（有机化学专业论文）负载金属钌卟啉、binol及其衍生物诱导的不对称反应研究及n2s2型化合物与dna相互作用研究.pdf

赵元聪 四川大学博士学位论文 声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得四川大学或其他教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡 献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 本学位论文成果是本人在四川大学读书期间在导师指导下取得的，论文成 果归四川大学所有，特此声明。 1 6 0 导师签名： 学生签名：窜参乏瑟 赵元聪四川大学博士学位论文 中文摘要 负载金属钌卟啉、b i n o l 及其衍生物诱导的不对称反应研究及 n 2 s 2 型化合物与d n a 相互作用研究 有机化学专业 研究生赵元聪指导教师余孝其教授 金属卟啉配合物能有效地、高产率、高选择性地催化简单烯烃环氧化，但 催化剂稳定性差，重复使用困难。负载的金属卟啉克服了这一难题，并已经广 泛用于绝大多数烯烃的催化环氧化，但用于对天然化合物的环氧化则不多。本 文成功设计并合成了无机载体( 3 氨基丙基硅胶( a p s ) ) 负载五氟苯基钌卟啉 l i e s r u ( i i ) ( t f p p ) c o 】，并对该负载的金属卟啉进行了详细的表征。 5 b ，6 b 甾族环氧化物是合成其它甾族化合物的重要中间体。由于c 1 0 上的 8 甲基的影响，通常的环氧化方法只得到以a 环氧化物为主的混合物。本文以 3 氨基丙基硅胶( a p s ) 负载的五氟苯基钌卧啉l a p s r u ( i i ) ( t f p p ) c o 茭j 催化剂，成 功用于不饱和甾族环氧化反应，并取得比较好的结果：( 1 ) 催化5 甾族衍生物 环氧化，高转化率( 1 0 0 ) 、高产率( 9 7 ) 、高选择性( 9 9 ) 地获得了b 环 氧化物，而五氟苯基钌卟啉催化只得到了8 1 的b 选择性。( 2 ) 催化4 一甾族衍 生物环氧化，虽然产率相对比较低，但也能得到9 9 的b 选择性。( 3 ) 负载后 的五氟苯基钌卟啉表现出了高的稳定性。重复使用五次后，其催化活性没有明 显下降，催化乙酰胆固醇环氧化仍能得到9 3 的产率和9 2 的b 选择性。( 4 ) 反应产物比较单一，后处理简单，过滤就能回收催化剂，滤液除去溶剂，干燥 后，直接加入标样利用核磁分析得到催化反应的转化率、产率和选择性。( 5 ) 分析方法简单，反应过程达到了绿色化的要求。 。 n 2 s 2 配体由于其特殊的结构，已在配位化学、放射性元素的标记、放射性 诊断和治疗以及放射性药物的合成等方面得到广泛的应用和发展。本文成功设 赵元聪四川大学博士学位论文 计并合成了n 2 s 2 配体哌啶衍生物n e p d d d 、n e m p d d d 、n e m m p d d d 、 n n e p d d 、n n e m p d d ，并将三种单取代的哌啶衍生物n e p d d d 、n e m p d d d 、 n e m m p d d d 成功用于d n a 的切割，获得了比较好的结果：( 1 ) 三种单取代的 哌啶衍生物都能对超螺旋d n a p u c1 9 产生有效的切割作用而生成f o r mi i ，其 中，n e m p d d d 的切割作用最强。( 2 ) 以n e m p d d d 为例，研究了时间、浓度 和p h 值对切割作用的影响，结果表明：在3 7 、p h = 7 0 的条件下，0 2 8 6 m m 的n e m p d d d 能将超螺旋d n a ( f o r mi ) 在2 4 h 内完全转化为f o r mi i 。( 3 ) 以n e m p d d d 为例，对切割机理进行了初步的探索，结果发现，催化断裂d n a 是按氧化途径进行的。( 4 ) 首次将n 2 s 2 自由配体用于d n a 的切割实验，同金 属人工核酸酶相比，n 2 s 2 配体哌啶衍生物自由配体同样具有人工核酸酶的作用。 d i e l s a i d e r 反应是有机化学中构建六员环和碳碳键形成最为重要的反应之 一。其中，硅醚二烯与羰基化合物的不对称h e t e r o d i e l s a l d e r ( h d a l 反应合成 光学活性的二氢吡喃酮衍生物的研究尤为引人注目。本文用简单的t i c i 。和 ( r 1 b i n o l 、以简单的醇钠为添加剂，成功催化了芳香醛与t r a n s 4 m e t h o x y 2 t r i m e t h y l s i l o x y p e n t a 1 。3 一d i e n e 的不对称h e t e r o d i e l s a l d e r 反应，获得一系列的 研究成果：( 1 ) 通过对不同醇钠作为添加剂进行考察，结果发现：在o 时，以 仲丁醇钠作为添加剂，在c h 2 0 2 中反应4 8h 后，t i c h 和( r 1 一b i n o l 能有效地 催化对硝基苯甲醛与t r a n s 4 m e t h o x y 2 t r i m e t h y l s i l o x y p e n t a 1 。3 一d i e n e 的不对称 h e r e t o d i c l s - a l d e r 反应，并得到8 6 收率和9 4 的对映选择性。( 2 ) 通过实验 证明，该催化体系也能成功催化其它芳香醛与二烯的h d a 反应。( 3 ) 实验结果 表明，芳香醛的取代基位置对反应的产率和选择性影响较大，取代基的电子效 应对反应的产率和选择性影响较小。( 4 ) 成功找到了一种简单而有效的方法、 高对映选择性地合成2 ，6 二取代二氢吡喃酮衍生物。 同时，我们又成功设计并合成了3 和3 ，3 联萘酚咪唑长链烷基锚盐。并 探索了联萘酚咪唑长链烷基纷盐在不对称催化反应中的应用。结果发现：在催 化直接灿d o l 反应、a z o d i e l s a l d e r 反应、氧杂d i c l s a i d e r 反应和苯甲酰甲酸 乙酯的羟基化反应中，虽然没有得到我们所期望的结果，但体现了该类化合物 仍然具有一定的催化活性。只要选择合适的反应，在一定的条件下，这种手性 联蔡酚咪唑长链烷基铃盐还是能在不对称催化合成中发挥应有的作用。 2 赵元聪四川大学博士学位论文 关键词：负载金属钌卟啉甾族化合物环氧化n 2 s 2 配体哌啶衍生物 d n a 切割联萘酚h d a 反应联萘酚咪唑绘盐 3 赵元聪 四川大学博士学位论文 英文摘要 s t u d i e so na s y m m e t r i cr e a c t i o n sc a t a l y z e db ys u p p o r t e d r u l b e n i u mp o r p h y r i n ，b i n o la n dt h e i rd e r i v a t i v e s a n dt h ei n t e r a c t i o no fn 2 s 2c o m p o u n d sw i t hd n a s p e c i a l i t y ：o r g a n i cc h e m i s t r y g r a d u a t es t u d e n t ：y u a n - c o n gz h a o s u p e r v i s o r ：x i a o - q iy u m e t a l l o p o r p h y r i n s h a v eb e e n a p p l i e d t o c a t a l y z e t h e e p o x i d a t i o n o f u n f u n c t i o n a l i z e da l k e n e s i nr e c e n ty e a r se m p h a s i sh a sb e e np u to nt h es t a b i l i t ya n d r e u s eo ft h em e t a l l o p o r p h y r i n s t h e r e f o r e ，m a n ys u p p o r t e dm e t a l l o p o r p h y r i n sh a v e b e e ns y n t h e s i z e dw i t hh i 曲s t a b i l i t y t h er u t h e n i u m ( i i ) 5 ，1 0 ，1 5 ，2 0 t e t r a k i s ( p e n t a f l u o r o p h e n y l ) p o r p h y r i n ( t f p p ) c a r b o n y lc o m p l e xh a sb e e nc o v a l e n t l y a t t a c h e dt oa 3 - a m i n o p o r p y lf u n c t i o n a l i z e ds i l i c ag e l ( a p s ) s t e r o i de p o x i d e sa l ea ni m p o r t a n tc l a s so fo x y s t e r o l s ( d e r i v a t i v e so fc h o l e s t e r 0 1 ) t h a tr e g u l a t ec e l lp r o l i f e r a t i o na n dc h o l e s t e r o lh o m e o s t a s i si no r g a n i s m t h e ya g ea l s o v e r s a t i l ei n t e r m e d i a t e sf o rs t e r o i ds y n t h e s i s ，p l a y i n gi n c r e a s i n g l yi m p o r t a n tr o l e si n t h e b i o c h e m i c a ls t u d i e so f e n z y m e s t h i ss u p p o r t e d r u t h e n i u m p o r p h y r i n ( a p s - r u ( i i ) ( t f p p ) c o ) w a sa p p l i e dt oc a t a l y z et h ee p o x i d a t i o no f 岔一a n d 4 u n s a t u r a t e ds t e r o i d s a n dt h e e n c o u r a g i n g r e s u l t sa l eo b t a i n e d f i r s t l y , t h e e p o x i d a t i o no f 岔- s t e r o i d so b t a i n e dh i 【曲y i e l d ( u pt o9 9 ) a n d8 - s e l e c t i v i t y ( u pt o 9 9 、，s e c o n d l y , t h i ss u p p o r t e dm e t a l l o p o r p h y r i nc o u l da l s oc a t a l y z e 4 - s t e r o i d sa n d t h ec a t a l y t i cr e a c t i o n so b t a i n e d9 9 1 3 s e l e c t i v i t y , t h o u g ht h ey i e l d sw e r el o w t h i r d l y , t h i ss u p p o r t e dm e t a l l o p o r p h y r i nh a dh i g hs t a b i l i t y , a n dt h ea c t i v i t yd i d n td e c r e a s e a f t e rb e i n gr e u s e df i v et i m e s f i n a l l y , t h ea n a l y s i so ft h er e a c t i o nr e s u l t sw a ss i m p l e b y1 h n m r ，a n dt h ec a t a l y s tc a ne a s i l yb er e u s e d 4 赵元聪四川大学博士学位论文 l i g a n d sw i t hn 2 5 2s t r u c t u r e s ，e s p e c i a l l y2 ，9 一d i m e t h y l - 4 ，7 - d i a z a d e c a n e 一2 ， 9 - d i t h i o l ( d d d ) ，h a v eb e e ns t u d i e di nr e c e n ty e a r s d d di sas t r o n gc h e l a t i n ga g e n t a n dc a nf o r ms t a b l el i p o p h i l i cc h e l a t ec o m p l e xw i t ht e c h n e t i u mo rr h e n i u mi nh i i g h y i e l d s t h ed e r i v a t i v e so fn 2 5 2l i g a n d sh a v eb e e ne m p l o y e di nd i a g n o s t i ci m a g i n g , r a d i o p h a r m a c e u t i c a l s ，n u c l e a rm e d i c i n ea n ds oo n f i v en 2 s 2p i p e r i d i n ed e r i v a t i v e s ， n e p d d d ，n e m p d d d ，n e m m p d d d ，n n e p d d d ，n n e m p d d d ， w e r e s y n t h e s i z e d t h r e ed e r i v a t i v e s ( n e p d d d ，n e m p d d d ，n e m m p d d d ) w e r e s e l e c t e dt oc a t a l y z ed n a c l e a v a g e ，a n do b t a i n e das e r i e so fe n c o u r a g i n gr e s u l t s f i r s t ， t h et h r e ef r e el i g a n d sc o u l dc l e a v ep l a s m i dd n a ( p u c1 9 ) e f f i c i e n t l y , e s p e c i a l l y n e m p d d d s e c o n d , f o rt h ec l e a v a g er e a c t i o nc a t a l y z e db yn e m p d m d d ，f o r mi d n ac o u l dc o n v e r tt of o r mi ic o m p l e t e l yi n2 4ha t3 7 x 2u n d e rp h y s i o l o g i c a l e o n d i t i o n ( p h7 o ) t h i r d ，t h ed n a - c l e a v a g em e c h a n i s mi n v o l v e d a l lo x i d a t i v e p a t h w a y e v e n t u a l l y , t h ef r e en 2 s 2p i p e r i d i n ed e r i v a t i v e sw e r ee m p l o y e di nd n a c l e a v a g ef o rt h ef i r s tt i m e t h er e s u l t ss h o wt h a tt h e s ef r e el i g a n d sh a v et h es a m e c a t a l y s i sa c t i v i t ya sr e s t r i c t i o ne n z y m e s d i e t s a i d e rr e a c t i o ni so n eo ft h ei m p o r t a n tr e a c t i o n si no r g a n i cc h e m i s t r yf o r t h ec o n s t r u c t i o no fs i x m e m b e r e dr i n g sa n dt h ef o r m a t i o no fc a r b o n c a r b o nb o n d s a s y m m e t r i ch e t e r o d i e t s - a i d e rr e a c t i o n ( h d a ) b e t w e e ne l e c t r o n r i c hd i e n ew i t h a l d e h y d e sc a np r o v i d eas e r i e so fd i h y d r o p y r a n sa n dd i h y d r o p y r a n o n e sw h i c ha r e a m o n gt h em o s ti m p o r t a n ti n t e r m e d i a t e si nt h es y n t h e s i so fm a n yn a t u r a lp r o d u c t s t h eh e t e r o - d i e l s a i d e rr e a c t i o n so ft r a n s - 4 - m e t h o x y - 2 t r i m e t h y l s i l o x y - p e n t a 1 3 一 d i e n ew i t ha r o m a t i ca l d e h y d ew e r es t u d i e da n dt h ee n c o u r a g i n gr e s u l t sw e r eo b t a i n e d f i r s t l y , o p t i c a l l y a c t i v e 2 , 6 一d i s u b s t i t u t e dd i h y d r o p y r o n e s w e r ea v a i l a b l e b y h e t e r o d i e l s - a i d e r ( h d a ) r e a c t i o no fa l d e h y d e sa n dd i e n ei np r e s e n c eo fm c l 4 ( m = t i 4 + ，s n 4 + ) a n d ( r ) 一b i n o lw i t hs o d i u ma l c o h o l a t e sa sa d d i t i v e su n d e rm i l d r e a c t i o nc o n d i t i o n s s e c o n d l y , a l lt h er e a c t i o np r o d u c t sc a t a l y z e db y r i c ha n d b i n o lw i t hn a o c h 一( c h 3 ) c h 2 c h 34 sa na d d i t i v ew e r eo b t a i n e du pt o8 8 y i e l d a n d9 4 e e f i n a l l y , t h es u b s t i t u e n tp o s i t i o n so fa r o m a t i cr i n ga f f e c t e dt h ey i e l da n d e n a n t i o s e l e c t i v i t yo fh a dr e a c t i o n s ，b u tt h ee l e c t r i ce f f e c t so fs u b s t i t u e n tw e r en o t 5 赵元聪 四川大学博士学位论文 s i g n i f i c a n t a tt h es a m et i m e ，t h e3 一a n d3 ，3 - b i n o li m i d a z o n l u mw e r es y n t h e s i z e d s u c c e s s f u l l y , a n dw e r eu s e dt oc a t a l y l ed i r e c ta l d o lr e a c t i o n ，h d ar e a c t i o na n dt h e h y d r o a c y l a t i o no fa k e t oe s t e rw i t ha l d e h y d e a l t h o u g ht h ec a t a l y t i cr e a c t i o n sh a sn o r e s u l t s ，t h i s i m i d a z o n i u mw i l lb e e m p l o y e d i ns o m er e a c t i o nu n d e r c a p a b l e c o n d h i o n s k e yw o r d s ：s u p p o r t e dr u t h e n i u mp o r p h y r i n ，u n s a t u r a t e ds t e r o i d s ，e p o x i d a t i o n ， n 2 s 2l i g a n d s ，p i p e r i d i n ed e r i v a t i v e s ，d n ac l e a v a g e ，b i n o l h d ar e a c t i o n b i n o li m i d a z o n i u m 6 赵元聪四川大学博士学位论文 第一章负载金属钌卟啉催化甾族环氧化反应研究 2 0 0 1 年的n o b e l 化学奖l ”】授予了在催化不对称氢化和氧化方面做出突出贡 献的三位有机化学家w s k n o w l s ，r n o y o r i 和k b s h a r p l e s s ，这标志着催化不对 称有机反应和合成不仅取得了令人瞩目的成就，而且表明该领域已经发展成为 有机化学研究的热点和前沿之一，并将具有广阔的应用前景。 生物体内碳氢化合物通过细胞色素p 4 5 0 单加氧酶的催化作用能高效地转 化为含氧化合物，该类酶的活性部位含有一种铁卟啉组分，化学工作者希望通 过人工合成卟啉类化合物来模拟酶的功能。1 9 0 9 年，m i l r o y 合成了第一个非天 然金属卟啉配合物s n ( h e m a t o i x ) ( o a c ) 2 4 1 。经过百年来的发展，金属卟啉化学 已经在各个领域得到广泛应用，特别是近四十年来，以金属卟啉化合物作为仿 生催化剂的研究受到广泛关注，发展十分迅速【5 。8 】。金属卟啉化合物具有共轭的 大p 体系和可变金属原子价，以及轴向配位能力等性质，因此，在催化与分子 氧有关的反应方面具有独特的性质。金属卟啉化合物能模拟单加氧酶细胞色素 p 4 5 0 ，并在温和条件下，高选择性和高转化率地催化烯烃环氧化反应。金属卟 啉以及负载的金属卟啉催化不饱和甾族环氧化已有一些报道，但如何实现催化 反应的高选择性、高产率、反应处理过程简单化以及催化剂回收再利用方面的 报道很少。 1 研究进展 1 1 金属卟啉配合物负载方法研究进展 由于金属卟啉配合物与单加氧酶细胞色素p - 4 5 0 结构的相似性，因此，利 7 赵元聪四川大学博士学位论文 用金属卟啉以及负载的金属卟啉催化不饱和烯烃的高选择性环氧化研究越来越 引起人们的广泛关注。 早期利用金属卟啉配合物模拟单加氧酶细胞色素p 4 5 0 对烯烃环氧化反应 的研究，其金属卟啉的种类可大致分为以下三种类型： ( 1 ) 修饰简单四芳基卟啉金属配合物中苯环上的取代基【9 1 0 l ，通过电子效应 和空间效应改善其催化活性。同时，空间位阻较大的邻位取代基可以抑制氧化 反应时卟啉分子间的氧化二聚失活作用；一些具有特殊结构基团的引入，还可 以使金属卟啉在催化反应中具有更好的区域选择性和立体选择性。如：1 9 9 6 年， c a m p b e u 等人，将一系列的不对称结构【1 l 】( 如联萘化合物) 引入卟啉环上，制 备了一系列手性的金属卟啉配合物( 图l 1 ) ，将其应用到烯烃的不对称环氧化 反应当中。2 0 0 3 年，p o r i e l 等人合成了一类锰卟啉及钌卟啉配合物( 图1 2 1 ，以 双氧水和p h l o 为氧源催化环辛烯和苯乙烯环氧化反应，得到了较高的反应产率 【1 2 】。 图1 1图1 2 ( 2 ) 在金属卟啉配合物中引入冠醚基团1 1 3 】，改善卟啉配合物的溶解性。同时， 催化剂自身具有相转移能力，有利于催化环氧化反应在两相体系中进行。 ( 3 ) 环糊精金属卟啉【1 4 t 嘲、长链烷氧取代金属卧啉【1 6 1 、甾体金属卟啉【1 7 】等， 此类具有疏水结合部位的金属卟啉，能够很好地模拟天然细胞色素p 4 5 0 酶中 的结合空腔。这些金属卟啉配合物的疏水微环境对催化氧化反应有极大的影响 1 s l 。 以上在均相和两相体系中进行的催化环氧化反应有明显的不足：1 1 催化剂 难以从反应体系中分离，难以回收再利用；2 ) 在反应过程中，催化剂容易因氧 化二聚而失去活性。 近年来发展的高分子负载型催化剂既能克服催化剂回收难的问题，同时载 8 。嚼。 署 。鼯。 赵元聪四川大学博士学位论文 体提供了特殊的微环境，显示出某些高分子效应，使负载型的金属卟啉配合物 表现出更优良的性能。均相催化剂负载化集均相催化和多相催化的优点于一体。 负载型金属卟啉配合物按其与载体间的作用力【1 9 1 ，可以分为以下几类： 1 1 1 简单吸附方式形成的负载型金属卟啉配合物 ( 1 ) 以s i 0 2 【2 0 2 1 1 、a 1 2 0 3 2 2 1 、蒙脱石( m o n 恤o r i l l o i l i t c ) 瞄】和硅胶【2 4 1 等作为载 体，可以制得无机物负载金属卟啉配合物。 ( 2 ) 将配合物m n ( t p p ) c i 包结于y 分子筛中，利用分子筛对卟啉配合物周 围环境产生影响，提高催化剂的催化性能【2 5 1 。分子筛的特殊结构使得金属卟啉 配合物能裹载于分子筛孔道或笼腔中，并以单分子形式存在，彼此互相分离， 避免了二聚，提高了稳定性和催化活性。同时，分子筛均匀的孔径和规整的孔 道结构，又可以为催化反应提供良好的形状选择性。 ( 3 ) 将c o ( t m p ) 包封于y 型分子筛可使卟啉环稳定化 2 a l ，催化活性与氯代卟 啉相近。 ( 4 ) 王杏乔1 2 等设计合成的n a x 分子筛固载四甲基卟啉钴配合物，既提高了 卟啉的稳定性，又增加了对苯乙烯的催化氧化活性。 ( 5 ) 以d 2 6 1 阳离子交换树脂作载体，锰( 铜、钻) 卟啉配合物可以方便地吸 附于d z 6 1 阳离子交换树脂上l 矧。 ( 6 ) r o s a 等人【2 9 】用沸石合成法成功地将两种阳离子铁卟啉配合物f e p i 和 f e p z 固载到n a x 分子筛中，以p h i o 为氧化剂，在二氯乙烷中催化( z ) 环辛烯 氧化，分别得到8 5 和9 5 的顺式环氧环辛烷。 此类以吸引方式形成的负载型金属卟啉配合物稳定性较差，不能有效地阻 止催化反应过程中卟啉配合物的二聚，其催化活性较低。 1 1 2 载体与金属卟啉配合物以配位键结合的负载型金属卟啉配合物 载体通过特定的配位基团，如含氮官能团( n h 2 、咪唑基、毗啶基等) ，与 金属卟啉配合物的中心金属离子轴向配位( 图1 3 ) ，形成轴向配位型负载金属 卟啉配合物。 9 赵元聪 四川大学博士学位论文 l 具有配位基团的高分子化合物 m ：卟啉中心的金属离子 图1 3 ( 1 ) 以氨基、眯唑基和2 - 甲基毗啶基等修饰的s i 0 2 ，f 乍载体t 孙3 ，其负载型 金属卟啉配合物结构式如图1 4 。 图1 4 ( 2 ) 以含氮官能团的聚乙烯为载体，将( z n 、c o ) t p p 负载于含吡啶基的聚乙 烯上【3 2 】。 ( 3 ) 对分子筛的孔道内表面进行改性可以增加其固载能力。通常是通过特定 的硅烷偶联剂将含氮功能团经化学键连于分子筛的孔道内表面，然后再利用含 氮碱功能团与金属卟啉的中心金属轴向配位的性质将金属卟啉负载于分子筛 中。李等 3 3 应用3 氨丙基三乙氧基硅烷对m c m 4 1 介孔分子筛进行了改性，首 次将钌卟啉配合物r u ( i i ) l ( c o ) ( e t o t - d ) ( - l m m e $ o - t e r a k i s ( 4 d i c h l o r o p h e n y l ) p o r p - h y r i n ) 固载于改性介孔分子筛中，研究了它们对6 种烯烃的催化氧化反应，结果 表明，该催化剂的催化转化数是自由钌卟啉的2 0 - 4 0 倍，具有良好的稳定性及 特殊的形状选择性，并且容易回收。 一 ( 4 ) l i u 等人p 4 】用同样的方法制备出m c m 一4 1 担载的【r u ( 田( t d c p p ) ( c o ) ( e t o h ) 1 催化剂( 结构式如图1 5 ) ，并用2 ，6 - 二氯吡啶氮氧化物为氧化剂，研究了 一系列烯烃的选择性环氧化反应。芳香族和脂肪族烯烃的环氧化得到了高的产 率和选择性，顺式烯烃发生立体专一性环氧化，而环状的烯烃也给出了高的环 氧化产率。 1 0 赵元聪四j i 大学博士学位论文 ( 5 ) z h a n 等人【3 别利用沸石合成法通过静电相互作用制得了“瓶中船”型的催 化剂m n t m a n p = n a y ( m n t m a n p = t r a k i s ( n , n ，n - t r i m e t h y l a n i l i n i u m ) m a n g a n e s e p o r p h y r i nc a t i o n s ) ，在环己烯环氧化反应中表现出了高的催化活性和环氧化物选 择性，当加入吡啶后，催化活性增大了5 倍。 此类以配位键结合的负载型金属卟啉配合物，能够有效地抑制金属卟啉配 合物的二聚反应，与未负载的金属卟啉配合物相比，其催化性能有较大的提高。 1 1 3 载体与金属卟啉配合物以共价键结合的负载型金属卟啉配合物f 如图 1 价 。 一x l ：轴向配体 m ：中心金属离子 图1 6 ( 1 ) 聚苯乙烯为载体，如： 1 ) 氨基化的聚苯乙烯通过亚胺键与含羰基的金属卟啉以c = n 相连【矧。 以含有苯甲酰氯功能团的交联聚苯乙烯树脂通过酯化作用与4 一羟基苯 甲醛相连，然后与对甲基苯甲醛和吡咯作用，合成高分子负载的5 - ( 对羟基苯 基) 1 0 ，1 5 ，2 0 三( 对甲基苯基) 卟啉化合物p 7 1 ，如图1 7 。 芦c t + h 。卜c 一。 j o 卢。卜c “。 1 1 b 赵元聪 四川大学博士学位论文 j 删。啦 向 奄一 ( 2 ) 以异腈聚合物为载体，将5 ( 对羟基苯基) 一1 0 ，1 5 ，2 0 一三( 对甲基苯基) 锰卟啉配合物负载在异腈聚合物上f 3 9 l ，如图1 9 。 m p o p - - - o 乇c h 2 c h 2 c h 2 0 c e h 瞰 图1 9 ( 3 ) 以聚丙烯酰胺树脂为载体，将金属铬、钛卟啉配合物负载于聚丙烯酰胺 树脂上。 、 ( 4 ) 纤维素为载体，将含羟基的金属( f e 、c o 、m n ) , b 啉通过醚键或酯键固载 于纤维素( 如甲壳素等) 上【4 1 1 ，如图1 1 0 。 1 2 赵元聪 四川大学博士学位论文 r 毫吼计岛 囝f 9 图1 1 0 ( 5 ) 以聚乙二醇为载体【1 8 ，4 2 1 ，在负载型金属卟啉配合物中引入两亲性的聚乙 二醇，可以起到相转移催化剂的作用，催化活性有所提高【4 3 a 】，其结构如图1 1 1 。 r 图1 1 1 ( 6 ) 以聚氯乙烯或氯化聚氯乙烯为载体，金属卟啉配合物与树脂间以醚键偶 联【4 钔。 ( 7 ) 以s o c l 2 处理硅胶为载体，与带羟基的金属卟啉配合物作用，二者之间 以醚键偶联，得高分子负载型金属卟啉配合物【4 卯。 ( 8 ) 以m e r r i f i e l d sp e p t i d er e s i n ( m p r ) 为载体，与钌卟啉以醚键偶联 4 6 1 ，用 于烯烃和非功能化双键的环氧化，取得较为理想的催化效果，其结构如图1 1 2 。 y u 等m 用m p r 为载体，合成高分子负载的锰卟啉( 图1 1 3 ) ，该负载的锰卟啉 用于催化不饱和甾族衍生物环氧化反应，以p h l o 为氧源，得到高的产率和高的 b 选择性( 9 9 ) 。 赵元聪 四川大学博士学位论文 r m e r 图1 1 2 r 图1 1 3 ( 9 ) b a t t i o n i 等【删用3 一氨基丙基硅胶( a p s ) 无机载体，与无氟苯基铁卟啉通过 c - n 键的方式连接，合成了稳定的负载金属卟啉( 图1 1 4 ) 。其催化烯烃环氧化 得到高的产率和选择性。 f e ( m ) ( 却p ) c l 图1 1 4 鹏& f ) 嘲p p j a 此类高分子负载型金属卟啉配合物中，高分子化合物与金属卟啉以共价键 相连。因而，比前两类负载型金属卟啉配合物更稳定，更能有效地阻止在催化 1 4 鹫 ，蠹， ff囊q， 怒 ff 。誊， 咎：= 赵元聪四川大学博士学位论文 反应过程中发生在金属卟啉间的二聚副反应，催化性能也有所提高，同时使催 化剂的回收再利用成为可能。 1 1 4 聚合型高分子负载金属卟啉化合物 含有乙烯侧基的卟啉可以均聚1 4 9 】或与其他p 键单体如苯乙烯、乙烯基吡咯 烷酮和丙烯酸酯等共聚5 1 1 。天然卟啉一般含有一个或两个乙烯侧基，可以直 接作为均聚或共聚的单体【5 2 1 。 1 2 负载金属卟啉催化烯烃环氧化反应研究进展 1 2 1n a o c l 为氧源的催化环氧化体系 ( 1 ) l a m a m o t o 等用含氮基团修饰的s i 0 2 负载金属卟啉实现了催化丙烯环氧化 反应【3 1 1 ( 如图1 i s ) 。 + c i 詈 图1 1 5 此反应在水溶剂体系中就能实现，而用非负载的金属卟啉在同样条件下却 没有反应。 ( 2 ) t u r k 等用氯甲基化的交联聚苯乙烯与- - 7 , 烯基苯进行乳液聚合，然后用 三甲胺季铵化制得胶状阴离子交换树脂并负载金属锰卟啉，以此作催化剂实现 了苯乙烯和取代苯乙烯的环氧化【5 3 1 。 ( 3 ) a 1 2 0 3 通过硅试剂和金属卟啉连接，制得的负载型金属卟啉也能在温和条 件下实现催化苯乙烯环氧化反应m 。 ( 4 ) 许正辉 4 2 1 等对具有两亲性的聚乙二醇负载金属卟啉催化苯乙烯环氧化 反应进行了研究，发现聚乙二醇的引入不仅起到了相转移催化剂的作用，同时 增强了金属卟啉的稳定性和催化活性。转化率达到1 0 0 ，环氧化物的选择性达 至8 8 。 赵元聪 四川大学博士学位论文 ( 5 ) y u 等将聚乙二醇或冠醚和锰卟啉同时负载在氯甲基化聚苯乙烯上，将此 催化剂用于催化烯烃环氧化反应，发现在无外加相转移催化剂( ( 眦) 时，苯乙 烯转化率达到9 0 以上，选择性达1 ：0 0 t 1 9 1 。 1 2 2p h i o 为氧源的反应体系 ( 1 ) b a t t i o n i 等研究了蒙脱石、硅胶和a 1 2 0 3 吸附金属卟啉所制得的负载型催 化剂，用于催化环辛烯环氧化反应，如表1 1 所示。 表1 1 不同载体负载的锰卟啉催化环辛烯环氧化反应 ( 2 ) l e a n o r d 等f 5 4 5 】用聚苯乙烯离子交换树脂和阴离子交换树脂d o w e xm s c i 吸附f e “( t 4 m p y p ) c i 的负载催化剂，实现了环己烯的催化环氧化反应。如表1 2 所示。 表1 2 离子交换树脂负载的铁卟啉催化环己烯环氧化反应 ( 3 ) 游等将一系列羟基取代锰卟啉负载于氯甲基化聚苯乙烯上，将这些催化 剂用于催化烯烃环氧化反应，发现负载型催化剂的催化活性优于未负载金属卟 啉，苯乙烯环氧化物产率达到8 7 ，选择性1 0 0 ”1 。 1 2 3 以2 , 6 一二氯吡啶氮氧化物为氧源的催化环氧化体系 ( 1 ) y u 等于2 0 0 0 年将两类钌卟啉负载于m p r 上【“，用于烯烃和非功能化双 1 6 赵元聪四川大学博士学位论文 键的环氧化，取得较为理想的结果，如表1 3 所示。 表1 3m 隙负载的钌卟啉催化烯烃环氧化反应 ( 2 ) 2 0 0 1 年，n e s t l e r 等用含有乙烯侧基的钌卟啉与丙烯酸酯共聚【5 1 j ，得聚合 型高分子负载金属卟啉配合物( 结构式如图1 1 6 ) ，以2 , 6 一二氧吡啶氮氧化物为 氧源，催化烯烃和非功能化双键的环氧化，效果也比较理想( 表1 4 ) 。 从 + ( ：一聚合型高分子负载钌卟啉 图1 1 6 表1 4 聚合型高分子负载的钌卟啉催化烯烃环氧化反应 ( 3 ) c h e 等于2 0 0 2 年将两类钌卟啉负载于p e g 上 e g = 聚乙二醇) 1 3 4 】，用于烯 1 7 域科 r r 赵元聪 四川大学博士学位论文 烃和非功能化双键的环氧化， 效果又有所提高( 表1 5 ) 。 表1 5p e g 负载的钌卟啉催化烯烃环氧化反应 1 3 不饱和甾族化合物b 一选择性环氧化研究进展 由5 和4 甾族化合物合成5 8 ，6 b 环氧化物及4 b ，5 b 环氧化物是一个极 为重要的反应，不仅在许多活性甾体中存在这个官能团，更重要的是利用此环 氧基团，可以立体专一性地引入各种取代基【5 “。 福美司坦1 ( f o r mc s t a n c 化学名：4 羟基雄甾4 烯3 ，1 7 二酮) 为一甾体类抗 肿瘤药( 如图1 1 7 ) ，它可同时抑制外周组织和乳腺癌组织中雄激素的生物合成， 且无内存雄激素活性；它具有选择性高，与其他芳香化酶抑制剂无交叉耐药性 等特性。临床上用于治疗妇女的晚期乳腺癌【5 7 1 。 图1 1 7 福美司坦1 的高选择性合成 o h 1 该药物经过环氧中问体的这一合成方法与以前传统的合成方法f 5 8 】比较，有 许多优点。传统的合成方法如图1 1 8 所示。 赵元聪 四川大学博士学位论文 o h 图1 1 8 福美司坦1 的传统合成方法 o h 1 四氧化锇不但价格昂贵，而且毒性大，环境污染严重，同时此反应的时间 过长，一般只用于实验室中的小量操作。 不少过酸试剂，如m c p b a 是常用于甾体中双键的环氧化试剂，该试剂往 往从双键较少阻碍的一侧进攻，而得到a 构型环氧化合物或者得到a 构型环氧 化合物和b 构型环氧化合物的混合物，且前者是主要产物。如将甾体的烯醇酯 2 以间氯过氧苯甲酸氧化，生成双环氧化物3 ，两个环氧键都是a 构型【5 9 1 。 23 用h 2 0 2 作氧化剂氧化甾体化合物4 得环氧化物5 【6 懈】，但环氧化收率不稳 定，得到的是4 a ，5 a 环氧化合物和4 b 、5 b 环氧化合物的混合物，需分离才能得 到纯品。 4 用混合无机盐体系【6 4 , 6 5 】，如高锰酸钾金属硫酸盐或硝酸盐体系环氧化甾体 化合物6 ，7 的碳碳不饱和双键，可得高度立体选择性产物8 , 9 ，( 8 ：a 异构体之 比从8 8 ：2 2 到9 8 ：2 ) 。 1 9 扩拈 赵元聪 四川大学博士学位论文 r k m n 0 4 f e 2 ( s 0 4 ) 3 n h 2 0 c h 2 c i 扪- b u o h r t 7 用金属卟啉配合物催化甾体化合物中c - c 双键环氧化的研究比较少。 1 9 8 5 年，k i r r i u r a 等人首次报道了采用三种金属卟啉( 锰卟啉l o 、铁卟啉1 1 、 和铬卟啉1 2 1 ，以p h l o 为氧源，分别在