一种伯胺功能化手性共价有机框架及其制备方法和应用与流程

本发明涉及催化剂，特别是涉及一种伯胺功能化手性共价有机框架及其制备方法和应用。

背景技术：

1、随着环保和绿色化学理念的不断深入，水相中不对称催化反应的探索具有重要意义，因为水是一种环保、无毒和资源丰富的介质。然而，在催化不对称反应时使用纯水作为溶剂通常会产生负面影响，因为在过渡态形成过程中，水可能会通过干扰氢键和离子相互作用来抑制催化活性或降低对映选择性。例如，在有机溶剂中使用脯氨酸作为羟醛缩合反应的手性催化剂可以得到对映选择性很高的理想产物，而当使用纯水作为溶剂时，则会产生相应的外消旋体。因此，合理设计新型手性催化剂，使其在有水存在的条件下进行不对称反应时具有优异的产率和对映选择性，是目前化学界孜孜以求的目标。

2、近年来，手性共价有机框架(cofs)的合成受到了广泛关注。由于其在不对称催化、色谱分离、化学合成等领域具有广阔的应用前景，手性共价有机框架(cofs)的合成近年来受到了广泛关注，不对称催化，色谱分离，手性识别对映选择性吸附和手性光学材料等领域有着广阔的应用前景。特别是，手性cof具有作为不对称催化剂的巨大潜力，因为其大而直的通道可使反应物有效进入cof框架内的催化位点，并促进反应物和产物的运输。研究表明，手性cofs可作为不对称羟醛缩合反应的优异催化剂，并具有良好的催化性能。例如，基于含手性吡咯烷结构单元分别与均苯三甲醛和三羟基均苯三甲醛的缩合反应，直接合成了手性lzu-72和lzu-76cofs。这些手性cof在不对称羟醛缩合反应中表现出良好的可回收性和对映选择性，ee值高达88％。也有研究者制备了一系列二元和三元手性cofs，这些cofs采用多元策略控制结晶度和稳定性，用于不对称催化羟醛缩合反应，ee值高达92％。还有研究者通过原位共聚制备手性cof杂化材料的研究，该材料具有很高的非对映选择性和对映选择性。羟醛缩合尽管已报道的用于不对称羟醛缩合反应的手性cofs取得了令人满意的结果，但这些催化体系主要基于有机溶剂(dmf、thf)或混合溶剂(dmf/h2o、dmso/h2o)。相反，在纯水体系中构建用于不对称反应的手性cof在很大程度上仍未得到探索。此外，目前在不对称羟醛缩合反应中只研究了由脯氨酸衍生物构建的仲胺功能化手性cof，而由伯胺构建的伯胺功能化手性cof作为不对称羟醛缩合反应催化剂的潜力几乎被忽视。因此，开发在水中具有高产率和对映选择性的伯胺官能化手性cof催化剂用于不对称羟醛缩合反应是非常渴望的，但仍然是一个巨大的挑战。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明提供一种伯胺功能化手性共价有机框架，该伯胺功能化手性共价有机框架，结晶度高、多孔且呈均匀的球形可以在水的存在下有效催化环己酮和硝基苯甲醛之间的不对称羟醛缩合反应，其反应产率和ee值分别高达90％和85％，是首个可以不使用任何有机溶剂、在纯水中进行羟醛缩合反应时具有高反应活性和对映体选择性的手性cof催化剂。该伯胺功能化手性共价有机框架不仅为设计用于不对称催化的伯胺官能化手性cof开辟了一条新途径，而且为进一步探索可在水中有效催化对映体选择性反应的绿色手性催化剂奠定了重要基础。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种伯胺功能化手性共价有机框架，该伯胺功能化手性功能有机框架的结构如式ⅰ所示：

3、

4、本发明还提供了所述伯胺功能化手性共价有机框架的制备方法，包括以下步骤：

5、制备手性前体：将d-丙氨酸-boc与2,5-二溴苯胺进行酰胺化反应，进行铃木偶联反应，得到手性前体；

6、制备伯胺功能化手性共价有机框架：将手性前体与1,3,5-三(4-氨基苯基)苯进行席夫碱缩合反应，得到带有boc保护基的手性共价有机框架，对带有boc保护基的手性共价有机框架进行脱保护处理，得到伯胺功能化手性共价有机框架。

7、上述制备方法通过丙氨酸衍生手性结构单元(d-adp-boc)和1,3,5-三(4-氨基苯基)苯(tapb)的希夫碱反应，制备了带有叔丁氧羰基(boc)保护基的手性d-adp-tapb-boccof，然后对d-adp-tapb-boc cof进行脱保护处理后，成功构建了含有伯胺官能团的手性d-adp-tapb cof。

8、在其中一个实施例中，所述酰胺化反应包括以下步骤：将d-丙氨酸-boc、2,5-二溴苯胺、n,n-二环己基碳二亚胺混合，搅拌，萃取有机相，得到(r)-(1-((2,5-二溴苯基)氨基)-1-氧代丙烷-2-基)氨基甲酸叔丁酯；

9、所述铃木偶联反应包括以下步骤：将(r)-(1-((2,5-二溴苯基)氨基)-1-氧代丙烷-2-基)氨基甲酸叔丁酯、4-甲酰基苯硼酸、碳酸钾、三苯基磷钯混合，在保护气氛和混合溶剂的条件下，加热，搅拌，萃取有机相，得到手性前体。

10、在其中一个实施例中，所述酰胺化反应中，所述d-丙氨酸-boc、2,5-二溴苯胺、n,n-二环己基碳二亚胺的摩尔比为(1-5)：(10-20)：(10-20)，所述搅拌的时间为25-35h；

11、所述铃木偶联反应中，所述(r)-(1-((2,5-二溴苯基)氨基)-1-氧代丙烷-2-基)氨基甲酸叔丁酯、4-甲酰基苯硼酸、碳酸钾、三苯基磷钯的亚当量比为(1.5-2.5)：(4-8)：(4-8)：(0.15-0.19)，所述混合溶剂包括1,4-二氧六环和水，所述加热的温度为100℃，所述搅拌的时间为20-60h。

12、在其中一个实施例中，所述席夫碱缩合反应包括以下步骤：将手性前体、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶解于溶剂，混合，加入催化剂，搅拌，进行缩合反应，取沉淀，得到带有boc保护基的手性共价有机框架；

13、所述脱保护处理包括以下步骤：将带有boc保护基的手性共价有机框架在酸性条件下，采用1,4-二氧六环进行脱保护，得到伯胺功能化手性共价有机框架。

14、在其中一个实施例中，所述席夫碱缩合反应中，所述溶剂为乙腈，所述催化剂为乙酸；所述催化剂与所述手性前体的摩尔比(10-100)：1。

15、在其中一个实施例中，所述席夫碱缩合反应中，所述手性前体、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯的摩尔比为(1-1.5)：1，所述缩合反应的温度为20-70℃，时间为2-5天。

16、在其中一个实施例中，所述脱保护处理中，所述酸性条件由盐酸提供。

17、本发明还提供了所述伯胺功能化手性共价有机框架或所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架在制备药物中的应用。

18、本发明还提供了所述伯胺功能化手性共价有机框架或所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架在制备β-羟基化合物中的应用。

19、本发明还提供了所述伯胺功能化手性共价有机框架或所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架作为催化剂的应用或在制备催化剂中的应用。

20、在其中一个实施例中，所述应用包括催化羟醛缩合反应，所述羟醛缩合反应的溶剂包括有机溶剂和/或水。

21、在其中一个实施例中，所述羟醛缩合反应的溶剂溶剂包括有机溶剂和水时，有机溶剂与水的体积比为10：(1-35)。

22、在其中一个实施例中，所述羟醛缩合反应的溶剂为水。

23、在其中一个实施例中，所述羟醛缩合反应的添加剂为酸性添加剂。

24、在其中一个实施例中，所述酸性添加剂包括乙醇酸。

25、在其中一个实施例中，所述羟醛缩合反应的反应物包括环己酮、硝基苯甲醛。

26、在其中一个实施例中，所述硝基苯甲醛包括4-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛、2-硝基苯甲醛中的至少1种。

27、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

28、本发明的一种伯胺功能化手性共价有机框架及其制备方法和应用，该伯胺功能化手性共价有机框架，结晶度高、多孔且呈均匀的球形可以在水的存在下有效催化环己酮和硝基苯甲醛之间的不对称羟醛缩合反应，其反应产率和ee值分别高达90％和85％，是首个可以不使用任何有机溶剂、在纯水中进行羟醛缩合反应时具有高反应活性和对映体选择性的手性cof催化剂。该伯胺功能化手性共价有机框架不仅为设计用于不对称催化的伯胺官能化手性cof开辟了一条新途径，而且为进一步探索可在水中有效催化对映体选择性反应的绿色手性催化剂奠定了重要基础。

技术特征：

1.一种伯胺功能化手性共价有机框架，其特征在于，该伯胺功能化手性功能有机框架的结构如式ⅰ所示：

2.权利要求1所述伯胺功能化手性共价有机框架的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述酰胺化反应包括以下步骤：将d-丙氨酸-boc、2,5-二溴苯胺、n,n-二环己基碳二亚胺混合，搅拌，萃取有机相，得到(r)-(1-((2,5-二溴苯基)氨基)-1-氧代丙烷-2-基)氨基甲酸叔丁酯；

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述席夫碱缩合反应包括以下步骤：将手性前体、1,3,5-三(4-氨基苯基)苯溶解于溶剂，混合，加入催化剂，搅拌，进行缩合反应，取沉淀，得到带有boc保护基的手性共价有机框架；

5.权利要求1所述的伯胺功能化手性共价有机框架或权利要求2-4中任一项所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架在制备药物中的应用。

6.权利要求1所述的伯胺功能化手性共价有机框架或权利要求2-4中任一项所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架在制备β-羟基化合物中的应用。

7.权利要求1所述的伯胺功能化手性共价有机框架或权利要求2-4中任一项所述制备方法得到的伯胺功能化手性共价有机框架作为催化剂的应用或在制备催化剂中的应用。

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述应用包括催化羟醛缩合反应，所述羟醛缩合反应的溶剂包括有机溶剂和/或水。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征在于，所述羟醛缩合反应的添加剂为酸性添加剂。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的应用，其特征在于，所述羟醛缩合反应的反应物包括环己酮、硝基苯甲醛。

技术总结
本发明涉及一种伯胺功能化手性共价有机框架及其制备方法和应用，涉及催化剂技术领域。该伯胺功能化手性共价有机框架，结晶度高、多孔且呈均匀的球形可以在水的存在下有效催化环己酮和硝基苯甲醛之间的不对称羟醛缩合反应，其反应产率和ee值分别高达90％和85％，是首个可以不使用任何有机溶剂、在纯水中进行羟醛缩合反应时具有高反应活性和对映体选择性的手性COF催化剂。该伯胺功能化手性共价有机框架不仅为设计用于不对称催化的伯胺官能化手性COF开辟了一条新途径，而且为进一步探索可在水中有效催化对映体选择性反应的绿色手性催化剂奠定了重要基础。

技术研发人员：蔡松亮,李君怡,张凯,陈泓,杨熙,汤西豪,郑盛润,范军,章伟光
受保护的技术使用者：华南师大（清远）科技创新研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23