基于脯氨酸及叔亮氨酸小分子催化体系的设计及催化剂回收性能研究

基于脯氨酸及叔亮氨酸小分子催化体系的设计及催化剂回收性能研究在手性有机小分子催化领域,脯氨酸及其衍生物具有结构简单、在自然界广泛存在、容易获得并具有手性等优点,受到了人们的广泛关注。叔亮氨酸衍生物由于存在体积较大的叔丁基,在不对称催化反应中起到重要的作用。因为两种类型催化剂均兼具Br?nsted酸(Lewis酸)和Br?nsted碱(Lewis碱)两种功能,使得它们对于许多不对称催化反应均表现出较为优秀的手性催化性能。随着手性催化研究的不断深入,并基于绿色化学的发展战略,可实现多次重复使用的新型催化体系设计越来越受到人们重视。但到目前为止,真正性能优越且的可回收手性催化剂仍然较少,构建更加高效的催化剂回收体系具有重要意义。本文以脯氨酸和叔亮氨酸为骨架,在设计新型手性小分子催化剂及考察催化性能基础上,从几个方面对催化剂的回收过程进行了研究,取得了多项有价值的成果,为解决小分子催化领域普遍存在的催化剂循环利用问题提供了新途径,具体内容包括:(1)合成了以邻苯二胺为骨架的4种有机小分子催化剂,并将它们用于催化芳香醛与酮的不对称Aldol反应中。其中,含有金刚烷的催化剂2-3d显示出了最好的催化效果,以盐水为溶剂时能获得好的收率和立体选择性,并具有一定的底物范围,收率达98%,dr值大于99:1,ee值达99%。利用静电纺丝技术,制备了含有β-环糊精(CD)的Poly(AN-MA-β-CD)纳米纤维。在催化剂2-3d均相催化的间硝基苯甲醛与环己酮的不对称Aldol反应中,利用β-CD与金刚烷的超分子主-客体识别作用,将反应完成后的催化剂2-3d组装于Poly(AN-MA-β-CD)纳米纤维表面,并在过滤回收后,利用解组装作用,将催化剂从载体表面分离,并再次利用,实现了小分子催化剂的均相催化与非均相回收。经5次重复使用后,仍能提供较高的产率和立体选择性。(2)从反式-4-羟基-L-脯氨酸出发,设计、合成了系列新型4-金刚烷(苯)酰氨基-L-脯氨酰胺催化剂,并考察了它们在芳香醛与酮不对称Aldol反应中的应用情况。其中,4-羟基-L-脯氨酸中的C4位与空间位阻较大的金刚烷相连,并且N-芳基上含有强吸电子基的催化剂3-7e表现出好的催化效果,Aldol反应能提供更好的立体选择性,收率达98%,dr值大于99:1,ee值达99%。利用α-环糊精空腔大小适中,能与反应产物组装分离,不能与催化剂形成组装体的特点,通过超分子主–客识别作用,成功将Aldol产物从反应体系中分离的同时,留在反应体系中的催化剂实现了再次利用,经5次循环使用,催化反应的效果没有发生明显改变。(3)研究了4-金刚烷酰氨基-L-脯氨酰胺催化剂在靛红衍生物与丙酮不对称Aldol反应中的应用情况。催化剂4-1d表现出好的催化效果,过量丙酮为溶剂时,能得到高达98%的收率和高达97%的ee值。此外,通过化学键修饰的方法,将脯氨酰胺催化剂连接到Poly(AN-MA)侧链,利用静电纺丝技术制备了纳米纤维型非均相催化剂Poly-C1NFs,该催化剂在靛红与丙酮的不对称Aldol反应中具有一定的催化效果,可通过简单过滤实现催化剂回收,并可循环使用4次。(4)以L-叔亮氨酸为骨架,合成了四种硫脲催化剂,考察了它们在靛红衍生物酮亚胺与β-二酮不对称Mannich反应中的应用情况。其中,催化剂5-6b表现出好的催化效果,并具有广的底物范围,能获得最高98%的收率和99%的ee值。此外,制备了表面连接L-叔亮氨酸