一種新型高分子手性催化劑及其制備方法和用途
【專利摘要】本發(fā)明提供一種可溶性溫度敏感的高分子手性催化劑，即L-脯氨酸衍生物/N-異丙基丙烯酰胺共聚的高分子材料。該催化劑是以偶氮二異丁腈(AIBN)為引發(fā)劑，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑，通過(guò)N-異丙基丙烯酰胺與(s)-O-丙烯酰基-4-羥基-L-脯氨酸的自由基共聚制得。該催化劑可用于催化不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)，催化活性高，立體選擇性好。不僅可以用于普通有機(jī)溶劑體系，而且由于該催化劑具有溫敏效應(yīng)，易于從水體系中分離回收，循環(huán)利用，是實(shí)現(xiàn)綠色有機(jī)合成的一條重要途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景。
【專利說(shuō)明】一種新型高分子手性催化劑及其制備方法和用途
一、【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種高分子手性催化劑及其制備方法，可用于催化不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)，尤其是該催化劑的溫敏效應(yīng)可用于催化劑的分離回收。
二、【背景技術(shù)】:
[0002]智能材料，是一種可以對(duì)環(huán)境感知和響應(yīng)，并具有功能發(fā)現(xiàn)能力的新型材料，是近幾年來(lái)頗受廣大科學(xué)工作者重視的高技術(shù)尖端材料。在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域、土木建筑領(lǐng)域、航天航空領(lǐng)域、機(jī)械工業(yè)、國(guó)防工業(yè)等都有著良好的應(yīng)用前景。
[0003]智能材料包括對(duì)溫度敏感的材料，對(duì)pH敏感的材料，對(duì)光敏感的材料等。其中溫度敏感高分子材料是較為熱門的一類。中國(guó)發(fā)明專利(CN 86103237A)報(bào)道了一種由聚酰胺和酚醛縮聚物及其他組合物組成的高聚物溫度敏感材料，該材料用于家用電熱器上的溫度感測(cè)元件或熱敏加熱器等類似產(chǎn)品，表現(xiàn)出出色地抗?jié)裥?，溫度敏感性和耐熱性?br> [0004]本發(fā)明中所用的溫敏材料是聚N-異丙基丙烯酰胺，由于其同時(shí)具有疏水和親水集團(tuán)，使其成為一種重要的溫敏型高分子材料。它可用于制造藥物控釋材料、脫水劑、酶的固定材料、特種涂料、膠粘劑等。
[0005]手性分子，是化學(xué)中結(jié)構(gòu)上鏡像對(duì)稱而又不能完全重合的分子。手性優(yōu)擇(Chiralpreference)[尤啟東，林國(guó)強(qiáng).手性藥物.研究與應(yīng)用.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2004，P1-56.]在化學(xué)、生物學(xué)、材料學(xué)、醫(yī)學(xué)和藥學(xué)的理論和實(shí)踐中都有極其重要的意義。對(duì)單一對(duì)映體化合物的迫切需求引起了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的極大關(guān)注，也推動(dòng)著手性技術(shù)的迅猛發(fā)展。
[0006]不對(duì)稱催化是合成手性分子的重要途徑。不對(duì)稱催化的催化劑包括:酶、金屬催化劑以及有機(jī)催化劑。酶在生物催化中作為催化劑具有專一性、高效性、反應(yīng)條件溫和等優(yōu)點(diǎn)，但由于其催化的底物范圍窄，穩(wěn)定性和重復(fù)利用性低，使其應(yīng)用受到限制[N.Bruns，J.C.Tiller.Nan0.Lett.，2005，5，45.]。金屬催化劑是目前應(yīng)用最廣泛的不對(duì)稱催化劑，催化范圍廣，活性高，已經(jīng)用于工業(yè)生產(chǎn)，但貴金屬昂貴，增加了工業(yè)成本[Bari L D7LelliM，SalVadori P..Chemistry.2004，10: 4594.]。相比而言，有機(jī)小分子催化劑反應(yīng)條件溫和、成本低、反應(yīng)體系無(wú)重金屬殘留。由于這些優(yōu)勢(shì)，有機(jī)催化劑用于不對(duì)稱合成，具有良好的工業(yè)化優(yōu)勢(shì)，得到人們的廣泛關(guān)注。
[0007]L-脯氨酸及其衍生物含有氨基、羧基雙官能團(tuán)，既可以起到堿催化作用又能起到酸催化作用，并且還能起到酸-堿協(xié)同作用，這一點(diǎn)類似于生物酶催化作用。此外，L-脯氨酸及其衍生物可以作為一個(gè)雙齒配體，與金屬形成有催化活性的金屬螯合物。L-脯氨酸有別于其它氨基酸，脯氨酸中的氨基為吡咯環(huán)二級(jí)胺，可與金屬形成雙環(huán)[3，3，0]辛烷類物質(zhì)，它的氨基易于形成亞胺和烯胺中間體[E.R.Jarvo, S.J.Miller.Tetrahedron, 2002, 58,2481.]。因此，L-脯氨酸及其衍生物是用于不對(duì)稱催化合成手性分子的最常用的有機(jī)小分子催化劑之一。
[0008]L-脯氨酸催化羥醛縮合反應(yīng)具有良好的催化性能。中國(guó)發(fā)明專利(CN200710048338.4)報(bào)道了一種L-脯氨酸衍生物催化環(huán)己酮與芳香醛的Aldol反應(yīng)，表現(xiàn)出良好的活性和立體選擇性(90: 10?99: I)。中國(guó)發(fā)明專利(CN 200610018738.6)報(bào)道了一種L-脯氨酸催化丙酮與芳香醛的Aldol反應(yīng)，表現(xiàn)出良好的對(duì)映選擇性(ee = 80.4%?97.1% )。但是，L-脯氨酸可重復(fù)利用性差、反應(yīng)溶劑的使用受到限制等[李經(jīng)緯，徐利文，夏春谷.有機(jī)化學(xué)，2004，24(1):23?28]。
[0009]聚合物負(fù)載的L-脯氨酸催化劑重復(fù)利用性能優(yōu)越。例如=Benaglia等將PEG500單甲基負(fù)載的L-脯氨酸催化劑用于催化不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)。催化劑通過(guò)在乙醚中沉淀然后過(guò)濾回收(回收率70% -80% )，然后在丙酮和4-硝基苯甲醛的羥醛縮合反應(yīng)中重復(fù)利用三次，反應(yīng)產(chǎn)物的收率和ee值無(wú)明顯變化。[(a)Benaglia7M.；Celentano,G.；Cozzi,F.AdV.Synth.Catal.2001, 343,171.(b)Benaglia, M.；Cinquini, M.；Cozzi, F.；Puglisi,A.；Celentano, G.AdV.Synth.Catal.2002，344，533-542]。但是，上述負(fù)載催化劑是通過(guò)共價(jià)鍵、離子鍵或弱相互作用等方法將L-脯氨酸嫁接到載體上的，這些方法制得的催化劑存在諸多問(wèn)題，如催化劑不穩(wěn)定、易流失，負(fù)載量不可調(diào)控等。
[0010]本發(fā)明通過(guò)將溫敏型材料N-異丙基丙烯酰胺與手性催化劑(S)-O-丙烯酰基-4-羥基-L-脯氨酸共聚合成了一種新型高分子手性催化劑，用于催化不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)，獲得了較高的產(chǎn)率率和立體選擇性。同時(shí)該催化劑在水溶液中具有低臨界溶液溫度(LSCT)，在LSCT時(shí)發(fā)生逆相轉(zhuǎn)變，可通過(guò)簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行回收，解決了現(xiàn)有催化劑回收要消耗大量溶劑的缺點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)綠色化學(xué)的有力途徑。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的就是提供一種新型的高分子手性催化劑及其制備方法，并用于不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)的催化，該制備方法簡(jiǎn)單易行，所得催化劑壽命高、易于分離和回收利用，降低了成本，催化反應(yīng)具有很高的轉(zhuǎn)化率和立體選擇性。
[0012]本發(fā)明提供了高分子手性催化劑的制備方法
[0013]將N-異丙基丙烯酰胺、(S)-O-丙烯酰基-4-羥基-L-脯氨酸、引發(fā)劑偶氮二異丁腈(AIBN)和溶劑N，N-二甲基甲酰胺(DMF)依次加入到反應(yīng)茄瓶中，攪拌至溶解后除氧，反應(yīng)結(jié)束后將產(chǎn)物通過(guò)沉淀、離心、干燥得到催化劑。
[0014]反應(yīng)式為:
[0015]
【權(quán)利要求】
1.一種高分子手性催化劑，其結(jié)構(gòu)通式為
2.—種權(quán)利要求1所述的催化劑的制備方法，其特征在于，所述制備方法為:將原料(s) -O-丙烯?；?4-羥基-L-脯氨酸、N-異丙基丙烯酰胺、引發(fā)劑、有機(jī)溶劑依次加入到反應(yīng)容器中，攪拌至溶解除氧，反應(yīng)結(jié)束后，加入沉淀劑，將產(chǎn)物沉淀，離心，干燥。
3.—種權(quán)利要求2所述的引發(fā)劑、有機(jī)溶劑和沉淀劑，其特征在于，所述的引發(fā)劑為偶氮二異丁腈(AIBN)，有機(jī)溶劑為N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，沉淀劑為無(wú)水乙醚。
4.一種權(quán)利要求1所述的高分子手性催化劑應(yīng)用于不對(duì)稱羥醛縮合反應(yīng)。
5.一種將權(quán)利要求4中所述反應(yīng)后的催化劑回收方法，其特征在于，所述的催化劑回收方法為:利用權(quán)利要求1中所述的催化劑具有溫敏效應(yīng)的特點(diǎn)，通過(guò)加熱離心分離，回收催化劑。`
【文檔編號(hào)】B01J31/22GK103447087SQ201210172456
【公開日】2013年12月18日 申請(qǐng)日期:2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月30日
【發(fā)明者】仝慶, 董玉嬌, 劉玉炳, 華林, 范以寧 申請(qǐng)人:南京大學(xué), 南京大學(xué)揚(yáng)州化學(xué)化工研究院