一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法，该方法首先合成手性配体(1R，2R)-H2L，该手性配体(1R，2R)-H2L为(1R，2R)-N-2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶)苯亚甲基-N’-2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶)苯甲基-环己二胺，然后通过溶剂热法来制备用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料。与现有技术相比，本发明采用溶剂热法，反应温度低，反应时间短，反应原料便宜并且容易制备，合成操作简单，无需复杂的后处理，制备所得的手性金属有机大环晶态材料的结构非常稳定，选择性吸附能力强，分离效率高。
【专利说明】一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化学【技术领域】，具体涉及一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶 态材料的制备方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，手性金属有机材料因其多变的拓扑结构，在手性识别与分离、手性荧光传 感、多相不对称催化等领域展示出广泛的应用前景，现已成为手性化学和手性材料科学等 热点研究领域之一。经研究表明，只要金属有机框架材料（MOFs)的孔洞尺寸和形态与客 体分子相匹配，具有双亲性孔洞的框架材料对那些双亲性客体分子可能显示出很强的作用 力，此类金属有机框架材料可以对一些手性分子进行手性识别与分离。当前，用于手性胺分 离的手性气相色谱柱的填充物主要是环糊精的衍生物，环糊精的衍生物型手性气相色谱柱 存在两个不足：一个是环糊精的衍生物的合成比较繁琐，环糊精的衍生物型手性气相色谱 柱的填充比较复杂；另外一个不足是环糊精的衍生物型手性气相色谱柱的价格比较昂贵。
[0003] 目前，关于拆分性能较好的手性材料作为固定相的气相色谱的报道比较少见。例 如，Xie，S. -M.，Zhang，Z. -J.，Wang，Ζ· -Y.，Yuan，L. -M. J. AM. CHEM. S0C，2011，133(31)， 11892-11895,文章名称为 Chiral Metal-Organic Frameworks for high-resolution gas chromatographic separations (手性有机框架材料作为一种高效拆分的气象色谱柱的固 定相），该文献报道了把手性M0F[{Cu(salan)n}]作为GC色谱分离的固定相。[{Cu(salan) η}]由于其螺旋手性孔道和优良的热稳定性而被选为固定相，并对一系列不同的外消旋化 合物色谱进行分离。将[{Cu(salan)n}]涂抹在毛细管柱中，将外消旋的醛、酮、醇和氨基酸 进行手性分离，其中，除了 2-甲基-1-丁醇和樟脑醇外，其余外消旋化合物可以实现了较好 的基线分离。文献指出外消旋化合物和固定相之间的手性识别主要发生在MOFs的表面，其 最主要的作用力是外消旋化合物和手性螺旋孔道之间良好的空间匹配。然而，目前有关具 有手性胺分离功能的单手性金属有机框架材料鲜有报道。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的就是针对现有技术的不足而提供一种原料便宜、步骤相对简单、操 作容易、手性胺分离效果理想的手性金属有机大环晶态材料的制备方法。
[0005] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0006] -种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法，该方法首先合成手性 配体（1R，2R)-H 2L，该手性配体（1R，2R)-H2L为R型，具体为（1R，2R)-N_2-羟基-3-叔丁 基-5-(4-吡啶）苯亚甲基-N'-2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶）苯甲基-环己二胺，然后 通过溶剂热法来制备用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料，具体包括以下步骤：
[0007] (1)手性配体（1R，2R)_H2L的制备：
[0008] ①将（1R，2R)_环己二胺单侧盐酸盐加入到无水甲醇中，溶解，配制成混合溶液， 再按照（1R，2R)-环己二胺单侧盐酸盐与3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛的摩尔 比为1 : (1?1.2)，缓慢加入3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液，在 70?80°C下加热回流反应6?8h，旋蒸除去甲醇溶剂，并用无水乙醚洗涤，过滤，烘干，得中 间产物lb ;
[0009] ②将上述步骤①制得的中间产物lb溶于无水甲醇中，在0°C下，按照还原剂与步 骤①中（1R，2R)-环己二胺单侧盐酸盐的摩尔比为（10?15) : 1，分批加入还原剂，并充分 搅拌1?3h，旋蒸除去甲醇溶剂，再加水搅拌10?20min，用乙醚多次萃取，有机相用无水 硫酸钠干燥，旋干，制得中间产物lc ;
[0010] ③将上述步骤②制得的中间产物lc溶于无水甲醇中，溶解，配制成混合溶液，再 加入同步骤①相同量的3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液，在70? 80°C下加热回流反应6?8h，旋蒸除去甲醇溶剂，将残余反应液滴入水中，即有土黄色固体 析出，过滤、烘干即制得手性配体（1R，2R)-H 2L ;
[0011] (2)金属有机大环晶态材料的制备：
[0012] 将步骤⑴制备所得的手性配体（1R，2R)-H2L和锌盐按摩尔比为1 : (2?3)加 入到N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混合溶液中，充分搅拌溶解，在80?85°C条件下，恒 温反应10?12h，冷却至室温，过滤，将所得晶体用乙醚洗涤数次后，置于空气中晾干，即制 备得到具有手性分离功能的金属有机大环晶态材料。
[0013] 步骤①所述的（1R，2R)_环己二胺单侧盐酸盐无水甲醇混合溶液中，（1R，2R)_环 己二胺单侧盐酸盐的质量浓度为7. 2?8. 5mg/ml ;所述的3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡 啶）苯甲醛无水甲醇溶液中，3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛的质量浓度为12. 5? 13. 5mg/ml〇
[0014] 步骤②所述的还原剂为硼氢化钠，分三批加入。
[0015] 步骤（2)所述的N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混合溶液为N，N-二甲基甲酰胺 与无水甲醇按体积比为1:1混合而成。
[0016] 步骤⑵所述的手性配体（1R，2R)-H2L在N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混合 溶液中的摩尔浓度为〇. 〇2?〇. 〇6mol/L。
[0017] 步骤（2)所述的锌盐为二水合乙酸锌。
[0018] 本发明制备所得具有手性分离功能的金属有机大环晶态材料，分离手性胺的ee 值的测定方法为：将80mg具有手性分离功能的金属有机大环晶态材料经溶剂交换后，在 l〇〇°C的真空条件下，活化4h，然后在-10°C下，在3mL溶有外消旋体胺的无水甲醇中，选择 性吸附三天，过滤，用无水乙醚洗涤数次；然后，在无水乙醚中浸泡一天，过滤，滤液经苯甲 酰氯衍生化后，用Chiralcel 0D-H型液相手性分离柱，在温度为25°C，正己烷与异丙醇的 质量比为（90?95) : (5?10)，流速为0. 5?0. 8mL/min条件下，测定分离手性胺的ee 值。
[0019] 制备所得的单手性金属有机大环晶态材料通过手性官能团与手性胺中氮原子的 氢键作用力，可以很好地对小分子手性胺进行手性分离。
[0020] 所述的手性胺为2- 丁胺、3-甲基-2- 丁胺、2-戊胺和2-己胺。
[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下特点：
[0022] (1)本发明采用溶剂热法，反应温度低，反应时间比较短，大约需12h，反应原料便 宜并且容易制备，如常用的锌盐、无水甲醇、N，N-二甲基甲酰胺、无水乙醚等，合成操作简 单；
[0023] (2)本发明制备的金属有机大环晶态材料内部具有手性功能官能团，可以非常理 想地对外消旋体胺进行手性分离，例如，对2- 丁胺、3-甲基-2- 丁胺、2-戊胺以及2-己胺 选择性吸附的ee值分别高达98. 0%、96. 2%、95. 4%和91. 3%，制备所得的具有手性分离 功能的金属有机大环晶态材料的结构非常稳定，能够非常好地选择性吸附2- 丁胺、3-甲 基-2- 丁胺、2-戊胺及2-己胺等外消旋体胺。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明制备所得金属有机大环晶态材料的分子结构Zn6L6示意图；
[0025] 图2为本发明制备所得金属有机大环晶态材料的空间堆积三维示意图；
[0026] 图3和图4为本发明制备所得金属有机大环晶态材料选择性吸附2- 丁胺的液相 色谱图；
[0027] 图5和图6为本发明制备所得金属有机大环晶态材料选择性吸附3-甲基-2- 丁 胺的液相色谱图；
[0028] 图7和图8为本发明制备所得金属有机大环晶态材料选择性吸附2-戊胺的液相 色谱图；
[0029] 图9和图10为本发明制备所得金属有机大环晶态材料选择性吸附2-己胺的液相 色谱图；
[0030] 图11为本发明制备所得金属有机大环晶态材料的X射线衍射图谱。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
[0032] 实施例1 :
[0033] -种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法，该方法首先合成手性 配体（1R，2R)-H 2L，该手性配体（1R，2R)-H2L为R型，具体为（1R，2R)-N_2-羟基-3-叔丁 基-5-(4-吡啶）苯亚甲基-N'-2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶）苯甲基-环己二胺，然后 通过溶剂热法来制备用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料，包括以下步骤：
[0034] (1)手性配体（1R，2R)_H2L的制备：
[0035] ①将151mg(lR，2R)-环己二胺单侧盐酸盐加入到20ml无水甲醇中，溶解，配制成 质量浓度为7. 55mg/ml的溶液，再缓慢滴加质量浓度为12. 75mg/ml的3-叔丁基-2-羟 基-5-(4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液20ml，在70°C下加热回流反应6h，旋干，并用无水乙 醚洗涤，过滤，烘干，得中间产物lb' ；
[0036] ②将上述步骤①制得的中间产物lb'溶于150ml无水甲醇中，在0°C下分三批加 入400mg硼氢化钠，充分搅拌2h，旋干，再加水搅拌lOmin，用乙醚多次萃取，有机相用无水 硫酸钠干燥，旋干，制得中间产物lc' ；
[0037] ③将上述步骤②制得的中间产物lc'溶于50ml无水甲醇中，再加入20ml质量浓 度为12.7511^/1111的3-叔丁基-2-轻基-5-(4-批陡）苯甲醒无水甲醇溶液，在70 1€下加热 回流反应6h，旋蒸除去大部分甲醇溶剂，将残余反应液滴入水中，即有土黄色固体析出，过 滤、供干即制得手性配体（1R，2R) _H2L : (1R，2R) -N-2-轻基_3_叔丁基_5_ (4_批陡）苯亚 甲基-Ν' -2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶）苯甲基-环己二胺；
[0038] 制备手性配体（1R，2R) _H2L的反应式为：
[0039]
【权利要求】
1. 一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法，其特征在于，该方法首 先合成手性配体（1R，2R)-H 2L，该手性配体（1R，2R)-H2L为（lR，2R)-N-2-羟基-3-叔丁 基-5-(4-吡啶）苯亚甲基-N'-2-羟基-3-叔丁基-5-(4-吡啶）苯甲基-环己二胺，然后 通过溶剂热法来制备用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料，具体包括以下步骤： (1) 手性配体（1R，2R)-H2L的制备： ① 将（1R，2R)-环己二胺单侧盐酸盐加入到无水甲醇中，溶解，配制成混合溶液，再按 照（1R，2R)_环己二胺单侧盐酸盐与3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛的摩尔比为 1 : (1?1.2)，缓慢加入3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液，在70? 80°C下加热回流反应6?8h，旋蒸除去甲醇溶剂，并用无水乙醚洗涤，过滤，烘干，得中间产 物lb ; ② 将上述步骤①制得的中间产物lb溶于无水甲醇中，在0°C下，按照还原剂与步骤① 中（1R，2R)_环己二胺单侧盐酸盐的摩尔比为（10?15) : 1，分批加入还原剂，并充分搅 拌1?3h，旋蒸除去甲醇溶剂，再加水搅拌10?20min，用乙醚多次萃取，有机相用无水硫 酸钠干燥，旋干，制得中间产物lc ; ③ 将上述步骤②制得的中间产物lc溶于无水甲醇中，溶解，配制成混合溶液，再加入 同步骤①相同量的3-叔丁基-2-羟基-5- (4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液，在70?80°C下 加热回流反应6?8h，旋蒸除去甲醇溶剂，将残余反应液滴入水中，即有土黄色固体析出， 过滤、烘干即制得手性配体（1R，2R)-H 2L; (2) 金属有机大环晶态材料的制备： 将步骤（1)制备所得的手性配体（1R，2R)-H2L和锌盐按摩尔比为1 : (2?3)加入到 N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混合溶液中，充分搅拌溶解，在80?85°C条件下，恒温反 应10?12h，冷却至室温，过滤，将所得晶体用乙醚洗涤数次后，置于空气中晾干，即制备得 到具有手性分离功能的金属有机大环晶态材料。
2. 根据权利要求1所述的一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备 方法，其特征在于，步骤①所述的（1R，2R)_环己二胺单侧盐酸盐无水甲醇混合溶液中， (1R，2R)-环己二胺单侧盐酸盐的质量浓度为7. 2?8. 5mg/ml ;所述的3-叔丁基-2-羟 基-5-(4-吡啶）苯甲醛无水甲醇溶液中，3-叔丁基-2-羟基-5-(4-吡啶）苯甲醛的质量 浓度为 12. 5 ?13. 5mg/ml。
3. 根据权利要求1所述的一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法， 其特征在于，步骤②所述的还原剂为硼氢化钠，分三批加入。
4. 根据权利要求1所述的一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法， 其特征在于，步骤（2)所述的N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混合溶液为N，N-二甲基甲 酰胺与无水甲醇按体积比为1:1混合而成。
5. 根据权利要求1所述的一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法， 其特征在于，步骤（2)所述的手性配体（1R，2R)-H 2L在N，N-二甲基甲酰胺和无水甲醇的混 合溶液中的摩尔浓度为〇· 02?0· 06mol/L。
6. 根据权利要求1所述的一种用于拆分手性胺的金属有机大环晶态材料的制备方法， 其特征在于，步骤（2)所述的锌盐为二水合乙酸锌。
【文档编号】B01J20/22GK104119267SQ201410347338
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日
【发明者】崔勇, 董金桥, 周艳芳, 刘燕 申请人:上海交通大学