一种利用生物质基催化材料制备烯丙基硼酸盐的方法

1.本发明涉及有机合成领域，具体地指一种利用生物质基催化材料制备烯丙基硼酸盐的方法。


背景技术：

2.烯丙基金属试剂因在烯丙基化反应和交叉偶联反应中有效构建c-c键，近年来受到广泛关注，在这些烯丙基金属试剂中，烯丙基硼酸盐由于具有优异的稳定性和低毒性、易于获得和易于后处理而受到广泛关注。mbh酯因同时具有α,β-不饱和羰基和烯丙基部分，在有机合成中应用广泛。2004年，文献(j.org.chem.,2004,69,5807.)报道了采用二价钯盐pd(oac)2催化mbh酯硼加成反应得到烯丙基硼酸盐，该工作使用3mol％的pd(oac)2作为催化剂添加，甲苯作为溶剂，在50℃下反应得到烯丙基硼酸盐，反应虽然做到了mbh酯向烯丙基硼酸盐的高效率转化，但反应过程中使用贵金属作为催化剂，催化剂用量较大，同时使用有机溶剂甲苯，对环境不友好。同年，文献(org.lett.,2004,6,481.)报道了采用一价铜盐cucl催化mbh酯硼化反应得到烯丙基硼酸酯盐，该工作使用cucl作为催化剂，licl和koac作为碱添加，dmf(n,n-二甲基甲酰胺)作为溶剂。该反应虽然避免了贵金属的使用，但反应过程中添加了强碱和有机溶剂dmf，对环境造成污染，同时使用的催化剂一价铜盐不稳定，操作繁琐。以上方法虽然实现了由mbh酯向烯丙基硼酸盐的转化，但存在着成本高昂、操作繁琐、反应条件限制、环境污染以及催化剂无法回收利用等问题，这些都极大的限制了此类方法在实际生产中的应用。因此，发展一种成本低廉、简便易操作、条件温和、以高产率将mbh酯直接转化为烯丙基硼酸盐的绿色环保的新方法是十分迫切的。
3.壳聚糖是由甲壳素脱乙酰化得到的，甲壳素是自然界第二大丰富的生物聚合体，来源广泛，成本低廉，同时壳聚糖是自然界唯一的碱性多糖，对环境无污染，具有良好的抗菌性、生物相容性和可降解性等特点，但存在着机械强度差以及易溶胀等缺点。用醛类化合物修饰壳聚糖得到的壳聚糖席夫碱材料既可以保留壳聚糖良好的抗菌性、生物相容性和可降解性等特点，又可以改善壳聚糖的理化性质，提高壳聚糖的稳定性。壳聚糖席夫碱材料结构中含有大量亚胺基团和羟基，容易与过渡金属配位，在催化领域广泛应用。其中有报道称用醛类化合物修饰壳聚糖吸附过渡金属得到的壳聚糖席夫碱过渡金属催化材料实现了对c-c键和c-n键的构建，但目前为止，关于该类材料的构建c-b键中的报道较少。


技术实现要素：

4.本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种利用生物质基催化材料制备烯丙基硼酸盐的方法，旨在一定程度上克服现有技术中存在的催化剂使用昂贵金属、无法回收利用、成本高、难以工业化等问题。
5.本发明的技术方案为：一种利用生物质基催化材料制备烯丙基硼酸盐的方法，其特征在于，包括以下步骤：
6.1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@
cu加入纯水溶剂中，在室温下混合搅拌反应12～24h，按照物质的量比为mbh酯化合物i：联硼酸频那醇酯：壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu中铜含量＝1:(1.2～2):(0.005～0.03)，化学反应方程式如下：
[0007][0008]
其中，r1为苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基、间甲氧基苯基、邻氯苯基、对氯苯基；
[0009]
2)反应结束后，进行过滤，所得滤液分离提纯得到烯丙基硼酸盐ii，将沉淀物洗涤干燥，得到回收的壳聚糖席夫碱铜催化材料schiff-cs@cu，进行下一步循环利用。mbh酯化合物i中oac为乙酰氧基，即ch3coo-基团。
[0010]
优选的，步骤1)壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu中铜含量为0.5～1.4mmol/g。
[0011]
优选的，步骤1)中mbh酯化合物i：联硼酸频那醇酯：壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu中铜的物质的量比为1:2:0.01。
[0012]
优选的，步骤1)壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu负载铜与纯水的用量之比为0.001～0.006mmol:2ml。
[0013]
优选的，步骤1)中在室温下混合搅拌反应12h。
[0014]
优选的，步骤2)中所得滤液分离提纯得到烯丙基硼酸盐ii，具体包括：滤液用乙酸乙酯萃取，得到含有产物的有机相，经过无水na2so4干燥、过滤、旋蒸去除多余有机溶剂，所得剩余有机相经乙酸乙酯和石油醚混合溶剂柱层析纯化，得到烯丙基硼酸盐ii。
[0015]
优选的，步骤1)中壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu由包括以下步骤的方法制得：
[0016]
a.将壳聚糖与醛类化合物加入乙醇乙酸混合溶液中，在65～75℃下搅拌反应12～24h反应，其中醛类化合物为5-甲基水杨醛，水杨醛，5-硝基水杨醛中的一种，醛类化合物中醛基-cho与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比为2～6:1，反应结束后，分离处理得到壳聚糖席夫碱粉末；
[0017]
b.将壳聚糖席夫碱粉末置于二价铜离子溶液中，50～75℃搅拌3～9h进行二价铜离子吸附，吸附结束后，分离处理得到壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu。
[0018]
进一步的，步骤a中乙醇乙酸混合溶液为冰醋酸、无水乙醇按体积比1:6～8混合得到，醛类化合物中醛基-cho与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比为4:1。本发明乙酸采用市售的冰醋酸，即无水醋酸，乙醇乙酸混合溶液作为溶剂。
[0019]
进一步的，步骤b中二价铜离子溶液所含cu
2
与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比至少为1:1，二价铜离子溶液中铜离子浓度为0.1～0.5mol/l。本发明中二价铜离子来源为五水硫酸铜，二价铜离子溶液为硫酸铜溶液，壳聚糖席夫碱材料通过自身吸附负载二价铜离子溶液。
[0020]
进一步的，步骤a和b中的分离处理均包括：过滤、用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤、在50℃烘箱干燥12h。
[0021]
本发明以壳聚糖席夫碱粉末固载铜催化材料制备烯丙基硼酸盐。利用壳聚糖席夫
碱材料本身含有的大量亚胺基团以及材料中存在的未反应完全的氨基，为整个反应体系提供了一种碱性环境，无需添加任何碱；再加上壳聚糖席夫碱粉末固载铜催化材料独特的空间结构和生物相容性，更高的催化活性，更强的络合作用；可以回收利用，符合绿色化学的理念，具有广泛的工业化应用前景。
[0022]
本发明的有益效果为：
[0023]
1.壳聚糖席夫碱对金属铜的固载效果好，具有良好的生物相容性，来源广泛，成本较低，绿色环保。壳聚糖席夫碱固载铜催化材料在催化反应完成后可以借助固液相分离方法与反应体系中其他组分分离，经过简单的再生即可重复使用，降低生产成本，对环境友好。可通过使用成本较低的催化材料和较少的催化材料用量实现较高的转化率。
[0024]
2.催化制备烯丙基硼酸盐的过程中，无需添加碱，在室温下进行反应，反应条件温和，简便易操作；仅需要使用成本较低的催化剂和较低的催化剂用量，即可实现反应物较高的转化率；底物适用性广，可实现不同类型mbh酯硼加成，制备相应的烯丙基硼酸盐。
[0025]
3.壳聚糖席夫碱材料对cu
2
的吸附以亚胺基团配位(2)为主，主要反应包括：
[0026]
schiff反应:r
′‑
nh2 rcho
→r′‑
n＝chr
ꢀꢀ
(1)
[0027][0028]
本技术经过醛类化合物修饰生物质基材料壳聚糖后，改变壳聚糖配位能力，提高催化剂催化活性。醛类化合物的醛基(rhc＝o)与壳聚糖上的氨基(r
’‑
nh2)发生schiff碱反应，生成含碳氮双键的亚胺(r2c＝nr
’‑
)，由于壳聚糖表面富含羟基，schiff碱反应形成的c＝n双键中的n原子与邻近oh中的o原子易与cu
2
发生多齿配位，形成稳定的共轭平面，对铜离子的络合作用更强。
[0029]
4.用醛类化合物修饰壳聚糖时，由于醛类化合物的醛基与壳聚糖的羟基会发生缩醛化反应，醛类化合物的-c＝o相对于壳聚糖单元体的-nh2大幅过量时，才能生成足够的亚胺基，用于与铜离子形成稳定的络合物。但过于过量时又因缩醛反应使与c＝n双键中的n原子邻近oh中的o原子减少，降低对铜离子的络合作用，故制备schiff-cs@cu即壳聚糖席夫碱粉末时，醛中c＝o和壳聚糖的-nh2摩尔比为4:1较适宜。
附图说明
[0030]
图1为实施例4中目标产物的核磁氢谱图；
[0031]
图2为实施例4中目标产物的核磁碳谱图。
具体实施方式
[0032]
下面具体实施例对本发明作进一步的详细说明。实施例中所用的药品未经特别说明均为市售产品，所用方法未经特别说明均为本领域常规方法。
[0033]
实施例1
[0034]
本实施例提供5-甲基水杨醛修饰壳聚糖得到schiff-cs@cu催化材料l1的方法，具体制备过程如下：
[0035]
a.壳聚糖席夫碱粉末的制备：将壳聚糖粉末(1.0g)和5-甲基水杨醛(3.4g)加入到85ml乙醇乙酸混合溶液中(乙醇乙酸混合溶液由75ml无水乙醇、10ml冰醋酸混合得到)，65
℃搅拌反应12h。过滤回收沉淀物，沉淀物用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去未反应完的5-甲基水杨醛，在50℃烘箱干燥12h，得到壳聚糖席夫碱粉末。壳聚糖的分子式为(c6h
11
no4)n，1.0g壳聚糖约含6.2mmol-nh2，本实施例中醛用量按所含醛基-cho与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比为4:1来确定。5-甲基水杨醛与壳聚糖中的-nh2发生schiff反应，消耗壳聚糖的-nh2生成亚胺基团，改变了对金属的配位能力，提高了催化性能。
[0036]
b.将步骤a所得的壳聚糖席夫碱粉末加入30ml硫酸铜溶液(由1.6g五水硫酸铜配制，含有6.4mmol cu
2
)中50℃搅拌6h，通过过滤分离负载cu
2
的粉末，用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去游离的铜离子和硫酸根离子，最后在50℃下烘箱干燥12h，得到记作l1的schiff-cs@cu催化材料。
[0037]
通过icp检测出l1中活性成分铜的相对含量为1.36mmol/g。
[0038]
实施例2
[0039]
本实施例提供水杨醛修饰壳聚糖得到schiff-cs@cu催化材料l2的方法，具体制备过程如下：
[0040]
a.壳聚糖席夫碱粉末的制备：将壳聚糖粉末(1.0g)和水杨醛(3.0g)加入到85ml乙醇乙酸混合溶液中(乙醇乙酸混合溶液由75ml无水乙醇、10ml冰醋酸混合得到)，75℃搅拌反应18h。过滤回收沉淀物，沉淀物用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去未反应完的水杨醛，在50℃烘箱干燥12h，得到壳聚糖席夫碱粉末。壳聚糖的分子式为(c6h
11
no4)n，1.0g壳聚糖约含6.2mmol-nh2，本实施例中醛用量按所含醛基-cho与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比为4:1来确定。
[0041]
b.将步骤a所得壳聚糖席夫碱粉末加入30ml硫酸铜溶液(由1.6g五水硫酸铜配制，含有6.4mmol cu
2
)中50℃搅拌6h，通过过滤分离负载cu
2
的粉末，用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去游离的铜离子和硫酸根离子，最后在50℃下烘箱干燥12h，得到记作l2的schiff-cs@cu催化材料。
[0042]
通过icp检测出l2中活性成分铜的相对含量为0.877mmol/g。
[0043]
实施例3
[0044]
本实施例提供5-硝基水杨醛修饰壳聚糖得到schiff-cs@cu催化材料l3的方法，具体制备过程如下：
[0045]
a.壳聚糖席夫碱粉末的制备：将壳聚糖粉末(1.0g)和5-硝基水杨醛(4.1g)加入到85ml乙醇乙酸混合溶液中(乙醇乙酸混合溶液由75ml无水乙醇、10ml冰醋酸混合得到)，75℃搅拌反应24h。过滤回收沉淀物，沉淀物用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去未反应完的5-硝基水杨醛，在50℃烘箱干燥12h，得到壳聚糖席夫碱粉末。壳聚糖的分子式为(c6h
11
no4)n，1.0g壳聚糖约含6.2mmol-nh2，本实施例中醛用量按所含醛基-cho与壳聚糖中氨基-nh2摩尔比为4:1来确定。
[0046]
b.将步骤a所得的将壳聚糖席夫碱粉末加入30ml硫酸铜溶液(由1.6g五水硫酸铜配制，含有6.4mmol cu
2
)中50℃搅拌6h，通过过滤分离负载cu
2
的粉末，用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去游离的铜离子和硫酸根离子，最后在50℃下烘箱干燥12h，得到记作l3的schiff-cs@cu催化材料。
[0047]
通过icp检测出l3中活性成分铜的相对含量为0.528mmol/g。
[0048]
对比例
[0049]
本实施例提供载体为壳聚糖固载铜cs@cu催化材料l4的方法，具体制备过程如下：
[0050]
将壳聚糖粉末(1.0g)加入30ml硫酸铜溶液(由1.6g五水硫酸铜配制，含有6.4mmol cu
2
)中50℃搅拌6h，通过过滤分离负载cu
2
的粉末，用无水乙醇和蒸馏水反复交替洗涤以除去游离的铜离子和硫酸根离子，最后在50℃下烘箱干燥12h，得到记作l4的cs@cu催化材料。
[0051]
通过icp检测出l4中活性成分铜的相对含量为1.75mmol/g。
[0052]
实施例4
[0053]
本实施例提供壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu催化制备烯丙基硼酸盐的方法，具体步骤如下：
[0054]
1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和schiff-cs@cu催化材料l3(实施例3制备)加入到2ml纯水中，其中mbh酯化合物i 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.40mmol、催化材料l3含铜0.002mmol，在室温下混合搅拌反应12h，本实施例mbh酯化合物i为2-(乙酰氧基(苯基)甲基)丙烯酸甲酯，其中r1为苯基，反应式如下；
[0055][0056]
2)反应结束后，过滤，沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、干燥，回收壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu循环利用，滤液用乙酸乙酯萃取(3
×
10ml)，得到含有产物的有机相，经过无水na2so4干燥、过滤、旋蒸去除多余有机溶剂。所得剩余有机相用乙酸乙酯/石油醚混合溶剂＝1:20柱层析纯化得到烯丙基硼酸盐ii(r1为苯基)。产物收率为91％(55.0mg)。
[0057]
目标产物的核磁氢谱和碳谱如下所示，图谱如图1和图2。
[0058]1h nmr(400mhz,chloroform-d)；δ＝7.67(s,1h),7.38
–
7.36(m,5h),3.80(s,3h),2.14(s,2h),1.23(s,12h).
[0059]
13
c nmr(100mhz,chloroform-d)；δ＝169.2,137.7,136.3,130.2,129.5,128.4,128.1,83.6,52.2,24.8.
[0060]
实施例4表明，在本实施例提供的schiff-cs@cu催化材料l3的催化条件下，2-(乙酰氧基(苯基)甲基)丙烯酸甲酯的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了91％。
[0061]
将实施例1制得的催化材料l1按以上反应步骤应用于2-(乙酰氧基(苯基)甲基)丙烯酸甲酯与联硼酸频那醇酯的硼加成反应，产率为57％。
[0062]
将实施例2制得的催化材料l2按以上反应步骤应用于2-(乙酰氧基(苯基)甲基)丙烯酸甲酯与联硼酸频那醇酯的硼加成反应，产率为72％。
[0063]
将对比例制得的催化材料l4按以上反应步骤应用于2-(乙酰氧基(苯基)甲基)丙烯酸甲酯与联硼酸频那醇酯的硼加成反应，产率为61％。
[0064]
催化材料l3相比于对照组催化材料l4的催化活性有所提高，水杨醛类化合物苯环5号位的取代基吸电子能力越强，催化效果越好。水杨醛类化合物的醛基位于苯环2号位，是5号位取代基的间位基团，吸电子能力越强的基团对间位取代基的活化越明显，越容易发生
反应，反应得到的亚胺基团越多，催化效果越好。
[0065]
实施例5
[0066]
本实施例提供壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu催化制备烯丙基硼酸盐的方法，具体步骤如下：
[0067]
1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和schiff-cs@cu催化材料l3(实施例3制备)加入到2ml纯水中，其中mbh酯化合物i 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.40mmol、催化材料l3含铜0.002mmol，在室温下混合搅拌反应12h，本实施例mbh酯化合物i为2-(乙酰氧基(对甲苯基)甲基)丙烯酸甲酯，其中r1为对甲苯基，反应式如下；
[0068][0069]
2)反应结束后，过滤，沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、干燥，回收壳聚糖席夫碱铜催化材料循环利用，滤液用乙酸乙酯萃取(3
×
10ml)，得到含有产物的有机相，经过无水na2so4干燥、过滤、旋蒸去除多余有机溶剂。所得剩余有机相用乙酸乙酯/石油醚混合溶剂＝1:20柱层析纯化得到烯丙基硼酸盐ii(r1为对甲苯基)。产物收率为86％(54.4mg)。
[0070]
目标产物的核磁氢谱和碳谱如下所示：
[0071]1h nmr(400mhz,chloroform-d)；δ＝7.65(s,1h),7.30
–
7.28(m,2h),7.19
–
7.16(m,2h),3.79(s,3h),2.76(s,3h),2.14(s,2h),1.23(s,12h).
[0072]
13
c nmr(100mhz,chloroform-d)；δ＝169.5,138.3,137.9,133.5,129.6,129.4,129.2,83.6,52.2,24.9,21.5.
[0073]
实施例5表明，在本发明实施例提供的schiff-cs@cu催化材料l3的催化条件下，2-(乙酰氧基(对甲苯基)甲基)丙烯酸甲酯的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了86％。
[0074]
实施例6
[0075]
本实施例提供壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu催化制备烯丙基硼酸盐的方法，具体步骤如下：
[0076]
1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和schiff-cs@cu催化材料l3(实施例3制备)加入到2ml纯水中，其中其中mbh酯化合物i 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.40mmol、催化材料l3含铜0.002mmol，在室温下混合搅拌反应12h，本实施例mbh酯化合物i为2-(乙酰氧基(对甲氧基苯基)甲基)丙烯酸甲酯，其中r1为对甲氧基苯基，反应式如下；
[0077][0078]
2)反应结束后，过滤，沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、干燥，回收壳聚糖席夫碱铜催化材料循环使用，滤液用乙酸乙酯萃取(3
×
10ml)，得到含有产物的有机相，经过无水na2so4干燥、再次过滤、旋蒸去除多余有机溶剂。所得剩余有机相用乙酸乙酯/石油醚混合溶
剂＝1:20柱层析纯化得到烯丙基硼酸盐ii(r1为对甲氧基苯基)。产物收率为81％(53.8mg)。
[0079]
目标产物烯丙基硼酸盐ii的核磁氢谱和碳谱如下所示：
[0080]1h nmr(400mhz,chloroform-d)；δ＝7.62(s,1h),7.37
–
7.35(m,2h),6.91
–
6.88(m,2h),3.82(s,3h),3.78(s,3h),2.15(s,2h),1.23(s,12h).
[0081]
13
c nmr(100mhz,chloroform-d)；δ＝169.5,159.5,137.5,131.2,128.8,128.2,113.9,83.5,55.4,52.1,24.8.
[0082]
实施例6表明，在本发明实施例提供的schiff-cs@cu催化材料l3的催化条件下，2-(乙酰氧基(对甲氧基苯基)甲基)丙烯酸甲酯的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了81％。
[0083]
实施例7
[0084]
本实施例提供壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu催化制备烯丙基硼酸盐的方法，具体步骤如下：
[0085]
1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和schiff-cs@cu催化材料l3(实施例3制备)加入到2ml纯水中，其中mbh酯化合物i 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.40mmol、催化材料l3含铜0.002mmol，在室温下混合搅拌反应12h，本实施例mbh酯化合物i为2-(乙酰氧基(间甲氧基苯基)甲基)丙烯酸甲酯，其中r1为间甲氧基苯基，反应式如下；
[0086][0087]
2)反应结束后，过滤，沉淀物用水和乙醇反复交替洗涤、干燥，回收壳聚糖席夫碱铜催化材料循环使用，滤液用乙酸乙酯萃取(3
×
10ml)，得到含有产物的有机相，经过无水na2so4干燥、过滤、旋蒸去除多余有机溶剂。所得剩余有机相用乙酸乙酯/石油醚混合溶剂＝1:20柱层析纯化得到烯丙基硼酸盐ii(r1为间甲氧基苯基)。产物收率为82％(54.5mg)。
[0088]
目标产物烯丙基硼酸盐ii的核磁氢谱和碳谱如下所示：
[0089]1h nmr(400mhz,chloroform-d)；δ＝7.65(s,1h),7.29
–
6.83(m,4h),3.81(s,3h),3.80(s,3h),2.14(s,2h),1.23(s,12h).
[0090]
13
c nmr(100mhz,chloroform-d)；δ＝169.2,159.5,137.7,137.6,130.5,129.4,122.0,114.5,114.2,83.6,55.4,52.2,24.8.
[0091]
实施例7表明，在本发明实施例提供的schiff-cs@cu催化材料l3的催化条件下，2-(乙酰氧基(间甲氧基苯基)甲基)丙烯酸甲酯的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了82％。
[0092]
实施例8
[0093]
本实施例提供壳聚糖席夫碱固载铜催化材料schiff-cs@cu催化制备烯丙基硼酸盐的方法，具体步骤如下：
[0094]
1)将mbh酯化合物i、联硼酸频那醇酯和schiff-cs@cu催化材料l3(实施例3制备)加入到2ml纯水中，其中mbh酯化合物i 0.20mmol、联硼酸频那醇酯0.40mmol、催化材料l3含
(乙酰氧基(对氯苯基)甲基)丙烯酸甲酯的转化率很高，其硼加成产物的收率达到了88％。