一种离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于高分子手性催化剂的合成技术领域，具体涉及一种离子液体修饰的负 载手性催化剂的纳米凝胶及其制备方法和应用。
【背景技术】
[0002] 手性催化剂在有机合成反应中表现出高活性、高对映选择性、高转化率和反应条 件温和等特点，尤其是在不对称催化方面表现出优异的性能，但手性催化剂都比较昂贵，其 在以往的催化体系中都为均相反应较难回收，因此采用具有疏水和亲水部分的高分子负载 手性催化是较好的解决办法。
[0003] 纳米凝胶具有独特的优势，如无毒、尺寸可调、大的比表面积和内部网络结构，因 此纳米凝胶可以作为纳米反应器有效地负载金属催化剂，其特殊的网络结构还可提高催化 剂的分散性，在反应过程中，加热使水凝胶去溶胀而将反应物包裹，反应体系具有较高的浓 度，从而反应能够快速、高效的发生。反应完毕后，降低温度使水凝胶溶胀将产物释放。另外 结构多样性的离子液体也可作为表面活性剂，在共聚的过程中调控制备粒径较小的纳米水 凝胶。经过离子液体修饰的手性纳米水凝胶具有相转移催化剂的特性，增加在水体系中反 应时反应底物与载体上催化剂活性位点之间的接触几率，利于提高催化剂的催化活性。此 外，可直接将水凝胶从反应液中取出实现对催化剂的回收，分离简单。
【发明内容】
[0004] 本发明解决的技术问题是提供了一种离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝 胶及其制备方法，利用该离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶在催化不对称反应中 除了能够获得高立体选择性手性产物，而且可实现催化剂易于分离和可循环使用的特点， 降低了生产成本。
[0005] 本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种离子液体修饰的负载手性催 化剂的纳米凝胶，其特征在于是将功能单体、交联剂、十二烷基磺酸钠、手性单体和咪唑类 离子液体在溶剂水中通过引发剂过硫酸铵引发聚合形成的交联共聚物，然后经过透析得到 离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶，其具有如下结构：
[0006] 进一步限定，所述的功能单体为甲基丙烯酸。
[0007] 进一步限定，所述的交联剂为二甲基丙烯酸乙二醇酯或N，N' _亚甲基双丙烯酰 胺。
[0008] 进一步限定，所述的手性单体为脯氨酸单体或脯氨酸衍生物单体，对应的结构式 分别为
[0009] 进一步限定，所述的咪唑类离子液体的结构式为：
其中n=3、7或11，X=Cl、Br、PF6或BF4 ;该咪唑类离子液体的具体合成路线为：
[0010] 本发明所述的离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶的制备方法，其特征在 于具体步骤为：将功能单体、手性单体、交联剂和咪唑类离子液体按摩尔比1:1:1:1的比例 投料于溶剂水中，再加入十二烷基磺酸钠并超声将上述混合物完全溶解，通入氮气30min 除去氧气，然后加入引发剂，其中引发剂的加入量为功能单体、手性单体、咪唑类离子液体 和交联剂总物质的量的1%_5%，将反应器密封后放置于70°C的油浴中反应24h得到澄清溶 液，光源照射圆底烧瓶看见一条明显的光路，二次水透析数天制得离子液体修饰的负载手 性催化剂的纳米凝胶。
[0011] 本发明所述的离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶在不对称Aldol反应 中的应用。
[0012] 本发明与现有技术相比具有以下优点：（1)手性催化剂在有机合成反应中表现出 高活性、高对映选择性、转化率高并且反应条件温和等特点；（2)纳米凝胶具有独特的优 势，无毒，尺寸可调，大的比表面积，内部网络结构，因此纳米凝胶可以作为纳米反应器有效 地负载手性催化剂，其特殊的网络结构还可提高催化剂的分散性；（3)在反应过程中，加热 使水凝胶去溶胀而将反应物包裹，反应体系具有较高的浓度，从而反应能够快速、高效的发 生，反应完毕后，降低温度使水凝胶溶胀将产物释放，还可直接将水凝胶从反应液中取出实 现对催化剂的回收，分离简单；（4)因为构成纳米水凝胶的聚合物一般是亲水的，通过在凝 胶中加入离子液体来调节其亲疏水平衡，来增大反应物与催化位点的接触；（5)离子液体 也可作为表面活性剂，在共聚的过程中调控制备粒径较小的纳米水凝胶，并且经过离子液 体修饰的手性纳米水凝胶具有相转移催化剂的特性，利于提高催化剂的催化活性；（6)将 离子液体引入到手性纳米水凝胶制备当中，提供一条制备在水溶液中具有高催化活性、高 选择性、易分离、能重复使用的新型手性催化剂的简单有效途经。
【附图说明】
[0013]图1是本发明实施例1制得的离子液体修饰的负载手性催化剂的纳米凝胶透射电 镜图。
【具体实施方式】
[0014] 以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本 发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发 明的范围。
[0015] 实施例1 0-甲基丙烯酰基-L-羟基脯氨酸手性单体的制备： (1) 0-甲基丙烯酰基-L-羟基脯氨酸盐酸盐的制备： 将30mL的三氟乙酸加入到100mL的圆底烧瓶中，冰水浴下分批加入6gL-羟脯氨酸， 在室温下搅拌反应3h，待L-羟脯氨酸全部溶解后，在冰水浴下加入新制的甲基丙烯酰氯 9. 6mL，室温反应3h，磁力搅拌，向反应瓶中慢慢滴加冷乙醚，会有白色物质析出，抽滤并用 乙醚洗涤三次，将产物放干燥箱干燥得白色粉末状物质。
[0016] (2) 0-甲基丙烯酰基-L-羟基脯氨酸的制备： 称取〇-甲基丙烯酰基-L-羟基脯氨酸盐酸盐3. 97g加入到250mL圆底烧瓶中，加入 4. 4mL三乙胺，100mL二氯甲烷，室温反应3h后，旋转蒸发除去过量的三乙胺，二氯甲烷洗涤 多次，抽滤，得到白色固体，室温干燥得到产物。
[0017] 0-甲基丙烯酰基-L-羟基脯氨酸纳米凝胶的制备： 称取〇-甲基丙烯酰基-L-羟脯氨酸单体（0.2mmol，0.02g)、咪唑类离子液体单体(n=7和X=Br)(0?2mmol,0?02613g)和十二烷基磺酸钠（0?7343mmol,0?2g)于250mL圆底 烧瓶中，并加入l〇〇mL超纯水磁力搅拌，再分别加入功能单体丙稀酰胺（0.2mmol, 14. 4mg) 和交联剂N，N-亚甲基双丙烯酰胺（0.2mmol，30. 85mg)于圆底烧瓶中，超声5-10min使之彻 底溶解，液面下通氮气30min除氧后，迅速加入引发剂过硫酸铵（0.1849mmol,0.0422g)引 发聚合，生胶带将圆底烧瓶密封，整个反应在氮气保护下70°C油浴锅中进行，24h后停止反 应，得到澄清溶液，光源下可以看见一条明显的光路且溶液发蓝光，二次水透析4天，丙酮 透析三天，将透析袋中产物倒入50mL圆底烧瓶中，旋转蒸干，40°C真空干燥，即得到负载手 性催化剂的纳米凝胶产物。
[0018] 实施例2 脯氨酸衍生物单体的制备： 手性单体N-对乙烯基苯磺酰基-L-脯氨酰胺的制备：反应瓶中加入85mL四氢呋喃、 2.50gL-脯氨酸、1.23g对乙烯基苯磺酰胺、3.52g4-二甲氨基吡啶和5.04g二环己基碳 二亚胺，室温搅拌48h，然后加入8g质子化的Amberlyst-15,20mL乙酸乙酯，继续搅拌5h， 有大量白色沉淀产生，用硅胶柱滤去沉淀物，乙酸乙酯冲洗，将所得溶液旋蒸浓缩，在乙醚 中沉淀两次，过滤，真空30°C干燥，称重得0. 7334g产物，产率30%。
[0019] 脯氨酸衍生物纳米凝胶的制备： 称取手性单体N-对乙烯基苯磺酰基-L-脯氨酰胺（0. 2mmol，0. 056g)、咪唑离子液体 (n=7 和X=Br) (0? 1005mmol, 0? 02163g)、十二烷基磺