手性季銨鹽相轉移催化劑的固載策略研究.pdf

1、相轉移催化具有反應條件溫和、操作簡便、適宜大規(guī)模生產(chǎn)和環(huán)境友好等特點，已成為有機化合物合成中重要而廣泛應用的合成方法。其中，金雞納堿和聯(lián)萘衍生的手性季銨鹽是目前研究最多的兩類手性相轉移催化劑，在不對稱烷基化、Mannich反應、Aldol反應、環(huán)化反應和共軛加成等不對稱反應中表現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。但是，相轉移催化劑的兩親性導致其與產(chǎn)物分離困難，難于回收。從綠色化學觀點講，利用載體實現(xiàn)均相相轉移催化劑的固載，可以有效地解決其回收問題，提高

2、昂貴手性相轉移催化劑的催化效能。
　　本文將金雞納堿衍生的季銨鹽和聯(lián)萘衍生的Maruoka催化劑，通過共價鍵的方式鍵連到無機載體二氧化硅、高分子聚合物載體和有機硅空心納米微球上，實現(xiàn)昂貴相轉移催化劑在不對稱烷基化反應中的高性能重復使用，從而提升其催化效能。本文開展了以下三個方面的研究：
　?。?）以辛可尼丁為原料，合成N-(2’-氰基芐基)-O(9)-烯丙基-辛可尼丁季銨鹽均相相轉移催化劑（CDPTC），利用CDPTC中橋環(huán)

3、雙鍵與3-巰丙基三甲氧基硅烷巰基間的Click反應，引入三甲氧基硅烷錨點基團，酸性條件水解，制備無機載體二氧化硅固載金雞納堿季銨鹽相轉移催化劑（SiO2@CDPTC）。通過IR、元素分析、TGA、SEM、TEM以及N2吸附-脫附等手段對非均相相轉移催化劑SiO2@CDPTC進行表征，系統(tǒng)研究其化學組成、負載量、表面形貌和孔結構特征。紅外譜圖中C-S-C鍵、C-Si鍵和Si-O-Si鍵的特征峰，確證均相CDPTC通過共價鍵的方式鍵連到無機

4、骨架上；元素分析測定CDPTC的負載量為0.87mmol/g；TGA表明其熱行為包括三個失重過程，總失重為77.1%；SEM圖譜表明非均相催化劑SiO2@CDPTC具有微米尺度的蜂窩狀形貌，TEM進一步顯示為0.3-0.5um的球狀顆粒，HRTEM表明0.5-1.5nm的不規(guī)則羅紋排布。
　　非均相相轉移催化劑SiO2@CDPTC在N-二苯亞甲基甘氨酸叔丁酯的不對稱烷基化反應中具有優(yōu)異的催化性能，不管是吸電子取代基（-CF3和-F

5、）、還是供電子取代基（-CH3）的芐溴，都能高收率（80-96%）、對映選擇性（76.0-96.9%ee）合成烷基化產(chǎn)物。但對于烯丙基類底物，其產(chǎn)率和對映選擇性沒有取得令人滿意的結果（10-50%,52.0-67.1%）。反應結束后，非均相催化劑可以通過簡單的過濾進行回收，重復使用五次，催化性能無明顯下降。
　?。?）設計兩種合成路線在Maruoka催化劑骨架的不同位置引入苯乙烯錨點，通過懸浮聚合以共價鍵的方式將昂貴Maruoka

6、催化劑固載于高分子聚合物微球。路線1：(R)-9溴代得到溴化季銨鹽(R)-10，(R)-10與對乙烯基苯硼酸通過Suzuki偶聯(lián)反應制得6,6’-位苯乙烯功能化的Maruoka催化劑(R)-11。路線2：(R)-8和二(4-(4-乙烯基苯基)丁基)胺的季銨化反應，得到螺環(huán)N+-苯乙烯功能化的Maruoka催化劑(R)-12。以(R)-11或(R)-12、苯乙烯和丙烯酰胺為共聚單體，EGDMA為交聯(lián)劑，PVA為分散劑，通過懸浮聚合法，制備

7、聚合物微球固載Maruoka催化劑，分別記為poly[St-co-AA-co-(R)-11]和poly[St-co-AA-co-(R)-12]。
　　通過IR、元素分析、SEM和N2吸附-脫附等手段對聚合物微球固載手性Maruoka催化劑進行表征，并運用模板烷基化反應，研究固載手性Maruoka催化劑在不對稱烷基化反應中的構效關系。研究表明，聚合物微球固載手性Maruoka催化劑的表面形貌和孔結構對其在不對稱烷基化反應中的催化性能

8、有著重要影響。poly[St-co-AA-co-(R)-11]的比表面積（33.5m2/g）較大，表現(xiàn)出更好的催化性能。同時，poly[St-co-AA-co-(R)-11]的苯乙烯錨點遠離手性季銨鹽活性中心，在烷基化反應中的收率和對映選擇性（81-96%，96-97% ee）高于催化劑poly[St-co-AA-co-(R)-12]（78-88%，88-95%ee）。poly[St-co-AA-co-(R)-11]在N-二苯亞甲基甘氨

9、酸叔丁酯與鹵代烴的不對稱反應中，可高收率（76-96%）和對映選擇性（88-97%ee）地合成甘氨酸叔丁酯的烷基化產(chǎn)物?；厥盏膒oly[St-co-AA-co-(R)-11]催化劑表現(xiàn)出更好的催化活性，在第五次重復使用時，反應時間縮短至48h，收率96%，對映選擇性91%。
　　（3）設計兩種巰基功能化的有機硅空心載體，通過共價鍵的方式，分別對Maruoka相轉移催化劑(R)-11進行固載，得到手性Maruoka相轉移催化劑功能化

10、的空心納米微球。載體1：以聚苯乙烯微球PS/PVP為模板，通過1,2-雙三乙氧基硅基乙烷（BTEE）和3-巰丙基三甲氧基硅烷（MPTMS）的共縮聚，得到核殼結構微球PS/PVP@B&M，用DMF洗滌內(nèi)核，制備有機硅空心微球B&M。載體2：以PS/PVP和十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）為雙模板，BTEE和MPTMS共縮聚，化學刻蝕模板，制備空心介孔有機硅B＃M。以空心有機硅材料B&M和B#M為載體，通過click反應錨定Maruoka相

11、轉移催化劑(R)-11，制備空心有機硅微球固載Maruoka相轉移催化劑B&M@(R)-11和空心介孔有機硅固載Maruoka相轉移催化劑B#M@(R)-11。
　　SEM表明，固載催化劑B&M@(R)-11具有納米微球狀形貌，具有疏松的殼層，有利于催化反應的傳質(zhì)效應。在不對稱烷基化模板反應中，高收率（85-96%）合成對映選擇性（85.3-90.8%ee）的甘氨酸叔丁酯烷基化產(chǎn)物。固載催化劑B#M@(R)-11大部分是球狀顆粒，

12、顆粒間夾雜一些無定形結構。在N-二苯亞甲基甘氨酸叔丁酯的不對稱烷基化反應中，合成高收率（75-96%）的烷基化產(chǎn)物，對映選擇性80.5-91.2%ee。
　　綜上，本文制備了可回收的二氧化硅固載金雞納堿相轉移催化劑、聚合物負載Maruoka相轉移催化劑、空心有機硅微球負載Maruoka相轉移催化劑和空心介孔有機硅微球負載Maruoka相轉移催化劑，有效解決昂貴手性金雞納堿和聯(lián)萘衍生手性季銨鹽相轉移催化劑的回收問題，為提升手性季銨鹽