氯甲基化聚苯乙烯負(fù)載修飾L-脯氨酸催化不對(duì)稱Aldol反應(yīng)研究

趙文善，賈曉波，宋玉杰

（1.河南大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院，河南 開(kāi)封 475001；2.安陽(yáng)鋼鐵集團(tuán)有限公司動(dòng)力廠，河南 安陽(yáng) 455004）

近年來(lái)隨著立體化學(xué)的發(fā)展，手性化合物被廣泛應(yīng)用于藥物、農(nóng)藥、生物醫(yī)藥、功能材料等領(lǐng)域，且需求量越來(lái)越大［1］.而要合成各種各樣的手性化合物，尋找高效的不對(duì)稱合成催化劑是關(guān)鍵.而不對(duì)稱Aldol反應(yīng)是該領(lǐng)域中最常見(jiàn)的反應(yīng)之一，從1966年第一個(gè)手性金屬配合物催化劑被成功用于催化不對(duì)稱反應(yīng)至今已有近50年的研究歷史［2］.在傳統(tǒng)的不對(duì)稱反應(yīng)中，使用手性催化劑或手性輔助劑是必要的［3］.手性催化劑一般分為兩類：酶催化劑和過(guò)渡金屬手性配合物.酶催化具有對(duì)映選擇性高，環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，但制備困難，價(jià)格昂貴；過(guò)渡金屬手性配合物活性高，選擇性好，但毒性大、價(jià)格高、污染嚴(yán)重等，因此二者的使用都受到了一定的限制.直到2000年，LIST［3］和SAKTHIVEL［4］等人發(fā)現(xiàn)L-脯氨酸分子能夠高選擇性地直接催化Aldol反應(yīng)以來(lái)，有機(jī)小分子催化不對(duì)稱反應(yīng)的研究得到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視［5-10］和快速發(fā)展.L-脯氨酸這類有機(jī)小分子催化劑相對(duì)于傳統(tǒng)的酶催化劑［11-12］和過(guò)渡金屬手性配體類催化劑［13-14］具有來(lái)源廣、價(jià)格低、反應(yīng)條件溫和、操作簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但也存在催化劑用量較大、反應(yīng)多在有機(jī)溶劑中進(jìn)行而造成環(huán)境污染、難以回收重復(fù)利用等不足之處.為克服這些缺點(diǎn)，化學(xué)家們進(jìn)行了許多嘗試，例如CóRDOVA等［15］利用離子液體［bmim］PF6為溶劑，L-脯氨酸為催化劑催化Aldol反應(yīng).其優(yōu)點(diǎn)是立體選擇性和催化活性較高［16-17］、產(chǎn)品易分離，溶劑可重復(fù)使用，但回收次數(shù)較少.若將有機(jī)小分子催化劑負(fù)載在大分子上，則催化劑易于回收.這是一種克服有機(jī)小分子催化劑不足之處的有效方法.本文作者分別以三聚氰胺、氨基胍和DASA為連接臂，將L-脯氨酸接枝到氯甲基化聚苯乙烯載體上.利用大分子的不溶性和L-脯氨酸的催化性，應(yīng)用于催化Aldol反應(yīng).考察了其在不同條件下的催化及重復(fù)使用性能.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

SHJM-1型數(shù)顯恒溫?cái)嚢桦姛崽祝ㄉ綎|鄄城現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)儀器廠），DZF-6050型真空箱式干燥箱（上海新苗醫(yī)療器械制造公司），AVATAR-360型傅立葉變換紅外光譜儀（尼高力公司），Agilent1100HPLC儀（安捷倫公司）（Daicel Chiralpak AD-H型手性分離柱）；L-脯氨酸、碳酸氨基胍、三聚氰胺、芴甲氧羰酰琥珀酰亞胺（Fmoc-OSu）、氯化亞砜、二氯甲烷、氯甲基化聚苯乙烯（S.DCl＝1.23mmol/g），均為分析純.

1.2 催化劑的制備

其合成流程示意圖見(jiàn)圖1.

圖1 催化劑合成流程示意圖Fig.1 Schematic diagram of catalyst synthesis process

1.3 催化Aldol反應(yīng)的一般步驟

在試管中按順序加入0.04g催化劑，3mL水，環(huán)己酮（5.13mmol）和取代苯甲醛（0.497mmol），于室溫下攪拌反應(yīng)直至反應(yīng)完全（薄層色譜跟蹤）.用乙酸乙酯萃取，無(wú)水硫酸鈉干燥，減壓蒸去溶劑.薄層色譜層析［V（石油醚）∶V（乙酸乙酯）＝2.5∶1］分離后，稱重、計(jì)算產(chǎn)率，用手性柱高效液相色譜測(cè)得產(chǎn)物的對(duì)映選擇性，并且進(jìn)行催化劑重復(fù)利用性能實(shí)驗(yàn).催化反應(yīng)式見(jiàn)圖2.

圖2 催化劑催化Aldol反應(yīng)的示意圖Fig.2 Schematic diagram of catalysts for Aldol reaction

2 結(jié)果與討論

2.1 催化劑的紅外光譜表征

2.1.1 接枝氨基胍催化劑

從IR圖可以看到：在3 480cm-1處出現(xiàn)N-H鍵的吸收峰，在1 600cm-1附近出現(xiàn)4個(gè)吸收峰，并且在1 265cm-1處的吸收峰較弱，說(shuō)明產(chǎn)物中有苯環(huán)出現(xiàn).另外在1 610cm-1處出現(xiàn)了C＝N的特征吸收峰.

2.1.2 接枝DASA催化劑

從IR圖可以看到：在3 400cm-1處出現(xiàn)了氨基的吸收峰，在1 600cm-1附近出現(xiàn)了4個(gè)吸收峰，在1 250 cm-1處出現(xiàn)一個(gè)弱的吸收峰，說(shuō)明有苯環(huán)存在.在1 696cm-1處有一強(qiáng)的C＝O吸收峰，在1 156cm-1處出現(xiàn)C-S單鍵的特征吸收峰，在另外1 040cm-1處出現(xiàn)S＝O的特征吸收峰.

2.1.3 接枝三聚氰胺催化劑

從IR圖可以看到：在3 460cm-1附近出現(xiàn)了氨基的吸收峰，在1 600cm-1附近出現(xiàn)了4個(gè)吸收峰，且在1 265cm-1處出現(xiàn)微弱的吸收峰，說(shuō)明有苯環(huán)存在.在1 551～1 436cm-1有三嗪環(huán)伸縮振動(dòng)特征吸收峰，815cm-1處出現(xiàn)了三嗪環(huán)變形振動(dòng)特征吸收峰，說(shuō)明有三嗪環(huán)存在.在1 680cm-1處出現(xiàn)C＝O的吸收峰.

2.2 催化劑的催化性能

2.2.1 催化劑在不同溶劑中的催化性能

以對(duì)硝基苯甲醛和環(huán)己酮為Aldol反應(yīng)的底物，將不同溶劑加入反應(yīng)體系中，分別探究三種催化劑的催化效果.

表1 接枝不同分子臂的催化劑的催化性能Table 1 The catalytic performance of catalysts with different molecular arm of the graft

從表1可以看出：接枝氨基胍、DASA分子臂的催化劑在無(wú)其他溶劑下催化效果較好；而接枝三聚氰胺分子臂的催化劑在DMF的條件下催化效果較好.

2.2.2 催化劑對(duì)不同底物的催化性能

環(huán)己酮不變，改變另一底物，并在各個(gè)催化劑最適宜的溶劑中反應(yīng)，以探究不同底物對(duì)催化劑催化性能的影響.

從表2可以看出，接枝三種分子臂的催化劑對(duì)催化對(duì)硝基苯甲醛與環(huán)己酮反應(yīng)均具有較好的催化效果.

表2 催化劑對(duì)不同底物的催化性能Table 2 Catalyst on catalytic properties of different substrates

2.2.3 催化劑的重復(fù)利用性

以對(duì)硝基苯甲醛和環(huán)己酮為底物進(jìn)行反應(yīng).從表3可以看出，接枝三種分子臂的催化劑均可以重復(fù)使用，產(chǎn)率和e.e.值均有所降低，但接枝DASA的催化劑，降幅較小，相比而言該催化劑活性較好.而接枝三聚氰胺的催化劑，產(chǎn)率和e.e.值均降低較多，重復(fù)利用效果不理想.

3 結(jié)論

由以上實(shí)驗(yàn)可知，三種催化劑對(duì)反應(yīng)都有一定的催化效果，但接枝DASA的催化劑催化效果較好（產(chǎn)率達(dá)到83%，e.e.值達(dá)86%），且回收5次仍能達(dá)到40%的產(chǎn)率和78%的e.e.值，說(shuō)明該催化劑在無(wú)溶劑的條件下，對(duì)催化以硝基苯甲醛和環(huán)己酮為底物的Aldol反應(yīng)有一定的應(yīng)用價(jià)值.

表3 催化劑重復(fù)使用性能Table 3 Repeated use of catalyst performance

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