(r)-苯基乙二醇的一種綠色不對(duì)稱合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及(R)-苯基乙二醇的一種綠色不對(duì)稱合成方法，屬于不對(duì)稱催化合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種由苯乙烯直接催化氧化制備(R)-苯基乙二醇的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]手性在自然界和人體中普遍存在，互為對(duì)映體的異構(gòu)體之間具有相似的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，但卻在藥理、毒理及功能作用等方面表現(xiàn)出顯著的差異。工業(yè)上獲得這類光學(xué)活性化合物的方式主要是間接拆分法與直接合成法，前者利用氨基酸、生物堿、手性酸等拆分劑與外消旋體發(fā)生反應(yīng)，生成性質(zhì)差異較大的衍生物進(jìn)而分離，而后者則采用高選擇性的催化劑如生物酶、手性催化劑等，使前手性原料能直接轉(zhuǎn)化為光學(xué)純化合物。
[0003](R)-苯基乙二醇是制備螺旋高分子液晶材料的一種重要原料，也是制備手性藥物、農(nóng)藥和香料的一種重要中間體。但由于其鄰二醇結(jié)構(gòu)中含有兩個(gè)羥基，故化學(xué)拆分難度較大，需消耗大量拆分劑與保護(hù)劑，容易生成對(duì)環(huán)境不友好衍生物，因此采用不對(duì)稱催化直接制備光學(xué)純(R)-苯基乙二醇就成為當(dāng)下的研宄熱點(diǎn)。
[0004]源于土壤、植物和動(dòng)物組織、經(jīng)篩選和培養(yǎng)的特殊水解酶和微生物，能用于氧化苯乙烯的選擇性開環(huán)水解，得到較高產(chǎn)率的光學(xué)產(chǎn)品。例如婁文勇等人(婁文勇，宗敏華，陳文靜，等.一種制備(R)-苯基乙二醇的方法.CN 201110311223.6 ;陳文靜，婁文勇，王曉婷，等.有機(jī)溶劑/緩沖液雙相體系中綠豆環(huán)氧化物水解酶催化環(huán)氧苯乙烯不對(duì)稱水解反應(yīng).催化學(xué)報(bào).2011, 32 (9): 1557-1663)，在磷酸緩沖液與疏水性離子液體或有機(jī)溶劑構(gòu)成的兩相體系中，綠豆環(huán)氧化物水解酶可將氧化苯乙烯底物轉(zhuǎn)化為(R)-苯基乙二醇，產(chǎn)率 34.7 ?49.5%，e.e.值達(dá) 90% 以上。Duarah 等人(Aparajita Duarah, AmritGoswami, Tarun C.Bora, et al.Appl.B1chem.B1technol.2013, 170:1965-1973)從數(shù)十種微生物中篩選并培養(yǎng)了一種塔賓曲霉Aspergillus tubingensis TF1，在磷酸緩沖液與二甲基亞砜體系中，將氧化苯乙烯底物轉(zhuǎn)化為(R)-苯基乙二醇，產(chǎn)率50%，e.e.值達(dá)97 %。
[0005](R)-苯基乙二醇還可通過β-羥基苯乙酮的還原反應(yīng)制備。例如徐巖等人(聶堯，徐巖.一種利用重組菌株不對(duì)稱轉(zhuǎn)化制備(R)-苯基乙二醇的方法.CN200710135444.6 ;徐巖，張榮珍，王珊珊.輔助底物耦聯(lián)提高重組菌不對(duì)稱轉(zhuǎn)化(R)-苯基乙二醇效率的方法.CN 201010534411.0)公開了一種利用重組菌株不對(duì)稱轉(zhuǎn)化制備(R)-苯基乙二醇的方法:從近平滑假絲酵母中提取的一種(R)-羰基還原酶(rcr)，將其插入載體pET21c中構(gòu)建重組質(zhì)粒pET-RCR，轉(zhuǎn)化入大腸桿菌構(gòu)建重組菌株E.coli BL21/ρΕΤ-RCRo該重組菌株在Tris-HCl緩沖液中，異丙醇為輔助底物，將β _羥基苯乙酮催化轉(zhuǎn)化為(R)-苯基乙二醇，e.e.值為80?100%，產(chǎn)率為70?100% ;如加入輔酶NADH，構(gòu)建輔助底物耦聯(lián)體系，可實(shí)現(xiàn)良性的輔酶再生循環(huán)，大幅提高(R)-苯基乙二醇的制備效率。
[0006]但上述均屬生物酶不對(duì)稱催化技術(shù)，酶易受溫度、pH、溶劑等因素影響而變質(zhì)，且所用氧化苯乙烯和羥基苯乙酮等多來自苯乙烯生產(chǎn)加工，故發(fā)展苯乙烯的直接不對(duì)稱化學(xué)合成，更有利于生產(chǎn)、降低成本和節(jié)能減排。Choi和Balagam等人(Doo-seungChoi, Sang-seop HanjEun-kyung Kwueonjet al.Adv.Synthe.Catal.2006，348:2560-2564 ；Bharathi Balagamj Ranjan Mitraj David E.Richardson.Tetra.Lett.2008, 49:1071-1075)均采用四氧化鋨與酞嗪(2，3-二氮雜萘)衍生物組成手性催化劑，分別以N-甲基嗎啉/叔丁基過氧化氫和N-甲基嗎啉/11202/0)2為氧化劑，使苯乙烯催化轉(zhuǎn)化為(R)-苯基乙二醇，產(chǎn)率達(dá) 90% 以上，e.e.值最高為 97%與 83%。Branco 等人(Luis C.Branco, CarlosA.M.Afonso, J.0rg.Chem.，2004，69(13):4381-4389)以咪唑型離子液體和丁醇為共溶劑，鐵氰化鉀為氧化劑，鋨酸鉀與酞嗪衍生物構(gòu)成催化劑，苯乙烯直接轉(zhuǎn)化為(R)-苯基乙二醇，產(chǎn)率為86%，e.e.值達(dá)94%。但鋨催化劑的劇毒性使反應(yīng)具有一定的安全與環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，不能適應(yīng)綠色化工的要求。
[0007]磷鎢酸以其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)、強(qiáng)酸性、“晶格氧”活性以及“假液相”行為，被公認(rèn)為是一種綠色固體催化劑，而離子液體也是近年來備受關(guān)注的一種綠色溶劑，具有優(yōu)良的物理化學(xué)性質(zhì)。趙進(jìn)才等人(趙進(jìn)才，劉麗麗，馬萬紅，等.烯烴合成環(huán)氧化合物的化學(xué)方法.CN 200710062724.9)用H2O2為氧化劑、磷鎢酸為催化劑，1- 丁基-3-甲基咪唑的氟磷酸鹽或三氟甲基磺酰胺鹽離子液體為溶劑，使苯乙烯在30?100°C發(fā)生催化氧化反應(yīng)，主要得到環(huán)氧化產(chǎn)物，未報(bào)道有手性。離子液體同時(shí)也是一種可修飾功能化的催化劑，將磷鎢酸與離子液體結(jié)合，可以得到一類新型的綠色化工催化劑，即磷鎢酸離子液體催化劑。張巖等人(張巖，李繼萍.新型離子液體的制備及其用于烯烴環(huán)氧化反應(yīng)的研宄.內(nèi)蒙古石油化工.2004, (4):9-10)以1-辛基-3-甲基咪唑磷鎢酸鹽離子液體為催化劑，35% H2O2氧化苯乙烯，得到32.1 %的環(huán)氧苯乙烯，其余主要為苯甲醛，未報(bào)道有手性。目前在磷鎢酸催化苯乙烯氧化的研宄中，很少有苯基乙二醇為主產(chǎn)物、甚至是手性產(chǎn)物的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有制備(R)-苯基乙二醇存在的缺陷，提供一種(R)-苯基乙二醇綠色不對(duì)稱合成的方法。該方法以苯乙烯為原料，直接催化氧化制備光學(xué)純(R)-苯基乙二醇，具有較高的原子經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)該方法還采用低毒無害的磷鎢酸為催化劑、雙氧水為氧化劑，手性離子液體起手性誘導(dǎo)作用，且反應(yīng)結(jié)束后催化劑與副產(chǎn)物易分離，生產(chǎn)成本低、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小，符合綠色化工的要求。
[0009]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0010](R)-苯基乙二醇的一種綠色不對(duì)稱合成方法，包括如下步驟:
[0011]I)取一定量苯乙烯，依次加入其質(zhì)量0.15-0.5倍的催化劑和0.8-1.5倍的雙氧水，于50-60°C反應(yīng)1-2.5h，得反應(yīng)混合液；
[0012]所述催化劑是由手性離子液體與磷鎢酸制備；
[0013]所述催化劑的制備方法為:取一定量S-煙堿，加入其質(zhì)量2.05-2.45倍的溴代十八烷，在甲苯中110?120°C回流16?24小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑得到黃色粘稠手性離子液體，邊攪拌邊逐滴加入到質(zhì)量百分比濃度為2-10%的磷鎢酸溶液中，攪拌速度300?500r/min，磷鎢酸溶液質(zhì)量為S-煙堿質(zhì)量的18-22倍，生成粒徑為0.2?0.5mm的顆粒狀黃色沉淀，過濾、烘干即得催化劑；
[0014]所述甲苯的使用量為S-煙堿質(zhì)量的10-15倍；
[0015]所述雙氧水濃度為27.5?50% ；
[0016]2)向步驟I)反應(yīng)混合液中加入其質(zhì)量15-20倍的常溫水，過濾，回收沉淀，加入濾液質(zhì)量6-9倍的乙酸乙酯萃取，收集萃取液，減壓蒸餾除去溶劑得(R)-苯基乙二醇白色粗品;
[0017]3)將步驟2)得到的粗品溶于其質(zhì)量0.1-0.3倍、60_90°C的石油醚中，冷卻進(jìn)行重結(jié)晶，過濾、烘干即得(R)-苯基乙二醇純品。
[0018]經(jīng)上述方法得到的(R)-苯基乙二醇產(chǎn)率為67?82%，其熔點(diǎn)63?65°C，比旋光度[a Jd20^ -66?-67.5° (c = 1，氯仿)，與標(biāo)準(zhǔn)品相比的對(duì)映體過量值(e.e.)為96?100%。
[0019]有益效果:
[0020]本發(fā)明以苯乙烯為原料，直接催化氧化制備光學(xué)純的(R)-苯基乙二醇，具有較高的原子經(jīng)濟(jì)性，同時(shí)采用低毒無害的磷鎢酸手性離子液體為催化劑、H2O2為綠色氧化劑，最終得到的(R)-苯基乙二醇產(chǎn)率為67?82%，對(duì)映體純度為96?100% e.e.，且反應(yīng)結(jié)束后催化劑與副產(chǎn)物易分離，回收得到的催化劑沉淀可再生利用，本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，生產(chǎn)效率高、成本低，環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)小，符合綠色化工的要求。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術(shù)手段均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。另外，實(shí)施方案應(yīng)理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的實(shí)質(zhì)和范圍僅由權(quán)利要求書所限定。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離本發(fā)明實(shí)質(zhì)和范圍的前提下，對(duì)這些實(shí)施方案中的物料成分和用量進(jìn)行的各種改變或改動(dòng)也屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0022]實(shí)施例1
[0023](R)-苯基乙二醇的一種綠色不對(duì)稱合成方法，包括如下步驟:
[0024]I)取一定量苯乙烯，依次加入其質(zhì)量0.3倍的催化劑和1.2倍的40%的雙氧水，于55°C反應(yīng)1.8h，得反應(yīng)混合液；
[0025]所述催化劑的制備方法為:取一定量S-煙堿，加入其質(zhì)量2.25倍的溴代十八烷，在甲苯中115°C回流20小時(shí)，減壓蒸餾除去溶劑得到黃色粘稠手性離子液體，邊攪拌邊逐滴加入到質(zhì)量百分比濃度為6%的磷鎢