(每克BaSO4载体9.88mg铑)。填充的储存在手套箱中备用。
Ba-L-酒石酸盐支载的聚[[Rh(N-BINAP)Cl] 2 的合成
[[Rh(N-BINAP)Cl]2的合成
在氮气氛下，将0.5mLCD2Cl2中的11.4mg(1.21×10-2mmol)旋转异构纯N-BINAP的溶液加入到在NMR管中的0.1mLCD2Cl2中的2.3mg(6.03×10-3mmol)[Rh(C2H4)2Cl]2的浆液。在获得1HNMR和31PNMR谱之前，摇晃NMR管30分钟，并且偶尔用氮气净化。在将N-BINAP溶液加入到[Rh(C2H4)2Cl]2浆液之后，黄橙色快速变化为砖红色，并伴随乙烯气体的释放。在由NMR鉴定后，立即使用化合物，而不经分离，因为分离的尝试导致产物分解。光谱数据与文献一致。(Corkum,E.G.；Hass,M.J.；Sullivan,A.D.；Bergens,S.H.Org.Lett.2011,13,3522-3525；andCorkum,E.G.；Kalapugama,S.；Hass,M.J.；Bergens,S.H.RSCAdvances2012,2,3473-3476.)
聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2的合成
在典型的实验中，如上所述，在NMR管中的0.6mLCD2Cl2中制备13.1mg(6.05×10- 3mmol)[[Rh(N-BINAP)Cl]2。在氮气氛下，将9.5μL顺式环辛烯(7.25×10-2mmol)加入到该溶液，摇晃管。溶液的颜色保持砖红色。然后在氮气氛下，将该溶液通过套管转入配备搅拌棒的净化的Schlenk烧瓶中，并用0.5mlCD2Cl2漂洗。接着，0.5mg(6.05×10-4mmol)反式RuCl2(PCy3)2(＝CHPh)(Grubbs第一代催化剂)溶解于0.5mLCD2Cl2中，得到紫色溶液。然后在氮气氛下，将该溶液通过套管转入Schlenk烧瓶中。然后将容器密封，并通过适度搅拌将其置于40℃的油浴24小时。24小时后，取混合物的等分部分并且记录的NMR谱证实聚合是完全的。光谱数据与文献一致。(Corkum,E.G.；Hass,M.J.；Sullivan,A.D.；Bergens,S.H.Org.Lett.2011,13,3522-3525；andLaRocque,L.P.-A.(2008).PolymerizationandUseofRhodiumandRutheniumCatalystsfortheCycloisomerizationAlder-EneReaction.M.Sc.Thesis.UniversityofAlberta:Canada)。然后用10mLCH2Cl2稀释该混合物。
以下方案描述聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2的形成。
聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2在Ba-L-酒石酸盐上的沉积
用4×50mLCH2Cl2连续洗涤10gBa-L-酒石酸盐，接着用3×50mLMeOH将其连续洗涤，然后在真空室温下干燥过夜。
将1.106g洗涤和干燥的Ba-L-酒石酸盐称入配备侧臂和搅拌棒的250mL圆底烧瓶，并且抽真空及回填氮气三次。将15mLCH2Cl2加入到该烧瓶并缓慢搅拌以生成Ba-L-酒石酸盐的浆液。包含以上所制备的聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2的反应混合物在氮气氛下通过套管被转入含有Ba-L-酒石酸盐/CH2Cl2浆液的烧瓶中，生成棕褐色混合物。随后用3×5mLCH2Cl2漂洗聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2并且将最终的浆液在室温下搅拌1小时，以确保聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2均匀分布在Ba-L-酒石酸盐上。然后在高真空下通过二次冷阱慢慢去除溶剂。将溶剂去除至干燥后，在高真空下将固体产物进一步干燥1小时。在初始干燥后，用3×20mL蒸馏、脱氧的MeOH漂洗Ba-L-酒石酸盐支载的聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2以除去任何聚合的顺式环辛烯和低分子量聚合物。将MeOH部分在氮气氛下用套管过滤到圆底烧瓶中。在最终的MeOH漂洗之后，在高真空下将催化剂干燥约2小时，然后立即转移到手套箱中，在需要之前将其保存。MeOH残余物的CD2Cl2中记录的NMR谱显示只有聚合的顺式环辛烯存在。31PNMR谱中也没有可观察到的信号。铑的最终装载量为每克Ba-L-酒石酸盐载体11.74mg。
用聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)] 2 /Ba-L-酒石酸盐催化聚合物骨架 (41)填充 的代表性程序。
将空的(30×4mm)放入手套箱并称重(8.4475g)。AgSbF6(0.0169克，4.92×10-2mmol)最初加入到和被轻敲约3分钟，以确保均匀填充。接着，AgSbF6(0.0109克，3.17×10-2mmol)与Ba-L-酒石酸盐支载的聚[[Rh(N-BINAP)Cl]2均匀混合。然后以约50mg的增量将催化剂/AgSbF6混合物通过scoopula加入每次加入催化剂后，被轻敲约3分钟，以确保所有添加的催化剂被紧密和均匀地填充在中。一旦催化剂的水平达到的边缘(略低于“顶部”所处的地方)不再加入催化剂，然后称重完全的(8.7362g，0.2609gBa-L-酒石酸盐支载的催化剂在中)。中铑的最终装载量为3.09mg(每克Ba-L-酒石酸盐11.84mg铑)。填充的储存在手套箱中备用。
在下面的研究中使用了四个催化剂筒。三个(筒#1-3)具有作为交联聚合物单元的[Rh(BINAP)(NBD)]+(SbF6 -)和作为载体的BaS04。这些柱是由溶液中的H2激活，其氢化NBD基团以暴露活性催化剂，[Rh(BINAP)(sol)2]+，其中sol＝溶剂、反应物、或载体。第四柱(筒#4)具有作为活性位点的中性氯桥二聚体(Rh(BINAP)Cl)/2并且被支载在(L)-酒石酸钡上。该骨架的结构不同于其它三种骨架，因为活性位点具有桥连骨架的两个链的两个Rh中心。第四催化剂被准备以研究具有另一Rh(BINAP)单元是否提高氢化的ee，和该骨架内的孔径是否较大。此外，该催化剂被支载在手性载体(Ba(L)-酒石酸盐)上，且预计该增加的手性源提高了这些氢化的ee。如下所述，此筒由AgSbF6活化。这些筒中的每一个的使用结果总结在以下部分中。
挤压填充具体的铑催化聚合物骨架的 的代表性程序
从手套箱取出填充的以用于挤压。填充的开口首先用一张预先切割的滤纸覆盖，接着用预先切割的金属滤网覆盖。接下来，橡胶O型环和随后的厚橡胶O型环置于金属滤网顶部。用镊子将厚橡胶O型环轻微下压以保持所有组件处于挤压的位置。使用手扳压机将组件压入从而将内容物密封。然后立即将转移至H-支架以备用。
操作H-Cube的代表性程序。
将填充和挤压的插入到H-支架并且H-储水器充满三重蒸馏水。在H-中使用前，溶剂和底物被新蒸馏并且用氮气鼓泡30分钟。所需浓度的底物溶液在配备侧臂的净化的圆底烧瓶中制备。
在典型的实验中，H-和连接的HPLC泵被接通。然后用H-水线净化约1分钟，接着用期望溶剂净化HPLC泵入口以除去并防止任何气泡进入泵本身。接着，用H-界面将期望参数(即温度、H2压力和流速)编程到H-中。然后启动HPLC泵，并且纯溶剂涌过H-Cube大约10分钟。然后开启H-并且在约10分钟的过程内使内部压力积聚和稳定。当系统稳定时，在切换为期望的底物溶液之前纯H2和溶剂涌过该系统约5分钟。当所有的底物溶液已被加入到HPLC泵入口储液器，用约3×10mL所选溶剂漂洗储液器，以确保所有的底物溶液涌过H-接着，使用H-界面停止运行，并且输入新参数并开始接下来的运行，或用脱氧的无水乙醇漂洗H-并且关闭H-和连接的HPLC泵。
固态NMR的采集
利用BrukerAvance500NMR谱仪上的幻角自旋(MAS)和斜坡交叉极化(RAMP-CP)(对于1H和31P分别以500.3和202.5MHz操作)获得所有的31P-NMR谱。[Rh(NBD)((R)-5,5'-BINAP)](SbF6)样品被填充到2.5mm外径的转子并且在MAS频率8或18kHz下自旋；该样品用于优化对于所有样品的RAMP-CP实验的实验条件。[Rh(NBD)((R)-5,5'-BINAP)](SbF6)样品的1H90°脉冲是2.0μs，接触时间为3.0ms，采集时间为30ms和循环延迟为3.0s。所有其它的31P-NMR谱在相同仪器上获得，但其被填充在4.0mm外径的NMR转子中。后者的样品在8.0或10.0kHz下进行自旋，1H90°脉冲为4.0μs。所有其它采集参数如针对以上[Rh(NBD)((R)-5,5'-BINAP)](SbF6)样品所概述的。
中子活化分析采集。
仪器中子活化分析(NAA)用于测定使用和未使用的催化剂样品的铑(Rh)、钡(Ba)和锑(Sb)含量。将样品(每个称重≤55mg)和标准样品精确称重(或用移液管移液)至聚乙烯微离心管(约175μL体积)，密封并且在艾伯塔大学SLOWPOKEII核反应器中以1×1011ncm- 2s-1的标称热中子通量分别照射100s。在测量的衰变周期(介于20-30s)之后，在3cm样品与检测器的距离下将照射的样品分别计数100s活时间(live-time)，以测量感应的Rh伽马射线活性。在开放几何结构中使用22％相对效率ORTEC超纯Ge检测器(对于60Co的1332.5keV全能量峰值，1.95keV的半峰全宽，FWHM)进行Rh测量。Ge检测器连接到基于PC的Aptec多通道分析器(MCA)卡。在约4h的衰变周期之后，将样品重新计数1800s，以测定ORTEC高纯度FX-分布型Ge检测器(型号GEM-FX8530P4)的管端盖板上的其Ba和Sb含量，ORTEC高纯度的FX-分布型Ge检测器具有40％相对效率和位于具有Cu罩(shield)的10cmPb洞(cave)中的1.75keVFWHM。FX分布型检测器耦合至ORTECDSPEC-Pro数字光谱仪。通过Rh和Ba活化分析的半绝对法进行元素分析。(Bergerioux,C.；Kennedy,G.；Zikovosky,L.J.Radioanal.Chem.1979,50,22)。通过绝对仪器NAA测定锑。测量的三种元素的定量的核反应和有关的核数据在下表中列出。Sigma-AldrichFluka分析RhAA标准溶液(5％HCl中的977.0ugRh/mL)用于定量Rh。硫酸钡被用作测定钡的比较标准。如上所述，锑通过绝对(即，无标准品(standard-less))NAA测定。
核反应 半衰期 主要γ-射线(s)
103Rh(n,γ)104Rh 42.3s 555.8keV
138Ba(n,γ)139Ba 83.06m 165.9keV
测定对映体过量
在减压下浓缩催化氢化的产物，并且使用作为洗脱剂的CH2Cl2将等分部分冲过FluorosilTM塞子以除去任何催化剂残余物。产物的保留时间和手性GC或HPLC条件在下面给出并且利用产物的外消旋样品确认保留时间。记录的1H-NMR谱与真实样品相同。
MAA氢化产物的对映体过量通过手性GC测定，但是峰没有完全在柱上分离。在减压下浓缩产物和在CH2Cl2中以2mg/mL的浓度制备溶液。接着，在以下条件下将1μL注入GC：氦气载气(20psig)、恒温80℃、注射器温度220℃、检测器温度220℃。两种对映体的保留时间为75.7min和77.6min。
衣康酸(103)氢化产物的对映体过量是通过手性HPLC测定，并且用从Sigma-Aldrich获得的外消旋甲基化化合物(二甲基甲基琥珀酸酯，104)确认。通过与重氮甲烷反应将产物首先甲基化，然后在减压下浓缩甲基化产物，在THF中以2mg/mL的浓度制备溶液。接着，在下列条件下将3μL注入HPLC中：30℃、0.8mL/min流速，98:2己烷：异丙醇的流动相。外消旋甲基化化合物104的两种对映体的保留时间为7.6min和9.9min。某些铑催化聚合物骨架反应的甲基化产物只包含在9.9min下的对映体。因此，ee被测定为>99.9％。
衣康酸二甲酯(104)的氢化产物的对映体过量通过手性HPLC测定，并且用从Sigma-Aldrich获得的外消旋化合物确认。在减压下浓缩产物，并且在THF中以2mg/mL的浓度制备溶液。接着，在下列条件下将3μL注入HPLC中：30℃、0.8mL/min流速，98:2己烷：异丙醇的流动相。两种对映体的保留时间为7.5min和9.7min。
实施例1：催化聚合物骨架42(聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaSO4)上的3-丁烯-2-醇的氢化
催化聚合物骨架(CPF)被选择用于H-连续流动氢化反应器中最初的实验，因为该催化剂不需要银盐以产生活性催化剂。在催化氢化反应过程中NBD配体通过氢化去除，生成活性催化种类[Rh((R)-5,5□-二去甲酰亚胺-BINAP)]+。利用3-丁烯-2-醇(71)首先评估CPF42，因为发现71是用于烯丙醇异构化的高度活性底物。71也已知经过烯烃的氢化和异构化(反应式I)，其允许针对氢化和异构化评估CPF的活性。在H-中使用COF42的催化剂活化实验总结于表2中。为达到100％转化率，在THF中将底物溶液的浓度稀释三倍，至0.077M，而其它反应条件保持恒定。
反应式I.3-丁烯-2-醇71的烯烃异构化和氢化
表2.利用3-丁烯-2-醇的催化剂活化a
a在50℃下以0.8mL/min的流速在THF中进行反应。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04 (30×4mm)用于每个条目。b通过1H-NMR并且通过与真实样品比较来测定转化率。
在将催化剂进行调节之后，在60巴(条目4)和0巴(条目5)下进行反应以研究氢压力对异构化产物72与氢化产物99的比例的影响。增加氢压力对转化率百分比(100％)或产物分布(两个条目3和4中的7％异构化产物)没有任何影响。在氢的缺乏下异构化(条目5)的转化率为0％；这暗示当氢不存在时，催化剂形成相对稳定的、无催化活性的复合物(或静止状态)。在条目6和7的条件下，证实了用低催化剂装载量可实现20,000的大周转(turnover)(100％转化率)(条目6，比以前报道的少100-200倍的催化剂：Alamé,M.；Jahjah,M.；Pellet-Rostaing,S.；Lemaire,M.；Meille,V.；deBellefon,C.J.Mol.Catal.A:Chem.2007,271,18；Alamé,M.；Jahjah,M.；Berthod,M.；Lemaire,M.；Meille,V.；deBellefon,C.J.Mol.Catal.A:Chem.2007,271,205；Berthod,M.；Mignani,G.；Woodward,G.；Lemaire,M.Chem.Rev.2005,105,1801；Rankic,D.A.；Hopkins,J.M.；Parvez,M.；Keay,B.A.Synlett.2009,15,2513；Hopkins,J.M.；Dalrymple,S.A.；Parvez,M.；Keay,B.A.Org.Lett.2005,7,3765；Cram,D.J.；Helgeson,R.C.；Peacock,S.C.；Kaplan,L.J.；Domeier,L.H.；Moreau,P.；Koga,K.；Mayer,J.M.；Chao,Y.；Siegel,M.G.；Hoffman,D.H.；Sogah,G.D.Y.J.Org.Chem.1978,43,1930；Saluzzo,C.；Lemaire,M.Adv.Synth.Catal.2002,344,915；Shimazu,S.；Ro,K.；Sento,T.；Ichikuni,N.；Uematsu,T.J.Mol.Catal.A:Chem.1996,107,297；Guerreiro,P.；Ratovelomanana-Vidal,V.；Genêt,J.-P.；Dellis,P.TetrahedronLett.2001,42,3423；She,J.；Ye,L.；Zhu,J.；Yuan,Y.Catal.Lett.2007,116,70；Bayardon,J.；Holz,J.；B.；Andrushko,V.；Verevkin,S.；Preetz,A.；A.Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,5971；Yinghuai,Z.；Carpenter,K.；Bun,C.C.；Bahnmueller,S.；Ke,C.P.；Srid,V.S.；Kee,L.W.；Hawthorne,M.F.Angew.Chem.Int.Ed.2003,42,3792.(d)Altinel,H.；Avsar,G.；Yilmaz,M.K.；Guzel,B.J.Supercrit.Fluids2009,51,202；Bainchini,C.；Barbaro,P.；DalSanto,V.；Gobetto,R.；Meli,A.；Oberhauser,W.；Psaro,R.；Vizza,F.Adv.Synth.Catal.2001,343,41；andMcDonald,A.R.；Müller,C.；Vogt,D.；vanKlink,G.P.M.；vanKoten,G.GreenChem.2008,10,424.)，并且催化剂在该大底物装载量运行后保持活性(条目7)。
不希望受到理论的束缚，提出氢化和异构化的机理，其通过如图6所示的金属氢化物中间体进行。铑静止状态复合物(M+)经历与氢的氧化加成，然后是烯烃络合，以形成I。然后I经历氢化物插入以形成II，II可以还原消除，以产生氢化产物或β-氢化物消除以形成III。离解得到烯醇IV，其可以互变或重新进入催化循环，以得到异构化产物。在氢的缺少下，氢化产物或异构化产物均不产生，这与上述结果一致。
实施例2：仲烯丙醇尺寸效应
在由CPF42(+AgSbF6)催化的一系列烯丙醇的异构化的先前研究(Corkum,E.G.；Kalapugama,S.；Hass,M.J.；Bergens,S.H.RSCAdvances2012,2,3473)中，显示增加链长降低异构化速率；含有具有三个以上碳的烷基链的仲烯丙醇导致催化活性下降。活化的CPF42用于一系列烯丙醇的氢化，以确认/研究尺寸效应。被选用于本研究的底物包括3-丁烯-2-醇(71)、1-戊烯-3-醇(73)、1-己烯-3-醇(74)和1-庚烯-3-醇(75)，且结果总结于表3中。
表3.由铑催化剂有机骨架42催化的烯丙醇底物的连续流动氢化/异构化a
R＝CH3(71)，C2H5(73)，C3H7(74)，C4H9(75)
[a]在50℃、30巴H2下以0.8mL/min流速和0.077M底物浓度在THF中进行反应。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04 用于每个条目。[b]通过1H-NMR测定转化率和产物分布。
在CPF42的存在下，将底物71、73和74转化成具有100％转化率的氢化和异构化的混合物。底物75经过70％转化率。这与以前的发现一致：仅仅未完全转化成产物的底物具有比3个碳长的烷基链，这暗示较大的烯丙醇会导致催化活性和反应速率降低。尽管烷基链长度有所不同，但底物71、73和74都完全转化成产物，这暗示CPF42具有不应被超过的用于最佳催化活性的底物尺寸阈值。
实施例3：脱氢氨基酸衍生物的氢化
在该实施例中，铑催化聚合物骨架42用于催化α-乙酰氨基肉桂酸的连续流动氢化。
表4.由铑催化剂有机骨架42催化的α-乙酰氨基肉桂酸100的连续流动氢化a
条目 温度(℃) H2压力(巴) 产率b(％)
1 50 30 11
2 50 50 23
[a]在下列条件下用在THF中0.028Mα-乙酰氨基肉桂酸的溶液进行反应：Sub/Rh＝200/1、0.8mL/min流速。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04CatCart用于两个条目。[b]通过1H-NMR测定产率。
参照表4，在标准条件下，产率是11％(TON＝22)(条目1)，并且在50atm的H2下增加至仅仅23％(TON＝46)(条目2)。不希望受理论限制，推测较差的反应性是由于底物尺寸效应；具体而言，CPF42底物尺寸阈值被α-乙酰氨基肉桂酸超过。通过H-中CPF42从较小底物甲基2-乙酰胺丙烯酸酯(MAA)的氢化获得的结果总结于表5中。
表5.由铑催化剂有机骨架42催化的MAA连续流动氢化a
[a]在下列条件下用在THF中0.028MMAA溶液进行反应：Sub/Rh＝200/1、0.8mL/min流速。[b]通过1H-NMR测定产率。[c]通过手性GC测定ee。
不像100，在标准条件和50atm的H2下以100％产率(TON＝200)氢化MAA(条目1和2)。该结果支持CPF42内的底物尺寸阈值被α-乙酰氨基肉桂酸100超过的假设。该发现是特别重要的，因为其表明CPF42可以用于基于底物尺寸排阻选择性氢化给定的混合物内的特定底物。
温度和H2压力系统地变化，以研究这些参数对产量和ee的影响。这些反应参数的变化对总产率几乎没有或没有影响，而ee通常随着H2压力减少(条目1、2和4)和温度增加(条目3、5和6)而增加。
实施例4：衣康酸的氢化
在该实施例中，铑催化剂有机骨架42用于催化衣康酸的连续流动氢化。
表6.由铑催化剂有机骨架42催化的衣康酸102的连续流动氢化a
[a]在下列条件下用在THF中0.028M衣康酸溶液进行反应：Sub/Rh＝200/1、50℃。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04CatCart用于每个条目。[b]在下列条件下用在THF中0.014M衣康酸溶液进行反应：Sub/Rh＝200/1、50℃。[c]底物溶液两次运行通过H-Cube。[d]通过1H-NMR测定产率。[e]通过手性HPLC测定ee。
在第一次运行(表6的条目1)中，在标准H-条件下(30巴H2、50℃和0.8mL/min流速)，以90％产率(TON＝180)得到氢化产物103。当压力升高至40巴，产率实际上从90％下降到81％(TON＝162)(条目2)。这暗示催化剂经历某种由衣康酸抑制的活性降低。降低流速和将底物浓度稀释一半(条目3和4)使产率分别增加至92％(TON＝184)和93％(TON＝186)。使反应混合物通过H-两次(条目5)导致98％的产率(TON＝196)。
用于氢化的所得到的最高ee是30％(条目3)。不希望受理论限制，推测CPF42的较低对映选择性暗示不适宜的底物/骨架或催化剂/骨架相互作用，其不存在于均相系统中，或高H2压力可以负责。由CPF呈现的高活性确实证明进一步的底物研究是合理的。
实施例5：衣康酸二甲酯的氢化
在该实施例中，铑催化聚合物骨架42用于催化衣康酸二甲酯的连续流动氢化以形成104。
表7.由铑催化剂有机骨架42催化的衣康酸二甲酯88的连续流动氢化a
[a]在下列条件下用在THF中0.028M衣康酸二甲酯溶液进行反应：Sub/Rh＝200/1、0.8mL/min流速。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04CatCart用于每个条目。[b]在下列条件下用在THF中0.077M衣康酸二甲酯溶液进行反应：Sub/Rh＝10,000/1。[c]通过1H-NMR测定产率。[d]通过手性HPLC测定ee。
温度(30-50℃)和H2压力(10-50巴)的变化对氢化产物104的产率无影响(表7的条目1-6)。然而，对映选择性随着H2压力降低而升高(表7的条目1-3、4-6)并且随温度升高而升高(表7的条目3和6)。不希望受理论限制，这些趋势暗示利用该CPF42获得高对映选择性的最佳条件可涉及低H2压力和高温的应用。
进行两个大规模运行以测试催化剂的耐久性。以10,000：1的S/C比，在下列条件下实现7200TON：50℃、30巴的H2、0.8mL/min流速和THF中的0.077M衣康酸二甲酯的浓度(条目7)。在试图提高总产率百分比时，H2压力从30巴增加至50巴，导致产率增加20％，其与9200的总TON(条目8)对应。
实施例6：α-乙烯苄基醇的动力学拆分/氢化
在该实施例中，铑催化聚合物骨架42用于催化α-乙烯基苄基醇的连续流动氢化。
表8.由铑催化剂有机骨架42催化的α-乙烯苄基醇77的连续流动氢化a
[a]反应在THF中进行。相同的聚[Rh(NBD)((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)](SbF6)/BaS04CatCart用于每个条目。[b]该反应在EtOH中进行。[c]通过1H-NMR并且通过与真实样品比较来测定转化率。
底物77是活性底物，尽管增加浓度(0.028-0.1M)和流速(0.8-2.0mL/min)并且降低温度(25-50℃)和H2压力(1-50巴)，其经历100％转化率(通路1-9)。在典型的不对称连续流动氢化反应中，小于0.1mL/min的流速对于确保完全转化来说是必要的(Shi,L.；Wang,X.；Sandoval,C.A.；Wang,Z.；Li,H.；Wu,J.；Yu,L.；Ding,K.Chem.Eur.J.2009,15,9855；Balogh,S.；Farkas,G.；Madarász,J.；Kovács,J.；Darvas,F.；Urge,L.；Bakos,J.GreenChem.2012,14,1146；andAugustine,R.L.；Tanielyan,S.K.；Mahata,N.；Gao,Y.；Zsigmond,A.；Yang,H.Appl.Catal.,A.2003,256,69)。然而，没有观察到动力学拆分。
在0巴H2压力下，底物77没有转化成产物105或106(条目10)。该结果与以前的结果一致并且显示催化剂在氢气的缺少下形成相对稳定的、无催化活性的复合物。这暗示该催化剂可以被存储在催化运行之间，而不分解。CPF42还呈现在EtOH中与在THF中几乎相同的活性，只是转化率百分比轻微降低(条目11，EtOH中97％转化率和THF中100％转化率)。这些结果证明了催化剂体系的高活性、通用性和灵活性。
实施例7：聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]2/Ba-L-酒石酸盐催化聚合物骨架(41)在H-中的使用
非手性载体BaSO4由Ba-L-酒石酸盐替换并且对氯桥二聚体CPF聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]2/Ba-L-酒石酸盐41进行研究，以提高使用CPF42进行的上述氢化的ee。CPF41在1,6-烯炔的分子内环异构化中表现出优异的对映选择性并且在烯丙醇的异构化中表现出优异的活性。CPF41需要银盐以提取桥接氯化物以产生活性的“[Rh((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]+”催化剂。用CPF41和每个铑中心25.5当量的AgSbF6填充15.5当量AgSbF6处于的第一层中，接着是10当量AgSbF6和铑CPF41的混合物。预计溶剂将在开始时溶解AgSbF6并使其移动通过铑催化聚合物骨架的整个混合物。遍及所预期活化的CPF混合AgSbF6，更难达到铑中心。
类似于先前研究的CPF42，Ba-L-酒石酸盐支载的CPF41在3-丁烯-2-醇的氢化中首先测试。
表9.由铑催化聚合物骨架41催化的3-丁烯-2-醇(71)的连续流动氢化a
[a]在50℃下用在THF中0.077M3-丁烯-2-醇溶液进行反应。相同的聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]2/Ba-L-酒石酸盐CatCart用于每个条目。[b]通过1H-NMR并且通过与真实样品比较来测定转化率。
改变条目1-4中的反应条件没有显著改变转化率百分比(91％至95％)。这些转化率略低于CPF42中观察到的转化率。催化剂活性的差异归因于CPF的溶胀性。
表10.由铑催化聚合物骨架41催化的衣康酸(102)的连续流动氢化a
[a]在50℃下用在THF中0.0071M衣康酸溶液进行这些反应。相同的聚[RhCl((R)-5,5'-二去甲酰亚胺-BINAP)]2/Ba-L-酒石酸盐CatCart用于每个条目。[b]THF中的0.014M衣康酸溶液用于该运行。[c]通过1H-NMR并且通过与真实样品比较来测定产率。[d]通过手性HPLC测定ee。
衣康酸(102)被选择用于该催化剂系统的研究，因为它提供CPF42的最高对映选择性。总体而言，CPF41提供比CPF42低的产率，但提供更高的对映选择性。将底物从0.014M半稀释至0.0071M，并且将流速从0.6mL/min降低至0.4mL/min(条目2)，其将产率从62％增加到78％。将H2压力从30巴增加至50巴(条目3)，其也将产率提高至91％。
实施例8：筒寿命研究
固态NMR结果：
通过比较氧化的5,5'-二去甲酰亚胺BINAP配体与[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)单体单元以及未使用和使用的BaSO4支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的固态NMR谱，检测氧化物在所使用的支载的催化剂样品中明显的存在是可能的(通过旋转边带的各向异性分布)。不希望受理论限制，但可能的是膦至氧化膦的氧化负责研究的第一催化剂筒的失活。
同样，对于第二催化剂筒(使用相同的支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6))，显著量的氧化膦被观察到存在于使用的样本中。然而，相比先前的样本，看到该样品中的轻微的化学位移差异，这暗示有两种不同的膦环境可存在于所用催化剂样品中。这会是由于COD冲过催化剂，有可能创造一种新的膦环境的事实。
中子活化分析(NAA)结果：
通过比较BaSO4支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的使用和未使用的样品并且用Rh标准溶液定量样品中的Rh的量，有可能确定在大约一个月的时间过程内催化剂中0.00383mgRh中的33％确实设法从载体浸出。因此，铑的浸出可能导致催化剂的失活。然而，Rh浸出是否发生在催化剂的整个寿命内，或者铑的浸出是否由于在催化剂寿命的开始时低分子量聚合物从本体催化剂浸出。
同样分析使用和未使用的样品中锑的水平，并且发现所使用的样品中的锑的水平已降低10倍。锑的这种损失归因于SbF6反离子被替换为去质子化的羧酸盐，这可能来自被使用的任何酸性底物(例如，衣康酸)。Rh-羧酸盐是众所周知的，并且形成相对强的键，导致较少的可用于参与催化的Rh位点，这也可以解释第一催化剂筒中的活性损失。
寿命评估：
固态NMR分析的结论是，其显示催化剂失活的原因是运行大约一个月内的氧化。此外，如中子活化分析显示，铑的浸出在运行一个月的过程内是不显著的。结合起来，这些结果表明浸出或固有催化剂寿命均没有限制这些筒的寿命。相反，当4-5升溶剂通过筒的时候，催化剂的缓慢氧化发生在运行的一个月内。还应当指出的是在约55,700周转后装有支载的聚[Rh(NBD)(N-BINAP)](SbF6)的第二催化剂筒仍然是100％活性的。然而，在遇到H-的堵塞问题并且随后从H-移除之后，发现上的橡胶O形环已开始降解，这可能是由于在大约1个月的过程中通过系统的并且最有可能负责所经历的堵塞问题的THF溶剂的绝对体积。
数据显示催化剂被杀死；它们没有死于老龄。这些结果证明本文所述的支载催化剂的非常长的寿命。
实施例9：基于Pd的催化聚合物骨架的合成和沉积。
下面的实施例展示具有多种配体系统和金属中心的催化聚合物骨架的设计、合成和沉积。
[Pd((R,R)-NORPHOS)(η3-C3H5)]BF4的合成
摩尔比21222使用前在氮气氛下从适宜的干燥剂(对于CH2Cl2，为CaH2、对于THF，为K/二苯甲酮)蒸馏所有溶剂。所有步骤使用标准Schlenk技术在氮气下进行。50mL侧臂圆底烧瓶充满41.90mg[(η3-C3H5)PdCl]2(1.08×10-4mol)、100.00mg(R,R)-NORPHOS(2.16×10- 4mol)，用氮气冲洗，并且用橡胶隔片密封。圆底烧瓶的内容物溶解于CH2Cl2/THF溶剂混合物(11.25mL，60:40V/V)，并且在0℃下搅拌15min。在另一个50mL侧臂烧瓶(其用橡胶隔片密封并用氮冲洗)中，在黑暗中42.14mgAgBF4(2.16×10-4mol)溶解于7.5mLTHF中(烧瓶包裹在锡箔中)，并且在0℃下搅拌15min。在20min内含钯溶液通过套管缓慢转移到含有AgBF4溶液的烧瓶。CH2Cl2(11.25mL)用于清洗和完全转移含Pd溶液。在添加完成后，将合并的溶液在0℃下搅拌15min。接着，将反应混合物在1小时内缓慢加温至室温，同时搅拌。然后将所得到的淡黄色溶液滤过Celite的塞子(5g)；Celite塞子和AgCl沉淀物用CH2Cl2(2×5mL)洗涤。在减压下从滤液除去溶剂以得到黄棕色粉末(133mg，产率87％)。进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。2R,3R-NorPhos配体：31P{1H}NMR(CD2Cl2),δ1.33,-3.22；1HNMR(CD2Cl2),δ0.82(1H),1.032(1H),2.23(1H),2.77(2H),2.88(1H),6.02(1H),6.28(1H),7.34(20H)。[Pd((R,R)-NORPHOS)(η3-C3H5)]BF4:31P{1H}NMR(CD2Cl2),δ24.73,25.04,25.96,26.00,26.30,26.619(由于Pd-P偶联)；1HNMR谱显示在图7中。
催化剂有机骨架的ROMP组装。
在氮气氛下，24.3mg[Pd((R,R)-NORPHOS)(η3-C3H5)]BF4(3.44×10-5mol)溶解于配有橡胶隔片的NMR管中的0.3mLCD2Cl2中。用气密注射器加入环辛烯(COE)(14μL，1.03×10-4mol，在氮下蒸馏的)。将Grubb催化剂(第1代)，反式RuCl2(＝CHPh)(PCy3)2(1.5mg,1.72×10-6mol)称入手套箱中，转移到具有隔片的NMR管，并在氮氛下溶解于CD2Cl2(0.3mL)中，产生紫色溶液。接着，Grubb溶液用套管转移到含有钯复合物和COE的NMR管中，并且CD2Cl2(0.4mL)用于漂洗和完全转移Grubb溶液。用石蜡带密封NMR管的隔片，并且将管置于加热至40℃的油浴中。24小时后，记录的混合物的1HNMR谱显示该COE被消耗，但只有少量的Pd复合物已经反应。更多环辛烯(7μL,5.15×10-5mol)被添加到混合物中，并且将该混合物在40℃再加热60min。随后的混合物的1HNMR谱显示开环易位聚合(ROMP)完成，并制成催化剂有机骨架。这暗示Grubb第1代催化剂，反式RuCl2(＝CHPh)(PCy3)2在24小时的反应时间内转化为更具活性的形式。也许催化剂的PCy3配体一定程度上复合至[Pd((R,R)-NORPHOS)(η3-C3H5)]BF4，形成更具活性形式的易位催化剂。进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。催化聚合物骨架：31PNMR(CD2Cl2)、δ28-34(宽聚合物峰)；1HNMR(CD2Cl2),δ1.14-2.13(聚烷基，宽)、3.41-3.70(宽聚合物峰下的降冰片烯质子)、5.21-5.39(聚合物烯烃区)、7.28-7.70(聚合物芳基+起始芳基重叠，宽)。
Pd催化聚合物骨架在BaSO4上的沉积
将清洁的BaSO4(1.84g，用CH2Cl2洗涤，随后用乙醚洗涤，然后在高真空下干燥过夜)加入到配备有侧臂和磁性搅拌棒的圆底烧瓶(200mL)。含BaS04的烧瓶置于真空下再干燥3小时。然后用氮气回填烧瓶。接着，将CH2Cl2(25.5mL)用套管转移到含有BaSO4烧瓶并搅拌，以形成浆液。然后，利用套管将在前面的实施例中(见实施例XX)制成的含有催化剂有机骨架的溶液从其NMR管转移到BaSO4/CH2Cl2浆液。CH2Cl2(5mL)用于漂洗和完全转移催化剂有机骨架溶液。将聚合物溶液和BaS04浆液在室温下搅拌1小时。利用快速搅拌在减压下缓慢移除溶剂以形成BaSO4载体上的催化剂有机骨架的膜。然后用甲醇(3×10mL)洗涤BaSO4沉积的催化剂有机骨架。利用1H和31PNMR进行的洗涤液(washings)检测显示所有的钯聚合物沉积在BaS04上。得到产量为1.87g的灰白色粉末的支载的催化剂。
实施例10：具有可聚合部分的配体的官能化
下面的实施例展示官能化具有可聚合部分和/或可聚合部分的前体的配体以促进其并入催化聚合物骨架的能力。
(S)-PhanePhos
(S)-PhanePhos氧化物的合成
(S)-PhanePhos(1.023g，1.73mmol)溶解于二氯甲烷(未蒸馏的，80mL)；然后10％的H2O2(70mL)被添加至所述溶液。将反应混合物搅拌90min，并且然后将饱和Na2S2O3(约200mL)缓慢加入到反应混合物，直到任何过量H2O2中和。使用分液漏斗(500mL)，用H2O(3×60mL)和饱和NaCl(3×60mL)洗涤反应混合物。有机层在无水Na2SO4上干燥，在减压下过滤并浓缩。得到白色固体作为产物(1.13g，定量产率)。1HNMR和31P{1H}NMR谱分别显示在图8和图9中。
(S)-PhanePhos氧化物的硝化(在-28℃下Sub:HNO3:H2SO4比为1：2.1：1)
将(S)-PhanePhos氧化物(350mg，0.575mmol)称入带有1/2英寸搅拌棒的50mLSchlenk烧瓶，并且用氮气冲洗10-15min。将约4.35mL0.1323MH2SO4/乙酸酐标准溶液(0.575mmol，H2SO4)溶液用10mL注射器加入到烧瓶中并搅拌5-10min直到获得澄清溶液。然后在内部浴中利用冷却循环浴将上述反应混合物冷却至-28℃20min。在同一浴中，0.6908MHNO3/乙酸酐标准溶液也被冷却至-28℃。将约1.75mLHNO3/乙酸酐标准溶液(1.207mmol，HNO3)利用冷的5mL注射器缓慢加入到反应烧瓶，使用前在冰箱中将其冷藏。
18小时后，将反应混合物通过加入冰淬火，随后加入20％NaOH直至pH为碱性。从浴中移除烧瓶，并搅拌2min，以确保pH仍为碱性。然后将其转移到分液漏斗(1L)并用4×100mL的二氯甲烷(未蒸馏的)洗涤，并将有机层收集到锥形瓶中。将其用无水Na2SO4干燥，并搅拌60min。将溶液重力过滤并在减压下除去溶剂以获得黄色、粗硝化产物(481mg)。进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。31P{1H}NMR谱显示在图10中。
通过快速柱色谱法进行的硝化混合物的纯化
481mg硝化产物的混合物(上述硝化反应的粗硝化产物)通过柱色谱(1:1乙酸乙酯/己烷、26.5gSiO2)纯化。快速色谱法基本上(largely)以约29％的分离产率分离出一硝酸化产物的一种异构体。通过ESI-TOF进行的质谱分析被发现为：C40H34NO4P2[M+H]+m/z654.1958(计算值)、654.1947(发现值)。31P{1H}NMR谱显示在图11中。
1,2-双[(R,R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷
1,2-双[(R,R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷[(R,R)-Ph-BPE]的合成
所有溶剂在使用前被蒸馏和脱气。将1,2-双[(R,R)-2,5-二苯基磷杂环戊烷]乙烷-硼烷加合物(1.60g，3.00mmol)和(1.01g，9.00mmol)充入到手套箱内的50mLSchlenk烧瓶中。该烧瓶通过抽真空和用氮气(×5)填充脱氧。添加蒸馏、脱气的甲苯(15mL)，并且在油浴中将该混合物在60℃(外部温度)下加热2h。将反应搅拌冷却至室温，过夜。在氮气下将溶液滤过二氧化硅垫(10g)，用脱气的甲苯(30mL)洗脱。将异丙醇(10mL)加入到残余物中，并通过套管转移除去上清液。用异丙醇(2×10mL)洗涤固体并在真空下干燥以得到标题化合物(1.182g，78％)。进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。31P{1H}NMR谱显示在图12中。
(R,R)-Ph-BPE氧化物的合成
将上述制备的(R,R)-Ph-BPE氧化物(1.182g，2.33mmol)溶解于约30mL二氯甲烷(未蒸馏的)和10％H2O2(135mL，396mmol)，并直接加入配有1英寸搅拌棒的圆底烧瓶中。将反应混合物搅拌1.5小时，并且保持在冰浴中。通过缓慢加入饱和Na2S2O3使其淬火。加入约150mLNa2S203。使用500mL分液漏斗，用H2O(3×约75mL)和饱和NaCl溶液(3×约75mL)洗涤反应混合物。将有机层在Na2SO4上干燥，重力过滤并且在减压下浓缩，定量得到1.44g白色粉末。将固体放入高真空中过夜后，进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。31P{1H}NMR谱显示在图13中。
(R,R)-Ph-BPE氧化物的硝化(在-18℃下Sub:HNO3:H2SO4比为2:1:5.7)
将(R,R)-Ph-BPE氧化物(473mg,0.878mmol)称入带有1/2英寸搅拌棒的100mLSchlenk烧瓶，并且用氮气冲洗10-15min。将约35mL0.1323MH2SO4/乙酸酐标准溶液(5.03mmol，H2SO4)用10mL注射器加入到烧瓶中并搅拌5-10min。所获得的溶液是浑浊的，将额外的3mLH2SO4/乙酸酐标准溶液以1mL分批加入，直到获得澄清溶液。然后在内部浴中利用冷却循环浴将所述反应混合物冷却至-18℃20min。在同一浴中，0.6908MHNO3/乙酸酐标准溶液也被冷却至-18℃。将约2.5mLHNO3/乙酸酐标准溶液利用冷的5mL注射器缓慢加入到反应烧瓶，使用前在冰箱中将其冷藏。
18小时后，将反应通过加冰来淬火，随后加入20％NaOH直至pH为碱性。从浴中移除烧瓶，并搅拌2min，以确保pH仍为碱性。然后将其转移到1L分液漏斗并且用4×100mL的二氯甲烷(未蒸馏的)洗涤，并且将有机层收集到1L锥形瓶中。接着将其用无水Na2SO4干燥，并搅拌20min。将溶液重力过滤并且在减压下除去溶剂以获得黄色、粗硝化产物(570mg)。进行31P{1H}NMR和1HNMR分析。31P{1H}NMR谱显示在图14中。
通过快速柱色谱法进行的(R,R)-Ph-BPE氧化物硝化混合物的纯化
上述反应的硝化产物通过柱色谱法进行纯化。如图15中所示的31P{1H}NMR谱中所表明的，100％乙酸乙酯作为洗脱剂，25g二氧化硅用于第一柱以获得210mg更清洁的硝化混合物。
然后通过使用具有25g二氧化硅和10％:90％乙醇：己烷的第二柱的色谱法对其进行进一步纯化。对于分离的产物进行31P{1H}NMR、1HNMR和质谱分析，其揭示：未反应的原料(约15％)两种单硝化种类的混合物(约40％产率)；和584.2114(计算值)、584.2104(发现值)的C34H36NO4P2[M+H]+m/z的ESI-TOF质谱。
其中单硝化种类中的一种处于基本上纯的形式(约25％产率)，其具有584.2114(计算值)、584.2111(发现值)的C34H36NO4P2[M+H]+m/z的ESI-TOF质谱。也观察到对称二硝化种类(约15％)，其具有629.1965(计算值)、629.1955(发现值)的C34H35N2O6P2[M+H]+m/z的ESI-TOF质谱。请注意，上述报道的产率是近似的，因为它们由所进行的第二色谱法纯化步骤来测定。
所得到的硝化(S)-PhanePhos和(R,R)-Ph-BPE适用于还原反应以形成相应的胺。如上面详细描述的，氨基化合物然后用于形成含催化剂的单体，含催化剂的单体用于催化聚合物骨架的形成；通过添加的氨基处的反应将合适的可聚合部分(例如，去甲酰亚胺基)连接。
在该说明书中提及的所有出版物、专利和专利申请表明本发明所属的本领域技术人员的水平，并在相同程度上通过引用并入本文，就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被具体和单独地表明通过引用并入本文。
因此描述本发明，其可以许多方式变化，这将是显而易见的。这样的变化不被视为脱离本发明的精神和范围，并且所有这样的修改旨在被包括以下权利要求的范围之内，这对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (33)

1.复合材料，包含：
(i)催化聚合物骨架，其包括含催化剂的单体单元，所述含催化剂的单体单元每个由至少一个非含催化剂的单体单元分隔；和
(ii)固体载体材料，
其中所述催化聚合物骨架是共价或非共价固定在所述载体材料上和/或中。
2.权利要求1所述的复合材料，其中所述催化聚合物骨架从过渡金属催化剂衍生。
3.权利要求1或2所述的复合材料，其中每个含催化剂的单体单元包含二膦配体。
4.权利要求3所述的复合材料，其中每个含催化剂的单体单元从具有以下结构的单体衍生：
其中，A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4和与它们所连接的原子形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合。
5.权利要求4所述的复合材料，其中所述可聚合的部分选自：
6.权利要求1-5中任一项所述的复合材料，其中所述含催化剂的单体单元从包含以下配体的催化剂衍生：
7.权利要求1-4中任一项所述的复合材料，其中所述含催化剂的单体子单元包含：
其中，
R1、R2、R3和R4独立地选自苯基和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代；
A是联萘基团或联萘基团的衍生物，每个是未取代的或者由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的一个或多个基团取代；
R5、R6、R7和R8独立地选自H、C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素；或者R5和R6和/或R7和R8是＝O；或者R5和R6之一连接至R7和R8之一，以与它们所连接的原子和连接它们的原子一起形成单环、双环或三环的环系统；每个亚甲基单元中的R5、R6、R7和R8是相同的或不同的，并且意味着如果适用，连接至该键的双键是顺式或反式构型；
m和n独立地是介于0和10之间并且包括0和10的整数；
p是介于1和14之间并且包括1和14的整数；和
M是过渡金属，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合。
8.权利要求7所述的复合材料，其中A是联萘基团或联萘基团的衍生物，每个是未取代的或者由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的一个或多个基团取代。
9.权利要求7或8所述的复合材料，其中R5、R6、R7和R8、m和n与它们所连接的原子和连接它们的原子一起形成选自以下的基团：
10.权利要求1-9中任一项所述的复合材料，其中所述过渡金属是Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir,、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和/或Au。
11.权利要求7所述的复合材料，其中所述含催化剂的单体单元包含：
12.权利要求1-11中任一项所述的复合材料，其中所述固体载体材料包含BaSO4、钡(L)-和(D)-酒石酸盐、氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SIO2)、Fe3O4、特氟隆TM、CeliteTM、AgCl、沙或其任意组合。
13.权利要求1-12中任一项所述的复合材料，其用于流动反应器系统，诸如流动反应器筒。
14.权利要求13所述的复合材料，其中所述流动反应器系统是连续流动反应器，诸如反应器。
15.权利要求1-14中任一项所述的复合材料，其中所述催化聚合物骨架利用交替开环烯烃易位聚合(alt-ROMP)合成。
16.权利要求1-15中任一项所述的系统，其另外包含用于产生活性催化剂的装置。
17.权利要求16所述的系统，其中所述用于产生活性催化剂的装置包含银盐，诸如AgSbF6。
18.用于金属催化的有机合成的方法，其包括使用于有机合成的底物流过流动反应器系统，所述流动反应器系统包含权利要求1-17中任一项所述的复合材料；并且任选地从所述流动反应器系统分离有机合成的一种或多种产物。
19.权利要求18所述的方法，其中所述有机合成是得益于金属催化剂的存在或使用的任何反应，诸如环异构化、硅氢化、氢化、共轭加成或交叉偶联。
20.权利要求19所述的方法，其中所述氢化是酯氢化、酰胺氢化或酮氢化。
21.权利要求18-21中任一项所述的方法，其中所述有机合成是不对称合成，其提供不对称或手性产物。
22.制备包含聚合物催化剂骨架的复合材料的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将催化剂衍生化以添加一个或多个可聚合部分到催化剂的配体，形成含催化剂的单体；
(b)利用交替开环易位聚合(ROMP)将含催化剂的单体与非含催化剂的单体聚合以形成催化聚合物骨架；和
(c)在适用于所述催化聚合物骨架固定在载体材料上和/或中的条件下将所述催化聚合物骨架与固体载体材料接触。
23.权利要求22所述的方法，其中所述催化聚合物骨架经由非共价相互作用连接至所述载体材料。
24.权利要求22所述的方法，其中所述催化聚合物骨架经由共价键连接至所述载体材料。
25.权利要求22-24中任一项所述的方法，其中所述含催化剂的单体具有以下结构：
其中A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5各基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4与它们所连接的原子形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属(诸如Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和/或Au)，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合。
26.权利要求22-25中任一项所述的方法，其中所述可聚合的部分选自：
27.制备聚合物催化剂骨架的方法，所述方法包括以下步骤：
(a)将催化剂衍生化以添加一个或多个可聚合的部分到催化剂的配体，形成含催化剂的单体；
(b)利用交替开环易位聚合(ROMP)将含催化剂的单体与非含催化剂的单体聚合以形成催化聚合物骨架，
其中所述含催化剂的单体不包含BINAP配体，或者其中所述可聚合的部分不包含降冰片烯。
28.权利要求27所述的方法，其中所述催化剂是过渡金属催化剂。
29.权利要求27或28所述的方法，其中所述催化剂包含二膦配体。
30.权利要求29所述的方法，其中所述催化剂包含以下配体：
31.权利要求27-30中任一项所述的方法，其中所述过渡金属是Ru、Rh、Pd、Pt、Ir、Fe、Ni或Co。
32.由权利要求27-30中任一项所述的方法制备的催化聚合物骨架。
33.含催化剂的单体，具有以下结构：
其中A是取代或未取代的脂肪族基团；
X和Y每个独立地是可聚合的部分，其中X或Y中的一个可以不存在；
R1、R2、R3和R4独立地选自芳基(例如，苯基)和C4-8环烷基，后两个基团未取代或在可能的情况下由独立地选自C1-6烷基、OC1-6烷基和卤素的1、2、3、4或5个基团取代，或者R1和R2和/或R3和R4与它们所连接的原子形成取代或未取代的环烷基；和
M是过渡金属(诸如Cr、Mo、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pd、Pt、Cu、Ag和/或Au)，其任选地与另一个配体或配体的组合相结合，
其中所述含催化剂的单体不包含BINAP配体，或其中所述可聚合部分不包括降冰片烯。
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