论文摘要
随着全世界对手性产品需求的日益增长,手性化合物的高效、绿色生产方法已受到普遍关注。在各种生产手性化合物的方法中,手性催化是最符合原子-经济观点的。相对于均相手性催化,非均相手性催化由于其易于产品分离、催化剂可以重复利用等优点,成为手性催化领域的研究热点。烯烃的不对称环氧化反应是制备光学活性环氧化物的重要途径,在医药、农药、香料等精细化学品的合成上具有非常重要的意义。由于salen Mn（III）化合物在非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中表现出的高催化活性和对映选择性,近年来关于salen Mn（III）化合物在无机介孔材料上的固载化研究受到了广泛的关注。在目前报道的固载研究中,大多数非均相salen Mn（III）催化剂都只得到了比相应均相催化剂低的催化活性和对映选择性,只有一小部分工作获得了与均相催化剂相当甚至更高的对映选择性,这被普遍地归结为载体孔道空间限阈效应的影响。然而系统地研究载体空间限阈效应对非均相手性催化剂催化性能的影响还很少见报道。本文旨在通过详细考察载体的孔道结构、孔径以及活性组分的分布状态对非均相salen Mn（III）催化剂催化性能的影响,从而更深入地了解载体孔道空间限阈效应对非均相手性催化剂催化性能的影响规律。本文采用具有不同碳链长度的季铵盐型表面活性剂为模板剂合成了一系列孔径在小范围内变化的MCM-41与MCM-48介孔材料,并通过不同的有机硅烷固载了三种不同结构的salen Mn（III）化合物。XRD、FT-IR、DR UV-Vis、N2吸附-脱附、元素分析和ICP-AES表征的结果表明,salen Mn（III）化合物被成功固载在了介孔载体的孔道中,并且最后制得的非均相催化剂都保持了载体的特征孔道结构。所合成的非均相salen Mn（III）催化剂在非官能团化烯烃的不对称环氧化反应中表现出了高的催化活性和对映选择性。并且通过研究发现,载体孔径的精细调变能明显影响非均相催化剂的催化性能。通常情况下,固载在较大孔径载体上的非均相催化剂能够得到较高的催化活性;而当载体孔径与底物分子大小相匹配时,非均相催化剂能够得到较高的对映选择性。本文考察了有机硅烷在介孔载体上的负载量对非均相salen Mn（III）催化剂催化性能的影响规律,从而确定了不同结构的salen Mn（III）化合物固载在不同介孔载体上的最佳有机硅烷投料量。同时实验结果表明,有机硅烷的负载量对催化剂催化性能以及活性组分稳定性都有明显的影响。较高的有机硅烷负载量能提高催化剂的稳定性,催化剂中活性组分不易流失,但同时也增加了反应物与产物扩散的阻力,从而造成催化剂的催化性能降低。本文采用共缩聚法制备了活性组分在介孔载体表面分布更加均匀的非均相salen Mn（III）催化剂。通过含salen Mn（III）结构的桥连有机硅烷与正硅酸乙酯共缩聚制备得到了活性组分分布更为均匀的PMOs材料,不过由于活性组分被部分包埋在孔壁中,从而使得催化剂的催化性能较低。为此又通过3-氨丙基-三乙氧基硅烷与正硅酸乙酯共缩聚制备了有机官能团化的介孔材料,并将其用于固载salen Mn（III）化合物。通过实验考察了有机硅烷的负载量对催化剂催化性能的影响,从而确定了3-氨丙基-三乙氧基硅烷的最佳投料量。由此制备得到的非均相salen Mn（III）催化剂即使在较低的用量下（0.6mol%）仍然能在烯烃的不对称环氧化反应中表现出与均相催化剂相当的催化活性和对映选择性,催化剂的催化效率大大提高。同时本文还采用多步移植法制备了无机介孔材料固载的非均相salen Mn（III）催化剂。该方法操作简便,并可用于固载不对称结构的手性salen Mn（III）化合物。所制备的非均相催化剂在α-甲基苯乙烯的不对称环氧化反应中得到了>99.9%的反应ee值,明显高于均相催化剂的ee值49.8%。同时催化剂在茚和1-苯基环己烯的不对称环氧化反应中表现出了与均相催化剂相当的催化活性和对映选择性。所合成的非均相催化剂具有较好的稳定性,可以被重复使用三次以上。