一種含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅、鎂絡(luò)合物及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一類含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅、鎂絡(luò)合物，以及這類絡(luò)合物在內(nèi)酯 聚合中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一類可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)聚烯烴材料的聚合物，脂肪族聚酯因其良好的生物相容性 和可降解性而受到了廣泛關(guān)注。目前被大量研究的脂肪族聚酯包括聚乳酸、聚己內(nèi)酯及聚 丁內(nèi)酯等。其中聚乳酸可以被自然界中的微生物降解并參與自然界的碳循環(huán)，屬于環(huán)境友 好型聚合物。聚乳酸的生物相容性和優(yōu)良的可加工性使其成為最具有發(fā)展前景的脂肪族聚 酯，主要應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生物醫(yī)藥領(lǐng)域（如藥物的緩釋材料、醫(yī)用縫合材料等）。原料 造價較低的丙交酯通過自身聚合或與其他單體共聚可以得到多種結(jié)構(gòu)性能的聚合物，這些 聚合物的廣闊應(yīng)用前景吸引著各國科學(xué)家對這些內(nèi)酯的聚合及相關(guān)催化劑的設(shè)計展開研 究。
[0003] 丙交酯的單體主要包括L-丙交酯，D-丙交酯和內(nèi)消旋丙交酯（meso-lactide)， 1:1的L-丙交酯和D-丙交酯的混合物稱為外消旋丙交酯（rac-lactide)。不同丙交酯單 體通過金屬絡(luò)合物催化劑催化可以得到不同微觀結(jié)構(gòu)的聚乳酸。其中廉價易得的外消旋丙 交酯通過開環(huán)聚合可以得到無規(guī)、雜規(guī)、嵌段等規(guī)聚合物和等規(guī)立體復(fù)合物。相對于其他等 規(guī)度的聚乳酸，由外消旋丙交酯高等規(guī)選擇性聚合得到的等規(guī)立體復(fù)合物有著較高的熔點 和機械強度而被廣泛關(guān)注，研究開發(fā)外消旋丙交酯高活性、高等規(guī)選擇性聚合催化劑成為 該領(lǐng)域的研究熱點。金屬鋅、鎂的絡(luò)合物對丙交酯聚合具有高催化活性、高可控性等特點， 此外，鋅、鎂作為人體必需元素，其無色無毒以及具有生物相容性等特點也符合聚丙交酯在 食品包裝及醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用要求，鋅、鎂等環(huán)境友好型金屬的絡(luò)合物催化劑研究開發(fā)更成 為該領(lǐng)域廣泛關(guān)注的研究熱點。
[0004] 2001年，Coates小組用β-二亞胺配體的鋅、鎂絡(luò)合物（BDDZn^Pr)和（BDI) Mg(0?Γ)作為催化劑催化外消旋丙交酯聚合獲得高分子量的雜規(guī)聚丙交酯和無規(guī)聚丙交 酯（J.Am.Chem.Soc. 2001，123, 3229)。Hillmyer和Tolman研究組在 2003 年合成 了單乙 氧基雙核鋅絡(luò)合物，該絡(luò)合物對外消旋丙交酯開環(huán)聚合具有很高的催化劑活性，是至今為 止鋅絡(luò)合物中活性最高的催化劑（J.Am.Chem.Soc. 2003, 125, 11350)。Chisholm小組報道 了多配位點β-二亞胺配體鋅、鎂絡(luò)合物，催化外消旋丙交酯聚合都得到了較高雜規(guī)度的 聚丙交酯（Inorg.Chem. 2005, 44, 8004)。Lin小組合成了三齒席夫堿配體鋅絡(luò)合物，在THF 溶劑中，能夠催化外消旋丙交酯聚合得到雜規(guī)聚合物，降低溫度至_55°C后雜規(guī)度可以達 到 0· 91 (Macromolecules, 2006, 39，3745)。2007 年，Carpentier小組合成了吡唑基胺基 鎂絡(luò)合物并用來催化外消旋丙交酯開環(huán)聚合，顯示出較好的催化活性，得到無規(guī)聚丙交酯 (Polyhedron，2007, 26, 3817)。2010年，我們小組報道了多齒胺基酚氧基鎂、鋅絡(luò)合物，其 中鎂絡(luò)合物對丙交酯聚合顯示了超高活性，在甲苯中能夠迅速催化大量丙交酯單體聚合， 得到等規(guī)傾向的聚合物，Pn= 〇· 60 ~0· 65(Macromolecules, 2010, 43, 6535 - 6537)，鋅絡(luò) 合物也得到等規(guī)傾向的聚合物（DaltonTrans.，2010, 39, 7897)。此外，為獲得等規(guī)選擇 性，研究者嘗試在絡(luò)合物配體骨架上引入手性因素，如，Lin小組合成了含有手性環(huán)己二胺 橋聯(lián)的單陰離子Salen型配體鎂絡(luò)合物，催化外消旋丙交酯聚合得到略顯等規(guī)的聚丙交 酯，Pn= 0· 54 ~0· 67 (Polymer, 2005, 46, 9784)。2009 年，Mehrkhodavandi課題組合成了 含有手性環(huán)己二胺結(jié)構(gòu)的三齒席夫堿配體鋅乙基絡(luò)合物，其對外消旋丙交酯具有活性，但 選擇性很低（Organometallics, 2009, 28, 1309)。2010 年，Darensbourg報道了非環(huán)狀單手 性中心氨基酸衍生的酚亞胺類鋅絡(luò)合物，對外消旋丙交酯聚合表現(xiàn)出雜規(guī)選擇性（Inorg. Chem.，2010, 49, 2360)。2012年，Otero報道了含有手性的雜異蟹型鋅絡(luò)合物，可催化外消 旋丙交酯活性聚合，得到雜規(guī)度不高的聚合物（Organometallics, 2012, 31，4191)。
[0005] 鋅、鎂等絡(luò)合物作為內(nèi)酯開環(huán)聚合催化劑，對外消旋丙交酯聚合通常表現(xiàn)出了較 高的雜規(guī)選擇性，近兩年才出現(xiàn)了幾例鋅絡(luò)合物表現(xiàn)出中等到高等規(guī)選擇性的報道。本組 于2013年報道了一系列手性胺基酚氧基鋅絡(luò)合物催化外消旋丙交酯開環(huán)聚合，首次獲得了 集較高活性和等規(guī)選擇性$"= 〇. 84)的鋅絡(luò)合物催化劑（Chem.Commun.，2013, 49, 8686)。 2013年，Otero報道了含有茂配體的手性雜異蝎型鋅絡(luò)合物，盡管催化外消旋丙交酯聚合 活性較低，但得到中等程度等規(guī)聚合物（Pm= 〇· 77) (Organometallics, 2013, 32, 3437)。Du 小組于2014年報道了一系列基于鄰位取代手性噁唑衍生的類β-二亞胺配體的鋅絡(luò)合物， 這類鋅絡(luò)合物對外消旋丙交酯聚合在高溫條件下具有較高的催化活性，得到了等規(guī)度為Pm =0. 77-0. 91的多嵌段等規(guī)聚丙交酯（ACSMacroLett.，2014, 3, 689)。崔冬梅小組在2014 年報道了一類非手性膦亞胺取代的雜異蝎型陰陽離子型鋅絡(luò)合物，催化外消旋丙交酯聚合 時可以得到較高等規(guī)度聚丙交酯（Pm= 〇. 68-0. 85) (Chem.Commun.，2014, 50, 11411)。
[0006] 人們在外消旋丙交酯聚合領(lǐng)域已經(jīng)取得了較大突破，通過有效的金屬絡(luò)合物催化 劑結(jié)構(gòu)設(shè)計在一定程度上實現(xiàn)了不同立體結(jié)構(gòu)聚丙交酯的合成。作為環(huán)境友好型聚合物， 人們在合成聚丙交酯時更傾向使用生物相容性金屬的絡(luò)合物。目前雖然個別鋅絡(luò)合物對外 消旋丙交酯表現(xiàn)出了高等規(guī)選擇性，但催化活性比起一般的鋅絡(luò)合物降低很多；而鎂絡(luò)合 物催化外消旋丙交酯聚合僅得到高雜規(guī)或偏等規(guī)傾向的聚丙交酯。所以有關(guān)鋅、鎂絡(luò)合物 催化劑的研究工作有待于進一步開展，以合成集高活性、高等規(guī)選擇性為一體的高效催化 劑。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的之一在于公開一類含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體及其鋅、鎂絡(luò)合物。
[0008] 本發(fā)明目的之二在于公開一類含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體及其鋅、鎂絡(luò)合物的制 備方法。
[0009] 本發(fā)明目的之三在于公開一類含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體及其鋅、鎂絡(luò)合物作為 催化劑在內(nèi)酯聚合中的應(yīng)用。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思：
[0011] 研究表明鋅絡(luò)合物催化外消旋丙交酯聚合獲得雜規(guī)聚乳酸是通過鏈端控制機理 實現(xiàn)的（J.Am.Chem.Soc.，2001，123, 3229)，而最近報道的幾例手性或非手性鋅絡(luò)合物表現(xiàn) 出中等到較高的等規(guī)選擇性，其中手性中心控制和鏈端控制分別或同時存在。目前配體對 稱性、手性與絡(luò)合物立體選擇性之間的聯(lián)系尚不清晰。含有噁唑啉環(huán)的化合物在不對稱催 化領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用，噁唑啉環(huán)上N原子與金屬中心配位，與N原子相鄰碳原子上的 取代基將對金屬絡(luò)合物有直接影響。因此，本發(fā)明在胺基酚氧基配體結(jié)構(gòu)中引入噁唑啉環(huán)， 該三齒配體與金屬配位后，能產(chǎn)生手性骨架N原子和手性金屬中心，以實現(xiàn)在單體與金屬 中心配位時起到手性誘導(dǎo)效果，從而獲得高等規(guī)度選擇性。此外，在中心配體骨架基礎(chǔ)上， 改變其上各相關(guān)取代基，可以起到調(diào)整金屬中心的空間位阻和路易斯酸性，從而篩選出集 高活性、高選擇性于一體的高效催化劑。
[0012] 本發(fā)明提供的含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體（I)及其金屬鋅、鎂絡(luò)合物（II)，其特 征在于，具有以下通式：
[0013]
[0014]式（I)、（II)中：
[0015]R1~R2分別代表氫，CC2。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，C7~C3。單或多芳基 取代的烷基，鹵素；R1~R2也可分別代表取代硅基SiR4R5R6,其中R4~R6分別為CCi。直 鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，C7~C2。單或多芳基取代的烷基，C6~C1S的芳基，R4、R5和R6可 以相同或不同；
[0016]R3代表C廣C2。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，C7~C3。單或多芳基取代的烷基，C6~C18的芳基；
[0017] A為具有如式（III)、（IV)或（V)所示的基團：
[0018]
[0019] 式（III)中，R7~R1(：代表氫。直鏈、支鏈的烷基，C7~C3。單或多芳基取代 的烷基，C6~C18的芳基，R7~Rw可以相同或不同；
[0020] X代表Ci。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基；X也可代表胺基NRnR12,其中R11~ R12分別為CC6直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，三甲基硅基，三乙基硅基，二甲基氫硅基， R11和R12可以相同或不同；X也可代表烷氧基0R13,其中儼為CCi。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié) 構(gòu)的烷基，C7~C2。單或多芳基取代的烷基；
[0021] A通過其氮原子與金屬中心配位;Μ代表鋅、鎂。
[0022] 更特征的，式（I)、（II)中，R1~R2優(yōu)選為氫，直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷 基，C7~C2。單或多芳基取代的烷基，鹵素；R1~R2代表取代硅基SiR4R5R6時，R4~R6優(yōu)選 為(；~C6直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，C7~C12單或多芳基取代的烷基，C6~C12的芳基；
[0023] R3優(yōu)選為(^~Cs直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，C7~C2。單或多芳基取代的烷基， C6~C12的芳基；
[0024] 當(dāng)A為式（III)時，R7~R10優(yōu)選氫直鏈、支鏈的烷基，C7~C2。單或多芳 基取代的烷基，C6~C12的芳基，R7~Rw可以相同或不同；
[0025]X優(yōu)選為C6直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，二（三甲基硅）胺基，二（三乙基 硅）胺基，二（二甲基氫硅）胺基；X代表烷氧基OR13時，其中R13優(yōu)選為直鏈、支鏈 或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基，芐基，（1-萘基）甲基，（9-蒽基）甲基。
[0026] 式（I)、（II)中，R1~R2優(yōu)選為氫、甲基、異丙基、叔丁基、枯基、三苯甲基、三甲基 硅基、三苯基硅基或鹵素；R3優(yōu)選為甲基、乙基、異丙基、正丁基、叔丁基、金剛基、環(huán)己基、正 己基、正辛基、芐基、苯乙基、二苯甲基、三苯甲基；A為式（III)時，R7~R1(]優(yōu)選為氫、甲基、 乙基、異丙基、叔丁基、正丁基、苯基、芐基；X優(yōu)選為二（三甲基硅）胺基、乙基、正丁基、異 丙氧基、叔丁氧基或節(jié)氧基。
[0027] 優(yōu)選的含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體，其結(jié)構(gòu)式如下：
[0028]
/
[0030] 優(yōu)選的手性胺基酚類配體的金屬鋅、鎂絡(luò)合物結(jié)構(gòu)為：


[0034] 本發(fā)明的含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體（I)及其鋅、鎂絡(luò)合物（II)制備方法如下所 示：
[0035]
[0036] 將式（VI)所示的2-氯甲基取代噁唑啉類化合物與伯胺反應(yīng)生成相應(yīng)仲胺，加入 2-溴甲基-4, 6-二取代酚（VII)，反應(yīng)溫度為25~150°C，反應(yīng)時間為2~72小時，然后從 反應(yīng)產(chǎn)物中收集化合物（I);
[0037] 任選的，再將式（I)所示的含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體化合物與鋅或鎂的金屬原 料化合物在有機介質(zhì)中反應(yīng)，反應(yīng)溫度為〇~l〇〇°C，反應(yīng)時間為2~96小時，然后從反應(yīng) 產(chǎn)物中收集含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅或鎂的目標(biāo)絡(luò)合物（II);
[0038] 上述制備方法中取代基R1~R3、A與滿足本發(fā)明含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體（I) 及其金屬鋅、鎂絡(luò)合物（II)所述的各相應(yīng)基團一致。
[0039] 鋅或鎂的金屬原料化合物具有通式MX2，M為Zn或Mg，X與本發(fā)明含噁唑啉環(huán)的胺 基酚氧基鋅或鎂絡(luò)合物（II)所述的相應(yīng)基團一致。
[0040] 鋅或鎂的金屬原料化合物優(yōu)選二乙基鋅、二正丁基鎂、乙基異丙氧基鋅、二{:二 (三甲基硅）胺基}鋅、二{:二（三甲基硅）胺基}鎂；含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體化合物 (I)與金屬原料化合物的摩爾比為1:0. 5~1. 5 ;所述的有機介質(zhì)選自四氫咲喃、乙醚、甲 苯、苯、石油醚和正己烷中的一種或兩種。
[0041] 本發(fā)明所述含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體（I)的制備方法中，式（VI)所示2-氯甲 基取代噁唑啉類化合物的合成可參考文獻方法按以下路線進行合成：
[0042]
[0043] 其中，式（VIII)所示的2-氯-乙亞胺鹽乙基酯通過向氯乙腈與乙醇的溶液中通 入干燥氯化氫氣體反應(yīng)生成（J.Am.Chem.Soc.，2009, 131，15096);再將化合物（VIII)與取 代乙醇胺反應(yīng)得到目標(biāo)化合物（VI) (Eur.J.Inorg.Chem.，2010, 4752)。
[0044] 本發(fā)明所述含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體（I)的制備方法中，式（VII)所示2-溴甲 基-4, 6-二取代酚的合成可參考文獻方法按以下路線由2, 4-取代苯酚與多聚甲醛在33% 溴化氫醋酸溶液反應(yīng)獲得（Inorg.Chem.，2002, 41，3656J.Org.Chem.，1994, 59, 1939):
[0045]
[0046] 本發(fā)明所述的含噁唑啉環(huán)的胺基酚類配體的鋅、鎂絡(luò)合物是一種高效的內(nèi)酯聚合 催化劑，可用于L-丙交酯、D-丙交酯、rac-丙交酯、meso-丙交酯、ε-己內(nèi)酯、β- 丁內(nèi)酯、 α-甲基三亞甲基環(huán)碳酸酯的聚合反應(yīng)，聚合方式為溶液聚合和熔融聚合。
[0047] 以本發(fā)明所述的含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅、鎂絡(luò)合物為催化劑，在醇存在下或 不加醇時，使丙交酯聚合，聚合時催化劑與醇以及單體摩爾比為1:0~50:1~10000,優(yōu)選 為1:0~10:100~5000 ;所述的醇為(^~(^。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷基醇，C7~C2。單 或多芳基取代的烷基醇。
[0048] 以本發(fā)明所述的含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅、鎂絡(luò)合物為催化劑，在醇存在下或 不加醇，使ε-己內(nèi)酯或β- 丁內(nèi)酯聚合；所述的醇為(；~Ci。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的烷 基醇，C7~C2。單或多芳基取代的烷基醇。
[0049] 以本發(fā)明所述的含噁唑啉環(huán)的胺基酚氧基鋅、鎂絡(luò)合物為催化劑，在醇存在下或 不加醇，使α-甲基三亞甲基環(huán)碳酸酯聚合；所述的醇為(；~q。直鏈、支鏈或環(huán)狀結(jié)構(gòu)的 烷基醇，C7~C2。單或多芳基取代的烷基醇。
[0050] 本發(fā)明提供的催化劑其配體原料易得，催化劑制備方便、性質(zhì)穩(wěn)定，同時具有較高 的催化活性及高立體選擇性，易獲得高立體等規(guī)度、高分子量的聚內(nèi)酯。能夠滿足工業(yè)部門 的要求，有著廣泛的應(yīng)用前景。下面通過實例進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明不限于此。
【具體實施方式】
[0051] 實施例1
[0052] 配體L1的合成：
[0053] (l)N-[(4R)-2-亞甲基-4-苯基噁唑啉]芐胺的合成
[0054]
[0055]反應(yīng)瓶中加入芐胺（8. 21g，76. 6mmol)和碳酸鉀（1. 17g，8. 47mmol)，（4R)-2-氯甲 基-4-苯基-2-噁唑啉（1.50g，7. 66mmol)和25mLN，N-二甲基甲酰胺后，反應(yīng)12小時。減 壓蒸除溶劑與未反應(yīng)的芐胺，得橙紅色油狀物。直接用于下一步反應(yīng)，產(chǎn)率按80%計算。
[0056] (2)配體L1的合成
[0057] 單口燒瓶中加入N-[(4R)-2-亞甲基-4-苯基噁唑啉]芐胺（2. 23g，6. 70mmol)，碳 酸鉀（1. 39g, 9. 84mmol)，2_ 溴甲基-4, 6-二氯苯酚（2. 55g, 9. 96mmol)和 20mLN,N-二甲 基甲酰胺，室溫反應(yīng)2小時。加水淬滅反應(yīng)，乙酸乙酯萃取，合并有機相，無水硫酸鎂干燥， 過濾，減壓蒸除溶劑，剩余油狀物柱層析分離提純得淡黃色泡狀物L(fēng)I(1. 72g，58% )。
[0058]
[0059] NMR(CDC1 3, 400MHz，298K) :δ1 1. 15(brs，lH，0H)，7.38_ 7. 22 (m, 11H,ArH), 6. 95 (d, 1H,4J= 2. 4Hz,ArH), 5. 72 (dd, 1H,3J= 8. 8Hz,2J= 10. 0Hz,CH20), 4. 66 (dd, 1H,3J= 8. 8Hz,2J= 10.OHz,CH20), 4. 15(t,1H,3J= 8. 8Hz,CHN), 3. 90 (q, 2H,2J= 14.OHz,ArCH2), 3. 73 (s, 2H,PhCH2), 3. 41 (d, 2H,4J= 1. 2Hz,NCH2C=N).13CNMR(CDC13, 100MHz, 298K) :δ166. 0, 152. 4, 141. 7, 136. 6, 129. 4, 12 9. 2, 129. 0, 128. 8, 128. 1, 128. 0, 127. 8, 126. 5, 124. 7, 123. 4, 122. 1, 75. 2, 69. 1, 57. 8, 57. 0, 49. 3.Anal.Calcd.ForC24H22C12N202:C，65. 31 ;H，5. 02 ;N，6. 35.Found:C，65. 69 ;H，5. 30 ; N,6. 28% .
[0060] 實施例2
[0061] 配體L2的合成
[0062] 除原料采用N-[(4R)-2-亞甲基-4-苯基噁唑啉]芐胺（1. 50g，4. 51mmol)，碳酸 鉀（0. 856g, 6. 19mmol)和 2-溴甲基-4, 6-二叔丁基苯酸（1.llg, 3. 71mmol)外，其他操作 步驟同實施例1。柱層析分離提純得淡黃色泡狀物L(fēng)2(l.Olg，56% )。
[0063]
[0064] NMR(CDC13, 400MHz, 298K) :δ10. 12(s, 1H,OH), 7. 37 - 7. 25 (m, 11H,ArH) , 6. 91 (d, 1H,4J= 2. 4Hz,ArH) , 5. 23(pesudot,1H,3J= 9. 2Hz,CH20), 4. 63 (dd, 1H,3J= 8. 4Hz,2J= 10. 4Hz,CH20), 4. 12(t,1H,3J= 8. 4Hz,CH N),4. 00(s,2H,ArCH2), 3.76 (s,2H,PhCH2), 3.44 (ddd,2H,4J= 0. 8Hz,2J= 15. 6Hz,2J= 16. 0Hz,NCH2C=N),L46(s, 9H,C(CH3)3), 1.