一种Baeyer-Villiger氧化反应催化剂及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及催化有机合成领域，具体地说，涉及一种Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催 化剂及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] Baeyer-Vi 11 iger氧化反应是由酮直接合成酯和内酯的重要反应之一。过氧酸如 过氧乙酸、间氯过氧苯甲酸、过硫酸钾等是Baeyer-Vi 11 iger氧化反应常用的氧化剂。用过 氧酸（盐)为氧化剂的Baeyer-Vi 11 iger反应存在如下缺点：（1)过氧酸（盐)在进行Baeyer-Villiger氧化反应产生酯的同时，会产生等分子的相应的酸或盐副产物，造成浪费，不符合 原子经济原则；（2)过氧酸价格较贵，且对振动敏感，易产生爆炸，危险。相比之下，H 202作为 Baeyer-Villiger反应氧化剂具有较安全、价廉且反应副产物为水的优点，但用它参加的 Baeyer-Vi 11 iger反应需要过渡金属配合物或有机分子催化剂来催化才能高收率的得到产 物。过渡金属配合物或有机分子催化剂价格昂贵，必须有效回收利用才能体现出H 202参与 Baeyer-Vi 11 iger 反应的优势。
[0003] 本发明所涉及的将N-叔丁氧羰基-天冬氨酸固载在Merrif ie 1 d树脂上，形成 Me rr i f i e 1 d树脂固载的N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催化剂，在DIC等缩合剂和DMAP等催化剂 存在下，H20 2与树脂固载的N-叔丁氧羰基-天冬氨酸的羧基缩合，原位产生过氧酸，对酮进行 Baeyer-Vi 11 iger反应，产生一分子酯和一分子Merrif ield树脂固载的N-叔丁氧羰基-天冬 氨酸催化剂，催化剂经过滤，简单洗涤后又可循环催化下一轮的Baeyer-Villiger反应，有 效的解决了常见过氧酸为氧化剂产生的另一分子的酸或盐副产物，造成浪费的问题，生产 成本大大下降。另外，用H2O2与树脂固定化的羧酸原位产生过氧酸进行Baeyer-Villiger反 应，反应条件温和，有效的解决了常用过氧酸易爆不安全的问题。因此，本发明所涉及的催 化剂具有很强的创新性。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种Baeyer-Villiger氧化反应催化剂及其制备方法与应 用。
[0005] 本发明提供的Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂，为Merr if ield树脂固载的N-叔 丁氧羰基-天冬氨酸，Merr if ield树脂固载的（S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸，Merrif ield树 脂固载的(R)-N_叔丁氧羰基-天冬氨酸，其修饰的位置均为Merr i f i e 1 d树脂的氯甲基，修饰 基团为N-叔丁氧羰基-天冬氨酸的羧基、（S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸的羧基和(R)-N-叔丁 氧羰基-天冬氨酸的羧基，其结构如下所示：
其中，为Merrifield树脂。
[0006]本发明还提供所述Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂的制备方法，所述方法包括 以下步骤： a. N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯与碱成盐； b. N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯盐与Merrifield树脂上的氯甲基发生取代反应， 得到Merrifield树脂固载的N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯； c. 0°C下，Merrifield树脂固载的N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯在Zn-HOAc(质量 分数为90%)体系中脱苄基、过滤、经有水、有机溶剂洗涤，真空干燥制得Baeyer-Vi 11 iger氧 化反应催化剂。其合成路线如下所示：
在上述Baeyer-Villiger氧化反应催化剂的制备方法中，所述的步骤a中Μ为Cs，K, Na，NHR3;所述的步骤a中碱为Cs2C03, CsHC03, K2C03, Na2C03和各种叔胺;所述的步骤a中的 溶剂为DMF、二氧六环、DMS0、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、各种醇、水中的一种或几种； 所述的步骤b中的反应温度为25-80°C;所述的步骤b中的溶剂为DMF、二氧六环、DMS0、二甲 基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙酸乙酯、乙醇中的一种或几种。
[0007] 本发明还提供了所述Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂的应用，Baeyer-Vi 11 iger 氧化反应催化剂在一定条件下与H202作用原位产生过酸，可应用于酮转化成酯或内酯的反 应。
[0008]在上述应用中，将酮、所述的Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂和叔胺催化剂溶于 二氯甲烷中，室温下，加入H202(质量分数为30%)，缓慢加入缩合剂，反应适当的时间，过滤， Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂用乙醇、二氯甲烧洗涤，真空干燥，循环利用。滤液加入饱 和Na2S03溶液，搅拌5分钟，静置分层，二氯甲烷萃取，合并有机相，干燥，过滤，浓缩，纯化，得 相应的酯。所述的Merrifield树脂固载的催化剂与酮的摩尔比为1:10。所述的叔胺催化剂 为4-二甲氨基吡啶(DMAP)和4-吡咯烷基吡啶(PPY)。所述的缩合剂为N，N-二异丙基碳二亚 胺(DIC)和N，N-二环己基碳二亚胺(DCC)。
[0009]本发明的有益效果主要体现在:涉及的Baeyer-Vi 11 iger氧化反应催化剂结构新 颖，其合成路线简单，收率高，应用广，可以安全催化多种底物酮的Baeyer-Vi 11 iger氧化反 应。产物收率高，催化剂用量少，易回收，循环利用多次，催化活性不变。
【具体实施方式】
[0010]下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于 此： 实施例1-6说明的是所述Baeyer-Villiger氧化反应催化剂的合成。
[0011]实施例7-12说明的是所述Baeyer-Villiger氧化反应催化剂在将酮转化成酯或内 酯的反应中的应用。
[0012] 实施例1 在250mL四口烧瓶中，加入50mL水，2.33g (0.012 mol)CsHC03和50mL甲醇，搅拌，加入 3.09g (0.01 mol) N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯，室温反应lOmin，期间补加0.65g (0.003 mol) CsH⑶3,控制体系pH 8-9,反应完毕，蒸去甲醇，干燥，得白色N-Boc-天冬氨 酸-4-( 4-硝基)苄酯铯盐4.40g。
[0013] 在20mL DMF与N-甲基吡略烷酮的混合溶剂(V/V=13:7)中，加入0.62g (1.4 mmol) N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯铯盐，1.0g Merrifield树脂(氯含量:0.7mmol/g)，N2保 护下，50°C下搅拌反应36h，过滤，树脂分别用5mLX3H 20,5mLX3 DMF，5mLX3二氯甲烷 洗涤，真空干燥，得产物1.18g。
[0014] 将上述制得的树脂1.0g加入10mL冰醋酸（质量分数为90%)中，冷却至0°C，慢慢加 入0.098g( 1.5謹ο 1 )Zn粉，搅拌，反应2h，过滤，分别用5mL X 3水、5mL X 3乙酸乙酯洗涤，真 空干燥，得Merrifield树脂固载的N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催化剂0.99g。
[0015] 取上述树脂催化剂45mg，加入7mL二氯甲烷中浸泡30min，5mL二氯甲烷分别洗涤3 次，再加7mL三氟乙酸-二氯甲烷-苯甲醚(V/V/V=50:48:2)处理20min，重复一次。树脂用5mL X3 DMF、5mLX3二氯甲烷洗涤，真空干燥，得Merrifield树脂固载的NH2-天冬氨酸。用水杨 醛法测得树脂中氨基含量为0.67mmo 1 /g，所以，制得的Merr i f i e 1 d树脂固载的N-叔丁氧羰 基-天冬氨酸催化剂的负载量为〇. 67mmol/g。
[0016] 实施例2 以（S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯代替N-叔丁氧羰基-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯，其它操作同实施例1，得Merrif ield树脂固载的（S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催 化剂，负载量为〇. 66mmol/g。
[0017] 实施例3 以(R)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯代替N-叔丁氧羰基-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯，其它操作同实施例1，得Merrif ield树脂固载的(R)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催 化剂，负载量为〇. 67mmol/g。
[0018] 实施例4 在250mL四口烧瓶中，加入3.09g (0.01 mol) (S)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯 和50mL甲醇，再加入0.56g (0.01 mol)K0H，搅拌使之全部溶解。减压蒸去甲醇和少量水， 置于P2〇5真空干燥器中干燥，得白色（S)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯钾盐3.47g。在 20mL DMF 中，加入 0.48g (1.4 mmol) (S)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯钾盐，l.Og Merrif ield树脂（氯含量:0.7mmol/g)，N2保护下，80°C下搅拌反应24h，过滤，树脂分别用 5mLX3 H20,5mLX3 DMF，5mLX3二氯甲烷洗涤，真空干燥，得产物1.12g。将上述制得的树 脂1 · 〇g加入8mL冰醋酸（质量分数为90%)中，冷却至0°C，慢慢加入0 · 098g( 1 · 5 mmol)Zn粉， 搅拌，反应1.5h，过滤，分别用5mL X 3水、5mL X 3乙酸乙酯洗涤，真空干燥，得Merr i f i e 1 d树 脂固载的（S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催化剂0.99g。催化剂的负载量测定方法同实施例1， Merrifield树脂固载的(S)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催化剂的负载量为0.64mmol/g。
[0019] 实施例5 在250mL四口烧瓶中，加入3.54g (0.01 mol) (R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯 和50mL乙醇，用2m〇VL的Cs2C03的水溶液滴定至中性，然后用DMF反复共浓缩至无水，置于 P2〇5真空干燥器中干燥，得白色(R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯铯盐4.86g。在20mL N-甲基吡咯烷酮溶剂中，加入0.62g (1.4 mmol) (R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯铯 盐，1.0g Merrifield树脂(氯含量:0.7mmol/g)，N2保护下，60°C下搅拌反应32h，过滤，树脂 分别用分别用5mLX3 H20,5mLX3 DMF，5mLX3二氯甲烷洗涤，真空干燥，得产物1.34g。其 它操作同实施例1，Merrifield树脂固载的(R)-N-叔丁氧羰基-天冬氨酸催化剂的负载量为 0.67mmol/g〇
[0020] 实施例6 在250mL四口烧瓶中，加入3.54g (0.01 mol) (R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基）苄酯 和50mL乙醇，加入l.Olg (0.01 mol)Et3N，室温搅拌10min，蒸除乙醇，置于P2〇5真空干燥器 中干燥，得白色(R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)苄酯铵盐4.55g。在20mL DMF溶剂中，加入 0.54g (1.4 mmol) (R)-N-Boc-天冬氨酸-4-(4-硝基)节酯铵盐，l.Og Merrifield 树脂(氯 含