可循环手性Mn(Ⅲ)salen催化剂催化烯烃不对称环氧化反应研究

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Salen是一种常见的多齿配体,它的两个N,两个O原子处于同一平面内,可以与多种金属形成配合物,由于中心金属原子在垂直于salen配体平面的轴向存在空轨道,可以十分方便地与其他物质配位,所以金属salen配合物在催化领域有着广泛的应用。随着近些年手性化合物需求量的迅速增长,手性Mn(Ⅲ)salen配合物开始被用于手性催化领域,而且由于其高的反应活性和对映选择性,它成为了最重要的手性催化剂之一。然而由于均相的手性Mn(Ⅲ) salen催化剂不易于产物分离,不易回收。所以,近十年来,对于非均相手性Mn(Ⅲ) salen催化剂的研究成为催化界的热点,它可以用于催化烯烃的不对称环氧化、外消旋二级醇的氧化动力学拆分和硫醚的不对称氧化等反应。首先,本文考察了载体孔径精细调变对于不对称结构的Mn(Ⅲ) salen非均相催化剂的催化性能的影响,将不对称结构的Mn(Ⅲ) salen配合物固载到一系列孔径精细调变的MCM-41和MCM-48上,采用红外光谱、固体紫外光谱、N2吸附脱附、X-射线衍射等手段对催化剂进行了表征,表明催化剂被成功固载且载体结构未发生变化。通过烯烃不对称环氧化反应,考察了3-巯丙基三甲氧基硅烷对催化剂性能的影响,并确定了最佳用量。在此基础上,本文研究了孔径的精细调变对于催化剂性能的影响,发现固载到孔径较大的介孔材料上的Mn(Ⅲ) salen非均相催化剂获得了较高的催化活性和对映选择性。其次,本文考察了不对称结构的Mn(Ⅲ) salen均相和非均相催化剂在不同氧化体系下的催化性能,将不对称结构的Mn(Ⅲ) salen配合物固载到MCM-41、MCM-48和SBA-15上,通过各种表征证明了活性组分固载到了载体上,且载体原有结构得到了很好的保持。n-CPBA和NaCIO丙种氧化剂用于烯烃的不对称环氧化反应,当使用非均相Mn(Ⅲ) salen催化剂时,两种氧化剂在反应中获得的底物转化率有显著的差异,而在使用均相Mn(Ⅲ) salen催化剂时,两种氧化剂获得的转化率基本一致,换句话说,Mn(Ⅲ) salen配合物的非均相化对于m-CPBA和NaClO有不同的影响。为了研究这一现象,文中采用紫外-可见光谱及反应动力学研究了两个反应体系,发现由于NaClO是一种温和的氧化剂,在反应过程中无明显的催化剂中间体[salen-Mn(V)=O]+累积失活的现象,这是NaClO在非均相条件下取得较好的转化率的原因。此外,与以MCM-41为载体的非均相Mn(Ⅲ) salen催化剂相比,固载到MCM-48和SBA-15上的非均相催化剂获得了较好的催化活性和对映选择性,这与MCM-48拥有三维孔道结构及SBA-15拥有大的孔径有利于底物分子扩散有关。再次,本文采用废轮胎热解炭黑作为载体,不加入任何有机硅烷,没有采用氧化方式改变炭黑表面含氧基团的数量,十分经济的将手性Mn(Ⅲ) salen配合物直接共价固载到了炭黑表面,制备的非均相Mn(Ⅲ) salen催化剂在烯烃不对称环氧化反应中取得了很好的催化结果,特别是在1-苯基环己烯的不对称环氧化反应中,获得了高于均相催化剂的ee值。此外,该类非均相催化剂可以循环使用三次。最后,本文分别利用1,2-乙硫醇、1,3-丙二硫醇和1,6-己二硫醇与Mn(Ⅲ)salen配合物构建了一系列环状硫醚手性Mn(Ⅲ) salen配合物。通过核磁共振、质谱和红外光谱表明环状硫醚结构的成功合成。该类催化剂在反应体系中保持了很高的催化活性,在加入正己烷的情况下,极容易从反应体系中分离出来。本文确定了最佳的反应体系,即NaCIO与PPNO的氧化体系,采用的最佳溶剂为二氯甲烷。在烯烃的不对称环氧化反应中,取得了与环状硫醚手性Mn(Ⅲ)salen配合物结构相似的Mn(Ⅲ) salen配合物可比的催化性能,而且该类催化剂可以循环使用六次。
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