(S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)硫脲修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂、制备方法及其应用
【专利摘要】本发明公开了一种(S)?1?(2?羟基?1?苯乙基)硫脲修饰的Cr?Anderson型杂多酸催化剂、制备方法及其应用。本发明首先将钼酸铵与硝酸铬反应生成Cr?Anderson型杂多酸(NH4)3[Cr(OH)6Mo6O18]，再将其与三羟基氨基甲烷进行水热反应得到有机单侧氨基修饰的多金属氧酸盐；接着以L?苯甘氨醇为原料合成(S)?1?(2?羟基?1?苯乙基)异硫氰酸，再和有机单侧氨基修饰的多金属氧酸盐反应得到目标催化剂。本发明制备方法简单，反应条件温和、环境友好。本发明得到的杂多酸催化剂用于烯烃的不对称双羟基化反应，具有高催化活性、高对应选择性，可回收利用，适用于工业化生产。
【专利说明】
(5)-1-(2-哲基-1-苯乙基)硫服修饰的0广人11〇16^〇11型杂多酸 催化剂、制备方法及其应用
技术领域
[0001] 本发明属于催化化学技术领域，尤其设及不对称选择催化，具体来说是(S)-1-(2- 径基-1 -苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂、制备方法及其应用。
【背景技术】
[0002] 2001年诺贝尔奖获得者Noyori教授指出："未来的合成化学必须是经济的、安全 的、环境友好的W及节省资源和能源的化学，化学家需要为实现'完美的反应化学'而努力， 即W100%的选择性和100%的收率只生成需要的产物而没有废物产生"。手性催化合成作 为实现"完美合成化学"的重要途径之一，其中，手性催化剂是手性催化研究中的最核屯、科 学问题。从反应原理上看，手性有机小分子催化是通过和反应底物W不稳定的共价键可逆 地形成活性中间体或通过若相互作用，如氧键、范德华力或离子对等活化反应底物。均相手 性催化具有高效、高对映选择性和反应条件溫和等特点。
[0003] 催化是多金属氧酸盐应用中最有前途且最具实用价值的研究方向。多金属氧酸盐 同时集酸碱催化剂、氧化还原催化剂、金属氧化物纳米催化剂等的优良特性于一身，被认为 是一种应用广泛的绿色的多功能催化剂。早在20世纪初，人们就开始对多酸的催化性能进 行了研究。到目前为，已有8个多酸催化工业化项目被成功开发。催化成为了多酸化学中一 项永恒的研究课题。自从手性多金属氧酸盐被成功合成W后，人们便开始了手性多酸在不 对称催化领域的探索。手性多金属氧酸盐集多酸与手性材料的各种优异性能于一身。其独 特的可溶性类矿物金属-氧化物结构，为手性的非生命起源学说及无机固体中手性传递的 探索提供了理想的模型；其高的负电性，可调的酸碱性、氧化还原活性及纳米尺寸，更为多 功能非线性光学、纳米材料、立体选择性催化W及医药等新材料的设计、合成带来了新的希 望。
[0004] 目前，手性有机小分子催化剂很难实现用于工业化生产，主要由于催化剂活性较 低、用量高且不易回收利用。要实现运些催化反应在工业上的应用，必须解决昂贵催化剂的 回收利用是个严重的问题。
[0005] 自从1993年Zubieta等人在《Na化re》上报道采用水热技术成功制备了类9似DNA的 手性双螺旋结构的化合物(MesN也瓜[VioOio化20)4(0H)4(P04)7] ·也0后，人们便开始了手性 多酸在不对称催化领域的探索。中国科学院化学所的罗Ξ中教授等人在W有机胺小分子催 化剂作为抗衡阳离子，多酸作为催化剂负载载体的领域做出了出色的工作（Organic letters，2007，9( 18): 3675-3678.)。他们合成了一系列的仲胺-叔胺型脯氨酸衍生物，采用 强酸性多阴离子的[PWi2040]3^替代传统酸-碱协同催化中的矿物酸，合成了一系列手性有机 胺-多酸杂化材料。运些材料对醒酬的直接Aldol反应，不对称Michael加成反应等都表现出 很高的催化活性和手性选择性，有机胺小分子作为抗衡阳离子与多酸通过静电作用组装， 但运些材料没有明确的分子结构，不能进一步探究催化机理，不能解释手性胺与多酸的协 同作用。大连物化所段春迎课题组迎利用多金属氧酸盐(POMs)的组成、结构的多样性W及 电荷的可调变性，设计组装一系列具有催化功能的多孔性的POMOFs，实现了它们在多相催 化中的应用（Journal of the American 畑emical Society,2013,135(28):10186- 10189.)，但运些材料同样没有明确的分子结构，不能进一步探究催化机理，不能解释MOFs 与POMs的协同作用。
【发明内容】
[0006] 针对现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种(5)-1-(2-?基-1-苯乙基） 硫脈修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂、制备方法及其应用。本发明解决了现有手性有机 小分子催化剂活性较低、用量高且不易回收利用的技术问题，可用于締控的不对称双径基 化反应。
[0007] 本发明从有机小分子催化剂的设计思路出发，创新性地提出利用"酸-碱"协同催 化策略，W具有潜在催化活性的手性有机小分子作为前躯体，通过有机修饰等方法，巧妙地 使有机小分子与高化onsted酸性的缺位多阴离子结合，构筑手性多酸材料，本发明的有机 修饰的多酸不但保留了多酸原有的结构，而且拓展了多酸的研究领域，使其在催化、药物和 功能材料方面具有潜在应用价值。此外，多酸具有亲水性，可用绿色、廉价的水作溶剂进行 催化反应，反应结束可向体系中加入有机溶剂（乙醇、甲醇等)后，多酸极易析出，可进行回 收利用。
[000引本发明提供一种（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催 化剂(结构见图1)的制备方法，具体步骤如下：
[0009] 1)W钢酸锭和硝酸铭为原料，在pH值为4~5,溫度为80°C~100°C的条件下，制备
[0010] Cr-Anderson型杂多酸母体(NH4)3[Cr(OH)6M060i8];
[00川 2)将上述得到的化-Anderson型杂多酸母体(畑4)3[化((^)6106018]与；径基氨基 甲烧在水热蓋中进行水热反应得到有机单侧氨基修饰的化-Anderson型多金属氧酸盐；
[0012] 苯甘氨醇为原料合成(S)-1-(2-径基-1-苯乙基)异硫氯酸醋；
[0013] 4)将(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)异硫氯酸反应与步骤2)得到的有机单侧氨基修饰 的化-Anderson型多金属氧酸盐在45~55 °C溫度下反应得到（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫 脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂。
[0014] 上述步骤1)中，钢酸锭和硝酸铭的摩尔比为1:1~1: 2。
[0015] 上述步骤1)中，通过浓硝酸调体系的pH值到4~5之间。
[0016] 上述步骤2)中，Cr-Anderson型杂多酸母体(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]与立径基氨基甲 烧的摩尔比1:2~1:5。
[0017] 上述步骤2)中，水热反应溫度为135-145Γ，水热反应时间为20h~30h。
[0018] 上述步骤3)中，苯甘氨醇为原料合成(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)异硫氯酸醋 的具体步骤如下：
[0019]将心苯甘氨醇、〔52和；乙胺W摩尔比1:(2~4):1的比例混合，在室溫揽拌反应化 ~化后，加入二碳酸二叔下醋和4-二甲氨基化晚，冰浴条件下反应化~化，得到（S)-1-(2- 径基-1-苯乙基)异硫氯酸醋，其中：心苯甘氨醇、二碳酸二叔下醋和4-二甲氨基化晚的摩尔 比为 1:1:(0.02 ~0.05)。
[0020] 上述步骤4)中，有机单侧氨基修饰的化-Anderson型多金属氧酸盐和(5)-1-(2-? 基-1-苯乙基)异硫氯酸醋的摩尔比为1:3~1:5,反应溶剂采用DMF、DMSO或NMP中任意一种 或几种。反应结束后将澄清液放置乙酸氛围中结晶，若干天后可得到晶体，即获得（s)-i- (2-径基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂。具体的，体系反应结束后，若 反应液不澄清，应用针头过滤器处理，得到澄清液后放置乙酸氛围中结晶。
[0021] 上述步骤5)中，适量的締控，在30°C~50°C、W水和乙腊为混合溶剂的条件下，加 入过氧化氨和（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂，反应 2地，得到邻二醇化合物。
[0022] 本发明还提供一种上述制备方法制备得到的（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰 的化-Anderson型杂多酸催化剂。
[0023] 本发明进一步提供上述(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂 多酸催化剂在締控的不对称双径基化反应领域的应用。
[0024] 上述应用方法如下:将締控和（5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson 型杂多酸催化剂在水和乙腊组成的混合溶剂中混合，30°C~50°C溫度下反应，得到邻二醇 化合物；其中：（S)-1 -(2-径基-1 -苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂的量为 締控的〇.5mol%~5mol%。优选的，水和乙腊的摩尔比为1:1~3:1，过氧化氨为氧源，其使 用量为1-3当量(W締控为参考）。
[0025] 上述应用方法结束后，向相体系中加入有机溶剂（乙醇、甲醇等）后，多酸析出，过 滤，真空干燥，回收得到多酸，可再用于締控的不对称双径基化反应。
[0026] 本发明的有益效果在于:不仅可W利用手性有机小分子的共价修饰作用打破多酸 的高对称性，引入手性，提高其在催化反应中的立体选择性，而且也能将有机手性小分子的 不对称催化或生物医药活性等功能特性引入多酸，并使有机部分与无机的多阴离子有机地 结合为一个整体，从而产生协同作用获得更多新颖的性质。本发明制备方法反应条件溫和、 环境友好;得到的催化剂催化活性高、对映选择性高，可回收利用，适用于工业化生产。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的目标催化剂的结构图示。
[0028] 图2是本发明的合成路线图示。
[0029] 图3是实施例1的母体(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]的红外谱图。
[0030] 图4是(S)-1-(2-径基-1-苯乙基)异硫氯酸醋的核磁谱图。
[0031] 图5是单侧氨基修饰的化-Anderson型多金属氧酸盐的红外谱图。
[0032] 图6是(5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂的核磁 谱图。
【具体实施方式】
[0033] W下采用实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段 来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据W实施。
[0034] 本发明的合成路线如图2所示。
[0035] 实施例1
[0036] Cr-Ander son型杂多酸母体(畑4) 3 [ Cr (0H) 6M060i8 ]的制备
[0037]取7.41g(6mmol)钢酸锭加入到20mL去离子水中，充分揽拌得到澄清液，之后滴加 浓硝酸，将体系的P的周到4~5.加热到沸腾，维持强力揽拌，开始缓慢加入1.66g(7mmol)硝 酸铭固体，揽拌至有大量粉红色固体产生，停止揽拌，静置15~30分钟。抽滤，得到5.26g粉 红色晶状固体原料，收率82%。
[003引母体(畑4)3 [化(OH)6M06化8]的红外谱图见图1。
[0039] 实施例2
[0040] (S)-1-(2-径基-1-苯乙基)异硫氯酸醋的制备
[0041 ]在干燥的反应容器中加入心苯甘氨醇(0.6859g，5mmol)，用20mL乙醇溶解，随后分 别缓慢加入加〔52(0.1142旨，15111111〇1)和^乙胺（0.506111旨，5111111〇1)，在室溫揽拌反应化后，随 后在0°C条件下加入二碳酸二叔下醋（8〇〇20)(1.091111旨，5111111〇1)和4-二甲氨基化晚(01八口） (18mg,0.15mmol)，在室溫揽拌反应化后(在揽拌的过程有气体产生，应注意放气减压），可 获得0.7547g(S)-1-(2-^基-1-苯乙基)异硫氯酸醋。
[0042] (S)-1-(2-径基-1-苯乙基)异硫氯酸醋的核磁谱图如图4所示，具体数据如下：
[0043] 1h NMR(501MHz，CDCl3):S7.45-7.29(m，5H)，5.06(dt，J = 52.6,9.1Hz，2H)，4.49 (dd J = 8.8,7.0Hz, IH), 1.38-1.
[0044] 实施例3
[0045] 单侧氨基修饰的化-Anderson型多金属氧酸盐的制备
[0046] 将上述得到的4]1(16'3〇]1母体(畑4)3[吐((^)6106018]1.071邑（11]11]1〇1)用1〇1111^去离子 水中溶解，得到浅红色清液后，缓慢加入Ξ径基氨基甲烧〇.402g(3mmol)。之后将上述体系 加入水热蓋，在水热蓋中加热到140°C，反应进行24h后，在85°C条件下将4.83g四下基漠化 锭加如上述溶解的溶液中，产生大量粉红色沉淀即粗产物，抽滤即可得到红色液体，放置得 到结晶，即为有机单侧氨基饰修的Cr-Anderson型多酸[TBA]3{[C此畑2C(C此0)3]CrM〇6〇i8 (0H)3}。
[0047] 单侧氨基修饰的化-Anderson型多金属氧酸盐的红外谱图如图5所示。
[004引实施例4
[0049] (S) -1 - (2-径基-1 -苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂
[(K)加]将有机单侧氨基修饰[TBA]3{ [CH2NH2C(CH20)3]CrM〇6〇i8(OH)3}0.5g(0.275mmol)用 5mL的DMF在50°C条件下溶解后，加入（5)-1-(2-?基-1-苯乙基）异硫氯酸醋0.179g (Immol)，维持50°C揽拌条件下，反应时间2~3天，反应结束后将水红澄清液放置乙酸氛围 中结晶，若干天后可得到红色晶体，即获得(S)-1-(l-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂 多酸催化剂。
[0051 ] (5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型杂多酸催化剂的核磁谱图 如图6所示，具体数据如下：
[0052] 1h 醒R(501MHz，DMS0):S7.64-6.93(m，5H)，3.17(s，24H)，1.98(s，2H)，1.57(s, 24H),1.32(S,24H),1.24(s,3H),0.94(s,36H).
[0化3] 实施例5
[0054] (5)-1-(2-?基-1-苯乙基)硫脈修饰的化-Anderson型多酸催化締控的不对称双 径基化
[0化日]在干净的反应瓶中加入1.0415旨(0.01111〇1)苯乙締，再加入101111混合溶剂（水和乙 腊的摩尔比为1:1~3:1)，最后加入1.7g 30%过氧化氨和0.0216g(S)-1-(2-^基-1-苯乙 基)硫脈修饰的化-Anderson型多酸催化剂，反应24h，取5ml乙醇加入反应体系，离屯、使催化 剂沉降，再加入3ml乙醇再次分离催化剂，过滤，得到催化剂，真空干燥。用乙酸乙醋将反应 体系萃取3次，所得到的产品减压除去溶剂，柱层析分离得到邻二醇化合物，得到产品 1.358g，收率为99%。产品的对映体过量由手性高效液相色谱测得，ee值达99%。该催化剂 都能够不同程度的催化反应的进行，并且具有较好的立体选择性。使用不同的締控进行催 化的反应方程式如下，所得到的实验结果见表1。
[0化6]
[0057]表1多酸催化締控的不对称双径基化反应实验结果 [0化引
[0059]上述回收得到的催化剂直接用于苯乙締的双径基化反应，所得到产品的对映体过 量值由HPLC测定(手性AS-H柱，异丙醇:正己烧= 3:7,254皿，20°C，ο.5血/min)。催化剂回收 利用所得到的结果见表2。
[0060] 表2催化剂回收利用的实验结果
[0061]
[0062] 所有上述的首要实施方式，并没有实施运种新产品和/或新方法设定限制其他形 式。本领域技术人员将利用运一重要信息，上述内容修改，W实现类似的执行情况。但是，所 有基于本发明的修改或改造属于本发明保留的权利。
[0063] W上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任 何熟悉本专业的技术人员可能利用上述掲示的技术内容加 W变更或改型为等同变化的等 效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对W上实施例所 作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。
【主权项】
1. 一种（S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)硫脲修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂的制备方 法，其特征在于，具体步骤如下： 1) 以钼酸铵和硝酸铬为原料，在pH值为4~5,温度为80°C~100°C的条件下，制备Cr-Anderson型杂多酸母体(NH4)3 [Cr (OH)6M〇6〇i8]; 2) 将上述得到的Cr-Anderson型杂多酸母体(NH4)3[Cr(OH)6Mo6〇 18]与三羟基氨基甲烷 在水热爸中进行水热反应，得到有机单侧氨基修饰的Cr-Anderson型多金属氧酸盐； 3) 以L-苯甘氨醇为原料合成(S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)异硫氰酸酯； 4) 将（S)-1-(2-羟基-1-苯乙基）异硫氰酸反应与步骤2)得到的有机单侧氨基修饰的 Cr-Anderson型多金属氧酸盐在45~55 °C温度下反应，得到（S)-1-( 2-羟基-1-苯乙基)硫脲 修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂。2. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，钼酸铵和硝酸铬的摩尔比为 1:1 ~1:2〇3. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，通过浓硝酸调体系的pH值到4 ~5之间。4. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，Cr-Anderson型杂多酸母体 (NH4)3[Cr(OH)6Mo 6〇18]与三羟基氨基甲烷的摩尔比1:2~1:5。5. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，水热反应温度为135-145Γ， 水热反应时间为20h~30h。6. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，以L-苯甘氨醇为原料合成 (S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)异硫氰酸酯的具体步骤如下： 将L-苯甘氨醇、CS2和三乙胺以摩尔比1: (2~4): 1的比例混合，在室温搅拌反应lh~2h 后，加入二碳酸二叔丁酯和4-二甲氨基吡啶，冰浴条件下反应3h~5h，得到（S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)异硫氰酸酯，其中：L-苯甘氨醇、二碳酸二叔丁酯和4-二甲氨基吡啶的摩尔比为 1:1:(0.02~0.05) 〇7. 如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中，有机单侧氨基修饰的Cr-Anderson型多金属氧酸盐和(S)-1-(2-羟基-1-苯乙基）异硫氰酸酯的摩尔比为1:3~1:5， 反应溶剂采用DMF、DMS0或NMP中任意一种或几种。8. -种如权利要求1-7之一所述的制备方法得到的（S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)硫脲修 饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂。9. 一种如权利要求8所述的（S)-1-( 2-羟基-1-苯乙基)硫脲修饰的Cr-Anderson型杂多 酸催化剂在烯烃的不对称双羟基化反应领域的应用。10. 如权利要求9所述的应用，其特征在于，应用方法如下:将烯烃和(S)-1-(2-羟基-1-苯乙基)硫脲修饰的Cr -An d e r s ο η型杂多酸催化剂在水和乙腈组成的混合溶剂中混合，3 0 °C ~50 °C温度下反应，得到邻二醇化合物；其中：（S) -1 - (2-羟基-1 -苯乙基）硫脲修饰的Cr-Anderson型杂多酸催化剂的量为稀经的0.5mol %~5mol %。
【文档编号】C07C33/26GK105833909SQ201610211338
【公开日】2016年8月10日
【申请日】2016年4月6日
【发明人】余焓, 戴国勇, 李亮, 何慧红, 韩生
【申请人】上海应用技术学院