一种含噁唑啉环的胺基酚氧基锌、镁络合物及其制备方法和应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一类含噁唑啉环的胺基酚氧基锌、镁络合物，以及这类络合物在内酯 聚合中的应用。
【背景技术】
[0002] 作为一类可以代替传统聚烯烃材料的聚合物，脂肪族聚酯因其良好的生物相容性 和可降解性而受到了广泛关注。目前被大量研究的脂肪族聚酯包括聚乳酸、聚己内酯及聚 丁内酯等。其中聚乳酸可以被自然界中的微生物降解并参与自然界的碳循环，属于环境友 好型聚合物。聚乳酸的生物相容性和优良的可加工性使其成为最具有发展前景的脂肪族聚 酯，主要应用于工农业生产和生物医药领域（如药物的缓释材料、医用缝合材料等）。原料 造价较低的丙交酯通过自身聚合或与其他单体共聚可以得到多种结构性能的聚合物，这些 聚合物的广阔应用前景吸引着各国科学家对这些内酯的聚合及相关催化剂的设计展开研 究。
[0003] 丙交酯的单体主要包括L-丙交酯，D-丙交酯和内消旋丙交酯（meso-lactide)， 1:1的L-丙交酯和D-丙交酯的混合物称为外消旋丙交酯（rac-lactide)。不同丙交酯单 体通过金属络合物催化剂催化可以得到不同微观结构的聚乳酸。其中廉价易得的外消旋丙 交酯通过开环聚合可以得到无规、杂规、嵌段等规聚合物和等规立体复合物。相对于其他等 规度的聚乳酸，由外消旋丙交酯高等规选择性聚合得到的等规立体复合物有着较高的熔点 和机械强度而被广泛关注，研究开发外消旋丙交酯高活性、高等规选择性聚合催化剂成为 该领域的研究热点。金属锌、镁的络合物对丙交酯聚合具有高催化活性、高可控性等特点， 此外，锌、镁作为人体必需元素，其无色无毒以及具有生物相容性等特点也符合聚丙交酯在 食品包装及医药领域的应用要求，锌、镁等环境友好型金属的络合物催化剂研究开发更成 为该领域广泛关注的研究热点。
[0004] 2001年，Coates小组用β-二亚胺配体的锌、镁络合物（BDDZn^Pr)和（BDI) Mg(0?Γ)作为催化剂催化外消旋丙交酯聚合获得高分子量的杂规聚丙交酯和无规聚丙交 酯（J.Am.Chem.Soc. 2001，123, 3229)。Hillmyer和Tolman研究组在 2003 年合成 了单乙 氧基双核锌络合物，该络合物对外消旋丙交酯开环聚合具有很高的催化剂活性，是至今为 止锌络合物中活性最高的催化剂（J.Am.Chem.Soc. 2003, 125, 11350)。Chisholm小组报道 了多配位点β-二亚胺配体锌、镁络合物，催化外消旋丙交酯聚合都得到了较高杂规度的 聚丙交酯（Inorg.Chem. 2005, 44, 8004)。Lin小组合成了三齿席夫碱配体锌络合物，在THF 溶剂中，能够催化外消旋丙交酯聚合得到杂规聚合物，降低温度至_55°C后杂规度可以达 到 0· 91 (Macromolecules, 2006, 39，3745)。2007 年，Carpentier小组合成了吡唑基胺基 镁络合物并用来催化外消旋丙交酯开环聚合，显示出较好的催化活性，得到无规聚丙交酯 (Polyhedron，2007, 26, 3817)。2010年，我们小组报道了多齿胺基酚氧基镁、锌络合物，其 中镁络合物对丙交酯聚合显示了超高活性，在甲苯中能够迅速催化大量丙交酯单体聚合， 得到等规倾向的聚合物，Pn= 〇· 60 ~0· 65(Macromolecules, 2010, 43, 6535 - 6537)，锌络 合物也得到等规倾向的聚合物（DaltonTrans.，2010, 39, 7897)。此外，为获得等规选择 性，研究者尝试在络合物配体骨架上引入手性因素，如，Lin小组合成了含有手性环己二胺 桥联的单阴离子Salen型配体镁络合物，催化外消旋丙交酯聚合得到略显等规的聚丙交 酯，Pn= 0· 54 ~0· 67 (Polymer, 2005, 46, 9784)。2009 年，Mehrkhodavandi课题组合成了 含有手性环己二胺结构的三齿席夫碱配体锌乙基络合物，其对外消旋丙交酯具有活性，但 选择性很低（Organometallics, 2009, 28, 1309)。2010 年，Darensbourg报道了非环状单手 性中心氨基酸衍生的酚亚胺类锌络合物，对外消旋丙交酯聚合表现出杂规选择性（Inorg. Chem.，2010, 49, 2360)。2012年，Otero报道了含有手性的杂异蟹型锌络合物，可催化外消 旋丙交酯活性聚合，得到杂规度不高的聚合物（Organometallics, 2012, 31，4191)。
[0005] 锌、镁等络合物作为内酯开环聚合催化剂，对外消旋丙交酯聚合通常表现出了较 高的杂规选择性，近两年才出现了几例锌络合物表现出中等到高等规选择性的报道。本组 于2013年报道了一系列手性胺基酚氧基锌络合物催化外消旋丙交酯开环聚合，首次获得了 集较高活性和等规选择性$"= 〇. 84)的锌络合物催化剂（Chem.Commun.，2013, 49, 8686)。 2013年，Otero报道了含有茂配体的手性杂异蝎型锌络合物，尽管催化外消旋丙交酯聚合 活性较低，但得到中等程度等规聚合物（Pm= 〇· 77) (Organometallics, 2013, 32, 3437)。Du 小组于2014年报道了一系列基于邻位取代手性噁唑衍生的类β-二亚胺配体的锌络合物， 这类锌络合物对外消旋丙交酯聚合在高温条件下具有较高的催化活性，得到了等规度为Pm =0. 77-0. 91的多嵌段等规聚丙交酯（ACSMacroLett.，2014, 3, 689)。崔冬梅小组在2014 年报道了一类非手性膦亚胺取代的杂异蝎型阴阳离子型锌络合物，催化外消旋丙交酯聚合 时可以得到较高等规度聚丙交酯（Pm= 〇. 68-0. 85) (Chem.Commun.，2014, 50, 11411)。
[0006] 人们在外消旋丙交酯聚合领域已经取得了较大突破，通过有效的金属络合物催化 剂结构设计在一定程度上实现了不同立体结构聚丙交酯的合成。作为环境友好型聚合物， 人们在合成聚丙交酯时更倾向使用生物相容性金属的络合物。目前虽然个别锌络合物对外 消旋丙交酯表现出了高等规选择性，但催化活性比起一般的锌络合物降低很多；而镁络合 物催化外消旋丙交酯聚合仅得到高杂规或偏等规倾向的聚丙交酯。所以有关锌、镁络合物 催化剂的研究工作有待于进一步开展，以合成集高活性、高等规选择性为一体的高效催化 剂。
【发明内容】
[0007] 本发明目的之一在于公开一类含噁唑啉环的胺基酚类配体及其锌、镁络合物。
[0008] 本发明目的之二在于公开一类含噁唑啉环的胺基酚类配体及其锌、镁络合物的制 备方法。
[0009] 本发明目的之三在于公开一类含噁唑啉环的胺基酚类配体及其锌、镁络合物作为 催化剂在内酯聚合中的应用。
[0010] 本发明的技术构思：
[0011] 研究表明锌络合物催化外消旋丙交酯聚合获得杂规聚乳酸是通过链端控制机理 实现的（J.Am.Chem.Soc.，2001，123, 3229)，而最近报道的几例手性或非手性锌络合物表现 出中等到较高的等规选择性，其中手性中心控制和链端控制分别或同时存在。目前配体对 称性、手性与络合物立体选择性之间的联系尚不清晰。含有噁唑啉环的化合物在不对称催 化领域有着非常广泛的应用，噁唑啉环上N原子与金属中心配位，与N原子相邻碳原子上的 取代基将对金属络合物有直接影响。因此，本发明在胺基酚氧基配体结构中引入噁唑啉环， 该三齿配体与金属配位后，能产生手性骨架N原子和手性金属中心，以实现在单体与金属 中心配位时起到手性诱导效果，从而获得高等规度选择性。此外，在中心配体骨架基础上， 改变其上各相关取代基，可以起到调整金属中心的空间位阻和路易斯酸性，从而筛选出集 高活性、高选择性于一体的高效催化剂。
[0012] 本发明提供的含噁唑啉环的胺基酚类配体（I)及其金属锌、镁络合物（II)，其特 征在于，具有以下通式：
[0013]
[0014]式（I)、（II)中：
[0015]R1~R2分别代表氢，CC2。直链、支链或环状结构的烷基，C7~C3。单或多芳基 取代的烷基，卤素；R1~R2也可分别代表取代硅基SiR4R5R6,其中R4~R6分别为CCi。直 链、支链或环状结构的烷基，C7~C2。单或多芳基取代的烷基，C6~C1S的芳基，R4、R5和R6可 以相同或不同；
[0016]R3代表C广C2。直链、支链或环状结构的烷基，C7~C3。单或多芳基取代的烷基，C6~C18的芳基；
[0017] A为具有如式（III)、（IV)或（V)所示的基团：
[0018]
[0019] 式（III)中，R7~R1(：代表氢。直链、支链的烷基，C7~C3。单或多芳基取代 的烷基，C6~C18的芳基，R7~Rw可以相同或不同；
[0020] X代表Ci。直链、支链或环状结构的烷基；X也可代表胺基NRnR12,其中R11~ R12分别为CC6直链、支链或环状结构的烷基，三甲基硅基，三乙基硅基，二甲基氢硅基， R11和R12可以相同或不同；X也可代表烷氧基0R13,其中俨为CCi。直链、支链或环状结 构的烷基，C7~C2。单或多芳基取代的烷基；
[0021] A通过其氮原子与金属中心配位;Μ代表锌、镁。
[0022] 更特征的，式（I)、（II)中，R1~R2优选为氢，直链、支链或环状结构的烷 基，C7~C2。单或多芳基取代的烷基，卤素；R1~R2代表取代硅基SiR4R5R6时，R4~R6优选 为(；~C6直链、支链或环状结构的烷基，C7~C12单或多芳基取代的烷基，C6~C12的芳基；
[0023] R3优选为(^~Cs直链、支链或环状结构的烷基，C7~C2。单或多芳基取代的烷基， C6~C12的芳基；
[0024] 当A为式（III)时，R7~R10优选氢直链、支链的烷基，C7~C2。单或多芳 基取代的烷基，C6~C12的芳基，R7~Rw可以相同或不同；
[0025]X优选为C6直链、支链或环状结构的烷基，二（三甲基硅）胺基，二（三乙基 硅）胺基，二（二甲基氢硅）胺基；X代表烷氧基OR13时，其中R13优选为直链、支链 或环状结构的烷基，苄基，（1-萘基）甲基，（9-蒽基）甲基。
[0026] 式（I)、（II)中，R1~R2优选为氢、甲基、异丙基、叔丁基、枯基、三苯甲基、三甲基 硅基、三苯基硅基或卤素；R3优选为甲基、乙基、异丙基、正丁基、叔丁基、金刚基、环己基、正 己基、正辛基、苄基、苯乙基、二苯甲基、三苯甲基；A为式（III)时，R7~R1(]优选为氢、甲基、 乙基、异丙基、叔丁基、正丁基、苯基、苄基；X优选为二（三甲基硅）胺基、乙基、正丁基、异 丙氧基、叔丁氧基或节氧基。
[0027] 优选的含噁唑啉环的胺基酚类配体，其结构式如下：
[0028]
/
[0030] 优选的手性胺基酚类配体的金属锌、镁络合物结构为：
[0034] 本发明的含噁唑啉环的胺基酚类配体（I)及其锌、镁络合物（II)制备方法如下所 示：
[0035]
[0036] 将式（VI)所示的2-氯甲基取代噁唑啉类化合物与伯胺反应生成相应仲胺，加入 2-溴甲基-4, 6-二取代酚（VII)，反应温度为25~150°C，反应时间为2~72小时，然后从 反应产物中收集化合物（I);
[0037] 任选的，再将式（I)所示的含噁唑啉环的胺基酚类配体化合物与锌或镁的金属原 料化合物在有机介质中反应，反应温度为〇~l〇〇°C，反应时间为2~96小时，然后从反应 产物中收集含噁唑啉环的胺基酚氧基锌或镁的目标络合物（II);
[0038] 上述制备方法中取代基R1~R3、A与满足本发明含噁唑啉环的胺基酚类配体（I) 及其金属锌、镁络合物（II)所述的各相应基团一致。
[0039] 锌或镁的金属原料化合物具有通式MX2，M为Zn或Mg，X与本发明含噁唑啉环的胺 基酚氧基锌或镁络合物（II)所述的相应基团一致。
[0040] 锌或镁的金属原料化合物优选二乙基锌、二正丁基镁、乙基异丙氧基锌、二{:二 (三甲基硅）胺基}锌、二{:二（三甲基硅）胺基}镁；含噁唑啉环的胺基酚类配体化合物 (I)与金属原料化合物的摩尔比为1:0. 5~1. 5 ;所述的有机介质选自四氢咲喃、乙醚、甲 苯、苯、石油醚和正己烷中的一种或两种。
[0041] 本发明所述含噁唑啉环的胺基酚类配体（I)的制备方法中，式（VI)所示2-氯甲 基取代噁唑啉类化合物的合成可参考文献方法按以下路线进行合成：
[0042]
[0043] 其中，式（VIII)所示的2-氯-乙亚胺盐乙基酯通过向氯乙腈与乙醇的溶液中通 入干燥氯化氢气体反应生成（J.Am.Chem.Soc.，2009, 131，15096);再将化合物（VIII)与取 代乙醇胺反应得到目标化合物（VI) (Eur.J.Inorg.Chem.，2010, 4752)。
[0044] 本发明所述含噁唑啉环的胺基酚类配体（I)的制备方法中，式（VII)所示2-溴甲 基-4, 6-二取代酚的合成可参考文献方法按以下路线由2, 4-取代苯酚与多聚甲醛在33% 溴化氢醋酸溶液反应获得（Inorg.Chem.，2002, 41，3656J.Org.Chem.，1994, 59, 1939):
[0045]
[0046] 本发明所述的含噁唑啉环的胺基酚类配体的锌、镁络合物是一种高效的内酯聚合 催化剂，可用于L-丙交酯、D-丙交酯、rac-丙交酯、meso-丙交酯、ε-己内酯、β- 丁内酯、 α-甲基三亚甲基环碳酸酯的聚合反应，聚合方式为溶液聚合和熔融聚合。
[0047] 以本发明所述的含噁唑啉环的胺基酚氧基锌、镁络合物为催化剂，在醇存在下或 不加醇时，使丙交酯聚合，聚合时催化剂与醇以及单体摩尔比为1:0~50:1~10000,优选 为1:0~10:100~5000 ;所述的醇为(^~(^。直链、支链或环状结构的烷基醇，C7~C2。单 或多芳基取代的烷基醇。
[0048] 以本发明所述的含噁唑啉环的胺基酚氧基锌、镁络合物为催化剂，在醇存在下或 不加醇，使ε-己内酯或β- 丁内酯聚合；所述的醇为(；~Ci。直链、支链或环状结构的烷 基醇，C7~C2。单或多芳基取代的烷基醇。
[0049] 以本发明所述的含噁唑啉环的胺基酚氧基锌、镁络合物为催化剂，在醇存在下或 不加醇，使α-甲基三亚甲基环碳酸酯聚合；所述的醇为(；~q。直链、支链或环状结构的 烷基醇，C7~C2。单或多芳基取代的烷基醇。
[0050] 本发明提供的催化剂其配体原料易得，催化剂制备方便、性质稳定，同时具有较高 的催化活性及高立体选择性，易获得高立体等规度、高分子量的聚内酯。能够满足工业部门 的要求，有着广泛的应用前景。下面通过实例进一步说明本发明，但本发明不限于此。
【具体实施方式】
[0051] 实施例1
[0052] 配体L1的合成：
[0053] (l)N-[(4R)-2-亚甲基-4-苯基噁唑啉]苄胺的合成
[0054]
[0055]反应瓶中加入苄胺（8. 21g，76. 6mmol)和碳酸钾（1. 17g，8. 47mmol)，（4R)-2-氯甲 基-4-苯基-2-噁唑啉（1.50g，7. 66mmol)和25mLN，N-二甲基甲酰胺后，反应12小时。减 压蒸除溶剂与未反应的苄胺，得橙红色油状物。直接用于下一步反应，产率按80%计算。
[0056] (2)配体L1的合成
[0057] 单口烧瓶中加入N-[(4R)-2-亚甲基-4-苯基噁唑啉]苄胺（2. 23g，6. 70mmol)，碳 酸钾（1. 39g, 9. 84mmol)，2_ 溴甲基-4, 6-二氯苯酚（2. 55g, 9. 96mmol)和 20mLN,N-二甲 基甲酰胺，室温反应2小时。加水淬灭反应，乙酸乙酯萃取，合并有机相，无水硫酸镁干燥， 过滤，减压蒸除溶剂，剩余油状物柱层析分离提纯得淡黄色泡状物LI(1. 72g，58% )。
[0058]
[0059] NMR(CDC1 3, 400MHz，298K) :δ1 1. 15(brs，lH，0H)，7.38_ 7. 22 (m, 11H,ArH), 6. 95 (d, 1H,4J= 2. 4Hz,ArH), 5. 72 (dd, 1H,3J= 8. 8Hz,2J= 10. 0Hz,CH20), 4. 66 (dd, 1H,3J= 8. 8Hz,2J= 10.OHz,CH20), 4. 15(t,1H,3J= 8. 8Hz,CHN), 3. 90 (q, 2H,2J= 14.OHz,ArCH2), 3. 73 (s, 2H,PhCH2), 3. 41 (d, 2H,4J= 1. 2Hz,NCH2C=N).13CNMR(CDC13, 100MHz, 298K) :δ166. 0, 152. 4, 141. 7, 136. 6, 129. 4, 12 9. 2, 129. 0, 128. 8, 128. 1, 128. 0, 127. 8, 126. 5, 124. 7, 123. 4, 122. 1, 75. 2, 69. 1, 57. 8, 57. 0, 49. 3.Anal.Calcd.ForC24H22C12N202:C，65. 31 ;H，5. 02 ;N，6. 35.Found:C，65. 69 ;H，5. 30 ; N,6. 28% .
[0060] 实施例2
[0061] 配体L2的合成
[0062] 除原料采用N-[(4R)-2-亚甲基-4-苯基噁唑啉]苄胺（1. 50g，4. 51mmol)，碳酸 钾（0. 856g, 6. 19mmol)和 2-溴甲基-4, 6-二叔丁基苯酸（1.llg, 3. 71mmol)外，其他操作 步骤同实施例1。柱层析分离提纯得淡黄色泡状物L2(l.Olg，56% )。
[0063]
[0064] NMR(CDC13, 400MHz, 298K) :δ10. 12(s, 1H,OH), 7. 37 - 7. 25 (m, 11H,ArH) , 6. 91 (d, 1H,4J= 2. 4Hz,ArH) , 5. 23(pesudot,1H,3J= 9. 2Hz,CH20), 4. 63 (dd, 1H,3J= 8. 4Hz,2J= 10. 4Hz,CH20), 4. 12(t,1H,3J= 8. 4Hz,CH N),4. 00(s,2H,ArCH2), 3.76 (s,2H,PhCH2), 3.44 (ddd,2H,4J= 0. 8Hz,2J= 15. 6Hz,2J= 16. 0Hz,NCH2C=N),L46(s, 9H,C(CH3)3), 1.