一种轴向固载的类卟啉催化剂的制备方法及催化剂和应用

摘要

一种轴向固载的类卟啉催化剂的制备方法及催化剂和应用，采用磺酸基轴向固载方法，纯硅载体与3-巯丙基三甲氧基硅烷(HS(CH2)3Si(OMe)3)反应，得到含PrSH的载体；加入30％过氧化氢水溶液，氧化反应得到含PrSO3H的载体；与0.01mol/L～0.1mol/L的NaHCO3水溶液中和得到含PrSO3Na的载体；与已制备的手性四齿氮有机配体的锰化合物回流反应，得到轴向固载的类卟啉催化剂；制备的催化剂用于硫醚的不对称氧化反应，并且可以回收重新使用，回收循环使用5次，其收率及对映选择性仍大于90％，有利于企业降低成本，产生环保和经济上的双重利益，反应清洁，条件温和，高转化率和对应选择性等优点，具有工业前景。

说明书

技术领域

本发明属于有机化学领域，具体涉及一种轴向固载的类卟啉催化剂的制备 方法及催化剂和应用。

背景技术

人们认识手性药物已有150年,但在我国，只有极少数现有手性药物进行 了二次开发。2004年我国已将手性药物的研究列为国家十大重点研究领域，对 新药研究由仿制转为创制已成为国策。手性亚砜具有广泛的用途，其中一个重 要用途就是作为手性药物，现在越来越多的手性亚砜化合物被发现具有药理活 性。手性亚砜可以通过手性拆分、手性辅剂诱导、手性试剂转化和不对称催化 合成等4种化学方法和生物催化方法来制备。其中，除了不对称催化合成和生 物催化方法外，其他所有的制备方法均需化学计量的手性助剂。迄今为止，通 过高对映选择性的手性金属催化剂催化氧化硫醚是制备光学活性亚砜的最有效 方法。近年来，已报道了多种手性金属络合物催化氧化体系，主要包括C2对称 的二醇和C3对称的氨基三醇的钛络合物、金属-Salen络合物(Mn，V，Ti)、手 性铁络合物及其他金属络合物催化剂。本专利提供了一种轴向固载的新型类卟 啉催化剂的制备方法，并将所得的轴向固载类卟啉催化剂用于硫醚的不对称氧 化反应。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轴向固载的类卟啉催化剂的制备方法及催化 剂和应用。用该方法制备的催化剂，固载载体对催化活性中心离子的影响较小， 轴向固载的类卟啉催化剂用于硫醚的不对称氧化反应可以回收循环利用，降低 成本，能够产生环保和经济上的双重利益。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案：

采用磺酸基轴向固载方法，纯硅载体与3-巯丙基三甲氧基硅烷反应，得到 含PrSH的载体；向产物1加入30％过氧化氢水溶液，氧化反应得到含PrSO₃H的 载体；将产物2与0.01mol/L～0.1mol/L的NaHCO₃水溶液中和得到含PrSO₃Na 的载体；将产物3与已制备的手性四齿氮有机配体的锰化合物回流反应，得到 轴向固载的类卟啉催化剂；

所述含PrSH的载体称为产物1，含PrSO₃H的载体称为产物2，含PrSO₃Na 的载体称为产物3，已制备的手性四齿氮有机配体的锰化合物称为类卟啉配体锰 化合物4，轴向固载的类卟啉催化剂称为产物5。

纯硅载体与3-巯丙基三甲氧基硅烷(HS(CH₂)₃Si(OMe)₃)的质量体积比 (g:mL)为1:0.5～1:5，含PrSH的载体与30％过氧化氢水溶液的质量体积比 (g:mL)为1:10～1:50，含PrSO₃H的载体与NaHCO₃水溶液以NaHCO₃计的质量 比为1:0.5～1:0.05，含PrSO₃Na的载体与手性四齿氮有机配体的锰化合物的质 量比为1:0.5～1:2。

产物1的制备：纯硅载体于温度100℃～150℃，真空条件下，活化处理4～ 10h，得到固体，在氩气下冷却到室温，向此固体中加入含HS(CH₂)₃Si(OMe)₃的甲苯，在氩气下120℃回流反应8～24h，过滤，洗涤，干燥，得到含PrSH 的载体；

产物2的制备：

在三口烧瓶中，加入含PrSH的载体，然后加入30wt％过氧化氢水溶液， 室温下搅拌10～48h，固体过滤，蒸馏水洗涤至pH为7，然后加入1wt％的H₂SO₄水溶液，搅拌1～4h，过滤洗涤至中性可得到含PrSO₃H的载体，

含PrSH的载体与1wt％的H₂SO₄水溶液的质量体积比(g:mL)为1:10～1:50；

产物3的制备：向含产物3中加入0.01mol/L～0.1mol/L的NaHCO₃水溶液， 室温搅拌1～6h，过滤，用蒸馏水洗涤到中性可得到含PrSO₃Na的载体。

类卟啉配体锰化合物4的制备：常温，N₂气保护下，取MnCl_2·4H₂O和已制 备的手性四齿氮有机配体的锰化合物于圆底烧瓶中，加入乙腈，搅拌溶解后， 继续室温搅拌4～8h，旋干溶剂得到手性四齿氮有机配体的锰化合物，其中 MnCl_2·4H₂O和制备的手性四齿氮有机配体摩尔比为1.2:1～1:1；

产物5的制备：向产物3中加入类卟啉配体锰化合物4和乙醇，回流下搅 拌4～8h，过滤，分别用乙醇和二氯甲烷洗涤，以除去表面吸附的类卟啉配体锰 化合物4，滤液用Uv-Vis检测，直到滤液中检测不到化合物4为止，固体干燥 后可得到轴向固载的类卟啉多相催化剂。

采用纯硅载体作为固载基体，纯硅载体为100-300目SiO₂，介孔分子筛 SBA-15或介孔分子筛MCM-41中的一种或两种。

所述的手性四齿氮有机配体的锰化合物具有如下结构，

其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇取代基分别为氢、烷基、苯基、芳基烷基 或烷氧基中的一种；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇相同或不同，

烷基分子式为C_nH_2n+1，n＝1-5，

芳基烷基分子式为C₆H₅C_nH_2n，n＝1-5，

烷氧基分子式为OC_nH_2n+1,n＝1-5。

所述的轴向固载的类卟啉催化剂的结构如下，即载体在类卟啉金属配合物 对称轴的方向固载，且载体和类卟啉金属配合物中的金属活性中心之间的链段 较长，能最大程度的保持类卟啉金属配合物的空间构型，从而获得最优的催化 效果。

其中R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇取代基分别为氢、烷基、苯基、芳基烷基 或烷氧基中的一种；

R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇相同或不同，

烷基分子式为C_nH_2n+1，n＝1-5，

芳基烷基分子式为C₆H₅C_nH_2n，n＝1-5，

烷氧基分子式为OC_nH_2n+1,n＝1-5。

在硫醚的不对称氧化反应中，所述的硫醚具有以下结构，其中， R_a、R_b分别为烷基、含有取代基或不含取代基的芳基、含有取代基或不含取代基 的芳基烷基；

取代基为烷基、烷氧基、卤素、硝基中的一种；取代基的位置为邻位、间 位或对位中的一种或两种以上，

R_a、R_b相同或不同，

烷基分子式为C_nH_2n+1，n＝1-5，

芳基烷基分子式为C₆H₅C_nH_2n，n＝1-5。

回收重新使用轴向固载的类卟啉催化剂用于硫醚的不对称氧化反应，重复 使用次数1～10，当重复使用5次，产率90％，e.e.值为92％。

硫醚、1-金刚烷甲酸、轴向固载的类卟啉多相催化剂置于反应瓶中，加入 乙腈和异丙醇的混合溶剂，乙腈与异丙醇的体积比为1:8～1:1，在-5℃～ -40℃下，加入50wt％过氧化氢水溶液，并搅拌反应1～8h，加入饱和NaHCO₃水 溶液淬灭，EtOAc萃取，洗涤，MgSO₄干燥，旋蒸得到产物；

硫醚化合物和1-金刚烷甲酸的摩尔比为10:1～2:1；

硫醚化合物和轴向固载的类卟啉多相催化剂的摩尔质量比为1:500～ 1:100。

本发明的有益效果：

1.所制备的轴向固载的类卟啉催化剂用于硫醚的不对称氧化反应，回收循 环使用5次，其收率及对映选择性仍大于90％，有利于企业降低成本，产生环保 和经济上的双重利益。

2.所制备的轴向固载的类卟啉催化剂用于硫醚的不对称氧化反应，具有反 应清洁，条件温和，高转化率和对应选择性等优点，具有工业前景。

附图说明

图1为本发明的SiO₂(100-300目)固载的产物3的SEM分析图像；

图2为本发明的SiO₂(100-300目)固载的产物5(轴向固载类卟啉催化剂) SEM分析图像；

注：本发明的图1和图2为产物状态的分析图像，图中影像的清晰程度并 不影响对本发明技术方案的理解。

具体实施方式

下面通过一些实施例详细说明本发明的具体实施步骤，不应将这些实施例 当作本发明范围限制。

实施例1

一类四齿氮配体的一般合成步骤：

L1配体的合成

在50mL甲苯溶液中加入22.5mg(0.1mmol)醋酸钯和72mg(0.3mmol) 三叔丁基膦，搅拌10min。依次加入2.36g(10mmol)邻二溴苯，3.63g(24 mmol)2-氨基苯甲酸甲酯和10.1g(31mmol)碳酸铯。反应液加热回流24h后， 冷却至25℃,加入50mL饱和氯化铵溶液。加入200mL二氯甲烷，分出有机 相，水相用二氯甲烷萃取两次，每次用60mL二氯甲烷。合并有机相，干燥， 浓缩，经柱层析(乙酸乙酯/石油醚＝1:50)得到1.47g化合物1(收率为39％)。 ¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ9.21(2H,s),7.89(2H,d,J＝7.4),7.42(2 H,s),7.25(3H,s),7.11(2H,d,J＝2.8),7.04(2H,d,J＝8.1),6.70 (2H,s),3.80(6H,s)。¹³CNMR(101MHz,CDCl₃)δ169.11(s),148.30(s), 135.34(s),134.46(s),132.07(s),125.01(s),124.50(s),117.85(s), 115.09(s),113.23(s),77.93(s),77.61(s),77.30(s),52.25(s)。

在40mL甲醇溶液中加入3.46g(9.2mmol)化合物1和40mL浓度为30％ 的氢氧化钾水溶液，加热搅拌回流10h。反应完成后冷却至室温，加入200mL 水进行稀释，用6mol/L盐酸将溶液的pH值调节到4～5，然后用乙酸乙酯萃取 (120mLx3)。水洗，盐洗，浓缩，柱分离(乙酸乙酯/石油醚＝1:1)得到3.1 g化合物2(收率96.9％)¹HNMR(400MHz,DMSO)δ12.89(s,2H),9.55(s, 2H),7.82(dd,J＝7.9,1.5Hz,2H),7.42(dd,J＝5.8,3.6Hz,2H), 7.35–7.25(m,2H),7.17–7.09(m,2H),6.97(d,J＝8.3Hz,2H), 6.70(t,J＝7.5Hz,2H)；¹³CNMR(100MHz,DMSO)δ170.85(s),148.41 (s),135.14(s),134.93(s),132.74(s),125.54(s),124.43(s),118.24 (s),114.45(s)。

在50mL干燥的四氢呋喃中加入800mg(2.3mmol)化合物2，2.08g (10.1mmol)N,Nˊ-二环己基碳二亚胺,0.684g(5.1mmol)1-羟基苯并三唑 和0.694g(5.1mmol)(S)-2-氨基-2-苯基乙醇，-5℃下搅拌1h。然后再25℃ 下搅拌12h。反应混合物经浓缩，柱层析(乙酸乙酯)得到1.2g化合物3(88.8％ 收率)。¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ8.65(2H,s),7.42(2H,d,J＝7.7), 7.29(4H,dd,J＝8.8,5.0),7.23(6H,d,J＝6.9),7.14(2H,t,J＝7.7), 7.02(6H,dd,J＝11.2,5.9),6.67(2H,t,J＝7.4),5.71(2H,s),5.17 (2H,s),3.82(2H,d,J＝9.4),3.76–3.66(2H,m),1.92(4H,s)。 ¹³CNMR(101MHz,CDCl₃)δ170.43(s),145.70(s),139.43(s),134.98(s), 132.79(s),129.39(s),128.56(s),128.34(s),127.30(s),124.37(s), 123.30(s),119.60(s),118.73(s),115.93(s),77.93(s),77.62(s), 77.30(s),66.47(s),56.41(s)

在50mL干燥的乙腈中加入1.29g(2.2mmol)化合物3,2.31g(8.8mmol) 三苯基膦，0.89g(8.8mmol)三乙胺和1.36g(8.8mmol)四氯化碳，25℃ 搅拌12h。反应物浓缩后溶于50mL二氯甲烷，水洗，干燥，除去溶剂，混合物 经柱层析(乙酸乙酯/石油醚＝1:3)得到0.9g(收率74.4％)白色固体化合物4。 ¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ10.35(1H,s),7.78(1H,d,J＝7.7),7.47(1 H,d,J＝3.5),7.15(5H,dd,J＝19.8,10.8),7.07(3H,s),6.72(1H, t,J＝6.9),5.15(1H,t,J＝9.1),4.54(1H,t,J＝8.8),3.95(1H,t, J＝8.0)。¹³CNMR(101MHz,CDCl₃)δ165.19(s),146.88(s),142.87(s), 135.76(s),132.64(s),130.53(s),129.00(s),127.70(s),126.91(s), 124.54(s),124.17(s),117.30(s),114.13(s),110.92(s),73.39(s), 70.32(s)。

L2配体的合成

L2配体的合成参照L1配体相同的步骤合成。1HNMR(400MHz,CDCl3) δ10.39(s,2H),7.73(d,J＝7.1Hz,2H),7.48(d,J＝3.5Hz,2H), 7.19(s,4H),7.05(d,J＝3.3Hz,2H),6.69(d,J＝3.4Hz,2H),4.26 (s,2H),3.91(d,J＝12.8Hz,4H),1.40(d,J＝71.4Hz,2H),0.70(s, 12H)；13CNMR(100MHz,CDCl3)δ146.54(s),135.59(s),132.28(s), 130.26(s),124.00(s),123.42(s),117.24(s),113.84(s),74.19– 71.73(m),69.60(s),33.67(s),19.12(s)。

L3配体的合成

L3配体的合成参照L1配体相同的步骤合成。¹HNMR(400MHz,CDCl3) δ10.42(2H,s),7.80(2H,dd,J7.9,1.4),7.56(2H,dd,J5.8,3.6), 7.33–7.10(16H,m),6.81–6.72(2H,m),4.50–4.34(2H,m),4.15(2H, t,J8.8),4.01–3.91(2H,m),2.93(2H,dd,J13.6,5.2),2.53(2H,dd, J13.6,8.8)；¹³CNMR(100MHz,CDCl3)δ164.42(s),146.96(s), 138.75(s),135.75(s),132.60(s),130.42(s),129.79(s),129.10(s), 127.00(s),124.68(s),124.42(s),117.33(s),113.94(s),111.09(s), 78.03(s),77.72(s),77.40(s),70.71(s),68.57(s),42.44(s)。

L4配体的合成

L4配体的合成参照L1配体相同的步骤合成。¹HNMR(400MHz,CDCl3) δ10.57(2H,s),7.78(2H,d,J7.8),7.52(2H,dd,J5.8,3.6),7.35 (2H,d,J8.4),7.25–7.20(2H,m),7.00(2H,dd,J5.9,3.5),6.74 (2H,t,J7.5),4.39–4.28(2H,m),4.20(2H,td,J15.0,8.8),3.78 (2H,t,J7.8),1.60(2H,tt,J12.9,6.4),1.35–1.29(2H,m),1.21– 1.10(2H,m),0.63(6H,d,J6.6),0.55(6H,d,J6.6)；¹³CNMR(100MHz, CDCl3)δ163.69(s),146.24(s),135.07(s),132.19(s),130.43(s), 123.18(s),121.52(s),117.43(s),114.35(s),111.72(s),77.95(s), 77.63(s),77.31(s),72.13(s),65.21(s),46.36(s),25.62(s), 23.72(s),21.72(s)。

L5配体的合成

L5配体的合成参照L1配体相同的步骤合成。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ 10.45(2H,s),7.74(2H,d,J7.3),7.49(2H,s),7.25–7.17(4H,m), 7.02(2H,s),6.71(2H,t,J6.5),4.26(2H,t,J8.0),3.92(4H,dt, J23.0,7.9),1.33(4H,d,J31.4),1.00–0.81(2H,m),0.71–0.49 (12H,m)；13CNMR(100MHz,CDCl3)δ146.44(s),135.40(s),132.21 (s),130.33(s),123.62(s),122.51(s),117.33(s),114.14(s),77.91 (s),77.60(s),77.28(s),72.19(s),69.51(s),40.09(s),26.18(s), 15.41(s),11.37(s)。

实施例2

SiO₂(100-300目)纯硅载体(5g)于125℃和真空10Pa下活化处理4h, 在氩气下冷却到室温，向此固体中加入含HS(CH₂)₃Si(OMe)₃(3.8mL)的无水甲 苯(150mL)，在120℃氩气下回流16h。固体过滤，用甲苯洗涤(30mL×3)， 再于70℃减压干燥，得到白色含PrSH的载体。

在三口烧瓶中，加入白色含PrSH的载体(0.75g)，然后加入27mL30wt％ 过氧化氢水溶液，室温下搅拌反应24h，固体过滤，蒸馏水洗涤至pH为7。然 后加入(1wt％)的H₂SO₄水溶液(10mL)，搅拌2h，过滤洗涤至中性可得到 含PrSO₃H的载体。

向含PrSO₃H的载体中加入含20mL0.05mol/L的NaHCO₃水溶液，室温搅拌 3h，过滤，用蒸馏水洗涤到中性可得到PrSO₃Na的载体。

在25℃，N₂气保护下，分别取0.1mmolMnCl_2·4H₂O和0.1mmol配体 (来自实施例1)于圆底烧瓶中，然后加入5mL乙腈，搅拌溶解后，继续室温 搅拌6h。旋干溶剂得到手性四齿氮有机配体的锰化合物(类卟啉配体锰化合物 4)

向带有PrSO₃Na的载体0.1g中加入类卟啉配体锰化合物0.1mmol，乙醇6 ml，回流下搅拌5h，过滤，分别用乙醇和二氯甲烷洗涤，以除去表面吸附的类 卟啉配体锰化合物4，滤液用Uv-Vis检测，直到滤液中检测不到化合物4为止， 固体干燥后可得到棕色的轴向固载的类卟啉多相催化剂。

实施例3

在三口烧瓶中，依次加入0.42mmol2-氯茴香硫醚、15mg,0.084mmol1- 金刚烷甲酸、100mg轴向固载的类卟啉多相催化剂、0.5mL乙腈和1mL异丙醇。 然后温度降至-20℃，迅速加入50％H₂O₂(34.3mg,0.51mmol)溶液，混合 物在-20℃下搅拌2.0h。即时加入饱和NaHCO₃水溶液(8mL)，所得混合物 用EtOAc(10mL×3)萃取。然后。合并有机相，盐水洗涤，MgSO₄干燥，旋 蒸后柱层析得到无色油状的(R)-1-氯-2-甲基亚磺酰基苯，产率94％，e.e.值为 95％。

¹HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.92(d,J＝7.7Hz,1H),7.50(m,1H), 7.41(m,1H),7.36(d,J＝7.7Hz,1H),2.79(s,3H)；¹³CNMR(100MHz, CDCl3)δ144.4,132.5,130.3,128.7,125.9,42.2；MS(EI)m/z174.0 (M+)；HPLC(DAICELOD-H,正己烷–异丙醇90:10,流速:0.5mLmin^-1,220 nm):tr(major)＝19.4min,tr(minor)＝20.7min。

轴向固载的类卟啉催化剂在硫醚的不对称氧化反应中的循环使用测试表

循环次数 产率/(％) e.e.值/(％) 1 94 95 2 94 94 3 93 94 4 91 93 5 90 92

反应条件备注：0.42mmol2-氯茴香硫醚，1.2equiv50％H₂O₂，20mol％ aca，0.5mL乙腈，1mL异丙醇。

实施例4

在三口烧瓶中，依次加入0.42mmol3-氯茴香硫醚、15mg,0.084mmol1- 金刚烷甲酸、100mg轴向固载的类卟啉多相催化剂、0.5mL乙腈和1mL异丙醇。 然后温度降至-20℃，迅速加入50％H₂O₂(34.3mg,0.51mmol)溶液，混合 物在-20℃下搅拌2.0h。即时加入饱和NaHCO₃水溶液(8mL)，所得混合物 用EtOAc(10mL×3)萃取。然后。合并有机相，盐水洗涤，MgSO₄干燥，旋 蒸后柱层析得到无色油状的(R)-1-氯-3-甲基亚磺酰基苯，产率90％，e.e.值为 98％。

¹HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.64(s,1H),7.46(m,3H),2.72(s, 3H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl3)δ148.5,136.3,131.8,131.2,124.2, 122.2,44.6；MS(EI)m/z174.0(M+)；HPLC(DAICELOD-H,正己烷–异 丙醇95:5,流速:0.5mLmin^-1,220nm):tr(major)＝37.6 min,tr(minor)＝40.6min。

实施例5

在三口烧瓶中，依次加入0.42mmol4-氯茴香硫醚、15mg,0.084mmol1- 金刚烷甲酸、100mg轴向固载的类卟啉多相催化剂、0.5mL乙腈和1mL异丙醇。 然后温度降至-20℃，迅速加入50％H₂O₂(34.3mg,0.51mmol)溶液，混合 物在-20℃下搅拌2.0h。即时加入饱和NaHCO₃水溶液(8mL)，所得混合物 用EtOAc(10mL×3)萃取。然后。合并有机相，盐水洗涤，MgSO₄干燥，旋 蒸后柱层析得到无色油状的(R)-1-氯-4-甲基亚磺酰基苯，产率90％，e.e.值为 90％。

¹HNMR(400MHz,CDCl₃)δ7.56(d,J＝8.5Hz,2H),7.47(d,J＝ 8.5Hz,2H),2.68(s,3H)；¹³CNMR(100MHz,CDCl₃)δ144.9,137.8, 130.2,125.5,44.6；MS(EI)m/z174.0(M⁺)；HPLC(DAICELOB-H,正己 烷–异丙醇70:30,流速:0.5mLmin^-1,220nm):t_r(minor)＝13.2 min,t_r(major)＝18.4min。