负载手性催化剂的毛发状微球的制备及其在不对称合成反应中的应用

摘要

毛发状粒子表面的聚合物刷是一个具有一定流动性的动态体系，它不像通过共价键固载的小分子那样完全固定在固体粒子表面。毛发状粒子负载催化剂能够将均相催化剂的高活性、高选择性与非均相催化剂的易分离、能反复利用等优点完全综合起来。论文首先利用RAFT沉淀共聚的方法制得表面含链转移基团的功能化聚合物微球;然后，进一步通过RAFT表面接枝聚合的方法制得负载有手性催化剂（L-脯氨酸和Macmillan胺）的毛发状聚合物微球，并将其用于催化不对称合成反应。研究了毛发状粒子的结构对催化活性、对映选择性和重复使用性能的影响，揭示表面接枝手性聚合物链的毛发状聚合物微球催化不对称反应的本质规律，从而为设计开发具有高催化效率和高选择性的负载手性催化剂的毛发粒子提供理论依据。
　　一、聚O-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状聚合物微球的合成与表征
　　首先，我们以三氟乙酸为溶剂，用L-羟脯氨酸和甲基丙烯酰氯反应制取O-甲基丙烯酰基L-羟脯氨酸盐酸盐，然后N-Boc保护，得单体N-Boc-O-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸;运用可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT)技术在表面具有RAFT链转移基团的微球上接枝单体从而制备聚N-Boc-O甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状微球;最后脱去保护基，获得最终的固载手性催化剂毛发状微球。我们利用核磁共振，红外光谱，扫描电子显微镜对催化剂进行了表征。
　　二、聚(S)-5-（4-甲基丙烯酰氧苄基）-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷毛发状聚合物微球的合成与表征
　　首先，我们以L-酪氨酸为起始原料反应合成MacMillan手性胺，即(S)-5-（4-羟苄基）-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷，然后和甲基丙烯酰氯反应制备(S)-5-（4-甲基丙烯酰氧苄基）-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷盐酸盐，再和三乙胺反应酸碱中和，经水洗、干燥等步骤制得可聚合的单体(S)-5-(4-甲基丙烯酰氧苄基)-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷;然后运用可逆加成断裂链转移自由基聚合(RAFT)技术在表面具有RAFT链转移基团的微球上固载MacMillan手性胺制备毛发状聚合物微球。我们利用核磁共振，红外光谱，扫描电子显微镜对催化剂进行了表征。
　　三、固载手性催化剂毛发状聚合物微球在不对称合成反应中的应用
　　我们将制备的催化剂聚O-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状聚合物微球应用于直接不对称Adlol反应，考察了不同反应条件对该催化剂催化性能的影响，并研究了在最佳反应条件下催化剂的催化性能和重复利用性。实验结果表明，固载脯氨酸毛发状微球在代表性的环己酮和对硝基苯甲醛Aldol反应中，具有很好的催化活性和对映选择性。在0℃下，DMF/H2O(95/5)作溶剂，使用20mol％催化剂催化对硝基苯甲醛与环己酮的不对称Aldol反应，得到99％分离收率和96％的ee值。催化剂通过简单分离可重复使用。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 有机小分子催化剂

1．1．1 有机小分子催化的特点

1．1．2 脯氨酸和胺类催化剂

1．2 有机小分子催化剂的固载

1．3 毛发状粒子的定义及优点

1．4 毛发状粒子的制备方法

1．4．1 接枝到表面

1．4．2 从表面接枝

1．5 功能聚合物微球的制备

1．5．1 普通沉淀聚合法

1．5．2 活性自由基沉淀聚合法

1．6 本文研究的主要内容

第二章 RAFT试剂CDB的合成和表面具有双硫酯基团微球的制备

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 化学药品及规格

2．2．2 主要实验仪器

2．2．3 仪器测试方法

2．2．4 试剂的纯化

2．2．5 合成部分

2．3 产物的表征

2．3．1 产物的核磁共振氢谱

2．3．2 产物的红外谱图

2．3．3 产物的SEM谱图

2．3．4 产物的元素分析结果

2．4 结果与讨论

2．4．1 二硫代苯甲酸异丙苯酯(CDB)的合成

2．4．2 表面具有双硫酯基团聚合物微球的制备

2．5 本章小结

第三章 聚O-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状微球的合成

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 化学药品及规格

3．2．2 主要实验仪器

3．2．3 仪器测试方法

3．2．4 试剂的纯化

3．2．5 合成部分

3．3 产物的表征

3．3．1 产物的核磁共振氢谱图

3．3．2 产物的红外谱图

3．3．3 产物的SEM谱图

3．3．4 产物的元素分析结果

3．4 结果与讨论

3．4．1 甲基丙烯酰氯的制备

3．4．2 N-Boc-O-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸的制备

3．4．3 聚N-Boc-O甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状微球的合成

3．4．4 聚N-Boc-O甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸毛发状微球的脱保护

3．5 本章小结

第四章 聚(S)-5-(4-甲基丙烯酰氧苄基)-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷毛发状微球的合成

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 化学药品及规格

4．2．2 主要实验仪器

4．2．3 仪器测试方法

4．2．4 试剂的纯化

4．2．5 合成部分

4．3 产物的表征

4．3．1 产物核磁共振的氢谱图

4．3．2 产物的红外光谱图

4．3．3 产物的SEM谱图

4．3．4 产物的元素分析结果

4．4 结果与讨论

4．4．1 (S)-5-(4-羟苄基)-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷的制备

4．4．2 (S)-5-(4-甲基丙烯酰氧苄基)-2，2，3-三甲基-4-氧咪唑烷的制备

4．4．3 聚(S)-5-(4-甲基丙烯酰氧苄基)-2，2，3-三甲基4氧咪唑烷毛发状微球的制备

4．5 本章小结

第五章 固载L-脯氨酸毛发状聚合物微球在不对称合成反应中的应用

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 化学药品及规格

5．2．2 主要实验仪器及设备

5．2．3 仪器测试方法

5．2．4 药品的纯化

5．3 催化剂在不对称Aldol反应中的应用

5．3．1 DMF和水混合不同比例的溶剂对催化性能的影响

5．3．2 催化剂和催化剂用量对催化性能的影响

5．3．3 催化剂的重复使用性能

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

硕士期间的科研成果

致谢

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