专利名称：：可调控金属粒度的催化剂及其在控制立体构型中的应用的制作方法
技术领域：
：本发明涉及碳碳双键潜手性底物(如异佛尔酮)不对称催化氢化反应，具体地说是一种可调控活性金属粒度的催化剂及其在控制产物立体构型中的应用。
背景技术：
：随着科学技术的发展和人类生活水平的提高，人类对生命的重视和对药物的要求亦越来越高。近年来，特别是最近10年来手性药物的合成已经成为世界各国十分重视的一个领域。对手性化合物的迫切需要，是不对称催化研究的强大动力。不对称催化是将潜手性底物选择性地转化为手性产物的最有效手段，需要极少的手性催化剂就可得到大量的手性化合物，成为合成光学活性化合物最为有效的手段之一。不对称催化体系包括均相不对称催化和多相不对称催化。多相不对称催化除了具备反应体系易于分离、催化剂易回收使用等优点外，还可以利用催化剂颗粒表面的不对称性和微孔中的立体选择性来控制光学选择性，近年来在基础研究和工业应用方面均获得重大的进展。异佛尔酮用作油类、树胶、树脂、漆、硝基纤维的溶剂及化学合成中间体。由于其分子中同时存在碳碳双键和碳氧双键，近年来，异佛尔酮的催化选择加氢[JP2005112774-A]，[EP1318130-A]和多相不对称手性加氢([DE2537060-A])得到广泛关注。在已经报道的文献中，以异佛尔酮为潜手性底物的多相不对称加氢反应通常在高压反应釜中进行；常用溶剂为乙醇或者甲醇；催化剂主要为是担载型贵金属钯催化剂；手性助剂主要有以下三种(1)(S)-脯氨酸(J.Mol.Catal.A:Chem.，102(1995)41;212(2004)245;React.Kinet.Catal.Lett，80(2003)365;Chem.Comm.,2004,984)，(2)DPPM(Catal丄ett.，79(2003)101;J.Mol.Catal.A.，212(2004)245)以及(3)DHVIN(J.Mol.Catal.A.，138(1999)123;179(2002)107)。在钯基催化剂上，只能得到S构型的产物，R构型的产物只在Ni基催化剂上得到过(J.Mol.Catal.，61(1990)259)，立体选择性和转化率均低于5%。在钯基催化剂上，以(S)-脯氨酸为手性助剂对异佛尔酮的潜手性碳碳双键不对称加氢是近年的研究热点。尽管S构型产物的立体选择性和转化率均达到100%(J.Am.Chem.Soc.，128(2006)7329;Langmuir，23(2007):6113;Catal.Comm.，8(2007)1239)，但无法控制竞争反应加氢速率，进行选择性的手性加氢得到R构型产物。只能通过改变手性助剂的构型来得到R构型产物(J.Catal.，238(2006)441)。
发明内容本发明的目的在于提供一种可调控金属粒度的催化剂及其在控制立体构型中的应用，其通过调控催化剂活性金属的粒度，即可简单有效的控制碳碳双键多相不对称催化加氢产物立体构型。为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种可调控金属粒度的催化剂，其组成为Pd/MgO，其以钯为加氢活性组分，氧化镁为载体，该催化剂的活性组分钯在氧化镁表面的分散度为1-80%,金属钯的担载量按重量百分比计为1-10%，钯粒子的大小从2-100nm;本发明的催化剂制备方法以氧化镁和钯盐溶液，经浸渍和干燥后，在马福炉中经不同温度焙烧。最后催化剂前体在氢气中以不同温度还原制得。其可按如下过程制备，调控活性金属粒度a)将氧化镁和可溶性活性组分前体置于有机溶液中，浸渍搅拌2-24小时；b)将步骤a)制得的混合溶液在20-80度蒸干，得催化剂前体；c)将步骤b)得到的催化剂前体于200-900度焙烧1-10小时；d)将步骤c)得到的催化剂于200-卯0度氢气还原lh-10小时。所述活性组分前体为醋酸钯、硝酸钯和/或氯化钯；所述液为甲醇、乙醇、丙酮、乙氰或水；载体氧化镁的表面积为10-100m2/g。所述催化剂可用于含有碳碳双键潜手性底物的C-C不对称催化氢化反应中，可控制产物的立体构型；在室温，中等压力下用于异佛尔酮不对称催化氢化时可得到的产物立体构型可控，并且具有较高的立体选择性。以异佛尔酮为原料，(S)-脯氨酸为手性助剂，甲醇或乙醇为溶剂，于高压反应釜中搅拌，反应釜中氢气的压力l-5MPa，反应温度为20-8(TC，反应时间l-96h;(S)-脯氨酸与异佛尔酮的摩尔比为0.2-2，异佛尔酮于溶剂中的浓度为0.01-0.5mol/L，其特征在于其以权利要求l所述Pd/MgO为反应催化剂，每0.01-0.5摩尔异佛尔酮所需催化剂的质量为1克，采用活性组分钯的粒度S5nm、钯在氧化镁表面的分散度为>20-80%的催化剂时，产物3,3,5-三甲基环己酮的立体构型为S;采用活性组分钯的粒度〉5nm、钯在氧化镁表面的分散度为1-20%的催化剂时，产物3,3,5-三甲基环己酮的立体构型为R。本发明的Pd/MgO催化剂在室温下，高压反应釜中，催化氢化异佛尔酮的不对称氢化反应，可得到(S)或(R)-3.3.5-三甲基环己酮，异佛尔酮转化率在30-100%、立体选择性在30-100%之间均可控。本发明的优点为使用担载型贵金属催化剂，通过调控活性金属的粒度，控制碳碳双键化学加氢和手性加氢反应的速率，得到产物的立体构型和转化率均可控。在高分散和小粒度活性金属上，异佛尔酮的碳碳双键立刻加氢，生成外消旋产物，动力学拆分是优势反应，得到S构型的产物。在低分散和大粒度活性金属上，异佛尔酮和手性助剂利于生成中间物，不对称加氢反应是优势反应，得到R构型的产物。该方法最大的优点就是不用改变手性助剂，在钯基催化剂上可以得到立体构型可控的产物，产品所含组分简单易分离，活性和选择性明显提高，廉价易行。本发明所达到的有益效果1.设计、制备的催化剂具有可控的活性金属粒度和分散度。2.调控催化剂活性金属的大小和分散，可控制碳碳双键化学选择加氢和手性加氢反应的竞争反应速率。3.调控活性金属粒度的方法应用于异佛尔酮碳碳双键的多相不对称氢化反应时可得到产物3.3.5-三甲基环己酮。(S)或(R)立体选择性和转化率均可控。该方法可以运用于其他含有碳碳双键的不对称加氢反应中。具体实施例方式为了进一步说明本发明，例举以下实例，但它并不限制各附加权利要求所定义的发明范围。在下列实施例和比较实施例中，转化率及产率，立体选择性(e.e.%)由下式所定义。转化率(％)=100x[TMCHflnal]/[ISOinitial-ISOfinal]产率(％)=100x[TMCHfmal]/[TMCHinitial]e.e.(%)=100x([S]-[R])/([S]+[R]).其中，TMCH:3，3,5-三甲基环己酮;ISO:异佛尔酮。分析仪器为Agilent6890N气相色谱仪，手性柱为Chirasil-DexCB，Varian。实施例l(1)将20g氧化镁和0.842g醋酸钯置于400ml丙酮中，金属钯的担载量为2%(重量百分比)。电磁搅拌下浸渍24小时后，在旋转蒸发仪中将丙酮蒸干。(2)将步骤1得到的催化剂前体在马福炉中于80(TC焙烧5小时，标记为M8。(3)将步骤2得到的催化剂前体M8在氢气中在80(TC还原1小时,得到的催化剂标为M88。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为1.3%，钯粒子的平均大小87nm，见表l。实施例2同实施例l，只是步骤3中的氢气还原温度为60(TC，得到的催化剂标为M86。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为5.4M，钯粒子的平均大小为21nm，见表l。实施例3同实施例l，只是步骤3中的氢气还原温度为40(TC，得到的催化剂标为M84。用(30化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为6.8%，钯粒子的平均大小为17nm，见表l。实施例4同实施例l，只是步骤3中的氢气还原温度为20(TC，得到的催化剂标为M82。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为9.4Q/。，钯粒子的平均大小为12nm，见表l。实施例5同实施例l，只是步骤2中的焙烧温度为60(TC，标记为M6;步骤3中的催化剂前体M6在氢气中60(TC还原1小时,得到的催化剂标为M66。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为18.5%，钯粒子的平均大小为6nm，见表l。实施例6同实施例5，只是步骤3中的还原温度为40(TC,得到的催化剂标为M64。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为24.5M，钯粒子的平均大小为5nm，见表l。实施例7同实施例5，只是步骤3中的还原温度为20(TC，得到的催化剂标为M62。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为29.2M，钯粒子的平均大小为4nm，见表l。实施例8同实施例l，只是步骤2中的焙烧温度为40(TC，标记为M4;步骤3中的催化剂前体M4在氢气中40(TC还原1小时,得到的催化剂标为M44。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为54.8%，钯粒子的平均大小为2腿，见表l。实施例9同实施例8，只是步骤3中的还原温度为20(TC，得到的催化剂标为M42。用(:0化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为51.5%，钯粒子的平均大小2nm，见表l。实施例IO同实施例l，只是歩骤2中的焙烧温度为20(TC，标记为M2;步骤3中的催化剂前体M2在氢气中20(TC还原1小时，得到的催化剂标为M22。用CO化学吸附测得的金属钯在氧化镁表面的分散度为59.7%，钯粒子的平均大小为2謹，见表l。实施例llPd/MgO催化剂用于异佛尔酮不对称催化氢化反应将实施例1-实施例10中涉及的催化剂用于异佛尔酮的不对称催化氢化反应，各反应条件完全相同。秤取32mgPd/MgO催化剂，110mg(S)-脯氨酸，转移到含有1.18mmo1异佛尔酮的8.8ml乙醇溶液中，将此混合物转移到50ml不锈钢高压反应釜中密封，氢气置换3次以排除空气，通入高纯氢气至3.0MPa，电磁搅拌下进行不对称催化氢化反应。4(TC下反应24h，将催化剂和产物离心分离后用气相色谱分析。反应结果如表2。由表2可以看出，控制钯的粒子小于5nm，可得到S型产物，而当钯的粒子大于6nm则得到R型产物。实施例12选取M82催化剂用于异佛尔酮不对称催化氢化反应，其他反应条件同实例I-IO，只是改变反应温度为30。C,结果见表3。实施例13选取M82催化剂用于异佛尔酮不对称催化氢化反应，其他反应条件同实例12，只是改变反应时间为12小时，结果见表3。总之，该系列催化剂的特点在于(1)具有可控的活性金属粒度。(2)在室温，中等氢压力下催化异佛尔酮的不对称氢化反应时得到的产物为3，3，5-三甲基环己酮。调控催化剂活性金属粒度可控制产物立体构型，直接应用于异佛尔酮手性加氢制备(S)或(R)-3.3.5-三甲基环己酮，具有催化剂活性高、收率高、产物构型可控的特点。表l金属钯在氧化镁表面的分散度和钯粒子的平均大小<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>表2不同催化剂在异佛尔<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>表33(TCM82催化剂在异佛尔酮不对称催化氢化反应中的性能(其余的各反应条件均与实施例11完全相同,只是反应温度为3(TC)<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>权利要求1.一种可调控金属粒度的催化剂，其特征在于其组成为Pd/MgO，其以钯为活性组分，氧化镁为载体，该催化剂的活性组分钯在氧化镁表面的分散度为1-80％，金属钯的担载量按重量百分比计为1-10％，钯粒子的大小从2-100nm；其可按如下过程制备，调控活性金属粒度a)将氧化镁和可溶性活性组分前体置于有机溶液中，浸渍搅拌2-24小时；b)将步骤a)制得的混合溶液在20-80度蒸干，得催化剂前体；c)将步骤b)得到的催化剂前体于200-900度焙烧1-10小时；d)将步骤c)得到的催化剂于200-900度氢气还原1h-10小时。2.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述活性组分前体为醋酸钯、硝酸钯和/或氯化钯；所述液为甲醇、乙醇、丙酮、乙氰或水。3.按照权利要求1所述的催化剂，其特征在于所述载体氧化镁的表面积为10-100m2/g。4.一种权利要求1所述催化剂在不对称催化氢化反应中的应用，其特征在于所述催化剂可用于含有碳碳双键潜手性底物的C=C不对称催化氢化反应中，可控制产物的立体构型。5.按照权利要求4所述催化剂的应用，以异佛尔酮为原料，(S)-脯氨酸为手性助剂，甲醇或乙醇为溶剂，于高压反应釜中搅拌，反应釜中氢气的压力l-5MPa，反应温度为20-80。C，反应时间l-96h;(S)-脯氨酸与异佛尔酮的摩尔比为0.2-2，异佛尔酮于溶剂中的浓度为0.01-0.5mol/L，其特征在于其以权利要求l所述Pd/MgO为反应催化剂，每0.01-0.5摩尔异佛尔酮所需催化剂的质量为l克，采用活性组分钯的粒度S5nm、钯在氧化镁表面的分散度为>20-80%的催化剂时，产物3，3，5-三甲基环己酮的立体构型为S;采用活性组分钯的粒度〉5nm、钯在氧化镁表面的分散度为1-20%的催化剂时，产物3,3,5-三甲基环己酮的立体构型为R。全文摘要可调控金属粒度的催化剂及其在控制立体构型中的应用，组成为Pd/MgO，活性组分钯在氧化镁表面的分散度为10-80％，其载量为1-10％，钯粒子的大小从2-100nm；将氧化镁浸渍活性组分前驱体，干燥后，在马福炉中经不同温度焙烧，最后催化剂前体在氢气中经不同温度还原。该系列催化剂的特征在于(1)具有可控的活性金属粒度。(2)在室温，中等氢压力下催化异佛尔酮的不对称氢化反应时得到的产物为3，3，5-三甲基环己酮。调控催化剂活性金属粒度可控制产物立体构型，直接应用于异佛尔酮手性加氢制备(S)或(R)-3.3.5-三甲基环己酮，具有催化剂活性高、收率高、产物构型可控的特点。文档编号B01J23/44GK101543777SQ20081001079公开日2009年9月30日申请日期2008年3月28日优先权日2008年3月28日发明者展恩胜,爽李,申文杰,陈春辉,黄秀敏申请人:中国科学院大连化学物理研究所