一种手性双烯铑金属催化剂、制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种手性双烯铑金属催化剂、制备方法及应用，属于催化剂领域。所述催化剂合成原料易的，合成路线简单。经济环保，价格低廉。先将(‑)‑α‑水芹烯和丙炔酸乙酯在氮气保护‑78℃下滴加二甲基氯化铝溶液，所得混合物经淬灭及快速柱色谱分离，得到手性双烯配体；再将手性双烯配体溶于乙醇中后加入金属源，室温下搅拌反应2～3h后浓缩，过滤、重结晶，得到所述催化剂；所述催化剂单独使用，或与含膦的有机化合物组成的催化体系，可用于对异腈基苯甲酸乙酯、对异腈基苯甲酸异丙酯、对异腈基苯甲酸叔丁酯、对异腈基苯甲酸正丁酯、对异腈基苯甲酸正戊酯、对异腈基苯甲酸环己酯、对异腈基苯甲酸正辛酯、α‑异腈基萘，或其中两种或三种的共聚反应。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种手性双烯铑金属催化剂、制备方法及应用，属于催化剂

技术介绍
聚异腈是由异腈单体经聚合得到的一类化合物，也是第一个被报道的具有稳定螺旋构象的聚合物。聚合反应的驱动力是单体上的表观二价碳原子不断转变为聚合物上的四价碳原子，这一过程释放出81.4kJ/mol的聚合热。因为聚合物主链上的每个碳原子均带有一个取代基，这就造成了侧链之间的空阻很大，致使主链上碳碳单键旋转受阻从而不能采取平面构象。异腈的聚合历史上出现了多种催化剂，如今常见的和更为广泛使用的聚异睛制备方法涉及到过渡金属化合物，也就是Ni(II)，Pd(II)-Pt(II)或Rh(Ⅲ)化合物。Ni化合物在催化芳基异腈聚合的时候被发现其螺旋选择性较低，Pd(II)-Pt(II)杂核化合物主要是用来催化芳基异腈聚合反应，然而现有的Rh催化剂只能催化邻位有大官能团的芳香异腈。当异腈含有一个非常大的取代基时，经聚合通常可得到一个由动力学控制的具稳定螺旋构象的聚合物。1974年，Nolte等人首次用手性色谱的方法成功的将不具光学活性的聚叔丁基异腈拆分为分别具有左手和右手螺旋的聚合物，并且发现这些聚合物的螺旋构象可以在溶液中稳定存在，并且在高温下仍非常稳定，自身不会发生消旋化。这是一个激动人心的发现，因为这时期人们获得的聚合物螺旋构象几乎都不能在溶液中稳定存在，从这以后，大量具有光学活性的聚合物被合成出来。1990年之前，由于当时的异腈聚合反应并不是活性聚合，所以其分子量和主链结构很难控制。之后，就出现了关于三例关于异腈的活性聚合报道，以π-烯丙基作为配体的镍催化剂是烷基异腈活性聚合的高效催化剂，而Pd-Pt体系可以催化芳香异腈的聚合。但是Pd-Pt双核化合物的合成较为繁琐，而现有的Rh催化剂也有合成步骤长，只能催化邻位有大官能团的芳香异腈等问题，同时，这两种催化体系都是通过聚合手性单体得到单一螺旋聚合物，大大限制了其单体的选择范围。因此，开发一种新型的手性铑化合物催化体系，用来催化邻位没有大官能团的芳香异腈势在必行。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种手性双烯铑金属催化剂；本专利技术的目的之二在于提供一 种手性双烯铑金属催化剂的制备方法；本专利技术的目的之三在于提供一种手性双烯铑金属催化剂的应用。本专利技术的目的由以下技术方案实现：一种以手性双烯为配体的铑金属催化剂，所述以手性双烯为配体的铑金属催化剂结构式有如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种：式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R1’、R2’、R3’、R4’、R5’和R6’是与双环[2.2.2]辛-2，5-二烯相连的取代基,X1、X2是与金属铑配位的卤素元素；L1是与金属铑相连的配位基团；Rh即为金属元素铑。其中，R1、R2、R4、R5、R6、R1’、R2’、R4’、R5’和R6’均优选氢原子、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正丁基、烷氧基、硝基、苯基、苄基、萘基中的一种；R3和R3’优选羧酸基团、甲酸乙酯基团、甲酸异丙酯基团，甲酸叔丁酯基团、甲酸正丁酯基团、甲酸萘酯基团中的一种；其中R1和R1’相同，R2和R2’相同，R4和R4’相同，R5和R5’相同，R6和R6’相同；R3和R3’相同；L1优选三(对甲苯基)膦、三(对甲氧基苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦、三环己基膦、甲基联苯膦、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、(±)-2,2'-双-(二苯膦基)-1,1'-联萘、4-二甲氨基吡啶、联吡啶中的一种；X1、X2优选氯原子、氟原子、羟基的一种；一种手性双烯铑金属催化剂的制备方法，所述方法步骤如下：(1)制备手性双烯配体；<1>手性双烯配体a的制备首先，将(-)-α-水芹烯和丙炔酸乙酯分别溶于无水二氯甲烷中而后加入到反应器内，得到 混合物b，将所述装有混合物b的反应器在氮气或氩气氛围下降温至-78℃，在搅拌下，向混合物b中逐滴加入二甲基氯化铝，得到混合物c；其中，丙炔酸乙酯、(-)-α-水芹烯和二甲基氯化铝的摩尔比为1:1.1:1.1；其次，反应10～12h后将反应器取出，回温至20～25℃，用饱和氯化铵水溶液淬灭，得到含有目标产物的混合物d；最后，向混合物d中加入良溶剂25～35ml，分层得到水相和有机相，向有机相中加入固体干燥剂5～10g后，过滤，旋转蒸发去掉溶剂，通过快速柱色谱分离。，得到所述的手性双烯配体a；<2>手性双烯配体a’的制备将步骤<1>所述的手性双烯配体a和氢氧化锂溶于良溶剂中，得到混合物e，将混合物e加热回流24～36h。其次，将混合物e的pH调节至2-3，得到含有目标产物的混合物f。最后，向混合物f中加入良溶剂25～35ml，分层得到水相和有机相，向有机相中加入固体干燥剂5～10g后，过滤，旋转蒸发去掉溶剂，通过快速柱色谱分离。，得到所述的手性双烯配体a’；(2)制备手性双烯铑金属催化剂C1或C4；首先，将步骤<1>或<2>所述的手性双烯配体a或者a’溶于良溶剂中，然后加入三水合三氯化铑，加热回流3h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂依次清洗所得固体，得到本专利技术所述手性双烯铑催化剂C1或C4。(3)制备手性双烯铑金属催化剂C2或C5将C1或者C4溶于良溶剂中，然后加入三苯基膦，搅拌12h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂清洗所得固体，得到本专利技术所述手性双烯铑催化剂C2或C5。(4)制备手性双烯铑金属催化剂C3或C6将C1或者C4溶于良溶剂中，然后加入四苯硼钠，搅拌12h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂清洗所得固体，得到本专利技术所述手性双烯铑催化剂C3或C6。(5)制备邻位没有大取代基的芳香异腈单体首先，将对氨基苯甲酸加入茄瓶中，而后加入甲酸和乙酸，在110℃回流3h，观察有 白色固体析出，将反应液过滤，收集得到白色固体抽干；而后，将上述所得白色固体溶于无水THF加入三口瓶中，在氮气氛围下先后加入DMAP和DCC，搅拌0.5h后，向其中加入醇室温搅拌12h。然后将反应液过滤，将所得滤液用旋转蒸发仪旋转蒸发走溶剂。得到固体混合物i，用饱和NaCO3溶液，良溶剂和不良溶剂的混合液洗涤所得到的固体混合物i，得到粗产物中间体j。最后，将中间体j溶于无水THF中加入三口瓶内，然后加入无水三乙胺，在氮气条件下0℃滴加固体光气的THF溶液，然后室温搅拌1h，用饱和NaCO3溶液将反应淬灭，得到含有目标产物的混合物k，向混合物k中加入良溶剂，分层得到水相和有机相，收集有机相，重复三次后，向有机相中加入固体干燥剂5～10g后，过滤，用旋转蒸发仪旋转蒸发走溶剂，而后用快速柱色谱进行分离。其中，步骤(1)中优选稀盐酸调节pH值；良溶剂优选二氯甲烷；固体干燥剂优选无水硫酸钠(NaSO4)；步骤(2)良溶剂优选乙醇和水的混合溶剂；用于清洗的溶剂顺序优选：水、无水乙醇、正己烷；步骤(3)良溶剂优选二氯甲烷；用于清洗的溶剂优选：二氯甲烷和正己烷混合液步骤(4)良溶剂优选二氯甲烷和甲醇的混合液；用于清洗的溶剂优选：二氯甲烷和正己烷混合液步骤(5)中的良溶剂优选二氯甲烷；不良溶剂优选石油醚；固体干燥剂优选无水硫酸钠(NaSO4)；一种手性双烯铑金属催化剂的应用，所述手性双烯铑金属催化剂与以三苯基膦为代表的含膦本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种手性双烯铑金属催化剂，其特征在于：所述手性双烯铑金属催化剂的结构式有如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种：式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R1’、R2’、R3’、R4’、R5’和R6’是与双环[2.2.2]辛‑2，5‑二烯相连的取代基，X1、X2是与金属铑配位的卤素元素或者羟基基团；L1是与金属铑相连的配位基团；Rh即为金属元素铑。

【技术特征摘要】
1.一种手性双烯铑金属催化剂，其特征在于：所述手性双烯铑金属催化剂的结构式有如下Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三种：式Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ中，R1、R2、R3、R4、R5、R6、R1’、R2’、R3’、R4’、R5’和R6’是与双环[2.2.2]辛-2，5-二烯相连的取代基，X1、X2是与金属铑配位的卤素元素或者羟基基团；L1是与金属铑相连的配位基团；Rh即为金属元素铑。2.根据权利要求1所述的以手性双烯为配体的铑金属催化剂，其特征在于：R1、R2、R4、R5、R6、R1’、R2’、R4’、R5’和R6’为氢原子、甲基、乙基、异丙基、叔丁基、正丁基、烷氧基、硝基、苯基、苄基、萘基中的一种；其中R1和R1’相同，R2和R2’相同，R4和R4’相同，R5和R5’相同，R6和R6’相同；R3和R3’为羧酸基团、甲酸乙酯基团、甲酸异丙酯基团，甲酸叔丁酯基团、甲酸正丁酯基团、甲酸萘酯基团中的一种；R3和R3’相同X1、X2为氯原子、氟原子、羟基的一种。3.根据权利要求1所述的一种手性双烯铑金属催化剂，其特征在于：L1为三(对甲苯基)膦、三(对甲氧基苯基)膦、三(邻甲氧基苯基)膦、三环己基膦、甲基联苯膦、亚磷酸三苯酯、亚磷酸三苯酯、(±)-2,2'-双-(二苯膦基)-1,1'-联萘、4-二甲氨基吡啶、联吡啶中的一种。4.一种如权利要求1、2和3所述的手性双烯铑金属催化剂的制备方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)制备手型双烯配体a；首先，将(-)-α-水芹烯和丙炔酸乙酯分别溶于无水二氯甲烷中而后加入到反应器内，得到混合物b，将所述装有混合物b的反应器在氮气或氩气氛围下降温至-78℃，在搅拌下，向混合物b中逐滴加入二甲基氯化铝，得到混合物c；其中，丙炔酸乙酯、(-)-α-水芹烯和二甲基氯化铝的摩尔比为1:1.1:1.1；其次，反应10～12h后将反应器取出，回温至20～25℃，用饱和氯化铵水溶液淬灭，得到含有目标产物的混合物d；最后，向混合物d中加入良溶剂25～35ml，分层得到水相和有机相，向有机相中加入固体干燥剂5～10g后，过滤，旋转蒸发去掉溶剂，通过快速柱色谱分离，得到所述的手性双烯配体a；(2)制备手型双烯配体a’；将步骤(1)所述的手性双烯配体a和氢氧化锂溶于良溶剂中，得到混合物e，将混合物e加热回流24～36h。其次，将混合物e的pH调节至2-3，得到含有目标产物的混合物f。最后，向混合物f中加入良溶剂25～35ml，分层得到水相和有机相，向有机相中加入固体干燥剂5～10g后，过滤，旋转蒸发去掉溶剂，通过快速柱色谱分离，得到所述的手性双烯配体a’；(3)制备手性双烯铑金属催化剂C1或C4；首先，将步骤<1>或<2>所述的手性双烯配体a或者a’溶于良溶剂中，然后加入三水合三氯化铑，加热回流3h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂依次清洗所得固体，得到本发明所述手性双烯铑催化剂C1或C4。(4)制备手性双烯铑金属催化剂C2或C5将C1或者C4溶于良溶剂中，然后加入三苯基膦，搅拌12h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂清洗所得固体，得到本发明所述手性双烯铑催化剂C2或C5。(5)制备手性双烯铑金属催化剂C2或C5将C1或者C4溶于良溶剂中，然后加入四苯硼钠，搅拌12h。其次，将所得混合物，旋转蒸干溶剂，用适当溶剂清洗所得固体，得到本发明所述手性双烯铑催化剂C3或C6。(6)制备邻位没有大取代基的芳香异腈单体首先，将对氨基苯甲酸加入茄瓶中，而后加入甲酸和乙酸，在110℃回流3h，观察有白色固体析出，将反应液过滤，收集得到白色固体抽干；而后，将上述所得白色固体溶于无水THF加入三口瓶中，在氮气氛围下先后加入DMAP和DCC，搅拌0.5h后，向其中加入醇室温搅拌12h。然后将反应液过滤，将所得滤液用旋转蒸发仪旋转蒸发走溶剂。得到固体混合物i，用饱和NaCO3溶液，良溶剂和不良溶剂的混合液洗涤所得...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓芳，张亦萱，张鹏飞，严新稳，吴晓路，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11