催化不对称Diels-Alder反应(手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物).doc
催化不对称Diels-Alder反应(手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物)
收藏
资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共33页)
编号：117193090
类型：共享资源
大小：992.97KB
格式：ZIP
上传时间：2021-03-10
上传人：春***
认证信息
个人认证
张**（实名认证）
河南
IP属地：河南
20
积分
- 关 键 词：
-
催化
不对称
Diels
Alder
反应
手性
萘酚
四氮杂大环
Co
II
配合
- 资源描述：
-
催化不对称Diels-Alder反应(手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物),催化,不对称,Diels,Alder,反应,手性,萘酚,四氮杂大环,Co,II,配合
- 内容简介：
-
题目：催化不对称Diels-Alder反应(手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物) 催化不对称Diels-Alder反应(手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物)摘 要本文在充分的文献调研基础上，依托联萘酚的轴手性，合成了手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物、SBA-15载体、以及负载型的催化剂，随后，将均相配合物与负载型配合物运用于催化Danishefsky双烯与苯甲醛的杂化Diels-Alder反应。中间体、配合物、以及负载型催化剂经1H NMR、FT-IR等充分表征。催化剂载入量（以底物和催化剂中钴的含量为载入标准）是3 mol%，在零摄氏度下进行催化反应。经高效液相色谱确认，目标产物即为加成产物，且有一定的对映体过量值。首先，用3-氨基丙基三甲氧基硅烷修饰SBA-15的表面，进而和手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载是一个较好的多相负载模式。其次，非均相催化的反应的活性和对映选择性均高于均相催化，预计因SBA-15属于结构规整的有序载体，有助于立体选择性的提升；而通过SBA-15的分散，Co(II)配合物的金属中心充分发挥作用，对杂化Diels-Alder反应的转化率有一定的提升效果。 关键词：手性联萘酚大环；负载；杂化Diels-Alder反应；转化率；对映选择性 Asymmetric Diels-Alder Reaction(Chiral Cinaphthol Tetraazamacrocycle Co (II) Complexes)AbstractBased on careful literature investigation, this thesis study synthesized a chiral four aza-binol macrocyclic cobalt(II) complex, SBA-15 carrier, as well as supported catalyst, in the light of axial chirality of binol. Subsequently, the homogeneous and supported complexes were employed as catalyst for the Hetero-Diels-Alder reactions of Danishefskys diene with benzaldehyde. Intermediates, complexes, along with supported catalyst were fully characterized by 1H NMR, FT-IR, and other techniques. Loading of catalyst was 3 mol% based on the molar ratio of cobalt content to substrate, and reaction was carried out at 0oC. Under HPLC confirmation, the target molecular was truly the addition product, and definite e.e. values had been determined. With the data obtained so far, some conclusions had been summarized as follows: at first, the modification of SBA-15 surfaces with 3-aminopropyltrimethoxysilane, in association with the immobilization of chiral binol-macrocyclic cobalt(II) complex proved to be an appropriate heterogeneous method. Second, reactivity and enantioselectivity of heterogeneous catalysis seemed to be better than those of homogeneous catalysis, likely owing to the highly ordered structure of SBA-15 that eventually improved enantioselectivity. On the other hand, dispersion of Cobalt(II) complexes by SBA-15 indeed promoted conversion of these Hetero-Diels-Alder reactions.Key words: Chiral binol-macrocycle; Immobilization; Hetero-Diels-Alder reaction; Conversion; Enantioselectivity目 录1 绪论11.1 催化烯烃的不对称环氧化反应研究综述11.1.1 Sharpless钛环氧化体系11.1.2 Masakatsu 等人创立的催化, -不饱和醛酮的不对称环氧化反应体系41.1.3 手性酮催化环氧化体系51.1.4 手性卟啉过渡金属配合物催化烯烃的不对称环氧化体系51.1.5 (Salen*)manganese(III)型配合物催化非官能团化烯烃的不对称环氧化反应71.2 不对称Diels-Alder反应及其应用81.2.1 杂Diels-Alder反应81.2.2 通过Diels-Alder反应形成季碳立体中心91.2.3 杂Diels-Alder反应101.3 课题的提出112 实验部分132.1 引言132.2 试剂和表征仪器132.3 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成152.3.1 合成路线152.3.2 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成152.4 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载162.4.1 合成路线162.5 催化的杂化Diels-Alder反应183 结果讨论与分析.203.1手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成分析.193.1.2 (S)-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚基-6,6-双甲醛（化合物2）203.1.3 手性联萘酚四氮杂大环配体203.1.4 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物213.2 催化反应结果与讨论223.3 代表性液相色谱图224 结论24参考文献251 绪论1.1催化烯烃的不对称环氧化反应研究综述具有光学活性的环氧化物是合成许多天然产物、光学活性材料、光学活性药物等重要有机合成中间体。现已成为当今国际化学界研究的热门课题之一1。因此烯烃不对称环氧化也日益受到重视，利用手性催化剂诱导的不对称合成只需催化量的手性化合物即可得到大量的新的光学活性物质，这类手性催化剂主要包括手性金属卟啉、手性酮和手性SalenMn(m)化合物及生物酶催化剂手性环氧化物不仅是一类具有强烈生理活性的有机化合物，更是构建复杂手性分子的合成子(synthon)。因此，高效率地合成手性环氧化物一直是化学工作者关注的研究课题。迄今为止，已有化学拆分、手性源合成以及不对称催化合成等方法出现。其中，对烯烃的C=C键进行不对称催化环氧化的研究方法， 最高效、最经济，也最有工业上的应用潜力。 迄今为止，已经有以下几个催化C=C键不对称环氧化反应体系趋于成熟， 并在实验室规模的研究中，取得成功：（1）由Tsutomu Katsuki和K. Barry Sharpless创立的Sharpless钛环氧化体系已经成为当今最重要的不对称催化合成反应之一2；（2）由Masakatsu Shibasaki等人创立的催化, -不饱和醛酮的不对称环氧化反应体系；（3）由杨丹等人创立的手性酮催化环氧化体系；（4）手性卟啉过渡金属配合物催化烯烃的不对称环氧化体系；（5）由Eric N. Jacobsen和Tsutomu Katsuki分别创立的以著名的salen-Mn(III)为催化剂基本结构的催化非官能团化烯烃的不对称环氧化反应体系； （6）手性希夫碱Ni(II)配合物催化简单烯烃的不对称环氧化反应体系； 等等。1.1.1 Sharpless钛环氧化体系如同氢化和其它还原体系一样，氧化体系已经发展为一个能够实现高度不对称诱导的反应体系。然而在这个领域中，最先取得突破的是Sharpless钛试剂催化烯丙醇的不对称环氧化体系3。而该体系的代表性的反应是四异丙氧基钛-酒石酸酯参与的烯丙醇的不对称环氧化反应。Sharpless环氧化反应是一种通用的标准的实验室方法，其具有高度对映选择性的和催化性的本质特点。在有机合成27其不仅适用廉价的试剂，涉及各种底物（烯丙醇类化合物）和产物（环氧化合物）而且由于对底物结构的许多方面不敏感因而具有极其广泛的应用。通过选择具有合适手性的起始酒石酸酯以及选用烯丙醇的Z-或E-几何异构体，可以构建产物的手性及其相对构型（图 1.1）4。图 1.1 Sharpless钛催化环氧化体系在1980年发现以来，烯丙醇的Sharpless环氧化反应在不对称合成中已成为经典的方法。用TBHP（t-BuOOH，过氧叔丁醇）为氧化剂，四异丙氧基钛和酒石酸二乙酯(DET)为催化剂，应用于烯丙基伯醇类化合物的不对称环氧化反应，可以得到70%-90%的化学产率，大于90%的光学产率。可以发现，在这个体系之中，活性的手性催化剂是原位产生的。Sharpless环氧化反应5的意义不仅仅在于以很高的光学产率得到手性环氧化物，而在于以烯丙醇为底物所得到的高光学纯的环氧醇，可以进行随后的区域和立体控制的亲核取代反应（即选择性的开环反应），再经过进一步的官能化， 得到多种多样的对映体纯的目标分子。 Sharpless环氧化反应具有鲜明的立体选择性，1, 2-anti环氧化产物为其主要的产物（即形成环氧化物时，C、C和O构成的三角形平面与羟基处于反式，也说明了在此体系之中，活性的氧与双键碳原子结合时，从立体位阻较小的一面形成环氧化物）6。因此，烯丙基仲醇的动力学拆分，就成为可能7(图 1.2)。图 1.2 Sharpless钛体系应用于动力学拆分很明显，当采用外消旋的烯丙基仲醇为底物时，催化剂的构型一定（DIPT，酒石酸二异丙基酯），则外消旋的烯丙基仲醇中一个异构体必定反应更快，转化为环氧化物，于是另一个异构体就被拆分出来，光学纯度很高。只要控制好反应速度（如降低反应温度，缓慢地、化学剂量式地添加氧化剂，就可以达到这个动力学拆分的目的）。Sharpless钛环氧化体系的机理并无唯一确定的解释和公认的反应模型。有报道表明，含等摩尔数的钛和酒石酸酯的混和物是活性最高的催化体系，比单用四烷氧基钛(IV)进行反应更快8。Sharpless推测在反应之中存在一种双核Ti-酒石酸络合物的结构9(图 1.3)：图 1.3 双核Ti-酒石酸络合物随后的分子量测定、红外光谱以及1H NMR、13C NMR和17O NMR都提出证据， 说明这个双核结构在溶液中占主导地位，而在这个二聚体中的单个钛中心进行催化反应(图 1.4)： 图 1.4 Sharpless钛体系中的氧转移过程如图1.4所示，催化反应经过Ti(IV)混合型配体络合物A（以烯丙氧基和过氧叔丁醇阴离子为配体）进行。烷基过氧化物二齿配位于Ti(IV)中心而受到亲电活化，与此同时，氧转移到C=C双键上形成了络合物B。在B中，Ti(IV)由环氧烷氧基和叔丁氧基配位。随后，烷氧基被烯丙醇和过氧叔丁醇取代而再生为A， 于是就完成了可循环的氧转移的过程。可以看出，对映选择性是由在Ti(IV)上的手性配体，通过决定配位的烯丙醇的构象来控制。但是，对于催化剂的真正的性质，还不是完全了解。 在Sharpless钛体系的基本框架建立之后，出现了针对Sharpless钛体系的改良方法，效果显著，其中包括：（1）CaH2/SiO2体系10；（2）4分子筛体系11。 有报道表明，在体系中加入催化量的氢化钙和硅胶，反应时间可以大为缩短， 且产率和对映选择性基本保持（表 1.1）。表 1.1 Sharpless试剂（方法A）和加入CaH2/SiO2后的Sharpless试剂（方法B）底物方法1)T /hYield%DE.e.%构型2)A967680-7.6951)2R,3SB876-7.82)A727680+26.5962)2S,3SB676.4+25.93)A36081+16.2912)2S,3SB2584+15.21）方法A：用Sharpless试剂的环氧化；方法B：Sharpless试剂中加入5%10%氢化钙和10%15%当量硅胶；2）用D-(-)-酒石酸二乙酯；3）通过动力学拆分。 4分子筛体系。Sharpless反应最初的反应条件为使用化学剂量的酒石酸钛络合物促进反应进行。后来的报道表明，在4分子筛存在的条件之下，用催化量的四异丙醇钛和DET（酒石酸二乙酯）就可以完成不对称反应。似乎由于4分子筛除去了反应体系中共存的水，避免了催化剂的失活。 总体而言，Sharpless钛催化环氧化体系具有以下特点(1)造价低廉： 所用到的试剂都是廉价的商品化的；(2)对底物没有过于苛刻的要求：尽管C=C双键上较大的取代基不利于反应进行，但是对于大多数烯丙醇类化合物，该反应都能成功；(3)高度的对映选择性: 总体而言，通常可以得到大于90%的E.e.值， 很多反应可以得到大于95%的E.e.值；(4)可以预见环氧化产物的绝对构型：Sharpless环氧化体系的立体选择性，主要由立体位阻控制，其次为底物和催化剂的结构上的电子效应控制，故该反应中，手性催化剂的绝对构型和环氧化产物的绝对构型之间有一定的联系；(5)该反应的产物，即2,3-环氧醇是一类非常有用的有机合成中间体。1.1.2 Masakatsu 等人创立的催化, -不饱和醛酮的不对称环氧化反应体系Shibasaki研究组在运用稀土金属手性催化剂催化各种不对称合成反应的研究中，深化和发展了多功能催化（multifunctional catalysis）的概念12，Shibasaki提出，多功能的催化剂应该既包含路易斯酸性（Lewis acidity），又包含布朗斯特德碱性（Brnsted basicity）(图 1.5)：图 1.5 包含路易斯酸和布朗斯特德碱的多功能催化体系图1.5中，LA代表路易斯酸，B代表布朗斯特德碱，E代表亲电试剂（electrophile），Nu-H代表亲核试剂（nucleophile）, H-E-Nu代表产物。显而易见，路易斯酸性和布朗斯特德碱性这两种性质的协同作用对于不对称催化反应过渡态的贡献，远远大于单一的路易斯酸性催化剂的贡献：因为布朗斯特德碱对亲核试剂起到了定位的作用。据此原理，Shibasaki研究组合成了系列的稀土、碱金属双金属配合物（LnM3(BINOL)3, Ln=Lanthanide, M=alkali metal）作为手性催化剂13，并运用于多种不对称催化反应之中，如Diels-Alder反应、羟醛缩合、Michael加成反应以及烯酮类化合物的不对称环氧化反应等等14。这一类催化剂的结构如下(图 1.6)：图 1.6 Shibasaki型Lewis acid-Brnsted base双金属催化剂对于烯酮类化合物（即, -不饱和醛酮）的不对称环氧化反应，有报道表明， 使用LaNa3(R)-Binol，以过氧叔丁醇(TBHP)为氧化剂时，催化查尔斯酮(Chalcone)的不对称环氧化反应，可以92%的产率和83%的E.e.值得到(2S, 3R)-环氧查尔斯酮15。 1.1.3 手性酮催化环氧化体系Cusci16、史一安17和杨丹17,19研究组分别报道了另一类采用手性酮类化合物作为催化剂的不对称环氧化体系，在催化反式非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中效果很好。 杨丹研究组报道了一种由手性酮和OxoneTM(过硫酸钾)原位生成的手性催化剂， 可以较高的对映选择性使反式二苯乙烯环氧化20(图 1.7): 图 1.7 手性酮的结构表 1.2 手性酮催化剂催化反式二苯乙烯不对称环氧化反应EntryCatalystTime (h)Yield (%)ConfigurationE.e.(%)1(R)-1191(-)-(S, S)472(R)-2295(-)-(S, S)763(R)-3392(-)-(S, S)754(R)-42290(-)-(S, S)325(S)-5193(+)-(R, R)566(R)-61.892(-)-(S, S)667(R)-70.795(-)-(S, S)718(S)-820No reaction(+)-(R, R)44由表1.2可以看出，手性酮催化剂催化反式二苯乙烯的不对称环氧化反应， 可以得到中等直至较高的E.e.值。 1.1.4 手性卟啉过渡金属配合物催化烯烃的不对称环氧化体系基于对细胞色素P-450(cytochrome P-450)的研究，手性卟啉过渡金属配合物发展成为催化非官能团化烯烃不对称环氧化反应的有效催化剂21。J. P. Collman研究组合成了二元封闭式的手性卟啉铁配合物(Iron binap capped porphyrin)，并应用于催化端烯烃和其他非官能团化烯烃的不对称环氧化反应，效果良好22(图 1.8)： 图 1.8 二元封闭式的手性卟啉铁配合物的合成在构建手性卟啉环的过程中，巧妙地将两个具有轴手性的Binol分子形成2+2的手性环，随即酰氯化，再与，-四（邻位氨基苯基）卟啉(, , , -tetrakis(o-aminophenyl)porphyrin)结合成为手性配体，后生成Fe(III)配合物， 并应用于催化端烯烃和其他非官能团化烯烃的不对称环氧化反应。以亚碘酰苯(PhIO)为氧化剂，可以较高的产率和立体选择性完成催化反应（表 1.3所示）。表 1.3 手性卟啉铁配合物催化非官能团化烯烃的不对称环氧化反应SubtrateYield (%)E.e. (%)Configuration6248S (-)6450S (-)3956(-)2663(-)59291S, 2R (+)45211S, 2R (-)1.1.5 (Salen*)manganese(III)型配合物催化非官能团化烯烃的不对称环氧化反应在钛参与的烯丙醇不对称环氧化反应（Sharpless钛环氧化体系）取得成功之后，化学研究者对于不依赖于烯丙醇底物（含有羟基定位基团）识别的类似的通用方法进行了深入的研究。而在其中最具有挑战性的研究方向是发展适用于非官能团化烯烃的对映选择性的环氧化催化剂。非官能团化烯烃（如苯乙烯、反式或顺式二苯乙烯等不含有任何定位取代基的烯烃）在催化的不对称环氧化反应之中最大的不利因素在于这些烯烃无法和络合物催化剂形成构像单一且稳定的螯合络合物。这就造成了在该反应中立体选择性的控制相当困难。基于对细胞色素P-450(cytochrome P-450)的研究， 手性卟啉过渡金属配合物发展成为催化非官能团化烯烃不对称环氧化反应的有效催化剂23，随即出现了Salen过渡金属配合物应用于催化非官能团化烯烃不对称环氧化反应的研究体系，即Kochi-Jacobsen-Katsuki系统。Kochi研究组最先研究了(salen)Mn(III)配合物25与(salen)Cr(III)配合物26作为环氧化催化剂的应用潜力，上世纪九十年代初， Jacobsen和Katsuki研究组几乎在同时报道了手性salen-Mn(III)型配合物是催化非官能团化烯烃不对称环氧化反应的高效催化剂，可以在顺式二取代烯烃和环状烯烃的不对称环氧化反应中得到大于90%的E.e.值。由于salen-Mn(III)体系造价低廉、无毒和高效的特点，在后来的几十年中，发展迅速，出现了大量的扩展和应用研究(图 1.9)。 图 1.9 过渡金属络合物作为环氧化催化剂的发展过程 1.2不对称Diels-Alder反应及其应用不对称Diels- Alder 反应( 简称D- A 反应) 是合成光学活性的环己烯衍生物及六元杂环体系最重要的方法之一。近年来, 由于手性Lewis 酸催化剂的引入, 催化不对称D- A 反应已取得了长足的进展。这种催化剂易于合成, 催化效率高, 立体选择性好,是目前这一领域的研究热点。迄今报道的D- A 反应的手性Lewis 酸催化剂大多是由手性二醇、二酚、磺酰胺或噁唑啉与Al、Ti、B、Cu 或镧系元素配位而成的。本文按手性配体分类, 将近年来不对称D- A 反应中手性Lewis 酸催化剂研究的新进展作一综述。1.2.1杂Diels-Alder反应当用醛作为反应物时（一般是带有吸电子基团的醛或在Lewis酸促进剂存在下），C=O双键容易发生Diels-Alder型反应或环缩合反应。这种反应曾被Danishefsky用来合成多种糖衍生物。羟基化合物亲二烯体的杂Diels-Alder反应成为构成碳骨架的有用方法。近年来，人们以作出许多努力发展杂Diels-Alder反应的新的有效催化剂。Mikami最近发现，用异戊二烯作二烯组份可以极高的対映选择性得到Diels-Alder产物。同样，在BINOL-TiCl2存在下，1-甲氧基-1,3-丁二烯顺利地进行反应一高e，e值得到顺式产物。 在不对称杂Diels-Alder的反应研究过程中，Yamamoto发展了一种77类型的新的手型有机金属催化剂。这类催化剂可应用于各种硅氧基二烯与醛的反应（图 1.10）， 图1. 10 环氧化物的合成对映选择性很高。例如，在（R）-77存在于-20用硅氧基二烯78与苯甲醛反应2h，加成物用三氟乙酸处理，得到顺式二氢呋喃79（77%）及其反式异构体（7%）。以同样方式用醛处理各种硅氧基二烯，以中等至高的対映选择性产生加成物（图 1.11）。图 1.11 催化反应1.2.2通过Diels-Alder反应形成季碳立体中心 季碳立体中心可以方便的通过2-取代的丙烯醛104-107的对映选择Diels-Alder反应形成（图 1.12）。图 1.12 季碳立体中心 具体的说，由2-溴丙烯醛和2-氯丙稀醛与多种二烯反应，得到的高対映选择性的Diels-Alder加成物在合成上具有多种用途。下图总结了104与各种二烯在不同的的Lewis酸催化下的不对称Diels-Alder反应（图 1.13） 图 1.13 催化产物1.2.3杂Diels-Alder反应当用醛作为反应物时（一般是带有吸电子基团的醛或在Lewis酸促进剂存在下），C=O双键容易发生Diels-Alder型反应或环缩合反应。这种反应曾被Danishefsky用来合成多糖衍生物。羧基化合物作为亲二烯体的杂Diels-Alder反应成为构成碳骨架的有用方法。近年来，人们已作出许多努力发展杂Diels-Alder反应的新的有效催化剂。Mikami最近发现24，用异戊二烯作二烯组分可以极高的対映选择性得到Diels-Alder产物。同样。在BINOL-TiCL2存在下，1-甲氧基-1，3-丁二烯顺利的进行反应以高e，e值得到顺式产物25（如图1.14）。在不对称杂Diels-Alder反应的研究过程中，Yamamoto发展了一种77类型的新的图 1.14环氧化物手性有机金属催化剂26。这类催化剂可用于各种硅养基二烯与醛的反应，対映选择性很高。例如，在（R）-77（Ar=Ph，10mol%）存在下于-20用硅氧二烯78与苯甲醛反应2h，加成物用三氟乙酸处理，得到顺式二氢吡喃79（77%）及其反式异构体（7%）（图 1.15）。图 1.15 反式异构体 1.3课题的提出狄尔斯阿尔德反应是1928年由德国化学家奥托迪尔斯（Otto Paul Hermann Diels） 和他的学生库尔特阿尔德（Kurt Alder）27发现的，他们因此获得1950年的诺贝尔化学奖。最早的关于狄尔斯阿尔德反应的研究可以上溯到1892年。齐克（Zinke）发现并提出了狄尔斯-阿尔德反应产物四氯环戊二烯酮二聚体的结构；稍后列别捷夫（Lebedev）指出了乙烯基环己烯是丁二烯二聚体的转化关系。但这两人都没有认识到这些事实背后更深层次的东西。1906年德国慕尼黑大学研究生阿尔布莱希特（Albrecht）按导师惕勒的要求做环戊二烯与酮类在碱催化下缩合，合成一种染料的实验。当时他们试图用苯醌替代其他酮做实验，但是苯醌在碱性条件下很容易分解。实验没有成功。阿尔布莱希特发现不加碱反应也能进行，但是得到了一个没有颜色的化合物。阿尔布莱希特提了一个错误的结构解释实验结果。1920年德国人冯欧拉（von Euler）和学生约瑟夫（Joseph）研究异戊二烯与苯醌反应产物的结构28。他们正确地提出了狄尔斯阿尔德产物结构，也提出了反应可能经历的机理。事实上他们离狄尔斯阿尔德反应的发现已经非常近了。但冯欧拉并没有深入研究下去，因为他的主业是生物化学（后因研究发酵而获诺贝尔奖），对狄尔斯阿尔德反应的研究纯属娱乐消遣性质的，所以狄尔斯-阿德尔反应再次沉没下去。1950年，伍德沃德第一个开创了狄尔斯阿尔德反应在全合成中的应用。从此以后，合成大师们用睿智的大脑把狄尔斯阿尔德反应的应用发挥到了炉火纯青的极致。值得指出的是，在伍德沃德之前，中国化学家庄长恭曾经尝试过用狄尔斯阿尔德反应来合成甾体化合物，但是由于当时缺乏对狄尔斯阿尔德反应区域选择性的控制的知识而失败了。2 实验部分2.1 引言Diels-Alder反应是一种环加成反应，共轭双烯与取代烯烃（常为亲双烯体）反应，生成取代环己烯29。即使新生成的环中有一些原子不是碳原子，该反应也可进行，称之为杂化的Diels-Alder反应。与此同时，一些Diels-Alder反应也是可逆的，称之为可逆Diels-Alder反应。手性Salen及其配合物发展至今已经成为良好的手性辅基或催化剂，在许多不对称催化反应中均有良好表现。例如，手性Salen锰、Salen钌、Salen钴配合物在不对称环氧化、氮烯转移、卡宾转移反应中均能产生很高的对映体过量值。对于Danishefsky二烯（1-甲氧基-3-三甲基硅氧基-1,3-丁二烯）与醛类之间的杂化Diels-Alder反应，曾有报道手性(Salen)Cr(III)配合物是有催化活性的，且获得了较高的转化率和立体选择性。但是，考虑到铬离子对环境的严重影响，有必要从钌、钴、铝、锰等对环境影响较小的金属中，再次寻找合适的金属盐，形成相应的Salen配合物，并用于杂化Diels-Alder反应中，探索产率和立体选择性。手性联萘酚(Binol)配合物在均相不对称催化领域曾经做出开创性贡献，由联萘酚衍生的体系正逐渐扩展。联萘酚是含轴手性的双齿配体，若经历非均相的负载，再应用于循环催化时，金属离子很可能易于脱离联萘酚；此外，按软硬酸碱理论（HSAB），酚氧是较硬的碱，和锰、铬、钴等过渡金属离子的配位能力不佳，与稀土离子的配位要更理想一些。若将手性联萘酚(Binol)基团引入手性催化剂，并运用于Diels-Alder反应中，不啻为一个较理想的选择。本课题拟从充分依托联萘酚轴手性、避免氧配位以及增加氮配位的角度展开，首先进行联萘酚的甲酰化反应，随后与二胺缩合生成亚胺大环，NaBH4与硼砂还原C=N键，得四氮杂手性联萘酚大环，并与铬、钴配位，随后与功能化硅酸盐SBA-15进行共价连接，以期形成另一类非均相手性催化剂。随后进行丹式二烯与苯甲醛的杂化Diels-Alder反应，考察负载前后，四氮杂手性联萘酚大环钴配合物的催化活性变化。2.2 试剂和表征仪器本实验采用的原料归纳于表2.1中。选用的实验仪器规格详见表2.2。西安工业大学北方信息工程学院本科生毕业设计（论文）表2.1实验药品试剂名称规格生产厂家S-联萘酚99%Alfa Aesar溴乙烷分析纯国药集团上海化学试剂公司乙二胺分析纯国药集团上海化学试剂公司液溴分析纯国药集团上海化学试剂公司Co(OAc)24H2O分析纯国药集团上海化学试剂公司反-1-甲氧基-3-(甲基硅氧基)-1,3-丁二烯99%Alfa Aesar表2.2 实验仪器仪器名称型号生产厂家恒温磁力搅拌器85-2上海司乐仪器有限公司旋转蒸发仪RE-52CS上海雅荣生化仪器厂电子天平BS 124SSartorius红外光谱仪BRUKER Tensor 27 FT-IR德国布鲁克公司核磁共振仪Bruker ADVANCE III (400MHz)Bruker DRX-22 (400MHz)瑞士布鲁克公司瑞士布鲁克公司凝胶渗透色谱（GPC）Waters 1515-2414美国、Waters公司高效液相色谱仪Waters 1525控制器，双泵，Waters 2998光敏二极管紫外检测器美国、Waters公司手性液相色谱柱Daicel Chiralcel OD-H日本、大赛璐公司具体测试条件为：FT-IR用Bruker Tensor 27红外光谱仪测定，KBr压片，在400-4000 cm-1范围内摄谱。1H NMR在Bruker ADVANCE III (400MHz摄谱)：CDCl3溶剂，TMS内标。2.3 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成2.3.1 合成路线合成路线如图2.1所示。图2.1 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成2.3.2 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成a. (S)-6,6-双溴-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚（化合物1）(S)-联萘酚(5.74 g，20 mmol)溶于二氯甲烷（50 mL），0 oC下搅拌1小时，后缓慢滴加液溴（2.6 mL，50 mmol），并持续搅拌1小时。缓慢升温至80oC，并持续回流8小时，冷却至室温。二氯甲烷相用Na2S2O3（15%，350 mL）和水（350 mL）充分洗涤。分出有机层，并用无水Na2SO4干燥，过滤，减压蒸出溶剂。加入N,N-二甲基甲酰胺（100 mL）、KOH（7.32 g，130 mmol），室温搅拌2小时，升温至90 oC，再加入过量的溴乙烷（60 mmol）。维持90 oC反应10小时，减压蒸出溶剂，剩余物柱层析（SiO2，石油醚/二氯甲烷=1/1，V/V）。产物为黄色固体，产率83%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) H, ppm: 1.03-1.10(m, 6H, CH3),4.03-4.09(m, 4H, CH2)，6.97-7.05(m, 2H, ArH), 7.11-7.30(m, 2H, ArH), 7.50-7.65(m, 2H, ArH), 7.80-8.14(m, 4H, ArH).b. (S)-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚基-6,6-双甲醛（化合物2）化合物1（1.1 g，2.0 mmol）溶于无水四氢呋喃（20 mL），反应液随后冷却至-78 oC。缓慢加入正丁基锂（2.4 mL，2.5 mol/L的正己烷溶液）。反应液在室温下搅拌2小时，加入N,N-二甲基甲酰胺（1 mL，7.7 mmol）。反应液在-78 oC下持续搅拌3小时，缓慢升温至0 oC，加入市售盐酸（10 mL，38%），缓慢升温至室温，在室温下搅拌30分钟。随后，用二氯甲烷（320 mL）萃取，二氯甲烷相依次用饱和NaHCO3水溶液和饱和食盐水充分洗涤，无水Na2SO4干燥，过滤，减压蒸出溶剂。剩余物柱层析（SiO2，石油醚/二氯甲烷=1/1，V/V）。产物为黄色固体，产率53%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) H, ppm: 1.03 (t,J = 8 Hz,6H, CH3),4.05(m, 4H, CH2)，6.99-7.08(m, 2H, ArH)，7.12-7.15(m, 2H, ArH), 7.51-7.69(m, 2H, ArH),7.87-7.92(m, 2H, ArH)，8.09(s, 2H, CHO). c. 手性联萘酚四氮杂大环配体的合成将化合物2（1.59 mmol）溶于二氯甲烷（3 mL），再将乙二胺（1.59 mmol）溶于无水乙醇（4 mL），将乙二胺的乙醇溶液缓慢滴入化合物2的二氯甲烷溶液，随后反应液在室温下持续搅拌3小时。随后，在0 oC下将NaBH4的乙醇溶液（1.07 g NaBH4溶于20 mL无水乙醇）滴入上述混合液，缓慢升温至室温，再持续搅拌5小时。减压蒸出大部分溶剂后，加入蒸馏水50 mL，后在搅拌下用盐酸（2 mol/L）将反应液调至pH = 5，同时溶液变得澄清。通过加入NaHCO3的方式使溶液达到中性，随后用二氯甲烷萃取（350 mL），二氯甲烷相用饱和食盐水洗涤，无水Na2SO4干燥，过滤，减压整出溶剂，剩余物柱层析（SiO2，二氯甲烷/乙醇/三乙胺=120/8/1，V/V/V）。产物为深黄色固体，产率69%。d. 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成将化合物3（1.0 mmol）溶于无水乙醇（10 mL），后加入Co(OAc)24H2O（1.0 mmol），随后升温至75 oC，持续反应5小时。降温至室温，减压整除溶剂，二氯甲烷溶样（60 mL），用饱和食盐水充分洗涤，无水硫酸钠干燥，过滤，减压蒸出溶剂，得土黄色粉末状固体，产率70%。2.4 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载2.4.1 合成路线 合成路线如图2.2所示，其中包括SBA-15的功能化与负载。图2.2 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成a. SBA-15的合成 嵌段共聚物Pluronic P-123与盐酸（2 mol/L，120 mL）以及蒸馏水（30 mL）混合，持续搅拌并升温至35 oC，直至其完全溶解。剧烈搅拌下，向此溶液中加入正硅酸乙酯（8.5 g），维持35 oC并搅拌20小时，随后升温至85 oC并维持反应24小时。减压抽滤得白色固体，乙醇洗涤。所得白色粉末状固体在马弗炉中于550 oC高温煅烧12小时，得到最终产物。b. SBA-15的修饰 将SBA-15（1.0 g）投入50 mL干燥甲苯中，超声波作用1小时，后加入3-氨基丙基三甲氧基硅烷（15 g），60oC下搅拌5小时。冷却后，减压抽滤，收集白色固体，甲苯洗（300 mL），通风晾干。c. 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载于SBA-15 将300 mg的化合物5与400 mg氨丙基化的SBA-15加入20 mL无水乙醇中，超声波分散1小时，室温持续搅拌10小时，蒸干溶剂，所得棕色固体用少量无水乙醇洗涤并抽干，得产物（化合物6）。d. 钴含量的测定 将样品（40至70mg）至于坩埚中加热灼烧至黑色无定型粉末后（出去样品中的水分以及碳等其他杂质元素），让其自然冷却，将2mol/L硫酸加入，使黑色灼烧物在加热的条件下尽量全部溶解，冷却后过滤转入容量瓶中（250mol），用少量蒸馏水洗涤2至3次，洗涤液完全转入容量瓶，向容量瓶中加入蒸馏水定位至刻度线。用25mol移液管准确取50mol溶液转入250mol锥形瓶中，依次加入三乙醇胺2mol，PH=10的NH3-NH4CL缓冲液10mol，盐酸羟胺50mg，铬黑T少许，然后用0,002mol/L的EDTA二钠盐标准液滴定，将紫红色溶液滴定至纯蓝色即为终点。在此实验条件下，EDTA二钠盐与二价Mn的摩尔比是一比一。加入三乙醇胺是为了络合掩蔽蒸馏水中可能存在的三价铝离子和三价铁离子的干扰，NH3-NH4CL缓冲液是为了在PH=8至10时沉淀蒸馏水中的二价钙离子和二价镁离子，盐酸羟胺是为了将三价锰离子还原为二价锰离子。e氨-氯化铵缓冲液（PH=10）的制备 取氯化铵5.4g，加蒸馏水20mol溶解后，加浓氨水溶液35ml，再加入蒸馏水稀释至100ml即得。（浓硫酸p=1.84g/mL）。2.5 催化的杂化Diels-Alder反应化合物5和6催化Danishefsky双烯与苯甲醛的杂化Diels-Alder反应过程如下。在0 oC下，将Danishefsky双烯（1 mmol）、化合物5或6（0.02 mmol）、以及3分子筛（30 mg）加入二氯甲烷（3 mL），维持该温度反应24小时，蒸干溶剂。剩余物柱层析(SiO2，200目至300目，石油醚/二氯甲烷，1/1，V/V，滴加少量三乙胺)。称量产物计算产率，柱后产物用手性液相色谱分析，确定对映体过量值，使用Chiralcel OD-H column色谱柱，调节极性(n-hexane: i-PrOH = 9:1, V/V）。对映体过量值的计算按公式， 其中R与S为产物两种构型的含量，可由高效液相色谱中峰面积得到；转化率亦可由高效液相色谱中峰面积得到。催化反应结果如表2-3所示。表2-3 Danishefsky双烯与苯甲醛的杂化Diels-Alder反应EntryCatalystConv.(%)E.e.(%)Config153562R265570R3 结果讨论与分析3 结果讨论与分析3.1手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成分析3.1.1 (S)-6,6-双溴-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚（化合物1）图3.1为化合物1的核磁共振氢谱，化学位移1.03-1.10处的多重峰代表甲基上的氢，4.03-4.09处代表乙基氢，其余各处代表苯环氢。由出峰位置和积分面积可以得出，合成物质即目标产物。图3.1 化合物1的1H NMR谱图3.2为化合物1的FT-IR谱。2975 cm-1处代表甲基中的C-H振动，而2883 cm-1处代表亚甲基的C-H振动，1239 cm-1处代表醚键的伸缩振动峰， 573cm-1处代表芳基上碳-溴键振动。图3.2 化合物1的FT-IR谱3.1.2 (S)-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚基-6,6-双甲醛（化合物2）图3.3为化合物2的核磁共振氢谱，化学位移1.03-1.07处的三重峰代表甲基上氢，且裂分为三重峰；4.03-4.06处代表乙基氢；7.94处的多重峰代表醛氢；其余各处代表苯环氢。由峰位置和积分面积可以得出，合成物质即目标产物。图3.3 化合物2的1H NMR谱图3.4为化合物2的FT-IR谱。2975 cm-1处代表甲基中的C-H振动，而2887 cm-1处代表亚甲基的C-H振动，1725 cm-1处代表C=O双键的伸缩振动，1238 cm-1处代表醚键的伸缩振动峰。图3.4 化合物2的FT-IR谱3.1.3 手性联萘酚四氮杂大环配体手性联萘酚四氮杂大环配体（化合物3）的FT-IR谱如图3.5所示。3313 cm-1处代表氨基N-H的伸缩振动，2975 cm-1处代表甲基的C-H振动，2894 cm-1处代表亚甲基的C-H振动，1244 cm-1处代表醚键的伸缩振动。据此判断，合成物质即目标产物。图3.5 手性联萘酚四氮杂大环配体的FT-IR谱3.1.4 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物（化合物4）的FT-IR谱如图3.6所示。3440 cm-1处代表氨基N-H的伸缩振动，2976 cm-1处代表甲基的C-H振动，2888 cm-1处代表亚甲基的C-H振动，1239 cm-1处代表醚键的伸缩振动。据此判断，合成物质即目标产物。图3.6 手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的FT-IR谱3.2 催化反应结果与讨论（1）反应活性和对映选择性催化反应结果如表2-3所示。据薄层色谱监测，两个催化反应在6小时内完成。化合物5的转化率为35%（entry 1），但是负载于SBA-15后，反应活性提升，转化率达到55%（entry 2）。就对映选择性而言，负载型催化剂6的效果也要优于未负载的配合物5（entry 2 vs. entry 1），这可能由于SBA-15系规则的管道状载体，负载后对底物的立体选择性大幅提升。SBA-15具有较大的比表面积，负载的过程即催化中心分散的过程，将有助于提升催化剂的反应活性。（2） 催化剂综合评价首先，负载于规则载体SBA-15后，催化效果，包括反应活性和对映选择性均明显升高。第二，SBA-15的表面空穴和管道空腔对Danishefsky双烯和苯甲醛的容纳能力较强。所以，SBA-15是优良的催化剂载体。3.3 代表性液相色谱图 图3.7为外消旋产物的HPLC谱，保留时间6.347 min处代表R-构型，7.097 min处代表S-构型。图3.7 外消旋杂化Diels-Alder反应产物的手性HPLC分析 图3.8为杂化Diels-Alder反应产物的色谱分析，为准确体现产物对映体的含量差异，先经柱层析除去剩余反应物，再进行液相色谱分析。其中，保留时间6.345 min处代表R-构型（过量），7.098 min处代表S-构型：e.e.=62%（entry 1，表2-3）。图3.8 杂化Diels-Alder反应产物的手性HPLC分析 图3.9为杂化Diels-Alder反应产物的色谱分析，先经柱层析除去剩余反应物，再进行液相色谱分析。其中，保留时间6.337 min处代表R-构型（过量），7.038 min处代表S-构型：e.e.=70%（entry 2，表2-3）。图3.9 杂化Diels-Alder反应产物的手性HPLC分析同时在反应中遇到的问题再进行第一步反应，也就是生产 (S)-6,6-双溴-2,2-双乙氧基-1,1-联萘酚（化合物1）时一定要注意反应的温度设置。使用(S)-联萘酚(5.74 g，20 mmol)溶于二氯甲烷（50 mL），0 oC下搅拌1小时，后缓慢滴加液溴（2.6 mL，50 mmol），并持续搅拌1小时。缓慢升温至80oC，并持续回流8小时，冷却至室温。这时候一定要注意再缓慢滴加液溴的时候一定要在80摄氏度回流搅拌，如果反应温度不对的话就无法生产化合物，这时候会生产一种接近与白色的物质并且也不结晶，而对化合物性质的分析应该为深黄色并且可以结晶所以判断聚合物生成失败，主要原因就是温度的控制失败。而且在后期-78摄氏度下反应时是使用液氮还有无水乙醇这时候需要在杜瓦瓶中进行反应，这时候可以保证温度的保持。并且所有的零度反应都是在冰浴下进行的，这样可以持续的保持零摄氏度。4 结论本毕业设计在充分的文献调研基础上，可以得到如下结论：1. 证明了手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物的合成、与SBA-15载体的配合、以及负载型的催化剂的催化效果；2. 用3-氨基丙基三甲氧基硅烷修饰SBA-15的表面，进而和手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载是一个较好的多相负载模式；3. 用3-氨基丙基三甲氧基硅烷修饰SBA-15的表面，进而和手性联萘酚四氮杂大环Co(II)配合物负载是一个较好的多相负载模式；4. 在零摄氏度下进行催化反应。经高效液相色谱确认，目标产物即为加成产物，且有一定的对映体过量值； 5. 均相配合物与负载型配合物运用于催化Danishefsky双烯与苯甲醛的杂化Diels-Alder反应中催化剂载入量（以底物和催化剂中钴的含量为载入标准）是3 mol%。参考文献参考文献1 S.E. Schaus, J. Brnalt, E.N. Jacobsen. Asymmetric hetero-Diels-Alder reactions catalyzed by chiral (salen)chromium(III) complexes. J. Org. Chem. 1998, 63, 403-405.2 李冬红，陈淑华，赵华明化学研究与应用叨，1998，10(5)：4563 Qing-Hua Fan, Yue-Ming Li and Albert S. C. Chan. Recoverable Catalysts for Asymmetric Organic Synthesis. Chem. Rev. 2002, 102, 3385-3466.4 焦鹏，马成新，胡江春，等应用探针和影印技术筛选单独转化L一山梨糖生成2-KGA菌株C第八届全国生物化工学术会议论文集化工工业出版社1998，1831865 S. Lhr, J. Holz, A. Brner. The synthesis of chiral phosphorous ligands for use in homogeneous metal catalysis. ChemCatChem, 2011, 3, 1708-1730.6 A. Taguchi, F. Schth. Ordered mesoporous materials in catalysis. Micropor
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
|
2:不支持迅雷下载,请使用浏览器下载
3:不支持QQ浏览器下载,请用其他浏览器
4:下载后的文档和图纸-无水印
5:文档经过压缩，下载后原文更清晰
|
川公网安备: 51019002004831号