一种聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂及其制备方法与应用

摘要

本发明公开了一种聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（式I）及其制备方法与应用。式I中，A分别独立为C2-C12的饱和多氟或全氟碳链、C2-C12的不饱和多氟或全氟碳链、C6H3F、C6H2F2、C6HF3、C6F4。式I的制备方法包括以下步骤：a.含氟二羧酸单苄酯（式II）与SOCl2反应，制得含氟二羧酸单苄酯酰氯（式III）；b.在碱存在下，含氟二羧酸单苄酯酰氯（式III）与聚乙二醇单甲醚反应，制得聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸酯（式IV）；c.聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸酯（式IV）在Pd-C作用下加氢脱苄基，制得聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（式I）。该催化剂容易制备，所催化的反应为均相反应，后处理简单，催化剂易回收循环利用。所述催化剂可应用于Baeyer-Villiger氧化反应，条件温和，产物收率高。

说明书

技术领域

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂及 其制备方法与应用。

背景技术

氟是元素周期表中电负性最强的元素，碳原子上的氢被氟取代后，键能增加 16.5kcal/mol。由于氟原子的共价半径为0.72?，略大于氢原子，相当于C-C键长1.31?的 一半，因此氟原子可以把碳链很好的屏蔽起来，保持高度的稳定性，因此，含有大量C-F键化 合物具有模拟效应、脂肪性渗透效应、电子效应和阻碍效应。

Baeyer-Villiger氧化反应是将环酮或开链酮氧化成内酯或酯的一类重要反应。 它在有机合成中对官能团的转化和环的扩张有重要的意义，普遍应用于药物、染料中间体、 聚合反应单体等的合成。传统的Baeyer-Villiger氧化反应通常采用过氧酸为氧化剂，过氧 酸氧化剂对目标产物的选择性差，过氧酸使用后产生大量废酸污染环境。因此，采用价廉易 得的H₂O₂为氧化剂成为Baeyer-Villiger氧化反应的首选。2008年，Miller等用2,3,4,5,6- 五氟苯甲酸为催化剂，成功催化了酮与H₂O₂的反应，以较高的收率制备了相应的酯（Org. Lett.,2008,10,3049）。但该方法所用2,3,4,5,6-五氟苯甲酸价格昂贵，回收麻烦，不 适于工业化生产。

PEGOMe作为一种常见的两亲性可溶性高分子，具有溶于多种有机溶剂、水但不溶 于乙醚的特性、可以通过在乙醚中结晶而得到回收。因此，许多化合物可以通过官能团与 PEGOMe末端的羟基反应固载在PEGOMe上，达到回收循环利用的目的。

本发明涉及的用含氟二羧酸中的一个羧基与PEGOMe的羟基成酯的方法在PEGOMe 上固载含氟羧酸，使其在Baeyer-Villiger氧化反应中活化H₂O₂，活化后的H₂O₂可以与 PEGOMe固载含氟羧酸端位的羧基原位缩合成过氧酸进行Baeyer-Villiger氧化反应。反应 在均相条件下进行，选择性好，收率高。反应完毕，可以通过加入乙醚的方法结晶回收 PEGOMe固载含氟羧酸催化剂，并循环利用。因此，本发明所涉及的催化剂具有很强的创新 性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂及其制备方法 与应用。

本发明提供的聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂，其结构通式如下（式I）：

式I

式I中，A独立选自C₂-C₁₂的饱和多氟或全氟碳链、C₂-C₁₂的不饱和多氟或全氟碳链、 C₆H₃F、C₆H₂F₂、C₆HF₃、C₆F₄。

本发明所提供的聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂的制备方法，包括以下步 骤：

a.在一定温度下，含氟二羧酸单苄酯（式II）与SOCl₂反应，制得含氟二羧酸单苄酯酰氯 （式III）；

b.在一定有机溶剂和一定温度下，含氟二羧酸单苄酯酰氯（式III）与聚乙二醇单甲醚 在碱存在下反应一定的时间，蒸去部分溶剂，剩余反应液加入到10倍体积的乙醚中结晶，过 滤，乙醚洗涤，制得聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸酯（式IV）；

c.将聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸酯（式IV）加入到一定体积的甲醇中，再加入Pd-C， 一定温度下，通入氢气，反应一定的时间，过滤，甲醇洗涤滤饼。蒸去部分甲醇，剩余反应液 加入到10倍体积的乙醚中结晶，过滤，乙醚洗涤，冷乙醇重结晶，干燥，制得聚乙二醇单甲醚 固载含氟羧酸催化剂（式I），其合成路线如下所示。

在聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂的制备方法中，所述的步骤b中的碱为 Et₃N、吡啶等有机碱和无机碱，优选Et₃N和吡啶。

本发明还提供了所述聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂可在Baeyer-Villiger 氧化反应中应用。

在上述应用中，将酮、所述的聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂溶于三氯甲烷 中，室温下，加入H₂O₂（质量分数为30%），缓慢加入缩合剂，反应适当的时间，蒸去部分溶剂， 剩余反应液加入到约10倍体积的乙醚中结晶，过滤，乙醚洗涤，真空干燥，冷乙醇重结晶，回 收聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸并循环利用。滤液加入饱和Na₂SO₃溶液，搅拌5分钟，静置分 层，Na₂SO₄干燥，过滤，浓缩，纯化，得相应的酯。

与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：涉及的聚乙二醇单甲醚固载含 氟羧酸催化剂结构新颖，容易制备。催化的Baeyer-Villiger氧化反应后处理简单，只需要 加入一定量的乙醚，催化剂即可在反应液中结晶，简单抽滤即可分离催化剂与产物，产物易 纯化。催化剂可以催化多种酮的Baeyer-Villiger氧化反应。催化剂循环利用5次，催化活性 不变。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此：

实施例1-4说明的是所述聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂的合成。

实施例5-9说明的是所述聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂在Baeyer- Villiger氧化反应中应用。

实施例1

聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（1）的制备。

催化剂（1）的结构如下式所示：

将2.80g(0.01moL)2,2,3,3-四氟-1,4-丁二酸单苄酯加入到11.8gSOCl₂中，加入5滴 DMF，加热回流2h，减压蒸除SOCl₂，得到2,2,3,3-四氟-1,4-丁二酸单苄酯酰氯。

N₂保护下，将30g(0.005moL)MeO-PEG-OH6000溶于50mLCH₂Cl₂中，冰浴冷却，加入 1.21g(0.012moL)Et₃N，搅拌，慢慢滴加2.98g(0.01moL)2,2,3,3-四氟-1,4-丁二酸单苄 酯酰氯与5mLCH₂Cl₂的溶液，滴加完毕，自然升至室温，反应24h，蒸出30mLCH₂Cl₂，搅拌下， 将剩余反应液加入到200mL无水乙醚中，沉降30min，过滤，无水乙醚洗涤，真空干燥，得聚乙 二醇单甲醚固载的2,2,3,3-四氟羧酸酯。

将30.5g聚乙二醇单甲醚固载的2,2,3,3-四氟羧酸酯和50mLCH₃OH加入高压釜 中，再加入0.5g10%Pd-C和2滴醋酸,搅拌，N₂置换后，通入H₂，加热至50℃，反应2h，冷却， 过滤，甲醇洗涤，回收Pd-C。滤液蒸除30mL甲醇，搅拌下，将剩余反应液加入到200mL无水乙 醚中，沉降30min，过滤，无水乙醚洗涤，冷乙醇重结晶，甲苯共沸蒸馏干燥（1g催化剂/16mL 甲苯），得催化剂（1）。

取1g催化剂（1）溶于10mL蒸馏水中，加入1mol·L^-1的NaOH溶液5mL，反应10min，然 后用1mol·L^-1的HCl溶液滴定。根据1mol·L^-1NaOH溶液和1mol·L^-1HCl溶液的消耗量之差， 计算出催化剂（1）的羧基固载量为0.76mmol/g。

实施例2

聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（2）的制备。

催化剂（2）的结构如下式所示：

用3.30g(0.01moL)2,2,3,3,4,4-六氟-1,5-戊二酸单苄酯代替2.80g(0.01moL)2, 2,3,3-四氟-1,4-丁二酸单苄酯，其它操作同实施例1，制得催化剂（2）。催化剂（2）的羧基固 载量为0.72mmol/g。

实施例3

聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（3）的制备。

催化剂（3）的结构如下式所示：

用3.28g(0.01moL)2,3,5,6-四氟对苯二甲酸单苄酯代替2.80g(0.01moL)2,2,3, 3-四氟-1,4-丁二酸单苄酯，用0.95g(0.012moL)吡啶代替1.21g(0.012moL)Et₃N，其它操 作同实施例1，制得催化剂（3）。催化剂（3）的羧基固载量为0.70mmol/g。

实施例4

聚乙二醇单甲醚固载含氟羧酸催化剂（4）的制备。

催化剂（4）的结构如下式所示：

用3.28g(0.01moL)3,4,5,6-四氟邻苯二甲酸单苄酯代替2.80g(0.01moL)2,2,3, 3-四氟-1,4-丁二酸单苄酯，其它操作同实施例1，制得催化剂（4）。催化剂（4）的羧基固载量 为0.62mmol/g。

实施例5

将0.84g(10mmol)的环戊酮、1.3g（1mmol，负载量为0.76mmol/g）催化剂（1）溶于10mL 二氯甲烷中，加入2.8mL(25mmol)H₂O₂（质量分数为30%），60℃下，缓慢加入2.52g(20mmol) 的N,N-二异丙基碳二亚胺与5mL二氯甲烷溶液，反应24h，蒸去8mL二氯甲烷。搅拌下，将剩 余的反应液慢慢加入70mL无水乙醚中，沉降30min，过滤，乙醚洗涤，冷乙醇重结晶，甲苯共 沸蒸馏干燥（1g催化剂/16mL甲苯），回收催化剂（1）。滤液加入10mL饱和Na₂SO₃溶液，搅拌5分 钟，静置分层，干燥，过滤，浓缩，减压蒸馏，得δ-戊内酯0.85g，收率85%。¹HNMR(400MHz, CDCl₃)δ4.35(t,J=7,40Hz,2H)，2.56(m,2H),1.88(m,4H)；¹³CNMR(100MHz, CDCl₃)δ171.3,69.3,29.7,22.2,18.9。

实施例6

将0.84g(10mmol)的环戊酮、1.4g（1mmol，负载量为0.72mmol/g）催化剂（2）溶于10mL 二氯甲烷中，加入2.8mL(25mmol)H₂O₂（质量分数为30%），50℃下，缓慢加入2.52g(20mmol) 的N,N-二异丙基碳二亚胺与5mL二氯甲烷溶液，反应32h，蒸去8mL二氯甲烷。搅拌下，将剩 余的反应液慢慢加入70mL无水乙醚中，沉降30min，过滤，乙醚洗涤，冷乙醇重结晶，甲苯共 沸蒸馏干燥（1g催化剂/16mL甲苯），回收催化剂（2）。滤液加入10mL饱和Na₂SO₃溶液，搅拌5分 钟，静置分层，干燥，过滤，浓缩，减压蒸馏，得δ-戊内酯0.83g，收率83%。

实施例7

将1.46g(10mmol)的(E)-4-苯丁基-3-烯-2-酮、1.4g（1mmol，负载量为0.70mmol/g）催 化剂（3）溶于10mL三氯甲烷中，加入2.8mL(25mmol)H₂O₂（质量分数为30%），室温下，缓慢加 入2.52g(20mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺与5mL三氯甲烷溶液，反应64h，蒸去8mL三氯 甲烷。搅拌下，将剩余的反应液慢慢加入70mL无水乙醚中，沉降30min，过滤，乙醚洗涤，冷 乙醇重结晶，甲苯共沸蒸馏干燥（1g催化剂/16mL甲苯），回收催化剂（3）。滤液加入10mL饱和 Na₂SO₃溶液，搅拌5分钟，静置分层，干燥，过滤，浓缩，柱层析纯化，得（E）-乙酸苯乙烯酯 1.14g，收率70%。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.77(d,J=12.8Hz,1H),7.28-7.12 (m,5H),6.32(d,J=12.8Hz,1H),2.12(s,3H);¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ 168.4,136.6,134.5,129.1(2C),127.8,126.6(2C),115.7,21.1。

实施例8

将2.14g(10mmol)的（E）-4-（4-三氟甲基）苯丁基-3-烯-2-酮、1.6g（1mmol，负载量为 0.62mmol/g）催化剂（4）溶于10mL二氯甲烷中，加入2.8mL(25mmol)H₂O₂（质量分数为30%）， 室温下，缓慢加入2.52g(20mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺与5mL二氯甲烷溶液，反应 64h，蒸去8mL二氯甲烷。搅拌下，将剩余的反应液慢慢加入70mL无水乙醚中，沉降30min，过 滤，乙醚洗涤，冷乙醇重结晶，甲苯共沸蒸馏干燥（1g催化剂/16mL甲苯），回收催化剂（4）。滤 液加入10mL饱和Na₂SO₃溶液，搅拌5分钟，静置分层，干燥，过滤，浓缩，柱层析纯化，得（E）-乙 酸-（4-三氟甲基）苯乙烯酯1.59g，收率69%。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.93(d,J= 12.8Hz,1H),7.56(d,J=8.1Hz,2H),7.42(d,J=8.0Hz,2H),6.40(d,J= 12.8Hz,1H),2.21(s,3H);¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ168.1,138.3,138.2,129.6 (q,J_C-F=32.4Hz),126.6(2C),126.0(q,J_C-F=3.8Hz,2C),124.5(q,J_C-F= 271.8Hz),14.3,21.0;¹⁹FNMR(282MHz,CDCl₃)δ-63.5(s)。

实施例9

催化剂循环使用性能测试。

以催化剂（1）为例，操作方法与实施例5相同，只是催化剂（1）回收后，循环用于环 戊酮的Baeyer-Villiger氧化反应，结果见表1。结果显示，催化剂（1）循环利用5次，活性不 减。催化剂（2）、催化剂（3）和催化剂（4）也有同样的循环使用效果。