(S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用

(S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用
【專利摘要】本發明公開了一種(S)?1?(2?羥基?1?苯乙基)硫脲修飾的Cr?Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。本發明首先將鉬酸銨與硝酸鉻反應生成Cr?Anderson型雜多酸(NH4)3[Cr(OH)6Mo6O18]，再將其與三羥基氨基甲烷進行水熱反應得到有機單側氨基修飾的多金屬氧酸鹽；接著以L?苯甘氨醇為原料合成(S)?1?(2?羥基?1?苯乙基)異硫氰酸，再和有機單側氨基修飾的多金屬氧酸鹽反應得到目標催化劑。本發明制備方法簡單，反應條件溫和、環境友好。本發明得到的雜多酸催化劑用于烯烴的不對稱雙羥基化反應，具有高催化活性、高對應選擇性，可回收利用，適用于工業化生產。
【專利說明】
(5)-1-(2-哲基-1-苯乙基)硫服修飾的0廣人11〇16^〇11型雜多酸 催化劑、制備方法及其應用
技術領域
[0001] 本發明屬于催化化學技術領域，尤其設及不對稱選擇催化，具體來說是(S)-1-(2- 徑基-1 -苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 2001年諾貝爾獎獲得者Noyori教授指出："未來的合成化學必須是經濟的、安全 的、環境友好的W及節省資源和能源的化學，化學家需要為實現'完美的反應化學'而努力， 即W100%的選擇性和100%的收率只生成需要的產物而沒有廢物產生"。手性催化合成作 為實現"完美合成化學"的重要途徑之一，其中，手性催化劑是手性催化研究中的最核屯、科 學問題。從反應原理上看，手性有機小分子催化是通過和反應底物W不穩定的共價鍵可逆 地形成活性中間體或通過若相互作用，如氧鍵、范德華力或離子對等活化反應底物。均相手 性催化具有高效、高對映選擇性和反應條件溫和等特點。
[0003] 催化是多金屬氧酸鹽應用中最有前途且最具實用價值的研究方向。多金屬氧酸鹽 同時集酸堿催化劑、氧化還原催化劑、金屬氧化物納米催化劑等的優良特性于一身，被認為 是一種應用廣泛的綠色的多功能催化劑。早在20世紀初，人們就開始對多酸的催化性能進 行了研究。到目前為，已有8個多酸催化工業化項目被成功開發。催化成為了多酸化學中一 項永恒的研究課題。自從手性多金屬氧酸鹽被成功合成W后，人們便開始了手性多酸在不 對稱催化領域的探索。手性多金屬氧酸鹽集多酸與手性材料的各種優異性能于一身。其獨 特的可溶性類礦物金屬-氧化物結構，為手性的非生命起源學說及無機固體中手性傳遞的 探索提供了理想的模型；其高的負電性，可調的酸堿性、氧化還原活性及納米尺寸，更為多 功能非線性光學、納米材料、立體選擇性催化W及醫藥等新材料的設計、合成帶來了新的希 望。
[0004] 目前，手性有機小分子催化劑很難實現用于工業化生產，主要由于催化劑活性較 低、用量高且不易回收利用。要實現運些催化反應在工業上的應用，必須解決昂貴催化劑的 回收利用是個嚴重的問題。
[0005] 自從1993年Zubieta等人在《Na化re》上報道采用水熱技術成功制備了類9似DNA的 手性雙螺旋結構的化合物(MesN也瓜[VioOio化20)4(0H)4(P04)7] ·也0后，人們便開始了手性 多酸在不對稱催化領域的探索。中國科學院化學所的羅Ξ中教授等人在W有機胺小分子催 化劑作為抗衡陽離子，多酸作為催化劑負載載體的領域做出了出色的工作（Organic letters，2007，9( 18): 3675-3678.)。他們合成了一系列的仲胺-叔胺型脯氨酸衍生物，采用 強酸性多陰離子的[PWi2040]3^替代傳統酸-堿協同催化中的礦物酸，合成了一系列手性有機 胺-多酸雜化材料。運些材料對醒酬的直接Aldol反應，不對稱Michael加成反應等都表現出 很高的催化活性和手性選擇性，有機胺小分子作為抗衡陽離子與多酸通過靜電作用組裝， 但運些材料沒有明確的分子結構，不能進一步探究催化機理，不能解釋手性胺與多酸的協 同作用。大連物化所段春迎課題組迎利用多金屬氧酸鹽(POMs)的組成、結構的多樣性W及 電荷的可調變性，設計組裝一系列具有催化功能的多孔性的POMOFs，實現了它們在多相催 化中的應用（Journal of the American 畑emical Society,2013,135(28):10186- 10189.)，但運些材料同樣沒有明確的分子結構，不能進一步探究催化機理，不能解釋MOFs 與POMs的協同作用。

【發明內容】

[0006] 針對現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種(5)-1-(2-?基-1-苯乙基） 硫脈修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。本發明解決了現有手性有機 小分子催化劑活性較低、用量高且不易回收利用的技術問題，可用于締控的不對稱雙徑基 化反應。
[0007] 本發明從有機小分子催化劑的設計思路出發，創新性地提出利用"酸-堿"協同催 化策略，W具有潛在催化活性的手性有機小分子作為前軀體，通過有機修飾等方法，巧妙地 使有機小分子與高化onsted酸性的缺位多陰離子結合，構筑手性多酸材料，本發明的有機 修飾的多酸不但保留了多酸原有的結構，而且拓展了多酸的研究領域，使其在催化、藥物和 功能材料方面具有潛在應用價值。此外，多酸具有親水性，可用綠色、廉價的水作溶劑進行 催化反應，反應結束可向體系中加入有機溶劑（乙醇、甲醇等)后，多酸極易析出，可進行回 收利用。
[000引本發明提供一種（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催 化劑(結構見圖1)的制備方法，具體步驟如下：
[0009] 1)W鋼酸錠和硝酸銘為原料，在pH值為4~5,溫度為80°C~100°C的條件下，制備
[0010] Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8];
[00川 2)將上述得到的化-Anderson型雜多酸母體(畑4)3[化((^)6106018]與；徑基氨基 甲燒在水熱蓋中進行水熱反應得到有機單側氨基修飾的化-Anderson型多金屬氧酸鹽；
[0012] 苯甘氨醇為原料合成(S)-1-(2-徑基-1-苯乙基)異硫氯酸醋；
[0013] 4)將(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)異硫氯酸反應與步驟2)得到的有機單側氨基修飾 的化-Anderson型多金屬氧酸鹽在45~55 °C溫度下反應得到（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫 脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑。
[0014] 上述步驟1)中，鋼酸錠和硝酸銘的摩爾比為1:1~1: 2。
[0015] 上述步驟1)中，通過濃硝酸調體系的pH值到4~5之間。
[0016] 上述步驟2)中，Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]與立徑基氨基甲 燒的摩爾比1:2~1:5。
[0017] 上述步驟2)中，水熱反應溫度為135-145Γ，水熱反應時間為20h~30h。
[0018] 上述步驟3)中，苯甘氨醇為原料合成(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)異硫氯酸醋 的具體步驟如下：
[0019]將心苯甘氨醇、〔52和；乙胺W摩爾比1:(2~4):1的比例混合，在室溫攬拌反應化 ~化后，加入二碳酸二叔下醋和4-二甲氨基化晚，冰浴條件下反應化~化，得到（S)-1-(2- 徑基-1-苯乙基)異硫氯酸醋，其中：心苯甘氨醇、二碳酸二叔下醋和4-二甲氨基化晚的摩爾 比為 1:1:(0.02 ~0.05)。
[0020] 上述步驟4)中，有機單側氨基修飾的化-Anderson型多金屬氧酸鹽和(5)-1-(2-? 基-1-苯乙基)異硫氯酸醋的摩爾比為1:3~1:5,反應溶劑采用DMF、DMSO或NMP中任意一種 或幾種。反應結束后將澄清液放置乙酸氛圍中結晶，若干天后可得到晶體，即獲得（s)-i- (2-徑基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑。具體的，體系反應結束后，若 反應液不澄清，應用針頭過濾器處理，得到澄清液后放置乙酸氛圍中結晶。
[0021] 上述步驟5)中，適量的締控，在30°C~50°C、W水和乙臘為混合溶劑的條件下，加 入過氧化氨和（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑，反應 2地，得到鄰二醇化合物。
[0022] 本發明還提供一種上述制備方法制備得到的（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾 的化-Anderson型雜多酸催化劑。
[0023] 本發明進一步提供上述(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜 多酸催化劑在締控的不對稱雙徑基化反應領域的應用。
[0024] 上述應用方法如下:將締控和（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson 型雜多酸催化劑在水和乙臘組成的混合溶劑中混合，30°C~50°C溫度下反應，得到鄰二醇 化合物；其中：（S)-1 -(2-徑基-1 -苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑的量為 締控的〇.5mol%~5mol%。優選的，水和乙臘的摩爾比為1:1~3:1，過氧化氨為氧源，其使 用量為1-3當量(W締控為參考）。
[0025] 上述應用方法結束后，向相體系中加入有機溶劑（乙醇、甲醇等）后，多酸析出，過 濾，真空干燥，回收得到多酸，可再用于締控的不對稱雙徑基化反應。
[0026] 本發明的有益效果在于:不僅可W利用手性有機小分子的共價修飾作用打破多酸 的高對稱性，引入手性，提高其在催化反應中的立體選擇性，而且也能將有機手性小分子的 不對稱催化或生物醫藥活性等功能特性引入多酸，并使有機部分與無機的多陰離子有機地 結合為一個整體，從而產生協同作用獲得更多新穎的性質。本發明制備方法反應條件溫和、 環境友好;得到的催化劑催化活性高、對映選擇性高，可回收利用，適用于工業化生產。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發明的目標催化劑的結構圖示。
[0028] 圖2是本發明的合成路線圖示。
[0029] 圖3是實施例1的母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]的紅外譜圖。
[0030] 圖4是(S)-1-(2-徑基-1-苯乙基)異硫氯酸醋的核磁譜圖。
[0031] 圖5是單側氨基修飾的化-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖。
[0032] 圖6是(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑的核磁 譜圖。
【具體實施方式】
[0033] W下采用實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段 來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據W實施。
[0034] 本發明的合成路線如圖2所示。
[0035] 實施例1
[0036] Cr-Ander son型雜多酸母體(畑4) 3 [ Cr (0H) 6M060i8 ]的制備
[0037]取7.41g(6mmol)鋼酸錠加入到20mL去離子水中，充分攬拌得到澄清液，之后滴加 濃硝酸，將體系的P的周到4~5.加熱到沸騰，維持強力攬拌，開始緩慢加入1.66g(7mmol)硝 酸銘固體，攬拌至有大量粉紅色固體產生，停止攬拌，靜置15~30分鐘。抽濾，得到5.26g粉 紅色晶狀固體原料，收率82%。
[003引母體(畑4)3 [化(OH)6M06化8]的紅外譜圖見圖1。
[0039] 實施例2
[0040] (S)-1-(2-徑基-1-苯乙基)異硫氯酸醋的制備
[0041 ]在干燥的反應容器中加入心苯甘氨醇(0.6859g，5mmol)，用20mL乙醇溶解，隨后分 別緩慢加入加〔52(0.1142旨，15111111〇1)和^乙胺（0.506111旨，5111111〇1)，在室溫攬拌反應化后，隨 后在0°C條件下加入二碳酸二叔下醋（8〇〇20)(1.091111旨，5111111〇1)和4-二甲氨基化晚(01八口） (18mg,0.15mmol)，在室溫攬拌反應化后(在攬拌的過程有氣體產生，應注意放氣減壓），可 獲得0.7547g(S)-1-(2-^基-1-苯乙基)異硫氯酸醋。
[0042] (S)-1-(2-徑基-1-苯乙基)異硫氯酸醋的核磁譜圖如圖4所示，具體數據如下：
[0043] 1h NMR(501MHz，CDCl3):S7.45-7.29(m，5H)，5.06(dt，J = 52.6,9.1Hz，2H)，4.49 (dd J = 8.8,7.0Hz, IH), 1.38-1.
[0044] 實施例3
[0045] 單側氨基修飾的化-Anderson型多金屬氧酸鹽的制備
[0046] 將上述得到的4]1(16'3〇]1母體(畑4)3[吐((^)6106018]1.071邑（11]11]1〇1)用1〇1111^去離子 水中溶解，得到淺紅色清液后，緩慢加入Ξ徑基氨基甲燒〇.402g(3mmol)。之后將上述體系 加入水熱蓋，在水熱蓋中加熱到140°C，反應進行24h后，在85°C條件下將4.83g四下基漠化 錠加如上述溶解的溶液中，產生大量粉紅色沉淀即粗產物，抽濾即可得到紅色液體，放置得 到結晶，即為有機單側氨基飾修的Cr-Anderson型多酸[TBA]3{[C此畑2C(C此0)3]CrM〇6〇i8 (0H)3}。
[0047] 單側氨基修飾的化-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖如圖5所示。
[004引實施例4
[0049] (S) -1 - (2-徑基-1 -苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑
[(K)加]將有機單側氨基修飾[TBA]3{ [CH2NH2C(CH20)3]CrM〇6〇i8(OH)3}0.5g(0.275mmol)用 5mL的DMF在50°C條件下溶解后，加入（5)-1-(2-?基-1-苯乙基）異硫氯酸醋0.179g (Immol)，維持50°C攬拌條件下，反應時間2~3天，反應結束后將水紅澄清液放置乙酸氛圍 中結晶，若干天后可得到紅色晶體，即獲得(S)-1-(l-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜 多酸催化劑。
[0051 ] (5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型雜多酸催化劑的核磁譜圖 如圖6所示，具體數據如下：
[0052] 1h 醒R(501MHz，DMS0):S7.64-6.93(m，5H)，3.17(s，24H)，1.98(s，2H)，1.57(s, 24H),1.32(S,24H),1.24(s,3H),0.94(s,36H).
[0化3] 實施例5
[0054] (5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修飾的化-Anderson型多酸催化締控的不對稱雙 徑基化
[0化日]在干凈的反應瓶中加入1.0415旨(0.01111〇1)苯乙締，再加入101111混合溶劑（水和乙 臘的摩爾比為1:1~3:1)，最后加入1.7g 30%過氧化氨和0.0216g(S)-1-(2-^基-1-苯乙 基)硫脈修飾的化-Anderson型多酸催化劑，反應24h，取5ml乙醇加入反應體系，離屯、使催化 劑沉降，再加入3ml乙醇再次分離催化劑，過濾，得到催化劑，真空干燥。用乙酸乙醋將反應 體系萃取3次，所得到的產品減壓除去溶劑，柱層析分離得到鄰二醇化合物，得到產品 1.358g，收率為99%。產品的對映體過量由手性高效液相色譜測得，ee值達99%。該催化劑 都能夠不同程度的催化反應的進行，并且具有較好的立體選擇性。使用不同的締控進行催 化的反應方程式如下，所得到的實驗結果見表1。
[0化6]
[0057]表1多酸催化締控的不對稱雙徑基化反應實驗結果 [0化引
[0059]上述回收得到的催化劑直接用于苯乙締的雙徑基化反應，所得到產品的對映體過 量值由HPLC測定(手性AS-H柱，異丙醇:正己燒= 3:7,254皿，20°C，ο.5血/min)。催化劑回收 利用所得到的結果見表2。
[0060] 表2催化劑回收利用的實驗結果
[0061]
[0062] 所有上述的首要實施方式，并沒有實施運種新產品和/或新方法設定限制其他形 式。本領域技術人員將利用運一重要信息，上述內容修改，W實現類似的執行情況。但是，所 有基于本發明的修改或改造屬于本發明保留的權利。
[0063] W上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業的技術人員可能利用上述掲示的技術內容加 W變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對W上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1. 一種（S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的制備方 法，其特征在于，具體步驟如下： 1) 以鉬酸銨和硝酸鉻為原料，在pH值為4~5,溫度為80°C~100°C的條件下，制備Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3 [Cr (OH)6M〇6〇i8]; 2) 將上述得到的Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6Mo6〇 18]與三羥基氨基甲烷 在水熱爸中進行水熱反應，得到有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽； 3) 以L-苯甘氨醇為原料合成(S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)異硫氰酸酯； 4) 將（S)-1-(2-羥基-1-苯乙基）異硫氰酸反應與步驟2)得到的有機單側氨基修飾的 Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽在45~55 °C溫度下反應，得到（S)-1-( 2-羥基-1-苯乙基)硫脲 修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。2. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，鉬酸銨和硝酸鉻的摩爾比為 1:1 ~1:2〇3. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，通過濃硝酸調體系的pH值到4 ~5之間。4. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，Cr-Anderson型雜多酸母體 (NH4)3[Cr(OH)6Mo 6〇18]與三羥基氨基甲烷的摩爾比1:2~1:5。5. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，水熱反應溫度為135-145Γ， 水熱反應時間為20h~30h。6. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟3)中，以L-苯甘氨醇為原料合成 (S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)異硫氰酸酯的具體步驟如下： 將L-苯甘氨醇、CS2和三乙胺以摩爾比1: (2~4): 1的比例混合，在室溫攪拌反應lh~2h 后，加入二碳酸二叔丁酯和4-二甲氨基吡啶，冰浴條件下反應3h~5h，得到（S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)異硫氰酸酯，其中：L-苯甘氨醇、二碳酸二叔丁酯和4-二甲氨基吡啶的摩爾比為 1:1:(0.02~0.05) 〇7. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽和(S)-1-(2-羥基-1-苯乙基）異硫氰酸酯的摩爾比為1:3~1:5， 反應溶劑采用DMF、DMS0或NMP中任意一種或幾種。8. -種如權利要求1-7之一所述的制備方法得到的（S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)硫脲修 飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。9. 一種如權利要求8所述的（S)-1-( 2-羥基-1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多 酸催化劑在烯烴的不對稱雙羥基化反應領域的應用。10. 如權利要求9所述的應用，其特征在于，應用方法如下:將烯烴和(S)-1-(2-羥基-1-苯乙基)硫脲修飾的Cr -An d e r s ο η型雜多酸催化劑在水和乙腈組成的混合溶劑中混合，3 0 °C ~50 °C溫度下反應，得到鄰二醇化合物；其中：（S) -1 - (2-羥基-1 -苯乙基）硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的量為稀經的0.5mol %~5mol %。
【文檔編號】C07C33/26GK105833909SQ201610211338
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】余焓, 戴國勇, 李亮, 何慧紅, 韓生
【申請人】上海應用技術學院