(S)-1-(1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應(yīng)用
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種(S)?1?(1?苯乙基)硫脲修飾的Cr?Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明首先將鉬酸銨與硝酸鉻反應(yīng)生成Cr?Anderson型雜多酸(NH4)3[Cr(OH)6Mo6O18]；再將其與三羥基氨基甲烷在水熱釜中進行水熱得到有機單側(cè)氨基修飾的多金屬氧酸鹽；接著以(S)?(+)?1?苯基乙胺為原料合成(R)?1?(1?苯乙基)異硫氰酸，最后將異硫氰酸與將有機單側(cè)氨基修飾的多金屬氧酸鹽反應(yīng)得到目標雜多酸催化劑。本發(fā)明制備方法簡單，得到的雜多酸催化劑用于烯烴的不對稱雙羥基化反應(yīng)，環(huán)境友好、可回收利用，具有高對映選擇性和高催化活性，適用于工業(yè)化生產(chǎn)。
【專利說明】
(S)-1-(1-苯乙基)硫脲修飾的Gr-Anderson型雜多酸催化劑、 制備方法及其應(yīng)用
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于催化化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及不對稱選擇催化，具體來說是(S)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑、制備方法及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 2001年諾貝爾獎獲得者Noyori教授指出："未來的合成化學(xué)必須是經(jīng)濟的、安全 的、環(huán)境友好的以及節(jié)省資源和能源的化學(xué)，化學(xué)家需要為實現(xiàn)'完美的反應(yīng)化學(xué)'而努力， 即以100%的選擇性和100%的收率只生成需要的產(chǎn)物而沒有廢物產(chǎn)生"。手性催化合成作 為實現(xiàn)"完美合成化學(xué)"的重要途徑之一，其中，手性催化劑是手性催化研究中的最核心科 學(xué)問題。從反應(yīng)原理上看，手性有機小分子催化是通過和反應(yīng)底物以不穩(wěn)定的共價鍵可逆 地形成活性中間體或通過若相互作用，如氧鍵、范德華力或離子對等活化反應(yīng)底物。雖然均 相手性催化具有高效、高對映選擇性和反應(yīng)條件溫和等特點，但大多數(shù)情況下，催化劑用量 高摩爾分數(shù)。要實現(xiàn)這些催化反應(yīng)在工業(yè)上的應(yīng)用，必須解決昂貴催化劑的回收利用是個 嚴重的問題。
[0003] 催化是多金屬氧酸鹽應(yīng)用中最有前途且最具實用價值的研究方向。多金屬氧酸鹽 同時集酸堿催化劑、氧化還原催化劑、金屬氧化物納米催化劑等的優(yōu)良特性于一身，被認為 是一種應(yīng)用廣泛的綠色的多功能催化劑。早在20世紀初，人們就開始對多酸的催化性能進 行了研究。到目前為，已有8個多酸催化工業(yè)化項目被成功開發(fā)。催化成為了多酸化學(xué)中一 項永恒的研究課題。自從手性多金屬氧酸鹽被成功合成以后，人們便開始了手性多酸在不 對稱催化領(lǐng)域的探索。手性多金屬氧酸鹽集多酸與手性材料的各種優(yōu)異性能于一身。其獨 特的可溶性類礦物金屬-氧化物結(jié)構(gòu)，為手性的非生命起源學(xué)說及無機固體中手性傳遞的 探索提供了理想的模型；其高的負電性，可調(diào)的酸堿性、氧化還原活性及納米尺寸，更為多 功能非線性光學(xué)、納米材料、立體選擇性催化以及醫(yī)藥等新材料的設(shè)計、合成帶來了新的希 望。
[0004] 目前，手性有機小分子催化劑很難實現(xiàn)用于工業(yè)化生產(chǎn)，主要由于催化劑活性較 低、用量高且不易回收利用。要實現(xiàn)這些催化反應(yīng)在工業(yè)上的應(yīng)用，必須解決昂貴催化劑的 回收利用是個嚴重的問題。
[0005] 自從1993年Zubieta等人在《Nature》上報道采用水熱技術(shù)成功制備了類9似DNA的 手性雙螺旋結(jié)構(gòu)的化合物(M e2NH2)K4[V1Q01Q(H20)4(0H)4(P04) 7] · H20后，人們便開始了手性 多酸在不對稱催化領(lǐng)域的探索。中國科學(xué)院化學(xué)所的羅三中教授等人在以有機胺小分子催 化劑作為抗衡陽離子，多酸作為催化劑負載載體的領(lǐng)域做出了出色的工作（Organic letters，2007，9(18): 3675-3678 ·)。他們合成了一系列的仲胺-叔胺型脯氨酸衍生物，采用 強酸性多陰離子的[pw1204Q] 3-替代傳統(tǒng)酸-堿協(xié)同催化中的礦物酸，合成了一系列手性有機 胺-多酸雜化材料。這些材料對醛酮的直接Aldol反應(yīng)，不對稱Michael加成反應(yīng)等都表現(xiàn)出 很高的催化活性和手性選擇性。有機胺小分子作為抗衡陽離子與多酸通過靜電作用組裝， 但這些材料沒有明確的分子結(jié)構(gòu)，不能進一步探究催化機理，不能解釋手性胺與多酸的協(xié) 同作用。大連物化所段春迎課題組迎利用多金屬氧酸鹽(POMs)的組成、結(jié)構(gòu)的多樣性以及 電荷的可調(diào)變性，設(shè)計組裝一系列具有催化功能的多孔性的POMOFs，實現(xiàn)了它們在多相催 化中的應(yīng)用（Journal of the American Chemical Society, 2013,135(28):10186-10189.)，但這些材料同樣沒有明確的分子結(jié)構(gòu)，不能進一步探究催化機理，不能解釋MOFs 與POMs的協(xié)同作用。
[0006] 綜上所述，手性有機小分子催化劑很難實現(xiàn)用于工業(yè)化生產(chǎn)，主要由于手性有機 小分子催化劑活性較低、用量高且不易回收利用。要實現(xiàn)這些催化反應(yīng)在工業(yè)上的應(yīng)用，必 須解決昂貴催化劑的回收利用是個嚴重的問題?，F(xiàn)有的手性有機小分子與POMs結(jié)合的新型 材料，沒有明確的分子結(jié)構(gòu)，不能進一步探究催化機理，不能解釋手性有機小分子與多酸的 協(xié)同作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 針對現(xiàn)有技術(shù)中的上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了（S)-1-(l-苯乙基）硫脲修飾的 Cr-Anderson型雜多酸催化劑、制備方法及其應(yīng)用。本發(fā)明解決了現(xiàn)有手性有機小分子催化 劑活性較低、用量高且不易回收利用的技術(shù)問題，本發(fā)明的催化劑可用于不對稱催化合成 領(lǐng)域。
[0008] 本發(fā)明從有機小分子催化劑的設(shè)計思路出發(fā)，創(chuàng)新性地提出利用"酸-堿"協(xié)同催 化策略，以具有潛在催化活性的手性有機小分子作為前軀體，通過有機修飾等方法，巧妙地 使有機小分子與高Bronsted酸性的缺位多陰離子結(jié)合，構(gòu)筑手性多酸材料。本發(fā)明構(gòu)筑的 有機修飾的多酸不但保留了多酸原有的結(jié)構(gòu)，而且拓展了多酸的研究領(lǐng)域，使其在催化、藥 物和功能材料方面具有潛在應(yīng)用價值。此外，多酸具有親水性，可用綠色、廉價的水作溶劑 進行催化反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束可向體系中加入有機溶劑（乙醇、甲醇等)后，多酸極易析出，可進 行回收利用。
[0009 ]本發(fā)明提供一種(S) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑的制 備方法，具體步驟如下：
[0010] 1)以鉬酸銨和硝酸鉻為原料，用酸調(diào)節(jié)體系的pH值在4~5之間，在80°C~100°C溫 度下制備Cr-Anderson型雜多酸母體(順4)3 [Cr (OH)6M060i8];
[0011 ] 2)按照摩爾比1: 2~1:5將上述得到的〇-4]1(16^〇11型雜多酸母體(顯4)3[0(0!0 6M06018]與三羥基氨基甲烷按在135-145Γ溫度下進行水熱反應(yīng)，得到有機單側(cè)氨基修飾的 Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽；
[0012] 3)以（S)-( + )-1-苯基乙胺為原料合成(S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯；
[0013] 4)將⑶-1-(1-苯乙基)異硫氰酸與有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧 酸鹽在有機溶劑中反應(yīng)得到(S) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑。
[0014] 本發(fā)明中，步驟1)中，鉬酸銨和硝酸鉻的摩爾比為1:1~1:2。
[0015] 本發(fā)明中，步驟1)中，酸為硝酸。
[0016] 本發(fā)明中，水熱反應(yīng)時間為20h~30h。
[0017] 本發(fā)明中，步驟2)中，所述有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽為 [TBA]3{[NH 2C(CH20)3]CrM〇6018(0H) 3}，其通過將水熱反應(yīng)后產(chǎn)物與四丁基溴化銨混合，在80 °C~90°C溫度下制備得至Ij，Cr_Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr(OH)6M060i8]和四丁基溴化 銨的摩爾比為1:3~1:5。
[0018]本發(fā)明中，步驟4)中，（S)-1-( 1-苯乙基）異硫氰酸與有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的摩爾比為3:1~5:1。
[0019] 本發(fā)明中，步驟4)中，反應(yīng)溫度為45~55°C，有機溶劑選自DMF、DMS0或者NMP中的 任意一種或多種。體系反應(yīng)結(jié)束后，若反應(yīng)液不澄清，應(yīng)用針頭過濾器處理，得到澄清液后 放置乙醚氛圍中結(jié)晶，既可以得到本發(fā)明的目標催化劑。
[0020]本發(fā)明還提供以上述的制備方法得到的（S)-1-(l-苯乙基）硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。
[0021 ] 本發(fā)明進一步提供上述(S)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化 劑在烯烴的不對稱雙羥基化反應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。應(yīng)用方法具體如下:將烯烴和(S)-1-(l-苯乙 基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑加入到水和乙腈組成的混合溶劑中，30 °C~50 °C溫度下反應(yīng)，得到鄰二醇化合物;其中：（S)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜 多酸催化劑的投料量為稀經(jīng)的〇.5mol%~5mol%。優(yōu)選的，7K和乙腈的摩爾比為1:1~3:1， 過氧化氫為氧源，其和稀經(jīng)的摩爾比為1:1~3:1。
[0022] 上述催化反應(yīng)結(jié)束后，向體系中加入有機溶劑（乙醇、甲醇等），多酸析出，過濾，真 空干燥，回收的多酸可再用于烯烴的不對稱雙羥基化反應(yīng)。
[0023] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：
[0024] 1)本發(fā)明的不僅利用手性有機小分子的共價修飾作用打破多酸的高對稱性，引入 手性，提高其在催化反應(yīng)中的立體選擇性，而且也將有機手性小分子的不對稱催化或生物 醫(yī)藥活性等功能特性引入多酸，并使有機部分與無機的多陰離子有機地結(jié)合為一個整體， 從而產(chǎn)生協(xié)同作用獲得更多新穎的性質(zhì)；
[0025] 2)本發(fā)明的制備方法反應(yīng)條件溫和，環(huán)境友好；
[0026] 3)本發(fā)明的得到的催化劑催化活性高、對映選擇性高，可回收利用，適用于工業(yè)化 生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0027] 圖1是本發(fā)明目標催化劑的結(jié)構(gòu)圖示。
[0028] 圖2是本發(fā)明的合成路線圖。
[0029] 圖 3 是母體(NH4)3[Cr(0H)6M06018]的紅外譜圖。
[0030] 圖4是(S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的核磁譜圖。
[0031 ]圖5是單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖。
[0032 ]圖6是(S) -1 -(1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的核磁譜圖。
【具體實施方式】
[0033]以下采用實施例來詳細說明本發(fā)明的實施方式，借此對本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段 來解決技術(shù)問題，并達成技術(shù)效果的實現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實施。
[0034] 實施例1
[0035] Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4)3[Cr (OH)6M060i8]的制備
[0036] 取7.41g(6mmol)鉬酸銨加入到20mL去離子水中，充分攪拌得到澄清液，之后滴加 濃硝酸，將體系的pH調(diào)到4~5.加熱到沸騰，維持強力攪拌，開始緩慢加入1.66g(7mmol)硝 酸鉻固體，攪拌至有大量粉紅色固體產(chǎn)生，停止攪拌，靜置15~30分鐘。抽濾，得到5.26g粉 紅色晶狀固體原料，收率82%。
[0037]母體(NH4)3[Cr(OH)6Mo6018]的紅外譜圖見圖 3。
[0038] 實施例2
[0039] (S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的制備
[0040] 在干燥的反應(yīng)容器中加入(S)-( + )-1-苯基乙胺(0.606g，5mmol)，用20mL乙酸乙酯 溶解，隨后分別緩慢加入加032(0.11428，15臟〇1)和三乙胺(0.50611^，5111111 〇1)，在室溫攪拌 反應(yīng)lh后，隨后在0°C條件下加入二碳酸二叔丁酯(B〇C2〇) (1.091mg，5mmol)和4-二甲氨基 吡啶(01^?)(1811^，0.15111111〇1)，在室溫攪拌反應(yīng)211后(在攪拌的過程有氣體產(chǎn)生，應(yīng)注意放 氣減壓），可獲得〇.79g(R)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯。收率97%。
[0041] (S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯的核磁譜圖見圖4。具體數(shù)據(jù)如下：
[0042] 4 NMR(501MHz，CDC13)δ7· 3-7.5(dt，J= 12.3,7.7Hz，5H) ,4.90-4.95(q，J = 6.7Hz，lH)，1.65-1.70(d，J = 6.8Hz，3H) ·
[0043] 實施例3
[0044] 單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的制備
[0045]將上述得到的六11(16^〇11母體（順4)3[0(0!06]/[06018]1.07]^(11]11]1〇1)用1〇1111^去離子 水中溶解，得到淺紅色清液后，緩慢加入三羥基氨基甲烷〇.402g(3mmol)。之后將上述體系 加入水熱釜，在水熱釜中加熱到140°C，反應(yīng)進行24h后，在85°C條件下將4.83g四丁基溴化 銨加如上述溶解的溶液中，產(chǎn)生大量粉紅色沉淀即粗產(chǎn)物，抽濾即可得到紅色液體，放置得 到結(jié)晶，即為有機單側(cè)氨基飾修的Cr-Anderson型多酸[TBA] 3{[CH2NH2C(CH20)3]CrMo 6〇18 (0H)3}〇
[0046] 單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的紅外譜圖如圖5所示。
[0047] 實施例4
[0048] (S) -1 -(1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的制備
[0049] 將有機單側(cè)氨基修飾[TBAM [CH2NH2C(CH20)3]CrM 〇6018(0H)3}0 · 5g(0 · 275mmol)用 5mL的DMF在50°C條件下溶解后，加入(S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯0.224g(1.375mm 〇l)J|l 持50°C攪拌條件下，反應(yīng)時間2~3天，反應(yīng)結(jié)束后將水紅澄清液放置乙醚氛圍中結(jié)晶，若干 天后可得到紅色晶體，即獲得(R)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。
[0050] (S) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑的核磁譜圖如圖6所 示。具體數(shù)據(jù)如下：
[0051] 咕 MMR(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)·
[0052] 實施例5
[0053] (s)-l_( 1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型多酸催化稀經(jīng)的不對稱雙羥基化反 應(yīng)
[0054] 在干凈的反應(yīng)瓶中加入1.04158(0.01111〇1)苯乙烯，再加入101111混合溶劑（水和乙 腈的摩爾比為1:1~3:1)，最后加入1.7g 30%過氧化氫和0.02138(5)-1-(1-苯乙基)硫脲 修飾的Cr-Anderson型多酸催化劑，反應(yīng)24h，取5ml乙醇加入反應(yīng)體系，離心使催化劑沉降， 再加入3ml乙醇再次分離催化劑，過濾，得到催化劑，真空干燥。用乙酸乙酯將反應(yīng)體系萃取 3次，所得到的產(chǎn)品減壓除去溶劑，柱層析分離得到鄰二醇化合物，得到產(chǎn)品1.3552g，收率 為99%。產(chǎn)品的對映體過量由手性高效液相色譜測得，ee值達99%。該催化劑都能夠不同程 度的催化反應(yīng)的進行，并且具有較好的立體選擇性。使用不同的烯烴和催化劑反應(yīng)，方程式 如下所示，所得到的實驗結(jié)果見表1。
[0055]
[0056]將上述回收得到的催化劑直接用于下一個反應(yīng)(苯乙烯的雙羥基化反應(yīng)），所得到 產(chǎn)品的對映體過量值由HPLC測定（手性AS-H柱，異丙醇：正己烷= 3:7,254nm，20°C，0.5mL/ min)。催化劑回收利用所得到的結(jié)果見表2。
[0057]表1多酸催化烯烴的不對稱雙羥基化反應(yīng)實驗結(jié)果
[0058]
[0059]
[0060] 表2催化劑回收利用的實驗結(jié)果
[0061]
[0062] 所有上述的首要實施方式，并不是對其他形式的實施這種新產(chǎn)品和/或新方法的 限定。本領(lǐng)域技術(shù)人員將利用這一重要信息，上述內(nèi)容修改，以實現(xiàn)類似的執(zhí)行情況。但是， 基于本發(fā)明新產(chǎn)品的所有修改或改造屬于本發(fā)明保留的權(quán)利。
[0063] 以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非是對本發(fā)明作其它形式的限制，任 何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員可能利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容加以變更或改型為等同變化的等 效實施例。但是凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所 作的任何簡單修改、等同變化與改型，仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1 · 一種（S) -1 - (1-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑的制備方法，其特 征在于，具體步驟如下： 1) 以鉬酸銨和硝酸鉻為原料，用酸調(diào)節(jié)體系的pH值在4~5之間，在80°C~100°C溫度下 制備Cr-Anderson型雜多酸母體(順4)3 [Cr (OH)6M〇6〇i8]; 2) 按照摩爾比1: 2~1: 5，將上述得到的Cr-Anderson型雜多酸母體（NH4)3[Cr(OH) 6M〇6〇 18]與三羥基氨基甲烷在135-145Γ溫度下進行水熱反應(yīng)，得到有機單側(cè)氨基修飾的 Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽； 3) 以（S)-( + )-1-苯基乙胺為原料合成(S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸酯； 4) 將(S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸與有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽 在有機溶劑中反應(yīng)得到(S) -1 - (1 -苯乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑。2. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，鉬酸銨和硝酸鉻的摩爾比為 1:1 ~1:2〇3. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟1)中，酸為硝酸。4. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，水熱反應(yīng)時間為20h~30h。5. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中，所述有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽為[TBA]3{[NH 2C(CH20)3]CrM〇6018(0H) 3}，其通過將水熱反應(yīng)后產(chǎn) 物與四丁基溴化銨混合，在80 °C~90 °C溫度下制備得到，Cr-Anderson型雜多酸母體(NH4) 3 [Cr(OH)6Mo6〇18]和四丁基溴化銨的摩爾比為1:3~1:5。6. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，（S)-1-(l-苯乙基)異硫氰酸 與有機單側(cè)氨基修飾的Cr-Anderson型多金屬氧酸鹽的摩爾比為3:1~5:1。7. 如權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟4)中，反應(yīng)溫度為45~55°C，有機溶 劑選自DMF、DMS0或者NMP中的任意一種或多種。8. -種如權(quán)利要求1~6之一所述的制備方法得到的（S)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化劑。9. 一種如權(quán)利要求1所述的（S)-1-( 1-苯乙基）硫脲修飾的Cr-Anderson型雜多酸催化 劑在烯烴的不對稱雙羥基化反應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用。10. 如權(quán)利要求8所述的應(yīng)用，其特征在于，應(yīng)用方法具體如下：將烯烴和（s)-1-(l-苯 乙基)硫脲修飾的Cr-Ander son型雜多酸催化劑加入到水和乙腈組成的混合溶劑中，30 °C~ 50°C溫度下反應(yīng)，得到鄰二醇化合物;其中：（S)-1-(l-苯乙基)硫脲修飾的Cr-Anderson型 雜多酸催化劑的投料量為烯烴的〇. 5mol %~5mol %。11. 如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于，水和乙腈的摩爾比為1:1~3:1，過氧化氫為 氧源，其和稀經(jīng)的摩爾比為1:1~3:1。
【文檔編號】C07C29/48GK105854941SQ201610211347
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月6日
【發(fā)明人】余焓, 戴國勇, 茹詩, 翟永彥, 韓生
【申請人】上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院