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《第四军医大学》 2004年
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不对称二羟基化反应中可循环使用的催化体系研究

姜茹  
【摘要】:手性锇催化剂催化的烯烃不对称二羟基化反应(简称AD反应)是合成手性邻二醇最有效的途径之一,可以将几乎所有类型的烯烃转变成相应的手性邻二醇,因此广泛地应用于药物、天然产物以及精细化工产品的合成。AD反应中使用的催化剂是由手性配体及OsO_4原位产生的,但由于手性配体和OsO_4非常昂贵,加之OsO_4毒性大,极易挥发,限制了AD反应的工业化应用,因此,开发可回收和重复使用的手性锇催化剂是目前亟待解决的重大课题。目前的研究主要集中在两个方面:一方面,将手性配体共价键合到不溶或可溶性载体上制成负载手性配体,但在重复使用负载配体时必须补充OsO_4,才能保证催化活性不降低;另一方面,将OsO_4包裹在高聚物微囊内,或运用离子交换技术或共价键合的方法将OsO_4固载在树脂、硅胶或层状双金属氢氧化物材料上,但手性配体却不能同时回收。目前,关于AD反应中手性配体和OsO_4同时定量回收和重复使用问题已成为国外多个研究小组关注的热点。最近,聚乙二醇(PEG,FW 400)及离子液体被用于AD反应中OsO_4及手性配体的同时回收,但是仍然存在手性配体或OsO_4的流失,以及二者用量大等不足,因此, 第四军医大学博士学位论文 该方法并没有有效地解决两种催化组份同时回收的问题。 本论文的研究方向是AD反应中手性配体和手性催化剂的回 收和重复使用,研究工作包括以下七个方面: 1.根据金鸡纳生物碱衍生物配体的构效关系,设计并合成了三 种手性双金鸡纳生物碱单季钱盐配体8、9和10。 以奎宁和奎尼定为原料分别与1,4一二氯一2,3一二氮杂蔡反应制 备(QN)ZPHAL和(Qn)ZPHAL,然后通过(QN)ZPHAL、(oHQ)2- PHAL及(QD)ZPHAL与节基滇的季按化反应制备单季钱盐手性配 体8、9和10。 2.分别以PEG或离子液体【bmim』PF6作为反应介质,NMO为共氧 化剂,将配体与四氧化饿原位配位用于烯烃的AD反应,反应结 束后只需用甲基叔丁基醚萃取即可得产物,配体与四氧化饿则由 于在甲基叔丁基醚中不溶解以及PEG或离子液体对0504的包裹 作用而留在反应介质中继续循环使用。催化结果如下: (l)在PEG/NMO体系中,将配体8用于八种烯烃的AD反应, 配体、0504和底物的摩尔比为0.02/0.005/l时,化学产率为 78一90%,除反式一5一癸烯和蔡基烯丙基醚较低外,其它六种烯烃 的相应二醇产物的ee值为78一96%。在该催化体系中,降低温度有 利于提高立体选择性。以反式二苯乙烯为底物,在PEG/NMO体 系中进行的AD反应,手性配体8和0504可连续回收和重复使用5 次,仍保持较高的催化活性及立体选择性。 (2)配体9与配体8在结构上的差别是奎宁环上连的不是两个乙 烯基而是两个乙基,因此9在AD反应中不会被氧化。在与8相同 的催化反应条件下,手性配体9催化八种烯烃的AD反应得到的化 学产率和ee值分别为70一90%和77一96%(反式一5一癸烯和蔡基烯丙 基醚除外)。在反式二苯乙烯的AD反应中,手性配体9和0504可 连续回收和重复使用5次,仍然保持较高的催化活性及立体选择 性。实验结果表明将双金鸡纳生物碱衍生物配体分子中一个奎宁 环上的N原子季钱化可以保证单季按盐配体的回收。 (3)配体10和配体8是一对假对映异构体,在AD反应中立体选 第四军医大学博士学位论文 择面相反,可得到相反构型的产物。在与8相同的催化反应条件 下,手性配体10催化八种烯烃的AD反应得到的化学产率和ee值 分别为72一90%和79~96%(反式一5一癸烯和蔡基烯丙基醚除外)。在 反式二苯乙烯的AD反应中,手性配体10和0504可连续回收和重 复使用5次,仍然保持较高的催化活性及立体选择性。 (4)在[bmim]PF6/NMO体系中,将配体8和10分别用于八种烯 烃的AD反应,配体、0504和底物的摩尔t匕为0.02/0.015/l时,化 学产率分别为67一91%和61一90%,ee值分别为66一99.9%和 68一99.9%(反式一5一癸烯和蔡基烯丙基醚除外)。在反式二苯乙烯 的AD反应中,手性配体和0504可连续回收和重复使用5次,仍然 保持较高的催化活性及立体选择性。 在PEG/NMO及[bmim]PF6/NMO体系中,配体8,9和10对反 式二取代烯烃的对映选择性( 94~99.9%ee)明显优于对链端烯烃的 对映选择性(66一81%ee)。对芳香族烯烃的立体选择性高于脂肪族 烯烃,与商品配体(DHQ)ZPHAL及(DHQD)ZPHAL的催化特性相 似。与目前的文献报道相比,我们的催化体系具有以下特点:① 两种催化组分可同时回收,在重复使用的过程中,无需补加配体 和0504;②配体及0504的使用量少;③适用底物的范围广。该 催化体系优于目前国内外相关研究报道的催化体系。 3.用离子液体[e mim】BF4代替[b mim」PF6作为反应介质进行AD反 应,实验结果显示0504和手性配体严重流失,表明【emim」BF4 和【bmim』PF6虽然都是1,3一二烷基咪哇盐类离子液体,但他们在阳 离子和阴离子结构上的差别对催化剂的回收有较大的影响。 4.为了提高050;的回收率,我们制备了一种可回收和重复使用 的TentaGel支载050;催化剂。该催化剂集中了均相和多相催化 剂的优点:除具有一般树脂优秀的溶胀性能、易分离及可循环使 用等特点外,最为重要的是它特有的聚乙二醇长链,既有水溶性, 使连接在链端的手性配体?
【学位授予单位】:第四军医大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:O643.3

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