金属配合手性催化剂的制作方法

本发明属于催化剂领域，尤其涉及一种金属配合手性催化剂。

背景技术：

催化剂是有机合成中的常用试剂，其通常用量少，能使反应在较短时间内以高收率完成。通过对催化剂进行负载，可以实现贵重或污染类催化剂的回收，减少污染和浪费。然而，随着有机合成技术的不断发展，催化剂种类不断丰富，对催化剂的使用也有了更高要求。有时，为实现更绿色的反应体系，实现不对称催化，以及原子经济学等目的，可以用材料负载手性配体结合金属催化反应体系，使手性配体及一些贵重金属能够回收利用。手性配合物已经研究深远，将手性配合物负载到海绵材料上是一个突破。

催化剂在其他载体上的负载已有报道，如硅胶及多孔的硅胶复合材料、石墨烯及功能化的石墨烯材料、金属-有机框架，但由于催化剂的种类繁多，只能在特定的载体上进行负载。有些载体本身接枝并不方便，仅限于某一个或某一小类催化剂的负载。并且载体均是微小的颗粒，要通过过滤或离心处理，不能满足工业生产的实际需求。手性配合物在不对称催化反应中的应用广泛，然而现有的金属配合物的负载方式，对催化效果的影响较大，且手性配合物的回收利用率低。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种金属配合手性催化剂，旨在解决金属配合物的负载方式，对催化效果的影响较大，且手性配合物的回收利用率低的问题。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

本发明一方面提供一种金属配合手性催化剂，所述金属配合手性催化剂为负载型手性催化剂，包括海绵基体，以及负载在所述海绵基体上的手性金属配合物，且所述手性金属通过linker试剂负载在所述海绵基体上，

其中，所述海绵为3d多孔结构的聚合物骨架，含有表面活性基团a；

所述手性金属配合物包括手性配体，以及与所述手性配体配位结合的金属，且所述手性配体含有活性基团b，所述手性配体选自salencomplexes手性配体、手性n,n-二氧化物、含硫手性配体、binol类手性配体、taddol类手性配体、binap类手性配体、duphos类手性配体、spinoligands、box手性配体、phox手性配体中的至少一种，所述金属为过渡态的金属单质、合金或金属离子；

所述linker试剂至少含有能与所述表面活性基团a结合的第一活性官能团c和能与所述活性基团b结合的第二活性官能团d。

本发明提供的金属配合手性催化剂，通过所述linker试剂将所述海绵与所述手性金属配合物连接在海绵表面，形成具有不对称催化活性的海绵负载的手性金属配合物。首先，本发明提供的海绵负载的手性金属配合物，能够催化迈克加成反应，且其性质稳定，有一定ee值，不影响催化反应的活性；催化结束后只需经过简单地挤压即可将反应液吸进所述海绵，待反应完成后，再将反应液挤出就能达到催化反应的目的，且催化过程中催化剂不会从所述海绵上脱落，有利于手性金属配合物的回收。其次，所述海绵的疏水性质使非均相催化反应在水相中就能进行。本发明提供的负载型金属配合手性催化剂，能有效回收作为催化剂活性成分的贵重金属，避免污染浪费；且将金属配合手性催化剂负载到海绵上，可避免使用该类催化剂的使用人员中毒。

附图说明

图1是本发明实施例1提供的海绵负载的手性配合物的示意图；

图2是本发明实施例2提供的海绵负载的手性配合物的示意图；

图3是本发明实施例3提供的海绵负载的手性配合物的示意图；

图4是本发明实施例4提供的海绵负载的手性配合物的示意图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供了一种金属配合手性催化剂，所述金属配合手性催化剂为负载型手性催化剂，包括海绵基体，以及负载在所述海绵基体上的手性金属配合物，且所述手性金属通过linker试剂负载在所述海绵基体上，

其中，所述海绵为3d多孔结构的聚合物骨架，含有表面活性基团a；

所述手性金属配合物包括手性配体，以及与所述手性配体配位结合的金属，且所述手性配体含有活性基团b，所述手性配体选自salencomplexes手性配体、手性n,n-二氧化物、含硫手性配体、binol类手性配体、taddol类手性配体、binap类手性配体、duphos类手性配体、spinoligands、box手性配体、phox手性配体中的至少一种，所述金属为过渡态的金属单质、合金或金属离子；

所述linker试剂至少含有能与所述表面活性基团a结合的第一活性官能团c和能与所述活性基团b结合的第二活性官能团d。

本发明实施例提供的金属配合手性催化剂，通过所述linker试剂将所述海绵与所述手性金属配合物连接在海绵表面，形成具有不对称催化活性的海绵负载的手性金属配合物。首先，本发明实施例提供的海绵负载的手性金属配合物，能够催化迈克加成反应，且其性质稳定，有一定ee值，不影响催化反应的活性；催化结束后只需经过简单地挤压即可将反应液吸进所述海绵，待反应完成后，再将反应液挤出就能达到催化反应的目的，且催化过程中催化剂不会从所述海绵上脱落，有利于手性金属配合物的回收。其次，所述海绵的疏水性质使非均相催化反应在水相中就能进行。本发明实施例提供的负载型金属配合手性催化剂，能有效回收作为催化剂活性成分的贵重金属，避免污染浪费；且将金属配合手性催化剂负载到海绵上，可避免使用该类催化剂的使用人员中毒。

本发明实施例提供的金属配合手性催化剂，通过所述linker试剂将所述海绵与所述手性金属配合物连接在海绵表面，不仅可以在保证所述手性金属配合物催化剂活性的前提下稳定发挥手性诱导催化功能，同时便于回收利用，形成具有手性催化活性的海绵催化剂。

具体的，本发明实施例中，所述海绵为3d多孔结构的聚合物骨架。3d多孔结构的聚合物骨架的所述海绵载体，具有强稳定性和高比表面积，一方面，其不会在负载的手性配合物作用的反应体系中参与化学反应，另一方面，其高比表面积可以保证催化的负载量，避免因海绵负载量低而导致的催化效率低的问题。具体优选的，所述海绵的密度为0.1-0.9g/cm³，孔隙率为40-95％、孔径为0.1-1.0mm，从而更好的实现上述性能。

所述海绵含有表面基团，所述表面基团为所述linker试剂的附着提供了化学键合位点。所述表面基团可以为所述海绵自身含有的表面基团，也可以通过对所述海绵进行表面处理得到的表面基团。所述海绵上所述表面基团的数量没有明确限制。优选的，所述表面基团选自氨基、羧基、卤素、氰基、异氰酸酯、异硫氰酸酯、烯烃、炔烃、羟基、硫醇、苯酚、苄氯、苯甲酸、环氧丙烷及其修饰基团。

所述海绵含有表面活性基团a，为所述linker试剂在所述海绵基体上的附着提供了化学键合位点。具体的，所述a能与所述linker试剂中的第一活性官能团c键合反应，从而实现海绵基体与linker试剂的连接。所述表面活性基团a可以为所述海绵自身含有的表面基团，也可以通过对所述海绵进行表面处理得到的表面基团。所述海绵表面基团的数量没有明确限制。

在一些实施例中，所述表面活性基团a选自氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种。

上述优选的表面活性基团，通常具有较好的反应活性，且通过化学反应形成的化学键具有较好的稳定性，使得linker试剂能够牢固结合在海绵基体表面，从而有利于保证手性金属催化剂在所述海绵基体上的稳定负载。

在一些实施例中，所述表面活性基团a选自对氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种进行修饰后的基团。即可对上述基团进行进一步修饰处理，以提高所述海绵基体与所述linker试剂的反应活性，进一步提高所述linker试剂的负载量，如一分子海绵基体可与多分子linker试剂结合。具体的，可采用在进行硅烷化后的海绵表面，对所述硅烷化基团进行原位自由基聚合，从而实现末端修饰，露出更多的反应位点。

在一些实施例中，所述海绵基体为经表面处理后的海绵基体，且经表面处理后的海绵基体的表面含有羟基。所述羟基可以为与所述linker试剂中的第一活性官能团c反应提供了更多的反应位点；同时，所述羟基很方便进行官能团改性，从而获得其他类型的反应位点。对所述海绵基体进行表面处理，特别是进行表面亲水处理，可以获得表面羟基。其中，所述亲水处理的方法包括气相方法、湿化学法、或气相方法和湿化学法混合处理。所述气相方法包括但不限于等离子氧化、紫外光照射、化学气体沉积、金属化合物涂覆，所述湿化学法包括但不限于逐层沉积、溶胶涂覆、硅烷化、表面活性剂修饰、蛋白沉积。作为一个具体实施例，所述纤维素海绵基体的表面具有大量羟基，可以很方便进行官能团化。

本发明实施例中，所述linker试剂作为纽带，一方面附着在所述海绵基体表面，另一方面与所述手性金属配合物发生化学反应，通过化学键合将所述手性金属配合物间接负载在所述海绵基体上。因此，所述linker试剂至少含有两个能够分别与所述手性金属配合物、所述海绵基体的表面基团发生化学反应的活性官能团，特别是末端活性官能团(活性官能团在末端，具有更好的反应活性)。具体的，所述linker试剂至少含有能与所述海绵基体的表面活性基团a结合的第一活性官能团c和能与手性金属配合物的活性基团结合的第二活性官能团d。

在一些实施例中，所述第一活性官能团c选自氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种。

在一些实施例中，所述第二活性官能团d选自氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种。

上述优选的表面活性基团，通常具有较好的反应活性，且通过化学反应形成的化学键具有较好的稳定性，从而有利于保证手性金属配合物在所述海绵基体上的稳定负载。

在一些实施例中，所述表面活性基团c、d独立地选自对氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种进行修饰后的基团。即可对上述基团进行进一步修饰处理，露出更多的反应位点，以提高所述linker试剂与所述手性金属配合物的反应活性，进一步提高所述手性金属配合物的负载量，如一分子linker试剂可与多分子手性金属配合物结合。

在一些实施例中，所述linker试剂为硅烷化试剂。

本发明实施例中，所述linker试剂负载在所述海绵基体上，可以通过所述linker试剂与所述海绵基体直接反应实现，也可以将所述海绵基体进行亲水处理，得到表面键合有亲水基团如羟基的海绵基体体系后，进一步与所述linker试剂反应实现。即所述海绵基体含有表面羟基，且所述linker试剂通过与所述羟基化学键合负载在所述海绵基体表面。由此得到的海绵-硅烷化体系，具有更好的稳定性。

进一步的，为了提高所述手性金属配合物与所述linker试剂的键合效率和键合效果，在进行键合反应时添加一定的缩合剂，所述缩合剂的类型根据具体的linker试剂和手性配合物的结构而定。

本发明实施例中，所述手性金属配合物共价键或聚合的方式与所述linker试剂键合，进而负载在所述海绵表面。优选的，所述手性金属配合物在所述海绵上的负载量为0.01-2.00mmol/g。若所述手性金属配合物的负载量过少，则海绵的有效利用率过低，单位体积的海绵能带来的催化效应有限；若所述手性金属配合物的负载量过多，则可能导致催化剂表面相互交叉，产生催化反应的活性基团隐藏，从而不能产生高效的催化作用。

并非所有的手性配合物都能与海绵负载，在保证稳定活性的前提下实现回收。本发明实施例中，具体的，所述手性金属配合物包括手性配体，以及与所述手性配体配位结合的金属，所述手性配体包括salencomplexes手性配体、手性n,n-二氧化物、含硫手性配体、binol类手性配体、taddol类手性配体、binap类手性配体、duphos类手性配体、spinoligands、box手性配体、phox手性配体。其中，salencomplexes手性配体为cas号为98327-87-8的结构，以及具有与cas号为98327-87-8的结构具有相同骨架结构的手性化合物；binol类手性配体(联苯二酚类手性配体)为cas号为18531-94-7的结构，以及具有与cas号为18531-94-7的结构具有相同骨架结构的手性化合物；taddol类手性配体(手性单磷酰胺酯配体)为cas号为93379-48-7的结构，以及具有与cas号为93379-48-7的结构具有相同骨架结构的手性化合物；binap类手性配体为cas号为98327-87-8的结构，以及具有与cas号为98327-87-8的结构具有相同骨架结构的手性化合物；duphos类手性配体为cas号为136779-28-7的结构，以及具有与cas号为136779-28-7的结构具有相同骨架结构的手性化合物；spinoligands为cas号为87151-85-7的结构，以及具有与cas号为87151-85-7的结构具有相同骨架结构的手性化合物；box手性配体为cas号为162213-03-8的结构，以及具有与cas号为162213-03-8的结构具有相同骨架结构的手性化合物；phox手性配体为cas号为174500-20-0的结构，以及具有与cas号为174500-20-0的结构具有相同骨架结构的手性化合物。

所述手性金属配合物含有能与所述所述linker试剂的第二活性官能团d键合反应的活性基团b，从而实现linker试剂与手性金属配合物的连接，进而通过linker试剂将手性金属配合物负载在海绵基体表面。

在一些实施例中，所述活性基团b选自氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种。

上述优选的表面活性基团，通常具有较好的反应活性，且通过化学反应形成的化学键具有较好的稳定性，从而有利于保证手性金属配合物在所述海绵基体上的稳定负载。

在一些实施例中，所述表面活性基团b选自对氨基、羧基、卤素、氰基、烯基、炔基、羟基、巯基、酚羟基、环氧烷基中的至少一种进行修饰后的基团。

即可对上述基团进行进一步修饰处理，露出更多的反应位点以提高所述海绵基体与所述linker试剂的反应活性。

在一些实施例中，所述salencomplexes手性配体选自如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述n，n-二氧化物包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述含硫手性配体包括s/sligands(硫/硫手性配体)、s/pligands(硫/磷手性配体)、s/nligands(硫/氮手性配体)、s/cands/oligands(硫/碳和硫/氧手性配体)；所述路易斯酸中的手性配体包括binol类(联苯二酚类手性配体)、taddol类(手性单磷酰胺酯配体)。在具体实施例中，所述含硫手性配体包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述binol类手性配体包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述taddolateligands包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述binap类手性配体包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述duphos类手性配体包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述chiralspinoligands包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述box手性配体包括如下结构所示化合物：

在一些实施例中，所述phox手性配体包括如下结构所示化合物：

上述优选的手性配体，负载在海绵基体上后，作为催化剂活性成分的贵重金属回收率有效提高，避免污染浪费。

下面结合具体实施例进行说明。

实施例1

一种海绵负载的手性金属配合物，所述海绵负载的手性配合物由海绵、硅烷化试剂、手性配体及铜制成，其中，所述海绵为含有表面羟基的聚二甲基硅氧烷海绵(pdms)，所述硅烷化试剂为末端基团修饰有环氧丙烷的乙烯基三甲氧基硅烷，所述手性配体为下式所示的l-半胱氨酸，且所述硅烷化试剂通过与所述海绵的表面羟基反应负载在所述海绵表面，所述手性配体通过共价键与所述硅烷化试剂的羧基键合、连接在所述海绵表面。其中，所述手性配体的结构如下所示，所述海绵负载的手性配合物催化剂的效果图如图1所示。

实施例2

一种海绵负载的手性金属配合物，所述海绵负载的手性配合物由海绵、硅烷化试剂、手性配体及铜制成，其中，所述海绵为含有表面羟基的聚二甲基硅氧烷海绵(pdms)，所述linker试剂为末端基团修饰有环氧丙烷的乙烯基三甲氧基硅烷，所述手性配体为下式所示的(1r，2r)-环己二胺，且所述硅烷化试剂通过与所述海绵的表面羟基反应负载在所述海绵表面，所述手性配体通过共价键与修饰后的所述硅烷化试剂键合、连接在所述海绵表面。其中，所述手性配体的结构如下所示，所述海绵负载的手性配合物的效果图如图2所示。

实施例3

一种海绵负载的手性金属配合物，所述海绵负载的手性配合物由海绵、硅烷化试剂、手性配体和铜制成，其中，所述海绵为含有表面羟基的聚二甲基硅氧烷海绵(pdms)，所述硅烷化试剂为末端基团修饰有环氧丙烷的乙烯基三甲氧基硅烷，所述手性配体为下式所示的(1r，2r)-环己二胺和水杨醛，且所述硅烷化试剂通过与修饰后的所述海绵的表面羟基反应负载在所述海绵表面，所述手性配体通过共价键与修饰后的所述硅烷化试剂的氨基和羧基依次键合、连接在所述海绵表面。其中，所述手性配体的结构如下所示，所述海绵负载的手性配合物的效果图如图3所示。

实施例4

一种海绵负载的手性金属配合物，所述海绵负载的手性配合物由海绵、硅烷化试剂、手性配体及金属制成，其中，所述海绵为含有表面羟基的聚二甲基硅氧烷海绵(pdms)，所述硅烷化试剂为末端基团修饰有环氧丙烷的乙烯基三甲氧基硅烷，所述手性配体为下式所示的(1r，2r)-环己二胺和r-环氧丙烷，且所述硅烷化试剂通过与修饰后的所述海绵的表面羟基反应负载在所述海绵表面，所述手性配体通过共价键与修饰后的所述硅烷化试剂的氨基和羧基依次键合、连接在所述海绵表面。其中，所述手性配体的结构如下所示，所述海绵负载的手性配合物的效果图如图4所示。

对比例1

提供实施例2中未负载在海绵基体上的游离手性金属催化剂。

将实施例1-4、对比例1提供的催化剂用作下述反应中，其中，pdms-na表示实施例1-4提供的负载型手性金属配合物，对比例1中，将下述反应式中的负载型手性金属配合物替代为对比例1提供的催化剂，即实施例2中未负载在海绵基体上的游离手性金属催化剂。

对经反应后的海绵基体负载的手性金属配合物进行回收后继续作为催化剂用于上述反应中，反应收率如下表1所示。

表1

由上表可见，本发明实施例提供的海绵基体负载的手性金属配合物，具有较高的回收率，从而赋予反应较高的回收率。而对比例提供的颗粒状载体，不仅稳定性差，而且不利于回收使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。