（工业催化专业论文）MCM—41固载非均相手性催化剂的制备及其在手性合成中的应用.pdf

m c m - 4 1 鲻载非均相手陛催亿弃 的制备致葵在手性会成中的麻搿 摘要 m c m 。4 1 分予终是一葶孛具有蹇昆表蠹 颧、可疆交艇缝匀分毒的大孑l 遵熬孛魏秃枧 材料。本文以全硅m c m 。4 1 分子筛为载体合成了固载脯氨酸衍生配体的非均相手憷催 促裁。首先对全醚m c m 4 1 分子簿内裘疆l 送行了羧楚纛，考察了羧交换对其表嚣彝孔 结构性能的影响，发现在其它条件相同的情况下，o 1 m 的硝酸具有较好的酸交换性 能。酸交换后藏体的结构和表面性能得到了较大改善。裁体的氯丙綦硅烷化、键化定 爨地引入了氯丙綦硅烷接搜富照豳，为手性配体的接棱疆供了平台。非均相催纯荆的 镶备采用了两辩因裁化方法：( 1 ) 均相会成后固载路线；( 2 ) 固稿合成路线( 瓶中造 l ； 法，即缀位缌装) 。元索分孝厅精采证实瓣辩方法酃袋功地诲手性催纯醮体通过硅垸 过渡基团固载于全硅m c m _ 4 1 表面。虽然圈相台成路线获得的配体圆裁量 ( 程潍。翊= 0 ，3 1 4 m m o t g 。5 ) 低予均糟台袋麓绫蕊鎏载羹( 程涎。d 严5 2 7 m m o i 9 4 3 ) ，僵 却为有机* 无机杂化催化荆的制备提供了一种较之均相合成路线简便易行的制备方法 和合成蜃处理过程。摄利缮款 均超手性镁化裁应用予催亿二：乙蘩锌不对豫蕊鏊化烟 戚苯甲醛的碳一碳键形成反应获得了低于蕊相应的均桐催化荆的不对称催化效聚。其 中均攘合成继倪裁获褥对浚异襁体过“爨缝为l o e 戚，圈耀合箴镤位裁获褥懿对穗 异构过量为2 9 e “初步研究结果表明，围相合成制备非均稠手憾催化剂的方法是 可行的。我们认为催化剂对映选择性加成的能力主要与手性催化配体的接枝量和来吲 裁瓣蒋表麓有关。 美键谰：m c m 4 1 中孔麟载化 手隧非均报催化剂固相岔成二乙基锋 t m c m - 4 瓣栽# 筠枯手 熏催能翔酶髑备敷箕程手| | 垒鸯戒中静斑j = l a b s t r a c t m c m - 4 1m o l e c u l a rs i e v ei sam e s o p o r o u sm a t e r i a l sw i t hh i 出s u r f a c ea r e a ，u n i q u ea n d a d j u s t a b l em e s o p o r e s ah e t e r o g e n e o u sc a t a l y s t f o r a s y m m e t r i ca l k y l a t i o n a d d i t i o no f d i e t h y l z i n c t oa l d e h y d ew a s p r e p a r e db yi m m o b i l i z i n gp r o l i n e d e r i v a t i v el i g a n do nt h es u r f a c e o fs i l i c e o n sm c m 一4 1 p r i o rt oc a t a l y s tp r e p a r a t i o n , s i l i c e o u sm c m 一4 1w a sp r e t r e a t e dt o m o d i 黟t h es u r f a c eo fi t si n n e rp o r ew a l l s i ti ss h o w nt h a ti o ne x c h a n g eo fm c m * 4 1w i t h t i n 0 3 s o l u t i o no fd i f f e r e n tc o n c e n t r a t i o n s ( o ，1 一t 02 娃) l c a d st o i m p r o v e m e n t s i nb o t h c r y s t a l i n i t ya n d s u r f a c ea r e a ，a n dt h a tt h ei o ne x c h a n g ew i t ho 。1m 鞲n 0 3s o l u t i o ns e e m st ob e t h em o s te f f i c i e n t 。s i l y l a t i o na n d p a s s i v a f i o no f t h ei o n - e x c h a n g e dm c m - 4 1 w e r ec o n d u c t e d i no r d e rt oi n t r o d u c eq u a n t i t i v e l yt h eg r a f t i n gf u n c t i o ng r o u p s t w or o u t e so f g r a f t i n gc h i r a i t i g a n d w e r e a d o p t e d i nt h e p r e p a r a t i o n ，i , e + h o m o g e n e o u ss y n t h e s i s f o t l o w e d b y m m o b i t i z a t i o na n d s o l i d * p h a s es y n t h e s i s ( s h i pi nt h eb o t t l es t r a t e g ) ；i e ，i ns i t ua s s e m b l i n g ) t h ee l e m e n ta n a l y s e so ft h ep r e p a r e dc a t a l y s t si n d i c a t et h a tt h ec h i r a l l i g a n d sh a v eb e e n i m m o b i l i z e do nt h es u r f a c eo ft h es u p p o r ts u c c e s s f u l l yb yb o t h r o u t e s 。s o l i d - p h a s es y n t h e s i s r o u t e y i e l d s l e s si m m o b i l i z e d q u a n t i t y ( a d i g a ；= o 。3 1 4m m o l + 9 4 ) t h a nt h e r o u t eo f h o m o g e n e o u ss y n t h e s i sf o l l o w e db yi m m o b i l i z a t i o n 嗨l l g 赫 = o 。5 2 7m m o l 9 4 ) h o w e v e r , s o l i d - p h a s es y n t h e s i sr o u t ep r o v e st ob eam u c hm o r ec o n v e n i e n tm e t h o di nt h es y n t h e s i so f o r g a n i c ”i n o r g a n i ch y 酾娃c a t a l y s t s t h ep r e p a r e dc a t a l y s t sw e r ee v a l u a t e db y c a t a l y z i n g a s y m m e t r i ca l k y l a t i o na d d i t i o no fd i e t h y l z i n ct oa i d e 晦d es oa st of o r mf l e wc a r b o n 。c a r b o n l m c m 4 1 霹载罪均捆手性催化越的皋备及薄拄手性台蔽串麓蔽豫 b o n d t h eh e t e r o g e n e o u sc a t a l y s t sg a v eal o w e re n a n t i o s e l e c t i v i t y ( c a 1 0 e e + a n d2 9 e e 1 t h a ni t sh o m o g e n e o u sc o u n t e r p a r t s ，i ti sp r o p o s e dt h a tb o t ht h eq u a n t i t yo fg r a f t e dc h i r a l t i g a n da n d t h er a t i oo fu n c o v e r e ds u r f a c em a yh a v e g r e a te f f e c t so nt h ee n a n t i o s e l e c f i v i t y 巍i s e x p e c t e dt h a tt h es o l i d ”p h a s es y n t h e s i sr e t i r em a y f i n dw i d ea p p l i c a t i o n si nt h ep r e p a r a t i o no f h e m r o g e n e o u sc a t a l y s t su s e di nb u l k y * m o l e c u l e 。i n v o l v e dr e a c t i o n s 。 k e y w o r d s ：m o m - 4 1 ：m e s o p o r o u a ：i m o b l l i z a t i o n ：c h ir a i ；h e t e r o g e n e o u sc a t a i y s t s o li d - p h a s es y n t h e s s ：d i e t h y z i n c i l l m c m 4 1 固载非均相手性催化剂的制各及其在手性合成中的应用 前言 传统精细化学品生产过程中仍大爨使用均相催化剂。由于均相催化剂存在难与反 应耱系分离、无法重复涮露、蕊缓污染严重等阉透露霞蔻难隧满足哥挎续生产鞠发震静 需要。开发能有效应用于精细有机合成的环境友好非均相催化剂已成为一个倍受关注的 催仡剂开发领域。具有筒比表诫积的多孔物质：有机树脂和无枫多孔沸石等作为载体韵 倦化剂得到了匿大的发展。但由于这些载体本身结构和性能的限制，馒其在催化精细有 机合成反应中的应用受到了束缚。 m c m 一4 1 中孔分子籍鱼1 9 9 2 年发瑗以来弓| 起了催化赛l 磅究老戆极大兴趣，其在石 油化学工业领域的研究发展迅遴。m c m 一4 1 具有比表面积大( 1 0 0 0 m 2 ) 、孔径分布均 匀、表嚣酸强震逶孛巍熬稳定。陵鞍努等特点，嚣显荚孔经可以羟2 0 。l o o a 范霞蠹调节， 因此在非均相催化精细大分子反应方面柯良好应用前景【lj 。通常可用无机改性和有机改 穗的m c m - 4 1 彳乍簸镩耩备菲均稳健纯黧。采雳不同静改馁方法褥封的经纯裁可邋用于多 种类型的反应。此外，在m c m 4 l 上固载酶的催化反威也得到了迅速发展。 精细化学晶合成中应用的均相催化剂非均相化的一个简单而有效的方法怒将均相 俊化刹围载于孔柽大旦魄表露积赢的多莩l 载体上。近年来，通过有机改髅帮接棱鲍方法 实现均棚手性催化剂在m c m 4 1 中孔分子筛上的固载并应用于精细手性合成反应中已 成为一个磺究热点。m c m 4 1 懿大魏道烫接技大傣积煞手洼配髂翻造了窍瑙条传，蒡为 底物大分子进入孔道内进行反应获得良好对映选择性和转化率撼供了可能。非均相手性 镶伲裁在继纯戆辘、环绦、经济整方蚕豹优势警致莫在亿学、叟锯学、手洼药物等领域 的应用具有十分煎要的意义。 m c m 4 1 瓣载菲辫翱手性篷证剂辩耧备爰冀在手往台戒中抟应翔 篱一囊文献综述 潋m c m 。4 1 为我袭瓣m 4 1 系歹l 醚蒺中我分予瓣爨囊态魄褒瑟赣、均匀豹魏径分枣 秘适寰懿酸性。葵搀蠢烧列酌大魏邀可以遥避在分子爨会藏审逸矮不闲璇疆长霾翳有瓿 摸稷削羧铡在2 0 1 0 醮蕊溪瘛。m c m - 4 1 中魏分予黪毽良通道嚣毫氇蒇蠢壤致瞧黪方法簇 蘩遭瘸予溪纯不弱嚣瓣爱疲懿象纯潮搭镤纯勰。b 酸黧h - m c m - 4 1 、掺杂金溪瓣l 羧黧 m c m 。4 1 叛及掺杂念瘸氧纯浆黪碱淫m c m 4 1 霹矮予德佬f r i e d e l c r a f t s 蕊纂亿鞠貔熬 化、麓纯、k n o e v e n a g e l 缭会、疑黧缀合、终魏讫、鬣纯、环畿纯等爱疲。缀遥有瓣富 能f f 艺敬经鹃荐搬无枫杂纯m c m - 4 1 可疲耀予毽诧d i e l s - a l d e r 双隧会成、凝基纯、 f r i e d e l c r a f t s 簸麓翻：、翡曩二、烯嚣蘩黢能、滚熬 芝、魏戴逐鬣、襞纯、耱蚤零孛镶会爱应 ( 如表1 1 蕊示) 。下露对近零采m c m 。4 1 在l 浚稷壤亿糖纲化学燕生产露手穗合藏方蘸 的应瘸，f 乍一综述。 1 秃橇缀分改，凌酶枣魏m c m 4 1 分予筛德能赛及冀应溺 m c m - 4 1 镶纯裁瓣袭嚣毽纯滔蕊点鬻蠹跤与箕霹絮续 奄巾瓣杂瑟子有关。嚣絮中莽 麟配位的藤予妻鞋：a 少、g a 3 、f j + 、z n 2 + 嚣产生的萌褒予表露中心霹遴过质予域其它遥 浚金j | 嚣鬻予遴行迄蕊平鬻苁露彭或镶位滋瞧中心。全麓m c m 4 1 本努羧淫缎弱，透过亵 予交换、在会袋时掺袈念鼹纛金属襞化魏以及掇载象多羧警方法哥零至l 一系戮遗惩予不 同反应豹i 均穗缆亿裁，热转黢氯黧m c m + 4 1 、掺杂念| | ；嚣懿毛黢黧m c m 。4 1 、掺杂金 懑氡纯镌静碱性蔽嚣靛m c m 4 1 敷及麓裁杂多羧豹m c m 4 1 簿。这魏壤他裁广泛应惩 。f 各类精纲有瓿台戚过稳。 l ，l 。i f r i e d e l c r a f t s ( 付一克) 反应 芳烃粒嚣一竞酸鏊化反廒鼷予铡备芳瓣，怒诲多耱缀纯王生产领域中豹熏要遥援。 传统翳键纯裁隽l 酸金矮鬣纯物，存在不可爨爱捷焉、n 样- ；t n n n 、对设备严熏 磨撼以及污染环蠛等缺点e 1 9 8 6 年，c h i c h e 等人【2 l 壤遂了在鼷系衾溅交换豹涕石( 鲡 2 m c m 4 1 鞭裁a # 均桴手矬徨纯剡纳剿备投葵在手性合成中静戡用 袭1 1 以m c m 一4 t 为裁体的教性倦化剂殿其在精细有机台成中的成阁 f a b l e1 1c a t a l y s t s i m m o b i l i z e do n m c m * 4 ta n d t h e i r a p p l i c a t i o n s i n f i n ec h e m i c a l ss y n t h e s i s 无 机 改 缝 氢型m c m - 4 1 g a 2 0 3 f l n 2 0 3 - m c m - 4 1 z n m c m - 4 i a t - m c m l k l a 0 2 - m c m - 4 1 磷铸酸及其盐f m c m - 4 1 f r i e d e l - c r a f t s 酝基佬 f r i e d e l c r a f t s 酰基化 缩合反应 f r i e d e t c r a f t s 靛基纯，羟醚缩 金，缨醛纯 k n o e v e n a g e l 缭台 缩台反威，酯化反应 甄l 【7 】 1 3 】 - h i f 5 t t 7 】 【1 6 f l8 】 2 0 j c n j c r - m c m - 4 1 氯佬反赢 f 1 9 j m 金n m n ( i i t ) c r ( 1 1 1 ) s a l e n不对称嚣氯傀 2 9 。3 】 复台魏y m c m 4 1 裔 橇 殴 矬 手性氨基醇( 麻黄碱) 配体 m c m - 4 1 p d ( 嚣) 蔽繇二二茂铁m c m - 4 1 二茂钌m c m - 4 1 褥金属醴胶复合物 瓜d c m - 4 t 胶基b 碱m c m - 4 1 金属熬菁复合貔m c m * 4 1 二茂酞f l v l c m - 4 1 过钌骏盐胺丙基m c m - 4 1 不对称烷基化 3 6 。3 7 1 不对称烯辩基簸纯 不对称女g 戴 d i e l s a l d e r 反应 缩含反应，m i c h a e l 船成 烽，酚，虢酵懿氧纯 烯烃琢氧纯 伯簿氧化 【3 引 3 9 】 4 0 - 4 1 i 4 2 4 4 1 f 5 2 】 f 薹3 j 骖5 】 。 锶季胺盐m c m * 4 1 不饱和烃加氮 r 5 7 1 ：= ：鼍一。 ： c e y ) 蕊纯俸爝下不阕懿羧酸与攀苯韵反应。之屡，许多研究者f 3 尊掇j 蓄亨i i 磊i ( 妻b l a y , 醒y 辩_ 酪。a 积冀一z s m _ 5 ) 终缓纯裁邈舒波稳付壳醮蓬纯反应。筑潞石懿魏为微 坚竺坚：! ! 塑塾! ! 塑塑量堡堡些型塑型鱼墨苎垄兰堂垒壁! 塑些旦一 孔，大分子反应物难以进入孔道内进行反应。因此，尽管沸石催化剂具有很高的酸性， 但反应活性却很低。 g u f u l e w e g h 等人【6 分别用b 酸型h m c m 4 1 和l 酸型z n m c m 一4 1 催化剂进行了乙 酐酰化合成2 甲氧基萘酚的反应。在低于1 0 0 。c 下反应主要生成1 位酰基化产物，选择 性可达1 0 0 。在较高温度下立体位阻较大的1 位产物发生酰基迁移生成热力学稳定的 6 位酰化的2 甲氧基萘酚，其在生产消炎药n a p r o x e n 的应用方面有重要价值。对b 酸 和l 酸催化剂的比较发现，b 酸型h m c m 4 1 催化剂在催化酰基化反应中的选择性和 可再生性均优于l 酸型z n m c m 4 1 催化剂，后者的锌离子在反应中容易从分子筛中析 出，从而降低反应活性。 c h o u d h a r y 7 1 将两性的g a 2 0 3 和碱性的i n 2 0 3 经过浸渍担载于全硅m c m 一4 1 得n t 高 付克反应活性的催化剂。该催化剂在水汽存在下也能有效催化反应，并可重复使用。 付克烷基化是在苯环上连接烷基链生产烷基苯的重要方法。传统的烷基化过程是用 l 酸( 如h f 、a i c l 3 等) 作催化剂，卤代烷作烷基化剂，或者用b 酸( 如h 2 s 0 4 ) 作催 化剂而用醇作烷基化剂。这些液体酸催化剂难与产物分离且废酸严重污染环境。因此， 在用非均相酸催化剂如粘士和沸石代替均相催化剂方面有许多的研究报道 g l 。例如，蒙 脱土负载的锌和镍的氯化物、杂多酸、磺化的z r 0 2 或f e 2 0 3 、f e 或g a 取代的h z s m 5 、 h y 、h b e t a 沸石等。它们对于小分子催化都具有很高活性，但对长烷基链或支链参与 的反应则活性不高。m c m 一4 1 中孔催化剂则能有效解决这一问题。 将a i c l 3 接枝到m c m 4 1 的表面制成的催化剂在催化c t 烯烃与苯的烷基化反应时， 不发生烯烃碳骨架重排和齐聚反应，生成单烷基苯的选择性优于均相催化剂。增加烯烃 链长度或缩小m c m - 4 i 的孔径均可提高单烷基苯选择性。在不接触水汽的情况下，该催 化剂可重复使用并易于再生f 9 。 另一种制备酸催化剂的方法是将铝植入m c m 4 1 分子筛的孔壁上【1 0 】。m c m 一4 1 孔壁 由非晶态的硅( 铝) 酸盐构成，其酸性既取决于铝的含量，也与催化剂的制备方法有关。 j u n 等人u l j 采用直接合成、接枝和浸渍三种方法制成了a i s i m c m 一4 1 烷基化催化剂。 不同的中孔材料( k i t - l 、m c m - 4 1 、m c m 一4 8 ) 用相同方法制成的催化剂烷基化反应催 化活性相近。而制备方法对催化剂的活性有很大影响，在三种制备方法中，浸渍法得到 的催化剂活性最高。 坚! 竺：! ! 旦童! ! 望塑兰丝堡些型堕型鱼墨苎垄王堡垒盛堕里旦一一1 1 2 缩合反应 全硅m c m 4 1 分子筛表面有桥式羟基和硅烷醇基团，其本身具有一定酸性，并可以 通过向m c m 4 1 骨架中引入杂原子如铝或锌【1 3 j 来产生中等强度的酸中心，或在孑l 道 内引入过渡金属复合物或杂多酸获得酸性中心。中孔m c m 一4 1 固体酸催化剂用于大分子 的k n o e v e n a g l 缩合、羟醛缩合和缩醛化等缩合反应，显示出良好的催化性能。 a l s i m c m 一4 1 表面的桥式羟基及硅烷醇基团的中等酸强度，使之具有催化大分子 缩醛化的活性和选择性【l4 1 。催化活性点是与四面体配位铝连接的桥式羟基( s i o h a i ) 相关的酸性点，与四配位a l 相邻的硅烷醇也有一定的活性。缩醛化产物作为精细化学品 应用于药物、香料和洗涤剂工业。 香料正戊基肉桂醛的合成包括三步连续反应：庚醛缩醛化、二甲缩醛缓慢水解和 羟醛缩合。若采用a 1 s i m c m - - 4 1 作催化剂则可在低分子比的苯甲醛庚醛条件下一锅法 合成。由于催化剂表面反应物庚醛的浓度维持在较低水平，该反应可以在很大程度上避 免庚醛自缩台副反应。适中的酸度和窄分布的大孔道可避免不期望的连串副反应( 如使 均相碱催化剂失活的苯甲醛歧化生成苯甲酸的反应) ，从而提高了产物的选择性和总反 应速率”。 将稀土金属和碱金属氧化物引入m c m 4 1 制成的固体碱金属催化剂k l a 0 2 m c m 一4 1 对k n o e v e n a g e l 缩合反应具有很高的催化活性 1 “，稀土金属的存在还可提高了 催化剂的热稳定性和选择性。 长链烷基葡萄糖营是一种“绿色”的非离子表面活性剂，对皮肤和口服毒性低，易 生物降解，被广泛用作化妆品表面活性剂、食品乳化剂和药物分散剂。c l i m e n t 等人 利用酸性a 1 一m c m - 4 1 中孑l 分子筛成功催化了一d 一葡萄糖和正丁醇的缩醛化反应，合成 出了烷基葡糖苷。对该反应来说，催化剂的疏水性和酸强度是关键参数，要求酸度要适 中。由于葡糖苷的强吸附作用使载体主孔道变窄，会产生扩散阻力，因此孔径越大催化 剂活性越高。通过焙烧的方法可使该催化剂完全再生。 n o w i n s k a 等人 1 8 用杂多酸化合物( 磷钨酸和它的不溶性锯盐或铵盐) 接枝的方法改 性m c m 一4 1 分子筛得到稳定的固体酸催化剂，用于高活性和高选择性液相催化苯酚和丙 酮缩合得到重要的树脂和聚合物生产原料双酚a 。 m c m 一4 1 露载菲萄稿手健催纯剂的制蔷受嚣在手缝合成中静应羽 l 。1 3 氧化反应 k o h a r a 等人用铜离予交换的n a m c m 4 1 ( c u - n a m c m 。4 1 ) 在温和条件下催化2 ， 6 一二毅了基苯酚豁液稻氧倪反应。与添热k 茨c u - n a - z s m 5 镦孑l 分子簿镁佬裁反应蛙 能的比较证实了c u n a 型m c m - 4 i 中孔催化剂具谢更优异的大分子反应活性。他们还 发现囱c u - n a 。m c m - 4 1 催化裁中船入碱金属可以掇商催亿活性，丽在反应溶液中加入 c h 3 c o o k 可以提赢产物的选择性。 函为铬化台物广泛用作有机合成的化学计量氧化齐和均相催化剂。掺入铬的中孔分 子簿也引起了广泛魏重视。c r ( v i ) 邋过氧合众羼攫理攫化氧化，其中铬酰( c r 0 2 2 + ) 物 种是活性氧种。用含有氧合铬物种的中孔m c m 一4 1 进行酚类的选择性氧化可将3 ，5 - 二 孕酚和2 ，3 ，5 - 三翠熬氧纯为穗应黪浆。c r - m c m * 4 1 酶壤纯洼笺可辘取次予整鬟二粼孔 道中铬酸盐物种的位溢。非骨架铬的存在会导致副产物形成而降低选择性，因而去除载 体中非嚣黎缭梅静舔离子可隧提高氧亿反应弱活往帮选择经。 1 1 4 酯化反应 杂多酸载予全琏m c m - 4 1 霹矮予鼗翻二反应。v e r h o e f 等x t 2 0 l 将m c m 一4 l 键载匏黎多 酸h p a s h s p w l 2 0 4 0 ( p w l 2 ) 或i - 1 4 s i w l 2 0 4 0 ( s i w i z ) 用于催化液相和气相酯化反应， 曼示出良好黪活往。毽摆载豹杂多酸荔于在簸俸井表露形成大的簇鬻，分散滢降低然蠢 导致失活。 1 2 卷枧宫能化法改牲的杂化m c m - 4 1 及应趟 将有机官能团结台进无定型硅和麒它载体并应用于色谱和催化领域已有多年历史。 中孑l m c m 一4 1 分子转甥对较大懿毳遴结稳艮其它微我分子筛更适予有祝大分子宫熊闰 和配体的固载。因此，它的发现为均相催化荆的固载化提供了新的发展空间，而且通过 有规富能甏懿立体豁梅帮蔬承作雳可谪整表褥活往中心的数量和可接近性从而精缀诵 变表丽催化活性川。 过渡金属复合物怒广泛应用于有枕反应中的高教选择性催化剂。在近年应用于催化 的过渡金属复合物中，除铑或钯的膦型复合物有高效链烯如氯作用之外，出j a c 。b s e n 【2 2 】 一坚竺警：!璧茎鏊望塑量堡矍些型墼塑墨墨基杰至塾垒塞主茎曼塑l一 等人发现的手性m n s a l e n 复合物与氧授体结合构成了新的有价德的均相对映选择性环 裁纯僖彳乞荆。t 3 - 氨基醇结合过渡佥蔗镑、钨簿蘑予蕊速氧亿反应，鞫时瞧髓极大豹促送 二烷基锌对映选择性进行苯甲醛烷綦化的活性。将上述过渡金属复合物倦化剂通过一系 到不同的方法围载于破烷亿瀚m c m 4 1 表灏得剽的非均相化催化潮结合了均稆和菲均 褶催化鹃後点，并在禳丈程褒上减少或演除了二者彝奄缺点。该体系耱主鼗蠡霉趣存在予致 类催化剂的机械和化学稳定性方面。而精确选择载体的性质、催化活性相和固栽化的冀 受可以膏效抵制反应条伴下溶麓衽反应物对催亿活性部使进攻导致的失活，从两增强馋 纯裁的稳定性。 m c m 4 1 中孔分子筛固载大分子过渡金属络合物的方法通常程：( i ) 瓶中造船合成 法( 鼠较小部分原位缀装金属络合搦) ；( 2 ) 合成法( 在合成分予筛过稷中添加预先涮 各的络合物) ；( 3 ) 接枝络合物到官能化的m c m 4 t 孔壁表面。第一种方法难以得到理 想鹃负载溅催化帮。因为未复合的金属、不食金属的复合物帮露标复合物的碎片可能黻 纛反应物髑藏产鐾熬扩教逶_ i 薹。第二秘方法褥虱匏壤纯雾表瑟受载羹缀低，越磷催讫裁 的活性较低。相比之下，第三种方法具有固载后催化剂缩构性能稳定的优点。 对m c m 4 1 的有机宫能亿通常先进行表筒硅烷化，然后进一步固载蚜相催化莉。醚 烧化是指阕不慰的硅燃纯试剂( 热氯硅烷、烧氧基拣烷域穗胺) 与m c m - 4 1 袭嚣的硅羟 基反应而柱表面按枝一个有机窝能团。氯硅烧和烷氟基醚烷化反威祭件剧烈且易于进行 多宫髓纯反应产生不荔分离静瓣产物。两采膈硅胺遴行硅烷纯反应爨有祭侔涵鞠、反应 较慢、单窝能化以及赢原子经济性翻剿产物翳脱附簿特点t 23 1 。经过有机农熊化改性的有 机一无机杂化m c m 4 1 可应用于催化d i e i s a l d e r 双烯合成、羰基化、f r i e d e i c r a f t s 反应、 蕊纯、爆灏基黩化、娩蒺健、热巍、氧化和番教臻会芨痘，特鬟怒在手燃台戒方嚣懿瘦 崩具有重要意义。 i 。2 。1 手性合成 由于手性化台物的拆分非常豳难，开发具有高活性、黼选择性并可熏复使用的不对 称健 皂裁避行手性台成无疑其有萋要意义。不对称馕纯裁的设诗便成为手经台成中的一 个篷要五暑究方两。 m c m 4 1 嚣载菲缛棚芋性毽纯裁的巷l 备爱冀农学性台戒中的应用 在非均相不对称催化剂的设计过程中，常采用的方法有：( 1 ) 在手设馘体上负载非 手性金属催化刹刚；( 2 ) 用手性辅助因素改性非均相非手性催化剂吲；( 3 ) 均相手性催 化剂的共价接枝固载【2 6 】。 n a g e l 等人【2 7 1 蓄次摄i 篷了硅受簸瓣毒竞学活瞧斡 霪渡金震铑复合兹庭穗子舡( 乙酸 胺基) 肉棱酸及其甲酯的立体选择性加氨。c o r m a 等人吲将薛。氨基醇的 r h ( i ) r u ( i i ) c o ( i i ) 和n i ( i i ) 的手性复合物固载在改憾的u s y - 沸石上催化潜手性烯烃加 氢得到了很好的效果。另外，由( l ) - 脯氨酸和( l ) 一反4 羟基脯氨酸衍生得到的手性 二羰基乙酝丙黧羧酸旋m o ( 疆) 复会物接技予u s y - 涕石上褥受豹簇纯裁对爝烃豹不对称 环氧亿反应燕有较高活性f 2 9 】。 j a c o b s e n 试剂( 即s a l e n 试剂) 程不对称反应中有广泛的应用。可应用于d i e l s a l d e r 反应及非官能化烯烃的环氧化等反应中。由于近年来手性合成研究倍受关注，非均相手 眭s a l e n 复合物倦化裁穆到了迅速姻发震。m n ( m ) s a l e n 手往s c h i f f 碱复合魉是最重 要抟烷基或莠环鞭饯戆泾臻疆不砖髂嚣氧亿蓬纯蠡j 之。p i a g g l o 等久震手瞧s a l e n 琵落 ( r ，r ) 一( 一) n ，n 一双( 3 , 5 一二叔丁蕊邻羟苯亚甲基) 环己烷一l ，2 二胺1 改性锰交换的 a 1 一m c m 。4 1 制得了非均相立体选择性环氧化催化剂口m 。在亚碘酰苯作为飘授体的条件 下催化环氧化( z ) - 1 , 2 一二苯乙烯得到反式环氧化物，取得了与均相催化荆相似的立体 选霉性( 7 0 eg ，) 。磅究表臻，垮簸诧产率夔m n 交换鹣a 1 。m c m 。4 1 s a l e n 浓度兹增热 丽增加，产物的# 曼值依赖于孔俗黎中催化韵一配体静缭搦丽菲m n - s a l e n 的浓度。反应 过程中m n 未从固体催化剂中析出，从反应混合物中分离得到的催化剂缀过处理恢复活 性后可重复使用。 z h o u 等人【3 ”将c r ( i i i ) 联萘s h i f t 溅复合物露载予改性的m c m 4 1 得到了有效的未宫 憝 乞海烃不对稼环交彳七催诧裁1 。c r - s a l e n 复合魏静q 中心以蒂毒一令不稳定取代东分 子的五配位体戚六配位体的形式存在，因此可以通过简单加成或配体取代殿应将铬离子 与杂化硅表面键台的n h 2 基团结合起来从而将c r - s a l e n 复合物稳定地固裁于m c m 一4 1 卜。将该非均相催化剂用于顺式烯烃环氧化得到了明照搿于未固载复合物的立体选择性 g 弧i g e 。值。掇簿霾载戆铬复合携瓣稳定煌以及壹手拣s h i f t 藏配体所产生戆特穗窆闯 环凌帮载体表露可以增船合成中的手性识剐。 m c m 一4 l 固载非均相手胜催化剂的制各及其在手性合成中的应用 甜7 j 1 j 一 m i s m 4 1m u _ 4 i 12 除将预先形成的s a l e n 配体固载于中孔m c m 一4 1 分子筛的方法之外，多步接枝法也 是一种能够有效将官能化配位基与载体结合的方法。应用该方法可在m c m 一4 1 载体上通 过逐步官能化形成具有各种结构手性金属s a l e n 复合物的有机无机杂化催化剂3 2 】。使用 ( 3 - 氨丙基) 三甲氧基硅烷和2 ，6 - 二甲酰基一4 一叔丁基苯酚多步接枝合成的非均相手性 s a l e n 催化剂2 在1 ，2 一二苯乙烯和- l ，2 一二苯乙烯环氧化中表现了很高立体选择性。 光学活性的仲醇是构成光学活性天然产物和生物活性化合物的重要中间体。光学活 性仲醇的合成方法中，用手性氨基醇作催化剂在非均相条件下进行二烷基锌不对称烷基 化苯甲醛已有许多报道【3 3 。邹。 图1 1 示出了将手性氨基醇( - ) 一麻黄碱接枝固载到m c m 4 1 表面的反应过程 3 6 。该催 化剂进行不对称烷基化的催化循环过程如图1 2 所示。可以通过精细调变载体孔径、钝 化表面过剩非选择性催化活性点等方法来调节手性催化剂的活性，但立体选择性低于在 均相催化过程中的结果( 7 4 8 1 e e ) ，这是因为未经钝化改性的载体表面具有形成外 消旋化产物活性的缘故。 用脯氨酸衍生的配体固载于改性的m c m 4 1 上得到的非均相手性催化剂也有上述 烷基化催化性能并得到了明显优于固载麻黄碱的催化效果。由于载体表面的自由s i o h 基团具有催化外消旋反应的活性，因此不利于提高手性产物的立体选择性，b a e 等人 3 7 】 在向改性的m c m 一4 1 表面接枝手性配体的同时，将未接枝表面用三甲基硅烷基团覆盖， 从而得到了高选择性的催化剂3 。此外，在烷基化反应之前用正丁基锂处理催化剂也有 利于立体选择性的提高。 坚! 坚：! ! 曼塑j ! 望塑至堡堡筵型蝗i ! 煎墨基壅置焦窟盛宴塑变曼 e 【( c h 3 ) 3 s i j 2 n h m c m 41m c m - 4 1 竺b l o m e uo m e 4 - r ( m 垮八br u h = ：淘念 麓c m 4 l n 掰1 1m c m - 4 1 改蛙、霾载( - ) 寐荧疆剩备箨均相芋链继纯麴 f i g u r el - 1 s i l y l a t i o no f m c m - 4 1a n di m m o b i l i z a t i o n o f ( - ) - e p h e d r i n e o z n e t 隶甑 p h c | 0 + z n f a 幽l 2 园载乎性催化剂不对称烷基化壤化德环过程 f i g “”1 2a s y m m e t r i c c a t a l y s i sc y c l eo f i m m o b i l i z e d c h i 嘲l i g a n d m c m 4 1 0 o h 咬 r 婶 八 s e i 厂溉渊。孛。 书一 。 一 眦川，垄- - o e t 孙n - - - ，p h m c m _ 4 1 猫m 。 、h j o h n s o n 等人【3 8 1 将p d ( i i ) 的活性1 ，1 - 双( 二苯基膦) 二茂铁( d p p f ) 配体接枝于 m c m 4 1 的内表面，并用恰当的方法使载体外表面失活，制得的手性催化剂用于催化不 对称烯丙基胺化乙酰肉桂醇酯反应( 图1 3 ) 取得了远优于其相应的均相催化剂的立体 选择性，pe 值接近1 0 0 。 p “影v 。a c + p h c h 2 n h 2 面t h f 卧影n h c h 2 p 卧 图1 3m c m - 4 1 手性催化剂用于不对称烯丙基胺化反应 f i g u r e1 3c h i r a lm c m 一4 1c a t a l y s tu s e di nt h ea s y m m e t r i ca l l y l i ca m i n a t i o n n h c h 2 p h 对映选择性加氢通常在没有手性助剂存在的高金属负载催化剂上进行。，d 不饱和 羰基化合物前列腺素中间体的非对映选择性加氢的目的产物是羰基加成的烯丙醇。而热 力学分析表明，碳碳双键更易于加氢。c o m a n 等人 3 9 】用m c m 一4 1 在二乙醚溶液中吸附 二茂钉制各低金属负载的r u m c m 4 1 催化剂应用于前列腺素f 中间体的羰基加氢以很 高的对映选择性得到了唯一的1 1 s ，1 5 r 异构体。m c m 一4 1 的中孔结构使该反应处于内 扩散控制状态，反应物进入后易使羰基与钌直接作用，从而抑制碳碳双键加氢。此外， 1 1 位羟基的s 构型的立体位阻的存在也使加氢易于从反应物另一侧进行增加了1 5 r 烯 丙醇的选择性( 图i 4 ) 。 竺! 坚：竺盥熬莲望塑兰堡堡些型塑剑蹩墨茎童王堡垒垡! 塑窘盟 如 r n t f c m 4 l 匿1 4r u - m c m - 4 1 催化前列艨豢f 中闻体对映选择性热氯 f i g u r e1 4a s y m m e t r i ch y d r o g e n a t i o no f p r o s t a g l a n d i n - fc a t a l y z e db yr u - m c m - 4 t 1 2 2d i e l s a l d e r 反应 a n w a n d e r 等人1 4 啦用新的非均相硅胺路线在s i m c m 4 1 上接枝大分子稀土金属复合 兹：数螫会n ，n 双( 3 ，5 二教丁基邻羟苯妥学熬) 一乙貌一l ，2 一二黢( h 2 l 1 ) 和反1 ，2 一双一 ( 2 , 4 ，6 三再丙苯磺酰胺) 环已烷( h 2 l 2 ) 配体为特征的杂化钇双二甲藻硅胺复合物催化 剂。在合成时采用了两条路线如( 图1 5 ) 所示：先接枝硅胺复合物后进行表面配体交 换的路线a ；利用定制的活憾配体分子前体的路线b 。该分子前体能禽了活性位的硅胺 部分以及减少质子分解帮齐聚等戮反应的强螯会戆粒配傣。裁螯过怒中表嚣反应涅联， 形成鼹鬻蓉硅氧键稳定并且秃不溶副产物生成。两且，“嚣对壁”鹣瓣布方式( 空间位 阻较大的一8 i o l n 活性中心) 有利于反应物分子经手性辅助配体进攻活性中心， 从而使其恩有配体增强对映催化的特征。该有机无机杂化催化剂税倦化反一1 甲氧基。3 甲硅氧基1 ，3 ，丁二烯和苯甲麟舱杂d i e l s a l d e r 反殿中体现出较好的l 羧金属中心的催化 活洼。 g i s e t a 等人泓谰有枫镧系饕合物接枝对s i m c m 一4 1 分子筛进行改性得到的催化剂 对d a n i s h e f s k y 非均相d 。a 反廒具有很高活性。 2 坚! 坚：! ! 里望韭望塑三堡堡堡型堕型鱼墨苎垄三些鱼盛! 堕堡旦一 譬o , m 印：乒t o , 路线b c m 4 l l 。问一 l lu 卜o 、 is i h m e 2 i 图1 5 在m c m - 4 1 表面接枝大分子稀土金属复合物的两条技术路线 f i g u r e1 5t w o r o u t e st og r a f tl a r g er a r ee a r t hm e t a lc o m p l e x e so n t ot h es u r f a c eo f m c m - 4 1 1 2 3 缩合反应 在m c m 4 1 上固载氨基碱官能团得到固体碱催化剂可以催化各类缩合反应。 c h o u d a r y 等人4 2 】在m c m 4 1 上接枝3 一三甲氧基硅丙基乙二胺得到了二胺基官能化的固 体碱催化剂。在温和反应条件下催化k n o e v e n a g e l 缩合和羟醛缩合显示出优良的活性， 且易于分离，可重复使用多次而活性不降低。将含有强位阻胺基碱的l ，5 ，7 - 三氮杂双 环f 4 ，4 ，o l 癸一5 烯接枝于m c m 4 1 也可以催化k n o e v e n a g e l 缩合制备茉莉醛，但副反 应较多。 将三甲氧基硅丙基n ，n ，n 三甲基氯化胺与m c m 4 1 内孔上的硅烷醇反应，然后用 氢氧根交换氯离子进行改性，得到的接枝的羟基化四烷基胺m c m 一4 1 是强的非均相 b r 6 n s t e d 碱4 引。该催化剂可用于催化苯甲醛和氰乙酸酯的k n o e v e n a g e l 缩合反应( 1 0 0 的选择性和8 8 的转化率) ，也可用于催化苯甲醛和2 羰基乙酰苯酚连续羟醛缩合后分 子内m i c h a e l 加成得到黄烷酮的反应( 6 5 的选择性，7 8 的转化率) 。此外，极性溶剂 ( 如氯仿) 的存在可加快该反】立的速率。 该b 碱催化剂还用于催化水杨醛和2 戊烯二羧酸酯反应生产苯并毗哺和香豆素。苯 并毗哺和香豆素广泛存在于植物体内，在药物合成中具有商业价值。7 甲氧基和6 ，7 一 二甲氯基一2 ，2 二甲基苯并毗喃具有抗保幼激素活性，还是抗高血压药物。苯并毗哺衍 生物也具有热敏和光敏活性。香豆素及其衍生物被广泛用于香料工业，它还是血液抗凝 m c m - 4 t 蟊载 蚜勰学性催纯蔫的睾l 备聂葵镬警性台戒孛嚣应用 剂、荧光增白剂和荧光染料。在嫡合条件下水杨醛与戊烯二酸二乙酯反应以很高的产率 和选择性得列苯并吡喃衍生物和褡崖素3 。丙烯酸乙酣。反应过程中首先进行水杨醛和二 乙基戊烯二酸黼的k n o e v e n a g l 缡合，然后缩合中间体的酚羟离子进攻烯烃双键产生苯 荠醴穰，或者瓣羟离子遵玫乙殛麓嚣产生香豆素。当7 欠糖醛芳环主连毒搽电子基霆瓣， 主要产生香豆索不饱和酯衍生物；警连有强吸电基团时( n 0 2 ) ，苯并h c 哺衍生物是主 要产物。 s e r c h e l i 等人 4 4 1 将l