高聚Salen钴催化剂和制备方法及应用

技术领域

本发明涉及有机化学合成领域，特别涉及一种高聚Salen钴催化剂和制备方法及应用。

背景技术

手性末端环氧化合物是一种重要中间体，用于合成手性医药手性农药，近年来随着超级细菌，冠状病毒大流行，手性药物行业迅速发展，光学活性末端环氧化合物的拆分和制备也更加成为研究热点，一种催化高效价格低廉手性催化剂利于大规模工业化应用

Jacobsen小组1997年在文献Science 1997,277,936首先公开了用手性单核(Salen)CoⅢ催化剂在各种不同末端环氧化合物水解动力学拆分中应用；J.Org.Chem.1998,63,6776-6777也详细报道了单核(Salen)CoⅢ催化剂在各种不同末端环氧化合物水解动力学拆分中应用与实施，在拆分环氧氯丙烷时催化剂用量与底物摩尔比为(1—2mol％)得到手性环氧氯丙烷99％ee，产率42％，但(Salen)CoⅢ催化剂缺点是用量大，催化剂回收后出现失活现象，后续也有文献(J.Mol.Catal.a:chem..2002,179,73)用有机高分子树脂或无机硅胶固载(Salen)CoⅢ催化，但依然在回收使用时出现失活现象，严重制约工业化应用。

后续又开发了多种新型环状多核Salen催化剂如日本专利JP2008222568催化剂1；Jones报道(J.Mol.Catal.A:Chem.2010,329)催化剂2新型环状多核催化剂用于拆分环氧氯丙烷用量与底物摩尔比为：(0.01—0.02mol％)得到手性环氧氯丙烷99％ee，产率44％,有很好的活性。但新型环状多核Salen催化剂缺点是，催化剂中的酯基结构在反应过程中易发生水解而断裂，同时这些催化剂合成复杂，价格昂贵，不利大规模工业化应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种高聚Salen钴催化剂和制备方法及应用，该催化剂稳定，其在各种不同末端环氧化合物水解动力学拆分应用中具有用量小，拆分效率高，易回收,并且合成方法简单，合成所用原材料价格低廉，利于大规模工业化应用等优点。

本发明的技术方案是：

高聚Salen钴催化剂，该催化剂有以下结构通式:

其中，N--A—N为乙二胺、丙二胺、丁二胺；--A—还可以为：C5～C10烷基，烷氧基，芳烷基，卤素，氰基中的任一种；

X为乙酸根离子，三氟乙酸根离子，磺酸根离子，卤素根离子的任一种；

n为n＜10；10＜n＜20；n＞20中的任一种。

较好的技术方案是，所述n为10＜n＜20。

上述的高聚Salen钴催化剂的合成方法，有以下步骤：

1有机溶剂中加入化合物(Ⅰ)和催化剂，搅拌，冷却至5～10℃时滴加三乙胺和化合物(Ⅱ)，滴加时间为1～3小时；加热20～30℃，保温5小时，缓慢升温至40～50℃，搅拌8小时，用去离子水洗去催化剂和反应生成的三乙胺盐酸盐,静置分层,移出的有机层用无水硫酸钠干燥后抽滤，滤液减压旋蒸至一半，降温到0℃，析出沉淀，得到化合物(Ⅳ)；

2)

有机溶剂中和加入化合物(Ⅳ)，搅拌，升温60～65℃，滴加(R,R)-1,2-环己二胺和有机溶剂混合溶液，滴加时间1小时；65-70℃搅拌5h，降温到20℃，加入钴盐，室温搅拌12h后，降温到10℃，保持10-20℃滴入酸，保持10-20℃继续搅拌1小时后，滴入蒸馏水，析出沉淀抽滤、干燥，得到高聚Salen钴催化剂Ⅶ。

步骤1)中化合物(Ⅰ)为5-叔丁基-3-氯水杨醛或5-叔丁基-3-溴水杨醛；优选地为5-叔丁基-3-氯水杨醛；

步骤1)中化合物(Ⅱ)为乙二胺、丙二胺、丁二胺、C5～C10烷基二胺，C2～C10烷氧基二胺，C2～C10芳烷基二胺中的任一种；优选地为1,4-丁二胺；

步骤1)中所述溶剂为二氯甲烷，三氯甲烷，或多卤代烷烃；甲苯，二甲苯或多卤代芳烃，优选地为甲苯

步骤1)中化合物(Ⅲ)中的甲苯：三乙胺：四丁基碘化铵的摩尔比为1900:117.5:2.58；

步骤1)中所述催化剂为四丁基碘化铵；

步骤2)中化合物(Ⅴ)为手性1,2-环己二胺；优选地为(R,R)-1,2-环己二胺；

步骤2)中所述溶剂为二氯甲烷，三氯甲烷，；甲苯，乙腈或四氢呋喃，优选地为四氢呋喃

步骤2)中所述钴盐可为钴的卤代盐，碳酸盐，磷酸盐，羧酸盐或硫酸盐，优选地为四水醋酸钴

步骤2)中(Ⅵ)所述酸可为醋酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸、六氟磷酸任一种，优选地为三氟乙酸；

步骤2)中化合物(Ⅶ)中n＜10；10＜n＜20或n＞20，优选地为10＜n＜20

1)步骤1)中，化合物(Ⅰ)：化合物(Ⅱ)：三乙胺的摩尔比为(4～4.5)：1：(4～6)；

2)步骤2)中，化合物(Ⅳ)：化合物(Ⅴ)：四水醋酸钴：三氟乙酸的摩尔比为1：1.5～2.5：1.2～1.5：1～1.2。

上述高聚Salen钴催化剂在外消旋末端环氧化合物的水解动力学拆分反应中的应用。

所述外消旋末端环氧化合物结构如下所示：

示中：R为：C1～C20的开链烷基或芳基或末端带有醚、酯的基团。

所述水为：自来水，蒸馏水，去离子水任一种，优选地，为去离子水。

所述的外消旋末端环氧化合物与高聚Salen钴催化剂的摩尔比为100000～10000:1。

所述拆分反应为：

所得产物为手性末端环氧化合物和反构型的手性二醇。

所述拆分反应的温度为10～30℃，时间为10～48h；优选地，反应温度为20℃，时间为15—20小时。

与现有技术比较本发明的有益效果在于：本发明分子结构没有酯基结构，反应过程中不会发生酯基结构水解，中间用氨基分子链空间聚合的结构大大提高了聚合分子稳定性，催化活性，同时具有合成简单(只有两步反应)，合成所用原材料易采购价格低廉，利于大规模工业化应用。

本发明所述催化剂还具有在各种不同末端环氧化合物水解动力学拆分应用中，用量小，拆分效率高，易回收且不失活性等优点。

具体实施方式

试剂：

本实施例中所述试剂均为市售的工业级试剂。

实施例1化合物(Ⅳ)制备

500ml干燥后带搅拌温度计四口烧瓶，加入200mL甲苯；5-叔丁基-3-氯水杨醛(20g,94mmol)，四丁基碘化铵(0.95克，2.58mmol)开启搅拌冰浴冷却至5℃时滴加：三乙胺(11.9克，117.5mmol)和1,4-丁二胺(2.27克，25.8mmol)混合溶液,滴加时间1—3小时，滴加完毕后，20—30℃保温5h，缓慢升温到40—50℃搅拌8h，停止反应。用100ml去离子水洗两遍洗去催化剂四丁基碘化铵和反应生成的三乙胺盐酸盐，静置分层，分出有机层，移出的有机层用无水硫酸钠干燥后抽滤，滤液减压旋蒸掉约一半溶剂后，降温到0℃，有浅黄色结晶析出，抽滤后真空干燥，得浅黄色固体17.3克(化合物Ⅳ)，产率93％。

ESI

实施例2化合物Ⅶ制备

500ml干燥后带搅拌温度计四口烧瓶，加入250mL四氢呋喃；化合物Ⅳ(20g,25mmol)，开启搅拌水浴升温到60℃时滴加：(R,R)-1,2环己二胺(5.65克，49.5mmol)和10ml四氢呋喃得混合溶液。滴加时间1小时，滴加完毕后，65-70℃搅拌5h降温到20℃，加入四水醋酸钴(12.4g,50mmol)敞开烧瓶口室温搅拌12h后，用冰浴水降温到10℃，滴入三氟乙酸(6g,52.6mmol)保持10-20℃继续搅拌1小时，滴入100ml蒸馏水，滴加过程中逐渐有黑褐色固体析出，滴加完毕后抽滤，真空干燥，得黑褐色固体29克(化合物Ⅶ)，产率91％。

MALDI-TOF MS(calcd for:C362H456O26N36CO12F36:7112.Found:7132[M+Na]

实施例3化合物(Ⅶ)在外消旋末端环氧化合物水解动力学拆分得到手性末端环氧化合物和反构型的手性二醇中应用：

1000ml干燥后带搅拌温度计四口烧瓶，加入环氧氯丙烷(600g,6496mmol)，开启搅拌冰浴冷却至15度加入化合物(Ⅶ)(0.78克，0.6mmol)，滴加去离子水(67.2g,3735mmol)温度10-20度；滴加时间2—3小时。滴加完毕后，20度保温12h，取样约2μL，二氯甲烷稀释后用手性气相色谱(GC)测反应进程，至该样品中S环氧氯丙烷的光学纯度达到99.5％ee时停止反应。减压蒸馏收集低沸点的S-环氧氯丙烷，得到高沸点的R-3-氯1,2-丙二醇。蒸馏完毕后，降温到20度加入10ml四氢呋喃+10ml去离子水，抽滤得到，化合物(Ⅶ)真空干燥后得0.7克，回收率90％。

实施例4回收的化合物Ⅶ在外消旋末端环氧化合物水解动力学中重复使用

1000ml干燥后带搅拌温度计四口烧瓶，加入环氧氯丙烷(600g,6496mmol)，开启搅拌冰浴冷却至15℃加入回收化合物Ⅶ(0.78克，0.6mmol)，滴加去离子水(67.2g,3735mmol)温度10-20℃；滴加时间2—3小时。滴加完毕后，20℃保温12h，取样约2μL，二氯甲烷稀释后用手性气相色谱(GC)测反应进程，至该样品中S环氧氯丙烷的光学纯度达到99.5％ee时停止反应。减压蒸馏收集低沸点的S-环氧氯丙烷，得到高沸点的R-3-氯1,2-丙二醇。蒸馏完毕后，降温到20℃加入10ml四氢呋喃+10ml去离子水，抽滤回收化合物(Ⅶ)真空干燥后得0.69克,回收收率:88.5％

表1为化合物Ⅶ与底物摩尔比0.01mol％在外消旋环氧氯丙烷水解动力学拆分中重复使用测试结果：

表1

表2为化合物Ⅶ与底物摩尔比0.01mol％在不同外消旋环氧化合物水解动力学拆分中使用测试结果：

表2

最后应说明的是：以上各实施例仅仅为本发明的较优实施例用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，更不是限制本发明的专利范围；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；另外，将本发明的技术方案直接或间接的运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。