CN113398986B - 一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法 - Google Patents

一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法，包括：以聚丙烯酸类衍生物为壳、介孔氧化硅纳米载体为核；将聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团经活化后与介孔氧化硅纳米材料载体上的氨基基团通过酰胺化偶联反应等包覆工艺制得核壳型有机‑无机纳米材料，将手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物负载在核壳型有机‑无机纳米材料上，制得用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂。本发明的pH敏感型催化剂不仅能够解决介孔氧化硅纳米载体在溶液中容易聚集导致Z在介孔表面分散性较差等问题，而且在催化过程中能够在不同pH环境下通过智能释放所负载的活性物种Z达到高效催化效果。

Description

一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法
技术领域
本发明涉及催化剂技术领域，具体涉及一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法。
背景技术
近年来，不对称Aldol反应(醛醇缩合反应)已经被广泛认为是有机合成中最重要的一类碳-碳键形成反应。
早在2000年，List等人(Journal of the American Chemical Society,2000,122,(10):2395-2396)认为手性小分子L-脯氨酸也是一类“微型醛缩酶”催化剂，其均相条件下催化不对称Aldol反应具有操作简单和原子经济性等显著特点。因此，Zhao等人(Synlett,2012,23,(13):1990-1994)采用多种联吡啶/联芳基脯氨酸及其衍生物(Z)作为均相催化剂具有优良的催化性能(产率高达99％)。但是，这类均相催化剂无法回收；为此，研究人员尝试将这些均相催化反应转移到非均相体系中进行，以期达到催化剂可循环使用的目的。
目前，多孔材料是非均相催化剂常用的载体之一，如：Fernández-Mayoralas等人(Advanced Synthesis&Catalysis,2005,347,(10):1395-1403)将脯氨酸固载在MCM-41介孔表面，在羟基丙酮与醛的直接不对称Aldol反应中表现出较好的催化性能；Gao等人(Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2009,313,(1-2):79-87)将脯氨酸改性后嫁接到SBA-15介孔表面，在低温下催化对硝基苯甲醛与环己酮的不对称Aldol反应中显示出较好的催化性能(产率：87％，对映体选择性：90％)；专利CN101879459A(2010年)公开了一种功能化的PMO介孔材料固载Cu(I)的制备方法，应用于水介质中格拉泽偶联反应(Glasercoupling)，具有较好的催化剂循环使用效果。
近年来，双模型介孔二氧化硅(BMMs)因具有较高的比表面积(>700m2/g)、较大的孔体积(～3.5cm3/g)，以及可控的双模型介孔结构(约2-3nm的小孔与直径为10-30nm的堆积孔)，在吸附分离和药物传递等领域具有重要的应用价值(Langmuir,2003,19,(20):8395-8402)。Tang(Microporous&Mesoporous Materials,2018,260,245-252)和Zhang等人(ChemistrySelect,2019,4,(11):3105-3112)将Z固定在BMMs表面制备出一系列非均相催化剂，并应用于不对称Aldol反应，获得了良好的产率和选择性。然而，基于BMMs的非均相催化剂，一方面在制备过程中由于介孔二氧化硅颗粒在溶液中容易聚集导致Z在介孔表面分散性较差；另一方面在催化过程中无法驱使所负载的活性物种Z在特殊环境下通过可控释放实现高效催化。其中，关键的影响因素之一就是因为所制备的催化剂不具备智能响应性。
聚丙烯酸类衍生物是一类被广泛应用于大分子分离，酶固定和药物控释等诸多领域的pH敏感型聚合物。Suzuki等人(Polymers for Advanced Technologies,2000,11,(2):92-97)较早报道了在介孔氧化硅表面接枝聚丙烯酸的可行性；Hong等人(Journal ofMaterials Chemistry,2009,19,(29):5155-5160)进一步采用可逆加成-断裂链转移聚合方法在介孔氧化硅表面通过嫁接聚丙烯酸制备出具有核壳结构的pH响应型纳米材料。现有专利US2013034609公开了一种通过共价键偶联方法将聚甲基丙烯酸接枝到中空介孔二氧化硅表面，从而制备出pH响应型聚合物囊泡。尽管这些智能响应型纳米材料在药物缓控释领域具有潜在的应用前景，但是，采用聚丙烯酸改性BMMs，然后通过负载具有催化活性的手性分子实现在不同pH值条件下通过可控释放活性物种并用于催化不对称Aldol反应的相关文献则鲜有报道。
发明内容
针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂及制备方法。
本发明公开了一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，包括：
核壳型有机-无机纳米材料，其中，所述核壳型有机-无机纳米材料以聚丙烯酸类衍生物为壳、介孔氧化硅纳米载体为核，所述聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团经活化后与介孔氧化硅纳米材料载体上的氨基基团通过包覆工艺制成；
手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物(Z)，所述手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物负载在所述核壳型有机-无机纳米材料上。
作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯酸类衍生物的分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000031
式中，R代表H、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH2CH3中的一种。
作为本发明的进一步改进，所述介孔氧化硅纳米载体为具有2～3nm的小孔和10～30nm的球形颗粒堆积孔的双模型介孔氧化硅纳米材料(BMMs)。
作为本发明的进一步改进，所述聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团活化是由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCI)与N-羟基丁二酰亚胺(NHS)混合物组成的活化体系，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCI)与N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的摩尔比为(1～5):1。
作为本发明的进一步改进，所述手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物(Z)的分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000032
式中，X代表N、C中的一种，R代表H、L-proline、1-C10H7SO2、3-CH3C6H4SO2、N-Cbz-prolinamide中的一种。
本发明还公开了一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂的制备方法，包括：
步骤1、制备手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z；
步骤2、制备未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs；其中，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB；
步骤3、基于t-BMMs，制备氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS；
步骤4、基于t-BMMs-APS，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的未脱模板剂的BMMs，记为P-t-BMMs；
步骤5、基于P-t-BMMs，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的脱模板剂的BMMs，记为P-BMMs；
步骤6、基于Z和P-BMMs，制备用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，记为P-Z@BMMs。
作为本发明的进一步改进，所述步骤3，包括：
步骤3.1、将t-BMMs在150℃干燥3小时；
步骤3.2、干燥后的t-BMMs与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液按照1g:40mL在N2的保护下混合搅拌并加热回流12小时；离心除去溶剂，并用乙醇多次洗涤，所得固体在真空条件下150℃干燥3小时，得到t-BMMs-APS。
作为本发明的进一步改进，所述步骤4，包括：
步骤4.1、将聚丙烯酸类衍生物溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中加热搅拌；
步骤4.2、将EDCI溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入到步骤4.1溶液中持续加热搅拌；
步骤4.3、将NHS溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入到步骤4.2溶液中持续加热搅拌；
步骤4.4、将t-BMMs-APS加入到步骤4.3的溶液中，加热回流反应6～10小时；
步骤4.5、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-t-BMMs。
作为本发明的进一步改进，所述步骤5，包括：
步骤5.1、将P-t-BMMs分散在硝酸铵/乙醇的混合溶液中，80℃下加热回流4～8小时脱去模板剂CTAB，重复加热回流3次；其中，所述混合溶液中硝酸铵/乙醇溶液的浓度为10～20mg/mL，固液比为1g:(100～200)mL；
步骤5.2、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-BMMs。
作为本发明的进一步改进，所述步骤6，包括：
步骤6.1、将P-BMMs分散在含有Z的二氯甲烷溶液中，并冷凝回流反应；其中，冷凝回流反应的温度为：42℃、反应时间为8～12小时；
步骤6.2、离心洗涤、干燥，得到P-Z@BMMs；其中，干燥条件为：在80～100℃下真空干燥8～12小时。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明的pH敏感型催化剂不仅能够解决介孔氧化硅纳米载体在溶液中容易聚集导致Z在介孔表面分散性较差等问题，而且在催化过程中能够在不同pH环境下通过智能释放所负载的活性物种Z达到高效催化效果。
附图说明
图1为本发明一种实施例公开的催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂制备方法的流程图；
图2为本发明一种实施例公开的pH敏感型催化剂在每一步制备过程中的XRD图谱；
图3为本发明一种实施例公开的pH敏感型催化剂在每一步制备过程中的低温氮气吸脱附曲线和对应的孔径分布图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
下面结合附图对本发明做进一步的详细描述：
本发明提供一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，包括：核壳型有机-无机纳米材料和手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物(Z)；其中，
本发明核壳型有机-无机纳米材料以聚丙烯酸类衍生物为壳、介孔氧化硅纳米载体为核，聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团经活化后与介孔氧化硅纳米材料载体上的氨基基团通过酰胺化偶联反应等包覆工艺制成；
本发明手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物(Z)负载在核壳型有机-无机纳米材料上。
在上述pH敏感型催化剂中，具体的：
本发明的聚丙烯酸类衍生物的分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000061
式中，R代表H、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH2CH3中的一种。
本发明的介孔氧化硅纳米载体为具有2～3nm的小孔和10～30nm的球形颗粒堆积孔的双模型介孔氧化硅纳米材料(BMMs)。
本发明的聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团活化是由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCI)与N-羟基丁二酰亚胺(NHS)混合物组成的活化体系，1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐(EDCI)与N-羟基丁二酰亚胺(NHS)的摩尔比为(1～5):1。
本发明的手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物(Z)的分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000062
式中，X代表N、C中的一种，R代表H、L-proline、1-C10H7SO2、3-CH3C6H4SO2、N-Cbz-prolinamide中的一种。
本发明的pH敏感型催化剂不仅能够解决介孔氧化硅纳米载体在溶液中容易聚集导致Z在介孔表面分散性较差等问题，而且在催化过程中能够在不同pH环境下通过智能释放所负载的活性物种Z达到高效催化效果。
本发明提供一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂的制备方法，包括：
以聚丙烯酸类衍生物为壳、介孔氧化硅纳米载体为核；将聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团经活化后与介孔氧化硅纳米材料载体上的氨基基团通过酰胺化偶联反应等包覆工艺制得核壳型有机-无机纳米材料，将手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物负载在核壳型有机-无机纳米材料上，制得用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂。
如图1所示，上述制备方法，具体包括：
步骤1、制备手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z；其中，
Z根据文献(Synlett,2012,23,(13):1990-1994；ChemistrySelect,2020,5,(35):10996-11003)方法制备。
步骤2、制备未脱模板剂(十六烷基三甲基溴化铵CTAB)的BMMs，记为t-BMMs；其中，
未脱模板剂CTAB的BMMs根据文献(Langmuir,2003,19,(20):8395-8402)方法制备。
步骤3、基于t-BMMs，制备氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS；具体为：
步骤3.1、将t-BMMs在150℃干燥3小时；
步骤3.2、干燥后的t-BMMs与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液(浓度：2.73％)按照1g:40mL在N2的保护下混合搅拌并加热回流12小时；离心除去溶剂，并用乙醇多次洗涤，所得固体在真空条件下150℃干燥3小时，得到t-BMMs-APS。
步骤4、基于t-BMMs-APS，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的未脱模板剂的BMMs，记为P-t-BMMs；具体为：
步骤4.1、将聚丙烯酸类衍生物溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.21％)中加热搅拌；
步骤4.2、将EDCI溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中(浓度：0.45％)，并加入到步骤4.1溶液中持续加热搅拌；
步骤4.3、将NHS溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中(浓度：0.05～0.27％)，并加入到步骤4.2溶液中持续加热搅拌；其中，EDCI与NHS的摩尔比为(1～5):1；
步骤4.4、将t-BMMs-APS加入到步骤4.3的溶液中，加热回流反应6～10小时；
步骤4.5、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-t-BMMs。
步骤5、基于P-t-BMMs，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的脱模板剂的BMMs，记为P-BMMs；具体为：
步骤5.1、将P-t-BMMs分散在硝酸铵(NH4NO3)/乙醇(EtOH)的混合溶液中，80℃下加热回流4～8小时脱去模板剂CTAB，重复加热回流3次；其中，混合溶液中硝酸铵/乙醇溶液的浓度为10～20mg/mL，固液比为1g:(100～200)mL；
步骤5.2、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-BMMs。
步骤6、基于Z和P-BMMs，制备用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，记为P-Z@BMMs；具体为：
步骤6.1、将P-BMMs分散在含有Z的二氯甲烷溶液(固液比：1g:60mL)中，并冷凝回流反应；其中，冷凝回流反应的温度为：42℃、反应时间为8～12小时；
步骤6.2、离心洗涤、干燥，得到P-Z@BMMs；其中，干燥条件为：在80～100℃下真空干燥8～12小时。
如图2(t-BMMs)和(P-Z@BMMs)所示，样品P-Z@BMMs脱除模板剂CTAB后其(100)晶面衍射峰向高角度方向偏移，说明CTAB已被洗脱。然而，在BMMs表面包覆聚丙烯酸类衍生物(图2(P-t-BMMs)所示)以及负载活性物种Z(图2(P-Z@BMMs)所示)后，所有样品衍射峰的峰形基本没有发生变化，表明样品在包覆和负载过程中保持了BMMs的双模型介孔结构。
如图3(低温氮气吸脱附曲线和对应的孔径分布图)所示，样品t-BMMs在未脱模板剂CTAB前(图3(t-BMMs)所示)的孔径分布图显示未出现小孔。但是，在t-BMMs表面进行氨基基团改性后，样品t-BMMs-APS显示出最可几孔径约为2.35nm(图3(t-BMMS-APS)所示)，进一步经过表面包覆聚丙烯酸类衍生物继而脱除模板剂后，样品P-BMMs的最可几孔径约为2.60nm(图3(P-BMMs)所示)。最后，负载活性物种Z后，P-Z@BMMs最可几孔径约为2.59nm(图3(P-Z@BMMs)所示)。
本发明的制备工艺原料易得，操作简单；催化剂对pH表现出较高的响应性能，针对不对称Aldol反应具有良好的催化活性(立体选择性(ee：3％；dr：53:47)，产率在80％左右)。
实施例1：
本发明提供一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂的制备方法，包括：
步骤1、制备Z1，分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000091
步骤2、制备未脱模板剂CTAB的BMMs(t-BMMs)：
将2.62g CTAB溶于105mL蒸馏水中，磁力搅拌至完全溶解，移取8mL正硅酸乙酯(TEOS)缓慢加入到上述溶液中，随后快速加入3.5mL质量分数为25％的氨水(NH3·H2O)，继续搅拌至溶液全部变成白色凝胶。将白色凝胶抽滤，并用蒸馏水充分洗涤，干燥，得到未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs。
步骤3、制备氨基基团修饰的t-BMMs：
步骤3.1、称取步骤2中得到的t-BMMs样品0.5012g于圆底烧瓶中，在150℃下真空干燥3小时；
步骤3.2、将上述干燥后的t-BMMs分散在含有3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液(浓度：2.73％)中，按照1g:40mL在N2的保护下混合搅拌，并置于110℃的油浴中加热回流12小时；反应结束后，离心除去溶剂，并用乙醇反复洗涤3次；将所得固体在150℃的真空干燥箱中干燥3小时，得到氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS。
步骤4、制备聚丙烯酸包覆的t-BMMs-APS：
步骤4.1、称取20mg聚丙烯酸，溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.23％)中，并在80℃油浴下持续加热搅拌30min；
步骤4.2、称取20mg的EDCI，溶解于5mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.45％)中，然后逐滴加入到步骤4.1溶液中，并持续加热搅拌15min；
步骤4.3、称取12.0mg的NHS，溶解于5mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.27％)中，然后逐滴加入到步骤4.2溶液中，并持续加热搅拌1小时；其中，上述EDCI与NHS的摩尔比为1:1。
步骤4.4、称取步骤3.2干燥后的t-BMMs-APS样品150mg，并加入到步骤4.3溶液中，加热回流反应6小时；
步骤4.5、反应完成后离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇交替洗涤3次，150℃下真空干燥3小时，得到聚丙烯酸包覆的未脱模板剂的BMMs，记为PAA-t-BMMs。
步骤5、制备聚丙烯酸包覆的BMMs：
步骤5.1、称取上述步骤4.5中的PAA-t-BMMs样品100mg，并分散在10mL浓度为10mg/mL的硝酸铵/乙醇(NH4NO3/EtOH)的混合溶液中，80℃下加热回流4小时以便脱去模板剂CTAB，重复加热回流3次；
步骤5.2、反应完成后离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇交替洗涤3次，150℃下真空干燥3小时，得到聚丙烯酸包覆的BMMs，记为PAA-BMMs。
步骤6、制备负载Z1的pH敏感型催化剂：
步骤6.1、称取上述步骤5.2中的PAA-BMMs样品100mg，并分散在含有活性物(Z1质量：50mg)的二氯甲烷溶液(浓度：0.63％)中，并在42℃下冷凝回流反应8小时；
步骤6.2、反应后混合物离心，固体沉淀用二氯甲烷、乙醇交替洗涤3次，80℃下真空干燥8小时，得到Z1的pH敏感型催化剂，记为PAA-Z1@BMMs。
利用Z1的pH敏感型催化剂进行催化不对称Aldol反应：
依次将对硝基苯甲醛(0.1mmol,15.1mg)、环己酮(1.0mmol,104μL)、催化剂(5mol％)和溶剂水(0.5mL)加入到反应瓶A中，而反应瓶B中额外添加三氟乙酸(20mol％,1.48μL)，其中，通过pH计测得的pH值分别为7.21和1.53。反应瓶A、B密封搅拌，TLC跟踪反应，反应5天后停止反应，TLC跟踪反应结果显示A中几乎没有产物的生成，而B中则基本上没有反应物的存在。对B中粗产物进行柱层析分离(流动相：石油醚/乙酸乙酯)，纯化得到产物，产率为81％(实际产物的质量与理论产物质量的比值)，通过HPLC测定ee值3％，dr值为53:47。
反应方程式为：
Figure BDA0003119507800000101
本发明采用负载Z1的pH敏感型催化剂(PAA-Z1@BMMs)进行催化不对称Aldol反应。结果表明，催化剂在酸性条件(pH＝1.53)的溶液中几乎不释放活性物Z1，反之，在中性(pH＝7.21)的溶液中，催化剂对Aldol反应的催化产率较高(81％)。本发明中的催化剂对pH灵敏度高，使PAA-Z1@BMMs中的活性物Z1在不同pH环境下可以达到实现可控释放催化的要求。
实施例2：
本发明提供一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂的制备方法，包括：
步骤1、制备Z2，分子结构式如下：
Figure BDA0003119507800000111
步骤2、制备未脱模板剂CTAB的BMMs(t-BMMs)：
将2.81g CTAB溶于105mL蒸馏水中，磁力搅拌至完全溶解，移取8mL的TEOS缓慢加入到上述溶液中，随后快速加入4.5mL质量分数为25％的NH3·H2O，继续搅拌至溶液全部变成白色凝胶。将白色凝胶抽滤，并用蒸馏水充分洗涤，干燥，得到未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs。
步骤3、制备氨基基团修饰的t-BMMs：
步骤3.1、称取步骤2中得到的t-BMMs样品0.5012g于圆底烧瓶中，在150℃下真空干燥3小时；
步骤3.2、将上述干燥后的t-BMMs分散在含有3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液(浓度：2.73％)中，按照1g:40mL在N2的保护下混合搅拌，并置于110℃的油浴中加热回流12小时；反应结束后，离心除去溶剂，并用乙醇反复洗涤3次；将所得固体在150℃的真空干燥箱中干燥3小时，得到氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS。
步骤4、制备聚甲基丙烯酸包覆的t-BMMs-APS：
步骤4.1、称取20mg聚甲基丙烯酸，溶解于10mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.23％)中，并在80℃油浴下持续加热搅拌30min；
步骤4.2、称取20mg的EDCI，溶解于5mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.45％)中，然后逐滴加入到步骤4.1溶液中，并持续加热搅拌15min；
步骤4.3、称取2.4mg的NHS，溶解于5mL的N,N-二甲基甲酰胺溶液(浓度：0.05％)中，然后逐滴加入到步骤4.2溶液中，并持续加热搅拌1小时；上述EDCI与NHS的摩尔比为5:1。
步骤4.4、称取步骤3.2干燥后的t-BMMs-APS样品150mg，并加入到步骤4.3溶液中，加热回流反应10小时；
步骤4.5、反应完成后离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇交替洗涤3次，150℃下真空干燥3小时，得到聚甲基丙烯酸包覆的未脱模板剂的BMMs，记为PMAA-t-BMMs。
步骤5、制备聚甲基丙烯酸包覆的BMMs：
步骤5.1、称取上述步骤4.5中的PMAA-t-BMMs样品100mg，并分散在20mL浓度为20mg/mL的NH4NO3/EtOH的混合溶液中，80℃下加热回流8小时以便脱去模板剂CTAB，重复加热回流3次；
步骤5.2、反应完成后离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇交替洗涤3次，150℃下真空干燥3小时，得到聚甲基丙烯酸包覆的BMMs，记为PMAA-BMMs。
步骤6、制备负载Z2的pH敏感型催化剂：
步骤6.1、称取上述步骤5.2中的PMAA-BMMs样品100mg，并分散在含有活性物(Z2质量：50mg)的二氯甲烷溶液(浓度：0.63％)中，并在42℃下冷凝回流反应12小时；
步骤6.2、反应后混合物离心，固体沉淀用二氯甲烷、乙醇交替洗涤3次，100℃下真空干燥12小时，得到Z2的pH敏感型催化剂，记为PMAA-Z2@BMMs。
利用Z2的pH敏感型催化剂进行催化不对称Aldol反应：
依次将对硝基苯甲醛(0.1mmol,15.1mg)、环己酮(1.0mmol,104μL)、催化剂(5mol％)和溶剂水(0.5mL)加入到反应瓶A中，而反应瓶B中额外添加三氟乙酸(20mol％,1.48μL)，其中，通过pH计测得的pH值分别为7.25和1.56。反应瓶A、B密封搅拌，TLC跟踪反应，反应5天后停止反应，TLC跟踪反应结果显示A中几乎没有产物的生成，而B中则基本上没有反应物的存在。对B中粗产物进行柱层析分离(流动相：石油醚/乙酸乙酯)，纯化得到产物，产率为78％(实际产物的质量与理论产物质量的比值)，通过HPLC测定ee值2％，dr值为51:49。
反应方程式为：
Figure BDA0003119507800000131
本发明为了解决以往聚合物在改性氧化硅纳米材料的过程中过于复杂的合成问题和进一步拓宽其应用范围，本发明提供了一种聚丙烯酸类衍生物改性双模型介孔二氧化硅(BMMs)的制备方法，而后通过负载联吡啶/联芳基脯氨酸的手性分子进一步催化不对称Aldol反应，以达到制备工艺简单易行，成本低，以及合成高灵敏度pH响应催化剂的目的。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，其特征在于，
所述pH敏感型催化剂，包括：
核壳型有机-无机纳米材料，其中，所述核壳型有机-无机纳米材料以聚丙烯酸类衍生物为壳、介孔氧化硅纳米载体为核，所述聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团经活化后与介孔氧化硅纳米材料载体上的氨基基团通过包覆工艺制成；所述介孔氧化硅纳米载体为具有2～3nm的小孔和10～30nm的球形颗粒堆积孔的双模型介孔氧化硅纳米材料BMMs；所述聚丙烯酸类衍生物中的羧基基团活化是由1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDCI与N-羟基丁二酰亚胺NHS混合物组成的活化体系，所述1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐EDCI与N-羟基丁二酰亚胺NHS的摩尔比为(1～5):1；
手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z，所述手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物负载在所述核壳型有机-无机纳米材料上；
所述pH敏感型催化剂的制备方法，包括：
步骤1、制备手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z；
步骤2、制备未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs；其中，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB；
步骤3、基于t-BMMs，制备氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS；
步骤4、基于t-BMMs-APS，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的未脱模板剂的BMMs，记为P-t-BMMs；
步骤5、基于P-t-BMMs，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的脱模板剂的BMMs，记为P-BMMs；
步骤6、基于Z和P-BMMs，制备用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，记为P-Z@BMMs。
2.如权利要求1所述的pH敏感型催化剂，其特征在于，所述聚丙烯酸类衍生物的分子结构式如下：
Figure FDA0004189376600000011
式中，R代表H、CH3、CH2CH3、CH2CH2CH2CH3中的一种。
3.如权利要求1所述的pH敏感型催化剂，其特征在于，所述手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z的分子结构式如下：
Figure FDA0004189376600000021
式中，X代表N、C中的一种，R代表H、L-脯氨酸、1-C10H7SO2、3-CH3C6H4SO2、N-Cbz-脯氨酰胺中的一种。
4.一种如权利要求1～3中任一项所述的pH敏感型催化剂的制备方法，其特征在于，包括：
步骤1、制备手性联吡啶/联芳基脯氨酸衍生物Z；
步骤2、制备未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs；其中，模板剂为十六烷基三甲基溴化铵CTAB；
步骤3、基于t-BMMs，制备氨基基团修饰的未脱模板剂的BMMs，记为t-BMMs-APS；
步骤4、基于t-BMMs-APS，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的未脱模板剂的BMMs，记为P-t-BMMs；
步骤5、基于P-t-BMMs，制备聚丙烯酸类衍生物包覆的脱模板剂的BMMs，记为P-BMMs；
步骤6、基于Z和P-BMMs，制备用于催化不对称Aldol反应的pH敏感型催化剂，记为P-Z@BMMs。
5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3，包括：
步骤3.1、将t-BMMs在150℃干燥3小时；
步骤3.2、干燥后的t-BMMs与3-氨基丙基三乙氧基硅烷的无水甲苯溶液按照1g:40mL在N2的保护下混合搅拌并加热回流12小时；离心除去溶剂，并用乙醇多次洗涤，所得固体在真空条件下150℃干燥3小时，得到t-BMMs-APS。
6.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4，包括：
步骤4.1、将聚丙烯酸类衍生物溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中加热搅拌；
步骤4.2、将EDCI溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入到步骤4.1溶液中持续加热搅拌；
步骤4.3、将NHS溶解于N,N-二甲基甲酰胺溶液中，并加入到步骤4.2溶液中持续加热搅拌；
步骤4.4、将t-BMMs-APS加入到步骤4.3的溶液中，加热回流反应6～10小时；
步骤4.5、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-t-BMMs。
7.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5，包括：
步骤5.1、将P-t-BMMs分散在硝酸铵/乙醇的混合溶液中，80℃下加热回流4～8小时脱去模板剂CTAB，重复加热回流3次；其中，所述混合溶液中硝酸铵/乙醇溶液的浓度为10～20mg/mL，P-t-BMMs与硝酸铵/乙醇的混合溶液的固液比为1g:(100～200)mL；
步骤5.2、离心除去溶剂，并用去离子水、乙醇多次洗涤，150℃下真空干燥3小时，得到P-BMMs。
8.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤6，包括：
步骤6.1、将P-BMMs分散在含有Z的二氯甲烷溶液中，并冷凝回流反应；其中，冷凝回流反应的温度为：42℃、反应时间为8～12小时；
步骤6.2、离心洗涤、干燥，得到P-Z@BMMs；其中，干燥条件为：在80～100℃下真空干燥8～12小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130034609A1 (en) * 2010-02-09 2013-02-07 Agency For Science, Technology And Research Smart polymers functionalized hollow silica vesicles
CN105498839A (zh) * 2015-12-01 2016-04-20 北京工业大学 一种催化不对称Aldol反应的非均相催化剂及其制备方法
CN107915801A (zh) * 2016-10-08 2018-04-17 天津工业大学 一种树莓型pH值/温度敏感性聚合物微囊的制备方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Anandhu Mohan等.Palladium nanoparticles-anchored dual-responsive SBA-15-PNIPAM/PMAA nanoreactor: a novel heterogeneous catalyst for a green Suzuki–Miyaura cross-coupling reaction.《RSC Advances》.2020,第10卷28193-28204. *
唐志云.BMMs固载联吡啶脯氨酸衍生物及其在Aldol反应中的应用和荧光性能.《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技Ⅰ辑》.2017,(第3期),19-28. *
沈宗旋等.固载脯氨酸类手性催化剂的制备及在不对称Aldol反应中的催化作用.《化学研究》.2005,第16卷(第2期),22-25. *

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