表面上和纳米孔道内以及乳液中的手性催化

多相手性催化是合成手性化合物的有效途径之一,开发高活性、高选择性的多相手性催化剂并应用于不对称催化反应是兼具基础科学和应用科学背景的重要研究方向. 本文综述了近年来具有代表性的固体表面上、纳米孔道内以及手性乳液体系中的多相手性催化研究进展,着重对本实验室近年来在该领域中的探索研究进行了介绍,涉及的重要手性催化反应包括氢化、氢转移、氢甲酰化、环氧化、环氧化物水解动力学拆分、Aldol反应和Diels-Alder反应等. 我们的研究表明,手性修饰纳米粒子催化剂上的手性氢化反应可以获得95% ee以上的手性选择性以及高达 20 000 h-1 的TOF, 手性氢甲酰化反应得到90% ee的手性选择性;在手性催化剂组装的乳液体系中,催化不对称Aldol反应获得高达99% ee的手性选择性,催化活性得到显著提升,乳液氢转移反应的TOF可达3×105 h-1;在纳米孔中多个手性环氧化反应的例子显示出孔道效应能够显著提高手性选择性,并发现在纳米反应器中的环氧化物水解动力学拆分反应显示出催化剂协同活化效应,使催化反应的活性大幅度提高. 本文还讨论了表面、界面上以及孔道中的催化剂组装、孔道限阈以及多中心协同效应等因素对多相手性催化反应性能的影响.     

壳聚糖负载Pd催化剂的制备和在苯乙酮手性加氢中的作用

将天然手性高分子聚合物壳聚糖(CS)负载到SiO2上制得CS-SiO2载体，通过配位反应将Pd链接到该载体上，制得多相Pd-CS-SiO2手性加氢催化剂．以苯乙酮不对称氢转移加氢为模型反应，在空气氛围中研究了Pd-CS-SiO2的催化反应性能，考察了Pd的负载量、碱助剂、反应温度、反应时间等对反应转化率、选择性和对映选择性等的影响．结果表明，Pd-CS-SiO2催化剂具有较好的催化活性和选择性．使用强碱NaOH为助催化剂时，可提高氢转移加氢反应的速率和转化率；高的Pd负载量有利于苯乙酮转化率的提高，降低Pd的负载量有利于提高产物的对映选择性；提高反应温度有利于提高催化剂的反应活性，降低反应温度有利于提高产物的对映选择性．在30℃反应24h，产物R-1-苯乙醇的对映体过量值可达13．7％．     

温控Noyori配体的合成及在苯乙酮不对称氢转移反应中的应用

设计并合成了一种新型的聚乙二醇单甲醚(MPEG)修饰的温控Noyori配体.将其与[RuCl2.(p-cymene)]2络合形成的催化剂用于水/环己烷两相体系中苯乙酮不对称氢转移反应.以甲酸钠为氢源,考察了反应温度、时间、甲酸钠用量、底物与催化剂摩尔比以及溶剂用量等因素对催化反应的影响.结果表明,反应体系中含催化剂的水相具有浊点,并且催化剂显示出良好的不对称催化性能,在甲酸钠/苯乙酮/催化剂的摩尔比为300:100:1、环己烷/水体积比1:1及30℃的反应条件下反应6h,苯乙酮的转化率为99.7%,产物α-苯乙醇的对映选择性(e.e.)为93.9%.催化剂相易与产物相分离并与直接循环使用,循环使用的催化剂活性明显下降,但产物对映选择性仍保持不变.     

壳聚糖席夫碱钯催化碘代苯与丙烯酸乙酯反应

以水杨醛与壳聚糖反应制得的壳聚糖席夫碱配体再与PdCl2反应制得了壳聚糖席夫碱钯催化剂。研究了该催化剂对碘代苯(PhI)与丙烯酸乙酯(EA)偶联生成反式肉桂酸乙酯反应的催化性能。考察了原料比、缚酸剂种类及其用量、反应温度、溶剂、催化剂用量、反应时间等因素对该反应的影响,确定了该催化反应的最佳反应条件。该催化剂经过滤分离、溶剂洗涤,循环使用4次仍有较高的催化活性。     

新型四齿手性硫氮配体的合成及其在不对称催化还原苯乙酮中的应用

以(1S,2S)-(+)-1,2-二苯基乙二胺为原料,分别与2-噻唑甲醛和4-咪唑甲醛经缩合反应合成了两个新型的四齿手性亚胺配体——N,N'-二(2-噻唑)-1,2-二苯基乙二胺(L1)和N,N'-二(4-咪唑)-1,2-二苯基乙二胺(L2),其结构经1H NMR,IR和ESI-MS表征。L1与Ir Cl(cod)2,L2与[Ir HCl2(cod)]2分别经原位反应制得催化剂CatⅠ和CatⅡ。以异丙醇为氢源,研究了CatⅠ和CatⅡ对苯乙酮经不对称氢转移反应合成手性α-苯乙醇的催化性能。结果表明:在最佳反应条件[苯乙酮0.5 mmol,n(KOH)∶n(Cat)=4∶1,异丙醇15 m L,于45℃反应10 h]下,CatⅠ为催化剂时,转化率90%,ee值33%;CatⅡ为催化剂时,转化率87%,ee值27%。     

杂化MCM-41固载催化剂的合成、表征及催化研究

用γ-氯丙基三乙氧基硅烷和正硅酸乙酯混合在模板剂引导下共水解合成了有机-无机杂化的介孔分子筛MCM-41,通过与(1R,2R)-1,2-环己二胺和[RuCl2(p-cymene)]2反应,制成了固载化的不对称氢转移反应催化剂,并进行了FT-IR、XRD和N2吸附 脱附的表征.不对称氢转移催化反应结果表明,在催化还原苯乙酮成α-苯乙醇的反应中,平均转化率为6.42％,产物平均ee（对映体过量）值为12.64％,固载化催化剂与其匀相体系的催化性能相比(转化率为3.56％,ee值为33.04％),转化率更高,ee值有一定程度的降低.     

鲁氏毛霉发酵产物壳聚糖硫酸酯化的研究

利用鲁氏毛霉(Mucor rouxii)3.2545发酵产生壳聚糖,然后用氯磺酸/甲酰胺方法对壳聚糖进行硫酸酯化,当底物壳聚糖用量为1g时,其最佳反应条件为:10mL甲酰胺中氯磺酸添加量为3.0mL;反应温度为70℃;反应时间为3.Oh.其中反应温度对反应的影响最大.在最适反应条件下,壳聚糖硫酸酯的硫含量可以达到16.04%.通过红外光谱分析,发现壳聚糖已经成功地被硫酸酯化,而且结构与肝素相似.此外,所得产物还具有抗凝血和抗血栓的性质,其抗血栓的性质优于肝素.     

手性配体DDPPI-Pd(Ⅱ)催化α-烯烃不对称氢酯基化反应的研究

考察了手性双膦配体DDPPI在钯催化1-辛烯及官能化端烯的不对称氢酯基化反应中的手性诱导作用，最高得到了45．2％的ee值．其中在1-辛烯的不对称氢酯基化反应中，考察了不同的膦-钯比、反应温度、压力、不同的溶剂、不同的钯催化剂前体以及助催化剂对反应的影响．其中膦，钯比在2～4的范围内，催化反应获得了较高的光学产率；以丙酮作溶剂，得到较好的催化效果．     

壳聚糖钯催化Heck反应合成肉桂酸丁酯的研究

以天然高分子壳聚糖为载体,制得了用于Heck反应的壳聚糖钯配合物多相催化剂,用XPS对其结构进行了表征,并利用正交实验方法考察了原料配比、缚酸剂三乙胺的用量、反应温度、反应时间和催化剂的用量对碘代苯与丙烯酸丁酯Heck反应的影响.结果表明:反应因素的影响大小为:反应温度>原料配比>三乙胺用量>催化剂的用量>反应时间;在最佳的反应条件下:碘代苯与丙烯酸丁酯的摩尔比为1∶1、三乙胺9mmol、催化剂0.1g(钯含量1.88×10-2mmol)时,氮气保护下140℃反应8h,肉桂酸丁酯的产率可高达99.8%.并且该催化剂对其它丙烯酸酯的Heck反应也具有良好的催化活性.     

15-二氘脱水穿心莲内酯的合成和氢-氘交换速率考察

以脱水穿心莲内酯为原料,氧化氘作为氘源,四氢呋喃为助溶剂,三乙胺催化反应,分离纯化得到反应产物,其结构经¹H NMR、 ¹³C NMR和HR-MS(ESI-TOF)确证,并考察了产物在不同pH值的氢氘交换速率。结果显示,产物表征鉴定为15-二氘脱水穿心莲内酯,15位H-D交换速率在pH 分别为6, 7和8时较慢,随pH值升高加快。     

壳聚糖负载L-脯氨酸对水中不对称Aldol反应的催化性能

以壳聚糖为载体制备了负载型L-脯氨酸不对称催化剂;将合成产物用于催化丙酮与取代苯甲醛在水中的直接不对称Aldol反应,考察了其催化性能.结果表明,与在有机溶剂中的L-脯氨酸催化剂相比,在水相中的壳聚糖负载L-脯氨酸催化剂表现出更好的催化活性;就间硝基苯甲醛与丙酮在水中的不对称Aldol反应而言,壳聚糖负载L-脯氨酸催化下的产率和ee值分别达95%和48%.此外,壳聚糖负载L-脯氨酸催化剂在水中具有很好的重复使用性能,重复使用10次后相应的产率和ee值分别为88%和68%.     

壳聚糖席夫碱钯配合物催化碘代苯与苯乙烯交叉偶联反应的研究

水杨醛与壳聚糖反应制得壳聚糖席夫碱配体,此配体与钯盐反应得到壳聚糖席夫碱钯催化剂.研究了该催化剂对碘代苯(PhI)与苯乙烯偶联生成反式-二苯乙烯的催化性能.考察了不同反应因素(原料比、缚酸剂种类及其用量、反应温度、溶剂、催化剂用量、反应时间)对该反应的影响,由此确定了该催化反应的最佳反应条件.该催化剂经过滤分离、溶剂洗涤,循环使用6次仍有较高的催化活性,该催化剂对取代碘苯与苯乙烯的反应也有较高的催化活性.     

非手性PNNP型钌配合物催化仲醇的外消旋化研究

制备了两种非手性PNNP型钌配合物Ru(BF4)2P2N2(3a,P2N2=N,N'-双-[邻-(二苯基膦)苯哑甲基]乙二胺)和Ru(BF4)2P2H4(3b,P2N2H4=N,N'-双-[邻-(二苯基膦)苯甲基]乙二胺),并以(R)-苯乙醇的消旋化为探针反应,分别考察了添加剂、溶剂、催化剂用量及温度等对两种钌配合物催化反应的影响,得到了较理想的反应条件,即4%3a,2 mL甲苯,lequiv.Ag2O,70℃下,在氮气保护下反应12 h.反应结果发现钌配合物3a可以较好地催化仲醇的消旋化,其中(R)-和(S)-苯乙醇消旋化反应后,ee都为58%;另外(S)-对甲基苯乙醇和(S)-对氟苯乙醇消旋化反应后,ee值分别为85%和71%.并初步试探了以苯乙醇为探针底物,钌配合物结合脂肪酶Candida antarctica催化的动态动力学拆分.     

聚合物固载的新型手性SalenMn(Ⅲ)配合物在苯乙烯不对称环氧化反应中催化性能的研究

以交联聚苯乙烯(CPS)微球为载体,通过高分子反应和配位反应,简捷高效地制得一种新型的聚合物固载的手性Salen金属配合物催化剂Mn(Ⅲ)Salen-CPS.以间氯过氧苯甲酸(m-CPBA)为氧化剂、以N-甲基吗啉-N-氧化物(NMO)为轴向配体,将该非均相手性Salen Mn(Ⅲ)催化剂用于苯乙烯的不对称环氧化反应,深入系统地研究了催化剂结构与反应条件对苯乙烯的不对称环氧化反应的影响.实验结果表明,在苯乙烯的不对称环氧化反应中,微球Mn(Ⅲ)Salen-CPS具有高的催化活性与良好的的对映体选择性,20℃下反应8 h,苯乙烯的转化率可达85%;0℃下反应2 h,产物的ee值可达58%.Salen配基中手性二胺的不对称环境与轴向配体NMO的加入均可明显地提高产物的对映体选择性;而反应温度、时间、溶剂的极性及催化剂用量等反应条件对苯乙烯的不对称环氧化反应也都有很大的影响.低温有利于产物的ee值的提高,苯乙烯的不对称环氧化反应适宜的反应温度为0℃;使用极性弱的溶剂,有利于催化剂的对映体选择性;当反应进行到一定程度,产物的ee值会出现最高值,其后ee值会随时间延长呈现下降趋势,在不同的反应条件下,ee值出现最大值的时间不同.     

CS-MCM-48复合载体固定化脂肪酶催化苯乙酮-锅法还原转酯化拆分反应

将天然聚合物壳聚糖(CS)涂覆在介孔分子筛MCM-48表面制得CS-MCM-48复合载体,控制CS与介孔分子筛MCM-48质量比为1∶10时,CS-MCM-48的比表面积、平均孔径和孔容分别为408 m2/g、2.14 nm和0.38 cm3/g.在磷酸盐缓冲溶液-异辛烷混合溶剂中制备了固定化假单胞菌脂肪酶(Pseudomonas CepaciaLipase,PSL)PSL/CS-MCM-48,并用于潜手性苯乙酮一锅法还原转酯化手性拆分反应.结果表明,PSL/CS-MCM-48的催化活性和对映选择性均明显优于纯介孔分子筛MCM-48和壳聚糖制备的固定化酶PSL/MCM-48和PSL/CS.甲苯作溶剂,反应温度为40℃时,底物1-苯乙醇转化率达15.3%,产物(R)-乙酸苯乙酯和(S)-1-苯乙醇的对映体过量值分别为99%和18.0%,对映选择性参数E值达237,固定化酶PSL/CS-MCM-48显示出良好的手性拆分性能.     

交联羧甲基壳聚糖对铅离子的吸附研究

以壳聚糖为原料,先在氨基上引入羧甲基制备出N-羧甲基壳聚糖,再和环氧氯丙烷发生交联反应,合成出新型交联羧甲基壳聚糖,FTIR表征其结构。研究了交联羧甲基壳聚糖对Pb2+的吸附性能,探讨了交联剂用量、铅离子溶液的pH值、温度、吸附时间等因素对其吸附性能的影响,并考察了交联羧甲基壳聚糖对铅离子吸附动力学和热力学实验。实验结果表明,交联羧甲基壳聚糖对铅离子的吸附量优于壳聚糖,平衡吸附量可达297.6 mg/g。交联羧甲基壳聚糖对铅离子的吸附符合准二级动力学模型和Langmuier等温吸附,吸附主要依靠结构中的羧基和氨基基团。     

新型阴离子表面活性剂的合成及其反胶束体系的酶催化性能

合成了未见文献报道的新型阴离子表面活性剂磷酸二[(2-乙基己氧基)乙基]酯钠(sodium di-[(2-ethylhexyloxy)ethyl] phosphate,DEEPA);以核磁共振氢谱和红外光谱表征了它的结构;在DEEPK/异辛烷反胶束体系中进行了脂肪酶催化橄榄油水解反应实验.结果表明,该反胶束体系的催化活性优于AOT反胶束体系,更优于油-水双相中的酶催化反应,最大活性是油-水双相体系的1.86倍.     

Ru-(S)-BINAP/γ-Al2O3催化剂上苯乙酮及其衍生物的多相不对称加氢反应

 在温和条件下制备了Ru-(S)-BINAP/γ-Al2O3催化剂,考察了其催化苯乙酮及其衍生物不对称加氢的活性. 在KOH-异丙醇溶液中,在c(KOH)=0.04 mol/L,氢气压力5 MPa和10 ℃条件下,(1S,2S)-DPEN手性修饰剂修饰的Ru-(S)-BINAP/γ-Al2O3催化剂具有较高的活性和对映选择性,反应28 h后苯乙酮的转化率可达100%,(R)-苯乙醇的ee值可达75.0%.     

金鸡纳生物碱衍生手性双胺配体的合成及其在不对称氢转移反应中的催化作用

 以价廉易得的天然金鸡纳生物碱奎宁和辛可宁为原料,在温和条件下容易地合成了6种手性双胺配体. 考察了它们与过渡金属Ir和Rh形成的配合物在苯乙酮不对称氢转移反应中的催化活性和不对称诱导作用. 结果表明, 9-氨基金鸡纳生物碱配体具有良好的不对称催化活性,而当配体中的氨基被取代后其对映选择性降低. 将9-氨基(9-脱氧)表辛可宁的Ir配合物用于其它芳香酮的不对称氢转移反应时,该配体也显示了很高的催化活性(80%～90%收率)和对映选择性(除对氯苯乙酮ee值为72%外,其余芳香酮ee值均为95%～97%).     

凹凸棒土负载铂催化剂上对氯硝基苯的高活性高选择性液相加氢反应

分别采用乙醇-异丙醇、H2和NaBH4还原方法制备了凹凸棒土负载铂催化剂(分别标记为Pt/PAL(I)、Pt/PAL(II)和Pt/PAL(III)), 其在对氯硝基苯(p-CNB)的催化选择加氢反应中表现出不同的催化性能. 在Pt/PAL(II)催化剂上, 对氯苯胺(p-CAN)的选择性达到了100%, 并且在p-CNB 完全转化的情况下, 脱氯反应得到了完全的抑制. 在Pt/PAL(I)和Pt/PAL(III)催化剂上, 尽管脱氯反应没有得到完全的抑制, 但也分别得到99.7%和99.9%的p-CAN选择性. Pt/PAL(I)催化剂表现出最高的催化活性,转化频率(TOF)值高达27010 h-1. Pt/PAL(II)和Pt/PAL(III)催化剂表现出稍微低的催化活性, TOF值分别为17193 和24871 h-1. 利用透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)对催化剂样品进行了表征, 结果表明优异的催化性能主要归因于铂粒子尺寸和凹凸棒土载体的影响.