负载型手性铁络合物催化剂及其制备方法和应用.pdf

本发明提供了一种负载型手性铁络合物催化剂，所述催化剂是按如下方法制备得到的：(1)将溶剂多元醇、含铁盐、第一含磷配体、γ-Al2O3加到反应容器中，搅拌下，于100～150℃回流反应12～48h，反应结束后，过滤，滤饼干燥，得到催化剂前驱体；(2)在高压反应釜中，加入溶剂乙醇、步骤(1)所得催化剂前驱体、第二含氮配体，氮气保护下，室温搅拌反应12～24h，反应结束后，过滤，滤饼干燥，得到负载型手性铁络合物催化剂；本发明负载型手性铁络合物催化剂成本低廉，制备方法简单，催化活性高。

权利要求书
1.  一种负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，所述催化剂是按如下方 法制备得到的：
(1)将溶剂多元醇、含铁盐、第一含磷配体、γ-Al2O3加到反应容器中，搅 拌下，于100～150℃回流反应12～48h，反应结束后，过滤，滤饼干燥，得到催化 剂前驱体；所述含铁盐与第一含磷配体、γ-Al2O3的物质的量比为1:1～10:10～15； 所述含铁盐为无水三氯化铁、无水硫酸铁或无水硝酸铁；所述第一含磷配体为三 苯基磷、三(邻甲苯基)膦或1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦；所述多元醇为乙二醇、二甘 醇或聚乙二醇-400；
(2)在高压反应釜中，加入溶剂乙醇、步骤(1)所得催化剂前驱体、第二 含氮配体，氮气保护下，室温搅拌反应12～24h，反应结束后，过滤，滤饼干燥， 得到负载型手性铁络合物催化剂；所述第二含氮配体为(1S,2S)-1,2-二苯基乙二胺 (1S,2S-1,2-DPEN)、(1R,2R)-1,2-二苯基乙二胺(1R,2R-1,2-DPEN)、(1S,2S)-(+)-1,2- 二(4-甲氧基苯基)-乙二胺、(1R,2R)-(-)-1,2-二(4-甲氧基苯基)乙二胺或 1R,2R-(+)1,2-二苯基乙烯二胺；所述第二含氮配体的投料物质的量是步骤(1) 中含铁盐物质的量的1～10倍。

2.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步骤(1) 中所述溶剂多元醇的体积用量以含铁盐的质量计为10～100mL/g。

3.  如权利要求1或2所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步 骤(1)中所述溶剂多元醇为乙二醇。

4.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步骤(1) 中所述含铁盐为无水三氯化铁。

5.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步骤(1) 中所述第一含磷配体为三苯基磷。

6.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步骤(2) 中所述溶剂乙醇的体积用量以步骤(1)所得催化剂前驱体的质量计为2～5mL/g。

7.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂，其特征在于，步骤(2) 中所述第二含氮配体为1,2-二苯基乙二胺。

8.  如权利要求1所述的负载型手性铁络合物催化剂在2-乙酰噻吩不对称还 原中的应用，所述的应用方法为：
在高压反应釜中，加入溶剂异丙醇、底物2-乙酰噻吩、负载型手性铁络合物 催化剂、以及可溶于水的强碱性物质，得到反应混合物，在0.5～2.0MPa、60～120℃ 下搅拌加氢4～12h，反应结束后，经后处理得到产物1-噻吩-2-基-乙醇；所述负 载型手性铁络合物催化剂的质量用量是底物2-乙酰噻吩质量的1％～15％。

9.  如权利要求8所述的应用方法，其特征在于，所述溶剂异丙醇的体积用 量以底物2-乙酰噻吩的质量计为5～30mL/g；所述可溶于水的强碱性物质在反应 混合物中的浓度为0.5～0.7mol/L。

10.  如权利要求8所述的应用方法，其特征在于，所述负载型手性铁络合物 催化剂的质量用量是底物2-乙酰噻吩质量的5％～10％。

说明书负载型手性铁络合物催化剂及其制备方法和应用
(一)技术领域
本发明涉及一种铁络合物催化剂的制备，以及在2-乙酰噻吩不对称还原中的 应用。
(二)背景技术
在自然界中，杂环化合物不但种类多、数量大、分布广，而且有不少杂环化 合物的衍生物具有生理活性。如，细胞的重要成分核酸，人和动物血液中的血红 素，植物体内的叶绿素、生物碱，还有许多酶等。对芳杂化合物的不对称催化加 氢是获得饱和或部分饱和的杂环化合物的一种有效手段。其中一部分较为特殊的 ——具有手性的杂环化合物，它们是生物活性分子中常见的结构单元和药物中间 体，或者本身就具有一定的生理活性。但是芳杂环化物的不对称合成目前还存在 一定的困难，必须使用特定的催化剂。这些特定的催化剂，无论是制备还是使用 所需的条件都比较苛刻，这可能与芳杂环的芳香性有关。从能量角度来看，芳杂 环的催化加氢是破坏其芳香性，在能量上是不利的。几年来，随着对金属不对称 催化加氢研究的逐渐深入，一些高效的手性配体的成功开发，以及催化加氢机理 也越来越被了解，对芳杂环化合物的不对称还原研究也日益增多。
一般来讲，对芳杂环化合物的不对称加氢主要分为两种：一种是对杂环自身 进行加氢；另一种是保留杂环而对其所带的官能团进行不对称还原，例如烯烃(C ＝C)、亚胺(C＝N)及酮(C＝O)等。研究比较成熟的是[Ir(COD)Cl]2/chiral diamine 和Ru/γ-Al2O3/2tpp负载型催化剂的利用。在[Ir(COD)Cl]2/chiral diamine催化剂作 用下，氢气压力6MPa下，使2-乙酰噻吩还原成1-噻吩-2-基-乙醇，转化率>99％， ee值为78％。

以金鸡纳碱为修饰剂，在Ru/γ-Al2O3/2tpp负载型催化剂，氢气压力6MPa 时，2-乙酰噻吩的转化率和产物的对映选择性分别为23％、62％，
本发明提供一种铁络合物及其制备方法，并以该铁基络合物为催化剂，应用 于2-乙酰噻吩的手性还原。
(三)发明内容
本发明目的是提供一种负载型催化剂，该催化剂是以铁为中心原子，磷为第 一配位原子，氮为第二配位原子，并将该铁基络合物负载在γ-Al2O3载体上得到 负载型催化剂，应用于2-乙酰噻吩的不对称还原。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种负载型手性铁络合物催化剂，所述催化剂是按如下方法制备得到的：
(1)将溶剂多元醇、含铁盐、第一含磷配体、γ-Al2O3加到反应容器中，搅 拌下，于100～150℃回流反应12～48h，反应结束后，过滤，滤饼干燥，得到催化 剂前驱体；所述含铁盐与第一含磷配体、γ-Al2O3的物质的量比为1:1～10:10～15； 所述含铁盐为无水三氯化铁、无水硫酸铁或无水硝酸铁；所述第一含磷配体为三 苯基磷、三(邻甲苯基)膦或1,1'-联萘-2,2'-双二苯膦；所述多元醇为乙二醇、二甘 醇或聚乙二醇-400；
(2)在高压反应釜中，加入溶剂乙醇、步骤(1)所得催化剂前驱体、第二 含氮配体，氮气保护下，室温搅拌反应12～24h，反应结束后，过滤，滤饼干燥， 得到负载型手性铁络合物催化剂；所述第二含氮配体为(1S,2S)-1,2-二苯基乙二胺 (1S,2S-1,2-DPEN)、(1R,2R)-1,2-二苯基乙二胺(1R,2R-1,2-DPEN)、(1S,2S)-(+)-1,2- 二(4-甲氧基苯基)-乙二胺、(1R,2R)-(-)-1,2-二(4-甲氧基苯基)乙二胺或 1R,2R-(+)1,2-二苯基乙烯二胺；所述第二含氮配体的投料物质的量是步骤(1) 中含铁盐物质的量的1～10倍。
本发明负载型手性铁络合物催化剂，所述步骤(1)中，推荐所述溶剂多元 醇的体积用量以含铁盐的质量计为10～100mL/g；优选所述溶剂多元醇为乙二醇。
优选步骤(1)中所述含铁盐为无水三氯化铁。
优选步骤(1)中所述第一含磷配体为三苯基磷。
步骤(1)反应结束后，通常先减压过滤，滤饼为淡黄色固体，再将该固体 置入甲醇中洗涤，并减压过滤以除去残留的溶剂，重复3～5次，之后在30～60℃ 真空烘箱中干燥12～48h，最后放入密封瓶中，除尽空气并用惰性气体保护，得 到催化剂前驱体，备用。
所述步骤(2)中，推荐所述溶剂乙醇的体积用量以步骤(1)所得催化剂前 驱体的质量计为2～5mL/g。
优选步骤(2)中所述第二含氮配体为1,2-二苯基乙二胺。
步骤(2)反应结束后，通常先进行减压抽滤，滤饼再用乙醚洗3～5次，然 后置于真空干燥箱中，于30～50℃干燥3～10h小时，即得到所述的负载型手性铁 络合物催化剂。
本发明还提供了所述的负载型手性铁络合物催化剂在2-乙酰噻吩不对称还 原中的应用，所述的应用方法为：
在高压反应釜中，加入溶剂异丙醇、底物2-乙酰噻吩、负载型手性铁络合物 催化剂、以及可溶于水的强碱性物质，得到反应混合物，在0.5～2.0MPa、60～120℃ 下搅拌加氢4～12h，反应结束后，经后处理得到产物1-噻吩-2-基-乙醇；所述负 载型手性铁络合物催化剂的质量用量是底物2-乙酰噻吩质量的1％～15％。
所述的应用方法中，推荐所述溶剂异丙醇的体积用量以底物2-乙酰噻吩的质 量计为5～30mL/g。
所述可溶于水的强碱性物质如NaH、KOH、NaOH、LiOH、Na2CO3、K2CO3等，优选所述可溶于水的强碱性物质为KOH或NaOH，并且，优选所述可溶于 水的强碱性物质在反应混合物中的浓度为0.5～0.7mol/L。
优选所述负载型手性铁络合物催化剂的质量用量是底物2-乙酰噻吩质量的 5％～10％。
所述加氢反应的后处理方法为：反应结束后，反应体系降至室温，放出氢气， 反应混合物过滤除去催化剂，滤液蒸除溶剂后干燥即得产物1-噻吩-2-基-乙醇。 取所得产物1-噻吩-2-基-乙醇，用气相色谱-质谱联用仪(日本岛津公司 -GCMS-QP2010Plus)测定产物产率，旋光仪测定对映体过剩值(ee％)。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
(1)本发明通过利用铁元素制备负载型手性铁络合物催化剂，成本低廉；
(2)本发明所述的负载型手性铁络合物催化剂，制备方法简单，无需复杂 配体；
(3)本发明所述的负载型手性铁络合物催化剂催化活性高，降低了反应条 件的苛刻性。
(四)具体实施方式
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
将20ml乙二醇倒入烧杯中，取1.625g(0.01mol)无水FeCl3加入烧杯中，搅 拌使其溶解，然后转入到三颈瓶中，再用5ml乙二醇洗涤烧杯3次，将 2.623g(0.01mol)三苯基膦(TPP)称取后加入到三颈瓶中，然后再称取16.25g的 γ-Al2O3，设置反应温度110℃，磁力搅拌，加热回流18h，减压过滤除去溶剂得 到淡黄色粉末固体，将得到的固体放入20ml甲醇中洗涤并减压过滤以出去残留 的溶剂，重复洗涤三次，在50℃真空烘箱中干燥12h，然后放入密封瓶除尽空气 并用惰性气体保护，得到负载型铁基催化剂前驱体74g。
将150ml乙醇加入到高压反应釜中，将上述铁基催化剂前驱体放入到反应釜 内，然后称取2.123g 1S,2S-1,2-DPEN加入反应釜内，放入磁子，拧紧反应釜， 用氮气排除空气三次，充入1.0MPa压力的氮气，室温下搅拌反应12h，反应结 束后，进行减压抽滤，滤饼用乙醚洗洗4次，在真空干燥箱中40℃烘5h，得到 负载型手性铁基催化剂76g。
实施例2
将实施例1制备的负载型手性铁基催化剂0.03g放入高压反应釜中，加入 15ml异丙醇(i-C3H7OH)作为反应溶液，然后称取3g 2-乙酰噻吩加入反应釜中， 称取0.42g KOH提供碱性环境，密封高压反应釜，通入氢气置换反应釜内的空 气，反复三次，然后再次充入氢气，置换氢气三次，再通氢气使压力维持在 0.5MPa，然后把反应釜放入油浴锅内，控制反应温度110℃，磁子搅拌，保持反 应时间8h后结束，降至室温后放出氢气，分离产物与催化剂，然后用气相色谱- 质谱联用仪(日本岛津公司-GCMS-QP2010Plus)测得2-乙酰噻吩转化成1-噻吩 -2-基-乙醇的转化率为71％，ee值为80％。
实施例3
将20ml二甘醇倒入烧杯中，取2.00g(0.005mol)Fe2(SO4)3加入烧杯中(加入 少许硫酸亚铁和水)，搅拌使其溶解，然后转入到三颈瓶中，用5ml二甘醇洗涤 烧杯3次，将3.043g三(邻甲苯基)膦称取后加入到三颈瓶中，然后再称取6g的 γ-Al2O3，设置反应温度120℃，磁力搅拌，加热回流24h，减压过滤除去溶剂得 到淡黄色粉末固体，将得到的固体放入20ml甲醇中洗涤并减压过滤以出去残留 的溶剂，重复3次，在50℃真空烘箱中干燥12h，然后放入密封瓶除尽空气并用 惰性气体保护，得到负载型铁基催化剂前驱体65g。
将150ml乙醇加入到高压反应釜中，将上述催化剂前驱体，放入到反应釜内， 然后称取2.723g(1R,2R)-(-)-1,2-二(4-甲氧基苯基)乙二胺加入反应釜内，放入磁 子，拧紧反应釜，用氮气排除空气三次，充入1.0MPa压力的氮气，室温下搅拌 反应18h，反应结束后，进行减压抽滤，滤饼用乙醚洗洗4次，在真空干燥箱中 40℃烘5h，得到负载型手性铁基催化剂67.5g。
实施例4
将实施例3制备的负载型手性铁基催化剂0.3g放入高压反应釜中，加入15ml 异丙醇(i-C3H7OH)作为反应溶液，然后称取2g 2-乙酰噻吩加入反应釜中，称 取0.42g NaOH提供碱性环境，密封高压反应釜，通入氢气置换反应釜内的空气， 反复3次，然后再次充入氢气，使压力维持在2MPa，然后把反应釜放入油浴锅 内，控制反应温度60℃，磁子搅拌，保持反应时间12h后结束，降至室温后放 出氢气，分离产物与催化剂，然后用气相色谱-质谱联用仪(日本岛津公司 -GCMS-QP2010Plus)测得2-乙酰噻吩转化成1-噻吩-2-基-乙醇的转化率为87％， ee值为85％。
实施例5
将20ml聚乙二醇-400倒入烧杯中，取0.242g FeNO3加入烧杯中，搅拌使其 溶解，然后转入到三颈瓶中，用5ml聚乙二醇-400洗涤烧杯3次，将3.114g 1,1'- 联萘-2,2'-双二苯膦称取后加入到三颈瓶中，然后再称取3.2g的γ-Al2O3，设置反 应温度60℃，磁力搅拌，加热回流36h，减压过滤除去溶剂得到淡黄色粉末固体， 将得到的固体放入20ml甲醇中洗涤并减压过滤以出去残留的溶剂，重复3次， 在50℃真空烘箱中干燥12h，然后放入密封瓶除尽空气并用惰性气体保护，得到 负载型铁基催化剂前驱体62g。
将150ml乙醇加入到高压反应釜中，将上述铁基催化剂前驱体放入到反应釜 内，然后称取1.062g 1R,2R-(+)-1,2-二苯基乙烯二胺加入反应釜内，放入磁子， 拧紧反应釜，用氮气排除空气三次，充入1.0MPa压力的氮气，室温下搅拌反应 18h，反应结束后，进行减压抽滤，滤饼用乙醚洗洗4次，在真空干燥箱中40℃ 烘5h，得到负载型手性铁基催化剂63g。
实施例6
将实施例5制备的负载型手性铁基催化剂0.03g放入高压反应釜中，加入 15ml异丙醇(i-C3H7OH)作为反应溶液，然后称取0.5g 2-乙酰噻吩加入反应釜 中，称取0.5g KOH提供碱性环境，密封高压反应釜，通入氢气置换反应釜内的 空气，反复3次，然后再次充入氢气，置换氢气三次，使压力维持在0.8MPa， 然后把反应釜放入油浴锅内，控制反应温度85℃，磁子搅拌，保持反应时间6h 后结束，降至室温后放出氢气，分离产物与催化剂，然后用气相色谱-质谱联用 仪(日本岛津公司-GCMS-QP2010Plus)测得2-乙酰噻吩转化成1-噻吩-2-基-乙 醇的转化率为91％，ee值为86％。