一种用于不对称迈克尔加成反应的手性纳米粒子催化体系及其应用

本发明属于催化剂，具体涉及一种用于不对称迈克尔加成反应的手性纳米粒子催化体系及其应用。

背景技术：

1、多相手性催化对比均相手性催化在产物分离提纯，催化剂循环利用等方面具有非常显著的优势，更适合用于连续流动反应器，因此多相手性催化具有广阔的工业应用前景。催化生成不对称碳碳键反应是一类构建具有手性中心的目标分子的基本碳骨架的重要手段，因此这类反应在有机合成化学领域有着非常重要的地位。但是对于大多数的不对称碳碳键生成反应的研究通常集中在均相催化体系中，并且催化剂的使用量通常都比较高，这意味着大量的金属以及手性配体在反应后难以进行回收，造成催化剂的浪费。因此发展高效多相手性催化体系用于不对称碳碳键生成反应受到了广泛关注。

2、目前，对于多相手性催化体系的研究主要有两类：固载型多相手性催化体系和多相手性纳米粒子催化体系。固载型多相手性催化体系又分为通过共价键或者非共价键固载的手性分子催化剂。这类催化剂的优点在于设计相对简单，通过对手性分子进行官能团化，获得的固体手性催化剂通常能够保留分子催化剂的一部分特性，但是通常这类催化剂在进行固载化后会导致反应过渡态发生扭曲，使得活性以及产物选择性发生下降；并且对手性分子的官能团衍生化对合成提出了更高的要求。而第二类催化剂则是将金属纳米粒子与手性配体相结合，实现不对称催化反应，避免了繁杂的配体衍生过程，但是这类催化体系的发展相对比较有限，反应的性能以及反应的类型相对受限。尽管多相手性催化有所发展，但是发展多相体系用于提高不对称碳碳键生成反应的活性和选择性仍然是一个具有挑战性的任务。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的不足，本发明提供一种用于催化不对称迈克尔加成反应的负载型镍催化体系的制备方法和应用，旨在克服现有催化体系难以回收，反应性能差的缺点。

2、为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

3、本发明一方面提供一种用于不对称迈克尔加成反应的手性纳米粒子催化体系，所述的手性纳米粒子催化体系包括以氧化硅作为载体的负载型ni金属纳米粒子催化剂和取代苄基衍生手性修饰分子；所述取代苄基衍生手性修饰分子在反应过程中用于原位生成活性物种。

4、上述技术方案中，进一步地，所述的催化体系中，取代苄基衍生手性修饰分子的含量为1-10mol％，ni金属的含量为1-20wt％。

5、上述技术方案中，进一步地，所述负载型ni金属纳米粒子催化剂的制备方法为以下两种方法之一：

6、方法一：强静电吸附法

7、包括以下步骤：

8、(1)将ni源溶于去离子水中，加入氨水调节ni源水溶液的ph值为9-13，形成[ni(nh3)6]2+物种溶液；

9、(2)将氧化硅载体加入到步骤(1)得到的溶液中，在室温下搅拌4-8h，使[ni(nh3)6]2+物种吸附在氧化硅载体上；

10、(3)将步骤(2)得到的混合物进行过滤，固体经过烘干，在空气下进行焙烧，随后在氢气气氛中进行还原，得到负载型ni金属纳米粒子催化剂。

11、方法二：沉积沉淀法

12、包括以下步骤：

13、(1)将ni源、沉淀剂溶于去离子水中，并在上述溶液中加入sio2载体，混合体系在90℃下搅拌1.5-2.5h；

14、(2)将步骤(1)得到的混合物进行过滤，固体经过烘干，在空气下进行焙烧，随后在氢气气氛中进行还原，得到负载型ni金属纳米粒子催化剂。

15、上述技术方案中，进一步地，方法一中，所述ni源选自硝酸镍、醋酸镍、碘化镍中的至少一种；所述氧化硅载体选自fdu-12、sba-15、气凝胶sio2中的至少一种。

16、上述技术方案中，进一步地，方法一中，所述烘干温度为50-80℃，烘干时间为12-48h；所述焙烧温度为400-800℃，焙烧时间为3-8h；所述还原温度为200-600℃，还原时间1-4h。

17、上述技术方案中，进一步地，方法二中，所述沉淀剂为尿素和硝酸；所述ni源、尿素、硝酸的摩尔浓度比为21:1:1。

18、上述技术方案中，进一步地，方法二中，所述烘干温度为50-80℃，时间为12-48h；所述焙烧温度为400-800℃，焙烧时间为3-8h；所述还原温度为200-600℃，还原时间1-4h。

19、上述技术方案中，进一步地，所述取代苄基衍生手性修饰分子的制备方法为：以(1r,2r)-1-2-二苯基乙二胺作为手性修饰分子的基本骨架，以无水n,n-二甲基甲酰胺作为反应溶剂，加入5.0eq.苄溴或取代苄溴，加入10.0eq.无水碳酸钾，以无水dmf作为溶剂，在室温下反应48h，加入去离子水溶解过量的碳酸钾，以二氯甲烷萃取水相，并合并有机相，加入去离子水反洗有机相后，再用饱和食盐水洗涤有机相，并用无水硫酸钠进行干燥，旋干溶剂，得到粗产物，最后将粗产物柱色谱层析法或重结晶法进行提纯，得到目标手性修饰分子。

20、上述技术方案中，进一步地，所述取代苄溴包括4-硝基苄溴，2-硝基苄溴，4-三氟甲基苄溴，4-甲氧基苄溴。

21、本发明另一方面提供一种上述手性纳米粒子催化体系在丙二酸二甲酯与β-硝基苯乙烯及其衍生物间的不对称迈克尔加成反应中的应用，将丙二酸二甲酯、β-硝基苯乙烯及其衍生物、负载型ni金属纳米粒子催化剂和苄基衍生手性修饰分子投入到反应管中，以甲苯为反应溶剂，在25-80℃下进行反应12-24h。

22、上述技术方案中，进一步地，β-硝基苯乙烯的衍生物包括对甲基β-硝基苯乙烯、邻甲基β-硝基苯乙烯、对甲氧基β-硝基苯乙烯、对n,n-二甲基β-硝基苯乙烯、对氟β-硝基苯乙烯、对氯β-硝基苯乙烯、对溴β-硝基苯乙烯、对硝基β-硝基苯乙烯、1-硝基己烯、1-硝基丙烯。

23、本发明的有益效果为：

24、1.本发明制备的负载型金属ni纳米粒子催化剂的粒径较小且分布均一，没有观察到明显团聚现象。

25、2.本发明制备的催化体系在反应后容易进行分离，以及循环套用：负载型金属ni纳米粒子催化剂可以通过简单过滤，洗涤和干燥操作进行回收；苄基修饰手性修饰分子的回收可以用过简单的酸处理，水相反洗油相以及后续碱化操作实现。

26、3.本发明制备的手性修饰分子的方法具有很强的普适性，一系列含有吸电子或者供电子取代基的手性修饰分子均可以通过本发明描述的方法得到。

27、4.本发明制备得到的多相手性金属纳米粒子催化体系在丙二酸二甲酯与β-硝基苯乙烯类化合物的不对称加成反应中表现出比均相ni-二胺配合物更高的反应活性以及相当的对映体选择性。由于多相手性催化该体系在反应过程中苄基衍生手性修饰分子与负载型金属ni纳米粒子催化剂在反应过程中能原位生成不同于均相催化体系的活性物种，改变了反应的路径，使得多相手性金属纳米粒子催化体系的反应性能有明显提升。

28、5.该催化剂在不对称碳碳键生成反应中有重要应用前景，构筑多相手性金属纳米粒子催化体系为提高手性催化反应性能提供了一条有效途径。