(R)-1-(1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用
【專利摘要】本發明公開了一種(R)?1?(1?苯乙基)硫脲修飾的Cr?Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。本發明首先將鉬酸銨與硝酸鉻反應生成Cr?Anderson型雜多酸(NH4)3[Cr(OH)6Mo6O18]；再將其與三羥基氨基甲烷在水熱釜中進行水熱反應得到有機單側氨基修飾的多金屬氧酸鹽；接著以(R)?(+)?1?苯基乙胺為原料合成(R)?1?(1?苯乙基)異硫氰酸，再將其與將上述得到的有機單側氨基修飾的多金屬氧酸鹽反應得到目標雜多酸催化劑。本發明制備方法簡單、環境友好，得到的催化劑用于烯烴的不對稱雙羥基化反應，具有高對映選擇性和高催化活性，可回收利用，適用于工業化生產。
【專利說明】
(R)-1-(1-苯乙基)硫脲修飾的Gr-Anderson型雜多酸催化劑、 制備方法及其應用
技術領域
[0001 ]本發明屬于催化化學技術領域，尤其涉及不對稱選擇催化，具體來說是一種(R)-1-(1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。
【背景技術】
[0002] 2001年諾貝爾獎獲得者Noyori教授指出："未來的合成化學必須是經濟的、安全 的、環境友好的以及節省資源和能源的化學，化學家需要為實現'完美的反應化學'而努力， 即以100%的選擇性和100%的收率只生成需要的產物而沒有廢物產生"。手性催化合成作 為實現"完美合成化學"的重要途徑之一，其中，手性催化劑是手性催化研究中的最核心科 學問題。從反應原理上看，手性有機小分子催化是通過和反應底物以不穩定的共價鍵可逆 地形成活性中間體或通過若相互作用，如氧鍵、范德華力或離子對等活化反應底物。
[0003] 催化是多金屬氧酸鹽應用中最有前途且最具實用價值的研究方向。多金屬氧酸鹽 同時集酸堿催化劑、氧化還原催化劑、金屬氧化物納米催化劑等的優良特性于一身，被認為 是一種應用廣泛的綠色的多功能催化劑。早在20世紀初，人們就開始對多酸的催化性能進 行了研究。到目前為，已有8個多酸催化工業化項目被成功開發。
[0004] 自從1993年Zubieta等人在《Nature》上報道采用水熱技術成功制備了類似DNA的 手性雙螺旋結構的化合物(M e2NH2)K4[V1Q01Q(H20)4(0H)4(P04)7] · H20后，人們便開始了手性 多酸在不對稱催化領域的探索。中國科學院化學所的羅三中教授等人在以有機胺小分子催 化劑作為抗衡陽離子，多酸作為催化劑負載載體的領域做出了出色的工作（Organic letters，2007，9(18): 3675-3678 ·)。他們合成了一系列的仲胺-叔胺型脯氨酸衍生物，采用 強酸性多陰離子的[pw1204Q] 3-替代傳統酸-堿協同催化中的礦物酸，合成了一系列手性有機 胺-多酸雜化材料。這些材料對醛酮的直接Aldol反應，不對稱Michael加成反應等都表現出 很高的催化活性和手性選擇性，有機胺小分子作為抗衡陽離子與多酸通過靜電作用組裝， 但這些材料沒有明確的分子結構，不能進一步探究催化機理，不能解釋手性胺與多酸的協 同作用。大連物化所段春迎課題組迎利用多金屬氧酸鹽(POMs)的組成、結構的多樣性以及 電荷的可調變性，設計組裝一系列具有催化功能的多孔性的POMOFs，實現了它們在多相催 化中的應用（Journal of the American Chemical Society, 2013,135(28):10186-10189.)，但這些材料同樣沒有明確的分子結構，不能進一步探究催化機理，不能解釋MOFs 與POMs的協同作用。
[0005] 此外，目前，手性有機小分子催化劑很難實現用于工業化生產，主要由于催化劑活 性較低、用量高且不易回收利用。要實現這些催化反應在工業上的應用，必須解決昂貴催化 劑的回收利用是個嚴重的問題。
【發明內容】
[0006] 針對現有技術中的不足，本發明的目的在于提供一種(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾 的Cr-Ander son型雜多酸催化劑、制備方法及其應用。本發明制備方法簡單，得到的雜多酸 催化劑環境友好、可回收利用，具有高對映選擇性和高催化活性，適用于工業化生產，本發 明解決了現有手性有機小分子催化劑活性較低、用量高且不易回收利用的技術問題。
[0007]本發明從有機小分子催化劑的設計思路出發，創新性地提出利用"酸-堿"協同催 化策略，以具有潛在催化活性的手性有機小分子作為前軀體，通過有機修飾等方法，巧妙地 使有機小分子與高Bronsted酸性的缺位多陰離子結合，構筑手性多酸材料。本發明的手性 多酸材料不但保留了多酸原有的結構，而且拓展了多酸的研究領域，使其在催化、藥物和功 能材料方面具有潛在應用價值。此外，多酸具有親水性，可用綠色、廉價的水作溶劑進行催 化反應，反應結束可向體系中加入有機溶劑（乙醇、甲醇等)后，多酸極易析出，可進行回收 利用。
[0008]本發明提供一種(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑(結 構如圖1)的制備方法，其合成路線如圖2所示，具體步驟如下：
[0009] 1)以鉬酸銨和硝酸鉻為原料，用酸調節體系的pH值在4~5之間，在80°C~100°C溫 度下制備Cr-Anderson型雜多酸母體(順4)3 [Cr (OH)6M060i8];
[0010] 2)將上述得到的Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6Mo 6018]與三羥基氨基 甲燒在水熱爸中進行水熱反應，得到有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽； [0011] 3)以(R)-( + )-1-苯基乙胺為原料合成(R)-1-( 1-苯乙基)異硫氰酸酯；
[0012] 4)將(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸與有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧 酸鹽在有機溶劑中反應得到(R)-l-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。 [0013] 上述步驟1)中，鉬酸銨和硝酸鉻的摩爾比為1:1~1: 2。
[0014]上述步驟1)中，酸為硝酸。
[0015] 上述步驟2)中，Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]與三羥基氨基甲 烷的摩爾比為1:2~1:5;水熱溫度為135-145°C，水熱反應時間為20h~30h;優選的，有機單 偵氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽為[TBA]3{ [NH2C(CH20)3]CrM〇6〇i8(OH)3}，其通過 將水熱反應后產物與四丁基溴化銨以摩爾比1:3~1:5的比例混合，在80 °C~90 °C溫度下制 備得到。
[0016] 上述步驟4)中，（R)-1-(l-苯乙基）異硫氰酸與有機單側氨基修飾的Cr-Anderson 型多金屬氧酸鹽的摩爾比為3:1~5:1。
[0017] 上述步驟4)中，反應溫度為45~55°C，有機溶劑選自DMF、DMS0或者NMP中的任意一 種或多種。反應時間為2~3天，反應結束后將澄清液放置乙醚氛圍中結晶，若干天后得到晶 體，即獲得(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。
[0018] 本發明還提供上述制備方法得到的（R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型 雜多酸催化劑。
[0019] 進一步的，本發明還提供上述(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多 酸催化劑在烯烴的不對稱雙羥基化反應領域的應用。優選的，應用方法如下:將烯烴和(ΙΟΙ - (1 -苯乙基) 硫脲修飾的Cr-Ander son型 雜多酸催化劑加入到 以水和 乙腈組成的混合溶劑 中，30 °C~50 °C、溫度下反應，得到鄰二醇化合物；其中：所述R) -1 -(1 -苯乙基)硫脲修飾的 Cr-Anderson型雜多酸催化劑的投料量為稀經的0.5mol %~5mol %。
[0020]本發明的有益效果在于：
[0021] (1)本發明不僅可以利用手性有機小分子的共價修飾作用打破多酸的高對稱性， 引入手性，提高其在催化反應中的立體選擇性，而且也能將有機手性小分子的不對稱催化 或生物醫藥活性等功能特性引入多酸，并使有機部分與無機的多陰離子有機地結合為一個 整體，從而產生協同作用獲得更多新穎的性質。
[0022] (2)本發明反應條件溫和、環境友好;得到的催化劑可回收利用，具有高對映選擇 性和催化活性高等優點，適用于工業化生產。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發明目標催化劑的結構圖示。
[0024]圖2為本發明的合成路線圖示。
[0025]圖 3 為母體(NH4)3[Cr(0H)6M06018]的紅外譜圖。
[0026]圖4為(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的核磁譜圖。
[0027] 圖5為單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖。
[0028]圖6為(R)-1-(l -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的核磁譜圖。
【具體實施方式】
[0029] 以下采用實施例來詳細說明本發明的實施方式，借此對本發明如何應用技術手段 來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。
[0030] 實施例1
[0031 ] Cr-Anderson 型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]的制備
[0032] 取7.41g(6mmol)鉬酸銨加入到20mL去離子水中，充分攪拌得到澄清液，之后滴加 濃硝酸，將體系的pH調到4~5.加熱到沸騰，維持強力攪拌，開始緩慢加入1.66g(7mmol)硝 酸鉻固體，攪拌至有大量粉紅色固體產生，停止攪拌，靜置15~30分鐘。抽濾，得到5.26g粉 紅色晶狀固體原料，收率82%。
[0033] 母體(NH4)3[Cr(OH)6Mo6018]的紅外譜圖如圖3所示。
[0034] 實施例2
[0035] (R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的制備
[0036] 在干燥的反應容器中加入(R)-( + )-1-苯基乙胺(0.606g，5mmol)，用20mL乙酸乙酯 溶解，隨后分別緩慢加入加032(0.11428，15臟〇1)和三乙胺(0.50611^，5111111 〇1)，在室溫攪拌 反應lh后，隨后在0°C條件下加入二碳酸二叔丁酯(Boc20) (1.09111^，51]11]1〇1)和4-二甲氨基 吡啶(01^?)(1811^，0.15111111〇1)，在室溫攪拌反應211后(在攪拌的過程有氣體產生，應注意放 氣減壓），可獲得〇.79g(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯。收率97%。
[0037] (R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的核磁譜圖如圖4所示，具體數據如下：
[0038] 4 NMR(501MHz，CDC13)δ7· 3-7.5(dt，J= 12.3,7.7Hz，5H) ,4.90-4.95(q，J = 6.7Hz，lH)，1.65-1.70(d，J = 6.8Hz，3H) ·
[0039] 實施例3
[0040] 單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的制備
[0041 ]將上述得到的六11(16^〇11母體（順4)3[0(0!06]/[06018]1.07]^(11]11]1〇1)用1〇1111^去離子 水中溶解，得到淺紅色清液后，緩慢加入三羥基氨基甲烷〇.402g(3mmol)。之后將上述體系 加入水熱釜中，加熱到140°C，反應進行24h后，在85°C條件下將4.83g四丁基溴化銨加入上 述的溶液中，產生大量粉紅色沉淀即粗產物，抽濾即可得到紅色液體，放置得到結晶，即為 有機單側氨基飾修的 Cr-Anderson 型多酸[TBA]3{[NH2C(CH20)3]CrM 〇6018(0H)3}。
[0042] 單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖如圖5所示。
[0043] 實施例4
[0044] (R) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的制備
[0045]將有機單側氨基修飾[TBA]3{[NH2C(CH20)3]CrM〇60i8(0H)3}0.5g(0.275mmol)用 5mL 的DMF在50°C條件下溶解后，加入(R)-1-(l-苯乙基）異硫氰酸酯0.224g(1.375mm〇l)，維持 50°C攪拌條件下，反應時間2~3天，反應結束后將水紅澄清液放置乙醚氛圍中結晶，若干天 后可得到紅色晶體，即獲得(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。 [00 46] (R) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的核磁譜圖如圖6所 示，具體核磁數據如下：
[0047] 1H 匪R(501MHz，DMS0)S7.64-6.93(m，5H)，3·17(s，24H),1.98(s，2H)，1.57(s， 24H)，1·32(s，24H)，1·24(s，3H)，0·94(s，36H)。
[0048] 實施例5
[0049 ] (R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型多酸催化稀經的不對稱雙羥基化反 應
[0050] 在干凈的反應瓶中加入1.04158(0.01111〇1)苯乙烯，再加入101111混合溶劑（水和乙 腈的摩爾比為1:1~3:1)，最后加入1.7g 30%過氧化氫和0.0213g(R)-1-(l-苯乙基)硫脲 修飾的Cr-Anderson型多酸催化劑，反應24h，取5ml乙醇加入反應體系，離心使催化劑沉降， 再加入3ml乙醇再次分離催化劑，過濾，得到催化劑，真空干燥。用乙酸乙酯將反應體系萃取 3次，所得到的產品減壓除去溶劑，柱層析分離得到鄰二醇化合物，得到產品1.3673g，收率 為99%。產品的對映體過量由手性高效液相色譜測得，ee值達99%。該催化劑都能夠不同程 度的催化反應的進行，并且具有較好的立體選擇性。使用不同的烯烴進行催化的反應方程 式如下所示，所得到的實驗結果見表1。
[0051]
[0052]表1多酸催化烯烴的不對稱雙羥基化反應實驗結果
[0053]
[0055] 回收實施例5得到的催化劑直接循環用于苯乙烯的雙羥基化反應，所得到產品的 對映體過量值由HPLC測定(手性AS-H柱，異丙醇:正己烷=3:7，254nm，20°C，0.5mL/min)。催 化劑回收利用所得到的結果見表2。
[0056] 表2催化劑回收利用的實驗結果 [00571
[0058] 所有上述的首要實施方式，并沒有對其他形式的實施這種新產品和/或新方法設 定限制。本領域技術人員將利用這一重要信息，上述內容修改，以實現類似的執行情況。但 是，所有基于本發明實施方式的修改或改造屬于本發明保留的權利。
[0059] 以上所述，僅是本發明的較佳實施例而已，并非是對本發明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業的技術人員可能利用上述揭示的技術內容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發明技術方案內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1 · 一種(R) -1 - (1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑的制備方法，其特 征在于，具體步驟如下： 1) 以鉬酸銨和硝酸鉻為原料，用酸調節體系的pH值在4~5之間，在80°C~100°C溫度下 制備Cr-Anderson型雜多酸母體(順4)3 [Cr (OH)6M〇6〇i8]; 2) 將上述得到的Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6Mo6〇 18]與三羥基氨基甲烷 在水熱爸中進行水熱反應，得到有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽； 3) 以(R)-( + )_l-苯基乙胺為原料合成(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯； 4) 將(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸與有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽 在有機溶劑中反應得到(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。2. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，鉬酸銨和硝酸鉻的摩爾比為 1:1 ~1:2〇3. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，酸為硝酸。4. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，Cr-Anderson型雜多酸母體 (NH4)3[Cr(OH)6Mo 6〇18]與三羥基氨基甲烷的摩爾比為1:2~1:5;水熱溫度為135-145°C，水 熱反應時間為20h~30h。5. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽為[TBA]3{[NH 2C(CH20)3]CrM〇6018(0H) 3}，其通過將水熱反應后產 物與四丁基溴化銨以摩爾比1:3~1:5的比例混合，在80 °C~90 °C條件下制備得到。6. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，（R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸 與有機單側氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的摩爾比為3:1~5:1。7. 如權利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，反應溫度為45~55°C，有機溶 劑選自DMF、DMS0或者NMP中的任意一種或多種。8. -種如權利要求1~7之一所述的制備方法得到的(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。9. 一種如權利要求8所述的（R)-1-( 1-苯乙基）硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化 劑在烯烴的不對稱雙羥基化反應領域的應用。10. 如權利要求9所述的應用，其特征在于，應用方法如下:將烯烴和(R)-1-(l-苯乙基） 硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑加入到以水和乙腈組成的混合溶劑中，30 °C~50 °C、溫度下反應，得到鄰二醇化合物；其中：所述R)-l_(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson 型雜多酸催化劑的投料量為烯烴的〇. 5mo 1 %~5mo 1 %。
【文檔編號】C07C41/26GK105854940SQ201610211249
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發明人】余焓, 戴國勇, 翟永彥, 茹詩, 韓生
【申請人】上海應用技術學院