技术领域本发明属于手性催化及不对称合成技术领域，具体涉及一种负载手性催化剂磁性纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术：
在传统的自由基聚合体系中，自由基浓度较高，链转移反应不可逆，容易发生自由基的终止反应，导致聚合度降低，反应不可控。如果在聚合体系中加入链转移常数高的特种链转移剂，使得增长自由基和该链转移剂之间进行蜕化转移，从而降低自由基的浓度，就有可能实现可逆加成-断裂转移(RAFT)活性自由基聚合，从而进行活性可控聚合。而磁性纳米粒子具有比表面积大、表面活性中心多、表面反应活性高、吸附能力强和催化效率高等优异性质，为纳米粒子用于催化剂提供了必要条件，因而其在催化方面有着比较重要的应用。此外，近年来人们对磁性纳米粒子最直接的改性方法就是表面包覆，形成磁性核壳结构，使其更广泛的应用与不同领域。就我们所知，已经发展了一些高效偶合的方法，例如铜催化的Huisgen反应、炔烃和叠氮化物的1,3-偶极环加成反应、巯基-烯点击化学。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题是提供了一种负载手性催化剂磁性纳米粒子及其制备方法和应用，首先通过RAFT活性聚合对Macmillan手性单体进行均聚得到链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物链，再将其与表面键接双键的磁性纳米粒子RAFT偶合形成负载手性催化剂磁性纳米粒子，使接在纳米球上的聚合物链具有可控性，并能有效接枝的优点，又可通过磁铁吸附分离，从而达到催化剂的回收和重复使用，利用该负载手性催化剂磁性纳米粒子在催化不对称反应中除了获得高产率和高立体选择性的手性产物外，还可以实现催化剂的磁分离并重复循环使用的特点，降低了生产成本。本发明为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种负载手性催化剂磁性纳米粒子，其特征在于：首先通过RAFT活性聚合对Macmillan手性单体进行均聚得到链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物再将其与表面键接双键的磁性纳米粒子RAFT偶合形成负载手性催化剂磁性纳米粒子，其具有如下结构：本发明所述的负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备方法，其特征在于具体步骤为：称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物0.1-0.5g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL，冻抽5次后在N2条件下于40-100℃反应48h，反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。进一步限定，所述链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物的具体制备过程为：依次称取Macmillan手性单体、二硫代苯甲酸异丙苯基酯和偶氮二异丁腈溶于二甲基甲酰胺中，其中Macmillan手性单体、二硫代苯甲酸异丙苯基酯与偶氮二异丁腈的摩尔比为100-150:1:0.2，完全溶解后密封，采用冻融五次法来除去体系中的氧气，将反应瓶放在油浴锅中于40-100℃搅拌反应24h，反应结束后，在乙醚中沉淀，离心，将固体用四氢呋喃溶解，再在乙醚中沉淀，沉淀多次直到单体完全除尽，于30℃干燥48h得到浅黄色固体产物链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物。进一步限定，所述的负载手性催化剂磁性纳米粒子的具体合成路线为：本发明所述的负载手性催化剂磁性纳米粒子在Diels-Alder环加成反应中的应用，其中负载手性催化剂磁性纳米粒子通过磁性分离回收后重复循环使用。本发明与现有技术相比具有以下优点：1、通过RAFT活性聚合合成聚合物，使接在磁性纳米粒子上的聚合物链具有可控性；2、通过RAFT偶合的方法将聚合物与磁性纳米粒子进行有效可控的接枝；3、负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备方法简单且环保；4、悬挂的聚合物链能够提高粒子在反应介质中的分散性，从而进一步提高催化剂的催化活性，并且能够像可溶性线形聚合物载体催化剂那样显示出高的催化活性。具体实施方式以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。实施例1链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物的制备依次称取Macmillan手性单体(2.76g，9.1279mmol)、二硫代苯甲酸异丙苯基酯(16.28mg，0.06mmol)和偶氮二异丁腈(2mg，0.0122mmol)溶于5mL二甲基甲酰胺中，完全溶解后密封。采用冻融五次法来除去体系中的氧气，将反应瓶放在油浴锅中于70℃搅拌反应24h。反应结束后，在乙醚中沉淀，离心，将固体用最少量的四氢呋喃溶解，再在乙醚中沉淀，沉淀多次，直到单体完全除尽。于30℃干燥48h得到浅黄色固体产物含有活性双硫酯基团的手性聚合物。Mn＝18700，PDI＝1.59。实施例2链端含有活性双硫酯基团的手性聚合物的制备依次称取Macmillan手性单体(1.814g，5.999mmol)、二硫代苯甲酸异丙苯基酯(16.28mg，0.06mmol)和偶氮二异丁腈(2mg，0.0122mmol)溶于5mL二甲基甲酰胺中，完全溶解后密封。采用冻融五次法来除去体系中的氧气，将反应瓶放在油浴锅中于70℃搅拌反应24h。反应结束后，在乙醚中沉淀，离心。将固体用最少量的四氢呋喃溶解，再在乙醚中沉淀，沉淀多次，直到单体完全除尽。于30℃干燥48h得到浅黄色固体产物含有活性双硫酯基团的手性聚合物。Mn＝3590，PDI＝1.14。实施例3负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例1制得的手性聚合物0.1g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于70℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.08g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为1.15mmol/g。实施例4负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例1制得的手性聚合物0.3g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于70℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.25g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为2.1mmol/g。实施例5负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例1制得的手性聚合物0.5g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于100℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.41g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为2.42mmol/g。实施例6负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例2制得的手性聚合物0.1g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于40℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.085g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为1.19mmol/g。实施例7负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例2制得的手性聚合物0.3g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于70℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.27g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为2.13mmol/g。实施例8负载手性催化剂磁性纳米粒子的制备称取表面具有双键的Fe3O4纳米球0.15g加入到反应瓶中，超声分散5-30min后，依次加入实施例2制得的手性聚合物0.5g、偶氮二异丁腈4mg、二甲基甲酰胺30mL和三乙胺1mL。冻抽5次后在N2条件下于100℃反应48h。反应结束后磁分离，固体产物依次用四氢呋喃和甲醇各离心三遍，将固体产物置于真空干燥箱中于40℃真空干燥48h制得负载手性催化剂磁性纳米粒子。△m＝0.4g，负载手性催化剂磁性纳米粒子的负载量为2.4mmol/g。实施例9在试管中加入底物物质的量10％的实施例5制备的负载手性催化剂磁性纳米颗粒，乙腈/水(0.6mL)，三氟乙酸(0.0114g，0.1mmol)，环戊二烯(0.168mL，1.96mmol)，肉桂醛(0.0636mL，0.48mmol)，室温下反应24h，薄层色谱跟踪反应至终点，反应完毕后，离心分离，下层固体用甲醇洗3遍，回收重复利用，上清液用乙醚(3×10mL)萃取三次，合并有机相，浓缩，经柱层析分离得到纯的加成产物(石油醚：乙酸乙酯＝50:1)，称重计算产率，核磁共振氢谱确认目标产物。向产物中加入适量的NaBH4，室温反应48h。30h反应75％。反应完毕后，旋干溶剂，加入适量二氯甲烷，用蒸馏水洗3遍，收集有机相，浓缩经柱层析分离得到纯产物(石油醚：乙酸乙酯＝16:1)。通过高效液相色谱(HPLC)OJ-H手性柱分离手性物质，得到产物的ee(endo)值为86％，ee(exo)值为83％，收率为99％。实施例10在试管中加入底物物质的量10％的实施例7制备的制得的负载手性催化剂磁性纳米颗粒，水(0.6mL)，三氟乙酸(0.0114g，0.1mmol)，环戊二烯(0.168mL，1.96mmol)，肉桂醛(0.0636mL，0.48mmol)，室温下反应24h，薄层色谱跟踪反应至终点，反应完毕后，离心分离，下层固体用甲醇充分洗涤3遍，真空干燥回收，上清液用乙醚(3×10mL)萃取三次，合并有机相，浓缩，经柱层析分离得到纯的加成产物(石油醚：乙酸乙酯＝50:1)，称重计算产率，核磁共振氢谱确认目标产物。向产物中加入适量的NaBH4，室温反应48h。反应30h产品收率为80％。反应完毕后，旋干溶剂，加入适量二氯甲烷，用蒸馏水洗3遍，收集有机相，浓缩经柱层析分离得到纯产物(石油醚：乙酸乙酯＝16:1)。通过高效液相色谱(HPLC)OJ-H手性柱分离手性物质，得到产物的ee(endo)值为89％，ee(exo)值为91％，收率为99％。实施例11将实施例9中回收的负载Macmillan催化剂的Fe3O4纳米球作为手性催化剂重复实施例9。反应30h产品收率为75％，得到产物的ee(endo)值为85％，ee(exo)值为86％，收率为89％。实施例12将实施例10中回收的负载Macmillan催化剂的Fe3O4纳米球作为手性催化剂重复实施例10。反应30h产品收率为70％。得到产物的ee(endo)值为86％，ee(exo)值为90％，收率为97％。实施例13将实施例11中回收的负载Macmillan催化剂的Fe3O4纳米球作为手性催化剂重复实施例9。反应30h产品收率为80％，得到产物的ee(endo)值为86％，ee(exo)值为79％，收率为90％。实施例14将实施例12中回收的负载Macmillan催化剂的Fe3O4纳米球作为手性催化剂重复实施例10。反应30h产品收率为75％，得到产物的得到产物的ee(endo)值为87％，ee(exo)值为89％，，收率为96％。以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。