一种纤维素负载Cu2O/TiO2催化材料及其应用于对苯醌甲基化物硼加成反应的方法

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体地指一种纤维素负载金属氧化物催化材料及其应用于对苯醌甲基化物硼加成反应的方法。

背景技术

有机硼化合物因其用途广泛而引起了人们对化学的兴趣。近年来，有机硼化合物的作为生物活性分子被广泛应用,例如含有α-氨基硼酸部分的二肽基肽酶4(DPP4)抑制剂-dutogliptin已经用于治疗2 型糖尿病。此外，目前有机硼化合物在材料化学和重要化学转化中都有着重要的应用，产生的碳-硼键可以很容易通过1,2-迁移和 Suzuki-Miyaura交叉偶联转化为碳-氧键、碳-氮键和碳-碳键。三芳基甲烷类化合物在染料、药物、材料和基团保护的领域有着广泛应用。偕二芳基甲基硼酸酯作为三芳基甲烷的一类前体化合物，已被广泛用于药物合成中。

尽管这些化合物很重要，但是制备途径仍然非常稀少，利用丁基锂取代氨基甲酸酯中的氢原子后进一步硼化几乎是获得偕二芳基甲基硼酸酯的唯一途径。2015年,文献(Angewandte Chemie,2015, 54(41):12134-8)以甲苯为溶剂，开创性的选择以甲基苯醌类化合物(p-QMs)这种缺电子烯烃为底物，利用CuCl催化其与联硼酸频那醇酯反应，并加入手性配体，通过1,6-加成硼化一步反应以较高的产率(91％)和ee值(92％)得到手性偕二芳基甲基硼酸酯。但已有方法中都使用了高活性一价铜，且用量大，容易造成在药物合成中有金属残留，并且需要在超低温环境下反应，反应条件苛刻，成本巨大，不利于工业生产。为了实现温和中性的条件，发展一种简便易操作、条件温和、成本低廉，以高产率对对苯醌甲基化物进行硼化反应的绿色环保的新方法是迫切需要的。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种纤维素负载Cu

本发明以纤维素负载Cu

本发明的技术方案为：一种纤维素负载Cu

a.将钛酸丁酯的乙醇溶液加入pH值3～4的醋酸乙醇溶液中， 50～60℃下搅拌0.5～1h得到白色凝胶，将白色凝胶烘干、研磨、煅烧后得到TiO

b.将Cu(OAc)

c.将Cu(OAc)

优选的，步骤a中钛酸丁酯的乙醇溶液由钛酸丁酯、无水乙醇按体积比1:(3～4)混合得到；

pH值3～4的醋酸乙醇溶液由冰醋酸、蒸馏水、无水乙醇按体积比1:(5～7):(15～20)混合后滴加盐酸调节pH值得到；

所述钛酸丁酯与冰醋酸的体积比(5～6):1。

优选的，步骤a中白色凝胶在80～100℃下烘干24～36h、研磨、 600℃下煅烧2～4h得到TiO

优选的，步骤b中Cu(OAc)

本发明中Na

优选的，每1g纤维素对应使用Na

本发明提供一种纤维素负载Cu

本发明还提供上述纤维素负载Cu

1)将对苯醌甲基化合物I、联硼酸频那醇酯、纤维素负载 Cu

其中，Ar为苯基，2-甲基亚苄基、4-氯亚苄基、4-氟亚苄基或 4-甲氧基亚苄基；

2)反应结束后，反应液进行过滤，沉淀物洗涤干燥，回收纤维素负载Cu

3)将含有硼加成产物II的粗产物与四水合硼酸钠加入四氢呋喃和水形成的混合溶剂中，室温下反应使硼加成产物II氧化，化学反应方程式如式ii)所示：

4)反应结束后，反应液进行过滤，所得滤液分离提纯得到羟基化合物Ⅲ。

优选的，步骤1)中对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi所含铜三种物质的摩尔比为1:1.2:0.02。

优选的，步骤1)反应过程中，用量之比为，催化材料Cell@CuTi 所含铜：甲醇：水＝0.004mmol:(1.5～1.6)ml:(0.4～0.5)ml。

优选的，步骤3)中，四水合硼酸钠与对苯醌甲基化合物I的摩尔比为8～10:1，四氢呋喃和水按体积比3:(2～3)混合，用量比对苯醌甲基化合物I：混合溶剂＝0.20mmol:(5～10)ml，在室温下反应4～12h。

优选的，步骤2)中滤液分离包括：用乙酸乙酯萃取后得到含有产物的有机相，再经过无水Na

步骤4)中滤液分离提纯包括：用乙酸乙酯萃取后得到含有产物的有机相，再经过无水Na

本发明中，使用的对苯醌甲基化物I合成步骤参照文献合成 (CatalyticAsymmetric Boration of Acyclicα,β-Unsaturated Esters and NitrilesAngew.Chem.2008,120,151-153.)，反应式如下iii)，产物用核磁共振仪(NMR)对其结构进行表征。

本发明中联硼酸频哪醇酯[B

本发明的有益效果为：

1.纤维素载体具有良好的生物相容性，绿色环保，固载金属铜效果好，同时具有较长的使用寿命，纤维素负载Cu

2.本发明仅需要使用较低的催化剂用量，即可获得较高的转化率和。大大降低了反应成本，更适合工业生产。

3.本发明反应条件温和，以甲醇和纯水为溶剂，无需添加任何碱，在室温下即可进行反应，简便易操作，反应条件更加绿色，减少了对环境的污染。

4.本发明应用性广，可用于各种不同类型的对苯醌甲基化物的硼加成，从而获得相应的硼加成产物。

附图说明

图1为纤维素负载Cu

图2为实施例2中目标产物的核磁氢谱图；

图3为实施例2中目标产物的核磁碳谱图。

具体实施方式

下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例中所用的药品未经特别说明均为市售产品，所用方法未经特别说明均为本领域常规方法。

实施例1

本实施例提供一种纤维素负载金属氧化物催化材料的制备方法，包括以下步骤：

a.TiO

配置溶液1：将20ml的钛酸四丁酯和70ml的无水乙醇加入到烧杯中，搅拌20min，形成黄色澄清溶液；

配置溶液2：将4mL冰醋酸、20mL蒸馏水和70mL的无水乙醇加入烧杯，搅拌20min，并滴加1mol/L HCl，控制pH值在3～4 之间，得到溶液2；

将溶液1加到溶液2中，在50℃下水浴搅拌1h得到白色凝胶，将白色凝胶置于80℃下烘箱干燥24h得到黄色晶体，研磨得到黄色粉末，将黄色粉末在600℃下煅烧2h，得到TiO

b.Cu(OAc)

取0.18g Cu(OAc)

c.纤维素负载Cu

将步骤b得到的Cu(OAc)

步骤c所得纤维素负载Cu

步骤c所得纤维素负载Cu

实施例2

本实施例提供催化材料Cell@CuTi在对苯醌甲基化物I与联硼酸频那醇酯试剂的硼加成反应中的应用，包括以下步骤：

1)将对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi (实施例1制备)三种物质加入到2ml(体积比甲醇：水＝4:1)混合溶液中，在室温下搅拌12h，发生对苯醌甲基化物的硼化反应，其中对苯醌甲基化物I 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.24mmol、催化材料Cell@CuTi(20.0mg)所含铜0.004mmol，本实施例对苯醌甲基化物I为4-苯基亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮，其中Ar 为苯基。

2)反应结束后，反应液经过滤操作，所得沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、离心、干燥，回收催化材料Cell@CuTi循环使用；滤液用乙酸乙酯萃取(3×10mL)，得到含有产物的有机相，再经过无水Na

3)随后通过氧化进一步转化为相应的羟基化合物Ⅲ，便于分离。将步骤2)所得含有硼加成产物II的粗产物、四水合硼酸钠244mg (四水合硼酸钠与对苯醌甲基化物I摩尔比为8:1)加入5mL四氢呋喃水的混合溶剂中，其中四氢呋喃和水的体积比为3:2，室温下反应4h。

4)过滤整个反应体系以乙酸乙酯(3×10mL)萃取，分离出有机相后，用无水Na

本实施例的反应式如下：

硼加成产物氧化后产物Ⅲ的核磁氢谱和碳谱如下所示，图谱如图2和图3。

实施例2表明，在催化材料Cell@CuTi的催化条件下，4-苯基亚甲基-2,6-二叔丁基-2,5-环己二烯-1-酮的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了90％。

本实施例催化材料Cell@CuTi循环连续使用6次后，第7次应用于本实施例的硼加成反应，产物的收率为71％。

实施例3

本实施例提供催化材料Cell@CuTi在对苯醌甲基化物I与联硼酸频那醇酯试剂的硼加成反应中的应用，包括以下步骤：

1)将对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi (实施例1制备)三种物质加入到2ml(体积比甲醇：水＝4:1)的混合溶液中，在室温下搅拌12h，发生对苯醌甲基化物的硼化反应，其中对苯醌甲基化物I 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.24mmol、催化材料Cell@CuTi(20.0mg)所含铜0.004mmol，本实施例对苯醌甲基化物I为2,6-二叔丁基-4-(2-甲基亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1- 酮，其中Ar为2-甲基亚苄基。

2)反应结束后，反应液经过滤操作，所得沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、离心、干燥，回收催化材料Cell@CuTi循环使用；滤液用乙酸乙酯萃取(3×10mL)，得到含有产物的有机相，再经过无水Na

3)随后通过氧化进一步转化为相应的羟基化合物Ⅲ，便于分离。将步骤2)所得含有硼加成产物II的粗产物、四水合硼酸钠244 mg加入5mL四氢呋喃水的混合溶剂中，其中四氢呋喃和水的体积比为3:2，室温下反应4h。

4)过滤整个反应体系以乙酸乙酯(3×10mL)萃取，分离出有机相后，用无水Na

本实施例的反应式如下：

硼加成产物氧化后产物Ⅲ的核磁氢谱和碳谱如下所示。

实施例3表明，在催化材料Cell@CuTi的催化条件下，2,6-二叔丁基-4-(2-甲基亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1-酮的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了80％。

实施例4

本实施例提供催化材料Cell@CuTi在对苯醌甲基化物I与联硼酸频那醇酯试剂的硼加成反应中的应用，包括以下步骤：

1)将对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi (实施例1制备)三种物质加入到2ml(体积比甲醇：水＝4:1)的混合溶液中，在室温下搅拌12h，发生对苯醌甲基化物的硼化反应，其中对苯醌甲基化物I 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.24mmol、催化材料Cell@CuTi(20.0mg)所含铜0.004mmol，本实施例对苯醌甲基化物I为2,6-二叔丁基-4-(4-氟亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1-酮，其中Ar为4-氟亚苄基；

2)反应结束后，反应液经过滤操作，所得沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、离心、干燥，回收催化材料Cell@CuTi循环使用；滤液用乙酸乙酯萃取(3×10mL)，得到含有产物的有机相，再经过无水Na

3)随后通过氧化进一步转化为相应的羟基化合物Ⅲ，便于分离。将步骤2)所得含有硼加成产物II的粗产物、四水合硼酸钠244 mg加入5mL四氢呋喃水的混合溶剂中，其中四氢呋喃和水的体积比为3:2，室温下反应4h。

4)过滤整个反应体系以乙酸乙酯(3×10mL)萃取，分离出有机相后，用无水Na

本实施例的反应式如下：

硼加成产物氧化后产物Ⅲ的核磁氢谱和碳谱如下所示。

实施例4表明，在催化材料Cell@CuTi的催化条件下，2,6-二叔丁基-4-(4-氟亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1-酮的转化率很高，硼加成产物的收率达到了75％。

实施例5

本实施例提供催化材料Cell@CuTi在对苯醌甲基化物I与联硼酸频那醇酯试剂的硼加成反应中的应用，包括以下步骤：

1)将对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi (实施例1制备)三种物质加入到2ml(体积比甲醇：水＝4:1)混合溶液中，在室温下搅拌12h，发生对苯醌甲基化物的硼化反应，其中对苯醌甲基化物I 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.24mmol、催化材料Cell@CuTi(20.0mg)所含铜0.004mmol，本实施例对苯醌甲基化物I为2,6-二叔丁基-4-(4-氯亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1-酮，其中Ar为4-氯亚苄基，反应式如下：

2)反应结束后，反应液经过滤操作，所得沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、离心、干燥，回收催化材料Cell@CuTi循环使用；滤液用乙酸乙酯萃取(3×10mL)，得到含有产物的有机相，再经过无水Na

3)随后通过氧化进一步转化为相应的羟基化合物Ⅲ，便于分离。将步骤2)所得含有硼加成产物II的粗产物、四水合硼酸钠244 mg加入5mL四氢呋喃水的混合溶剂中，其中四氢呋喃和水的体积比为3:2，室温下反应4h。

4)过滤整个反应体系以乙酸乙酯(3×10mL)萃取，分离出有机相后，用无水Na

实施例5表明，在催化材料Cell@CuTi的催化条件下，2,6-二叔丁基-4-(4-氯亚苄基)环己烯-2,5-环已二烯-1-酮的转化率很高，硼加成产物的收率达到了83％。

实施例6

本实施例提供催化材料Cell@CuTi在对苯醌甲基化物I与联硼酸频那醇酯试剂的硼加成反应中的应用，包括以下步骤：

1)将对苯醌甲基化物I、联硼酸频那醇酯、催化材料Cell@CuTi (实施例1制备)三种物质加入到2ml(体积比甲醇：水＝4:1)混合溶液中，在室温下搅拌12h，发生对苯醌甲基化物的硼化反应，其中对苯醌甲基化物I 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.24mmol、催化材料Cell@CuTi(20.0mg)所含铜0.004mmol，本实施例对苯醌甲基化物I为2,6-二叔丁基-4-(4-甲氧基亚苄基)环己烯-2，5-环已二烯 -1-酮，其中Ar为4-甲氧基亚苄基，反应式如下：

2)反应结束后，反应液经过滤操作，所得沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、离心、干燥，回收催化材料Cell@CuTi循环使用；滤液用乙酸乙酯萃取(3×10mL)，得到含有产物的有机相，再经过无水Na

3)随后通过氧化进一步转化为相应的羟基化合物Ⅲ，便于分离。将步骤2)所得含有硼加成产物II的粗产物、四水合硼酸钠244 mg加入5mL四氢呋喃水的混合溶剂中，其中四氢呋喃和水的体积比为3:2，室温下反应4h。

4)过滤整个反应体系以乙酸乙酯(3×10mL)萃取，分离出有机相后，用无水Na

实施例6表明，在催化材料Cell@CuTi的催化条件下，2,6-二叔丁基-4-(4-甲氧基亚苄基)环己烯-2，5-环已二烯-1-酮的转化率很高，硼加成产物的收率达到了79％。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。