一种固载型锰催化剂及其制备方法和应用

本发明涉及催化化学，具体涉及一种固载型锰催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、烯烃的不对称环氧化是一类重要的有机合成反应，其生成的手性环氧化合物是重要的药物中间体。因此，开发此类环氧化反应的高效催化剂具有重要的意义。不少研究人员通过模拟金属氧化酶p450的活性位点开发了许多仿生催化剂，在这些催化剂中，salen配体因与金属形成的配合物容易制备、催化活性高等特点而备受研究员们的关注。随后，科学家们发现非血红素n4手性配体与金属锰形成的锰配合物催化的反应具有更高的反应选择性和对映选择性，已被证明是不对称环氧化反应的高效催化剂。

2、1990年，雅各布森(j.am.chem.soc.1990,112,2801-2803.)等报道了以用手性希夫碱配合物为催化剂的反应体系，得到的环氧化物产率高达93％，ee值达93％，在非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中取得了非常好的结果，但该均相催化剂存在难分离回收和重复使用、催化剂在反应体系中易发生二聚失活等不足。为了解决这些问题，2000年，kim课题组开发了可黏附在树脂上的非均相jandajel催化剂，得到的环氧化物ee值可达97％，然而此复合物仅循环使用3次(j.am.chem.soc.2000,122,6929-6934.)。2008年，包河彬课题组以苯乙烯不对称环氧化为探针反应，以salen-mn(iii)配合物为催化剂，以间氯过氧苯甲酸为氧源，nmo为轴向配体时，催化效果为最佳，产物的转化率为85％，选择性90％，ee值可达60％，且发现在该反应中固载手性salen-mn(ⅲ)催化剂性质稳定，可循环使用6次(高等学校化学学报，2008,29,927-931.)。2021年，sun课题组报道了一种由有机多孔骨架负载的非血红素锰n4催化剂的设计和合成，该pop基锰催化剂对烯烃的不对称环氧化具有较高的反应活性，产物ee值高达96％且易回收再利用，但催化的底物类型较少，催化剂仅循环使用5次，并且在克级反应中存在一定放大效应(acs catal.2021,11,10964-10973.)。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种固载型锰催化剂的制备方法，解决了均相催化剂不能回收再利用的问题，并且应用到了连续流催化中，解决了放大反应中收率和对映选择性下降的问题。该催化剂具有较高的催化活性和优异的对映选择性，能够实现在α,β-不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应中应用。

2、本发明采用的技术方案如下：

3、一种固载型锰催化剂，具有式(i)或式(ii)所示结构：

4、

5、通式i中，r1选自氢、c1～c6直链或支链的烷基、c3～c6的环烷基、取代芳基或杂环芳基；r2选自下列之一：氢、c1～c6直链或支链的烷基、c3～c6的环烷基、取代芳基或杂环芳基、卤素；

6、通式i、ii中，所述的n选自1～200自然数中的一种；x选择otf-1、oac-1、clo4-1、no3-1、卤素负离子中的一种。

7、本发明式ⅰ或ⅱ所示的固载型锰催化剂，是分别采用催化活性单元c1或c2与二乙烯基苯(dvb)聚合而成。

8、所述的固载型锰催化剂的制备方法，包括以下步骤：

9、(1)将boc-l-脯氨醛和式1所示的对乙烯基苄胺反应先生成亚胺中间体，然后经nabh4还原，得到中间体2；

10、(2)中间体2在三氟乙酸(tfa)的催化作用下，脱掉boc保护基，得到中间体3；

11、(3)在k2co3存在下，加入含取代基的2-氯甲基苯并咪唑或2-氯甲基吡啶进行亲核取代，生成具有n4中心的有机配体l1或l2；

12、(4)向l1或l2中加入金属锰盐mnx2进行配位反应，得到催化活性单元c1或c2；

13、(5)向c1或c2中加入二乙烯基苯(dvb)和偶氮二异丁腈(aibn)，进行共聚反应，得到固载型锰催化剂i或ii。

14、

15、步骤(3)中含取代基的2-氯甲基苯并咪唑的取代基r1、r2与式i中相同，步骤(4)中金属锰盐mnx2的负离子x与式i或ii中相同。

16、所述步骤(1)中boc-l-脯氨醛和对乙烯基苄胺1的摩尔比为0.8～1.5:1，所述反应在二氯甲烷溶液中进行，反应温度为0～40℃，反应时间为0.5～12h；nabh4与对乙烯基苄胺的摩尔比为2～6:1，所述经nabh4还原反应反应在甲醇溶液中进行，反应温度为-10～40℃，反应时间为0.5～12h。

17、所述步骤(2)中tfa与中间体2的摩尔比为5～50:1，优选为15～25:1，所述反应在二氯甲烷溶液中进行，反应温度为-10～40℃，反应时间为0.5～24h。

18、所述步骤(3)中含取代基的2-氯甲基苯并咪唑或2-氯甲基吡啶与中间体3的摩尔比为2.0～4.0:1，k2co3与中间体3的摩尔比为1.0～4.0:1，所述反应在乙腈溶液中进行，反应温度为20～70℃，反应时间为1～12h。

19、所述步骤(4)中金属锰盐mnx2与有机配体l1或l2的摩尔比为1.0～1.5:1，所述反应在乙腈溶液中进行，反应温度为20～70℃，反应时间为0.5～12h。

20、所述步骤(5)中dvb与催化活性单元c1或c2的摩尔比为10～100:1，优选为20～40:1，aibn与dvb的摩尔比为0.1％～10％:1，优选为1％～3％：1，所述反应在四氢呋喃溶液中进行，反应温度为60～120℃，反应时间为8～48h。

21、进一步，本发明还提供了采用上述技术方案制备的固载型锰催化剂在α,β-不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应中的应用：

22、所述α,β-不饱和羰基化合物溶于乙腈溶液中，加入固载型锰催化剂i或ii，同时加入酸添加剂和氧化剂，反应温度为-45～30℃，经过反应、纯化制备高对映选择性环氧化合物，离心回收固载型锰催化剂i或ii，催化剂经过乙酸乙酯洗涤后可再次投入下一次反应，反应式如下：

23、

24、r3为c1～c6直链或支链的烷基、c3～c6的环烷基、取代芳基或杂环芳基；

25、r4为c1～c6直链或支链的烷基、c3～c6的环烷基、取代芳基或杂环芳基、烷氧基、氨基、取代氨基。

26、所述氧化物为双氧水、间氯过氧苯甲酸、叔丁基过氧化物、亚碘酰苯中的一种，其与α,β-不饱和羰基化合物的摩尔比是1.2～2:1；反应中加入的酸为乙酸、2,2-二甲基丁酸、2-乙基己酸、丁酸、4-甲基戊酸、4-苯基丁酸、2-乙基丁酸、2,2-二甲基丙酸中的一种，其与α,β-不饱和羰基化合物的摩尔比是2～8:1。

27、进一步，本发明还提供了采用上述技术方案制备的固载型锰催化剂在α,β-不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应的连续流催化中的应用：

28、所述固载型锰催化剂i或ii和硅胶在研钵中充分研磨，装填入固定床反应器中。在一个通道中为α,β-不饱和羰基化合物和酸添加剂溶于乙腈中配制得到的溶液a，溶液a中α,β-不饱和羰基化合物和酸添加剂的浓度分别是0.2～0.4mol/l和0.8～2mol/l，另一通道中为氧化剂溶于乙腈中配制得到的溶液b，溶液b中氧化剂的浓度是0.5～2mol/l，通过注射泵分别控制液体流速，反应温度为-45～30℃，反应体系停留时间为10～30min，经过反应、纯化制备高对映选择性环氧化合物。

29、通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明具有以下特点：

30、本发明提供了一种固载型锰催化剂的制备方法，其过程包括将有机配体与金属锰盐络合，形成催化活性单元，再与共聚单体聚合，得到如式ⅰ或ⅱ所示的固载型锰催化剂。所述固载型锰催化剂属于非均相手性催化剂，具有较高的催化活性和优异的对映选择性(ee值最高98.3％)，因不溶于反应溶剂，易与反应体系分离并回收，具有良好的稳定性。并且能够与连续流催化相结合，保持较长时间的高催化活性，可应用于α,β-不饱和羰基化合物的不对称环氧化反应中。