本發(fā)明屬于金屬有機，能源和材料科學(xué)領(lǐng)域，特別是一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物及其制備方法。

背景技術(shù)：

解決能源匱乏和環(huán)境污染是當(dāng)今人類社會所面臨的重大挑戰(zhàn)之一。盡管氫氣是一種具有高燃燒值和可再生的清潔燃料，但至今尚無一種基于廉價金屬的高效催化劑，用它可以實現(xiàn)工業(yè)化催化水中的質(zhì)子產(chǎn)生氫氣。鐵鐵氫化酶是一種存在于微生物體內(nèi)并能高效催化質(zhì)子還原為氫氣的金屬酶。近年來，科學(xué)家們對鐵鐵氫化酶活性中心結(jié)構(gòu)和功能模擬進行了廣泛深入的研究，以期合成一種理想的“人工酶”產(chǎn)氫催化劑，參見：Darensbourg,M.Y.；Lyon,E.J.；Smee,J.J.Coord.Chem.Rev.2000,206-207,533-561；Frey,M.ChemBioChem 2002,3,153-160；Song,L.-C.Acc.Chem.Res.2005,38,21-28；Capton,J.-F.；Gloaguen,F.；Pétillon,F.Y.；Schollhammer,P.；Talarmin,J.Coord.Chem.Rev.2009,253,1476-1494；Lubitz,W.；Ogata,H.；Rüdiger,O.；Reijerse,E.Chem.Rev.2014,114,4081-4148。

為了研發(fā)廉價金屬鐵的高效“人工酶”產(chǎn)氫催化劑，人們已成功地將幾種具有給電子能力的水溶性膦配體引入到[2Fe2S]子簇結(jié)構(gòu)中，從而合成了幾例含親水性膦配體的鐵鐵氫化酶模型物。這些親水性膦配體可以增加含[2Fe2S]子簇結(jié)構(gòu)模型物在水中的溶解性，從而有效地提高其催化產(chǎn)氫功能，參見：Mejia-Rodiguez,R.；Chong,D.；Reibenspies,J.H.；Soriaga,M.P.；Darensbourg,M.Y.J.Am.Chem.Soc.2004,126,12004-12014；Vannucci,A.K.；Wang,S.；Nichol,G.S.；Lichtenberger,D.L.；Evans,D.H.；Glass,R.S.Dalton.Trans.2010,39,3050-3056；Roy,S.；Nguyen,T.-A.D.；Gan,L.；Jones,A.K.Dalton.Trans.2015,44,14865-14876。

鑒于到目前為止，含雙羥甲基、羥甲基/乙酸甲酯基、雙乙酸甲酯基及對羥基苯基功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物尚未被合成，因此為了更好地提高鐵鐵氫化酶模型物的水溶性和催化產(chǎn)氫功能，我們通過羰基配體取代反應(yīng)將上述含親水性基團的膦配體引入到鐵鐵氫化酶模型物的[2Fe2S]催化中心骨架上，合成了一系列結(jié)構(gòu)新穎并具有潛在優(yōu)良催化產(chǎn)氫功能的鐵鐵氫化酶模型物。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)分析，提供一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物及其制備方法，該類模型物中的[2Fe2S]催化中心連有親水性基團功能化的膦配體；模型物合成方法簡便、反應(yīng)條件溫和、易操作，可用來制備多種含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物。

本發(fā)明的技術(shù)方案：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物，該模型物中的[2Fe2S]催化中心連有親水性基團功能化的膦配體，其化學(xué)結(jié)構(gòu)式如下所示：

結(jié)構(gòu)式中：R為氫或羥甲基(CH₂OH)，L為雙羥甲基苯膦[PhP(CH₂OH)₂]、羥甲基/乙酸甲酯基苯膦[PhP(CH₂OH)(CH₂CO₂Me)]、雙乙酸甲酯基苯膦[PhP(CH₂CO₂Me)₂]或?qū)αu基苯基二苯基膦[Ph₂P(C₆H₄OH-p)]。

一類所述含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物的制備方法，步驟如下：

1)氮氣保護下，將[(μ-SCH₂(CHR)CH₂S-μ)]Fe₂(CO)₆和有機溶劑混合，然后加入膦配體，在室溫下攪拌0.5-12h或加熱回流30h，TLC檢測原料基本反應(yīng)完，得到初級產(chǎn)物；

2)將上述初級產(chǎn)物減壓抽干溶劑，用有機溶劑提取殘余物，然后用混合溶劑為展開劑進行薄層色譜分離，得到一級目標(biāo)化合物。

3)氮氣保護下，將丙二酸、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)置于冰水浴降至0℃，加入CH₂Cl₂，攪拌2h后，一次性加入上述一級目標(biāo)化合物，撤去冰水浴自然升至室溫，繼續(xù)攪拌6h，TLC監(jiān)測原料點基本消失，得到二級產(chǎn)物；

4)將上述二級產(chǎn)物減壓抽干，用CH₂Cl₂提取殘余物，用混合溶劑作為展開劑進行薄層色譜分離，得二級目標(biāo)化合物。

所述步驟1)中有機溶劑為四氫呋喃或MeCN，[(μ-SCH₂(CHR)CH₂S-μ)]Fe₂(CO)₆、有機溶劑與膦配體的用量比為1.0mmol:16-40mL:1.1-2.4mmol。

所述步驟2)中有機溶劑為EtOAc或CH₂Cl₂，混合溶劑為體積比為1:1-1.5的石油醚-EtOAc混合溶劑或體積比為1:2的石油醚-CH₂Cl₂混合溶劑。

所述步驟3)中丙二酸、4-二甲氨基吡啶(DMAP)、二環(huán)己基碳二亞胺(DCC)、CH₂Cl₂與一級目標(biāo)化合物的用量比為0.46mmol:0.56mmol:1.06mmol:20mL:0.23-0.46mmol。

所述步驟4)中混合溶劑為體積比為2:3的石油醚-CH₂Cl₂混合溶劑。

本發(fā)明的有益效果是：利用該方法制備含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物，原料易得、條件溫和、操作簡便，適合于多種功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物的制備，并且該類模型物具有潛在的優(yōu)良催化產(chǎn)氫能力。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面將通過具體的實施例進一步說明本發(fā)明的方案，但本發(fā)明的保護范圍應(yīng)包括權(quán)利要求的全部內(nèi)容，不限于此。

實施例1：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物1的制備方法，所述模型物1的化學(xué)式為[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₄][PhP(CH₂OH)₂]₂，制備過程如下所示：

具體制備步驟如下：

1)在氮氣保護下，向裝有攪拌磁子的50mL Schlenk燒瓶中依次加入386mg(1.0mmol)[(μ-SCH₂)₂CH₂]Fe₂(CO)₆和30mL四氫呋喃，得紅棕色溶液；

2)在室溫和氮氣保護下，用一次性注射器將408mg(2.4mmol)PhP(CH₂OH)₂稠狀物直接滴加到紅棕色溶液中，加熱回流30h，得黑紅色溶液，TLC監(jiān)測原料點基本消失；

3)減壓抽干溶劑，用EtOAc提取殘余物，用石油醚/EtOAc＝1:1(v/v)作為展開劑進行薄層色譜分離，收集紅棕色主色帶，減壓抽干得紅棕色油狀物，向其加入少量CH₂Cl₂后真空減壓抽干，得到紅棕色固體模型物1(135mg)，產(chǎn)率20％。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表征如下：IR(KBr disk):ν_O-H:3311(m)；ν_C≡O(shè):1988(vs),1950(vs),1916(vs)cm^-1.¹H NMR(400MHz,CDCl₃):1.41-1.64(m,6H,CH₂CH₂CH₂),2.63(br.s,4H,4OH),4.61(br.s,8H,4CH₂O),7.47,7.78(2br.s,10H,2C₆H₅)ppm.¹³C NMR(100MHz,CDCl₃):22.5,30.0(2s,CH₂CH₂CH₂),62.9,63.2(2s,CH₂O),129.0-131.8(m,C₆H₅),214.5,214.6(2s,C≡O(shè))ppm.³¹P NMR(162MHz,CDCl₃):55.3(s)ppm.

實施例2：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物2的制備方法，所述模型物2的化學(xué)式為[{(μ-SCH₂)₂CHCH₂OH}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂OH)₂]，制備過程如下所示：

具體制備步驟如下：

1)在氮氣保護下，向裝有攪拌磁子的50mL Schlenk燒瓶中依次加入374mg(0.9mmol)[(μ-SCH₂)₂CHCH₂OH]Fe₂(CO)₆和15mL四氫呋喃，得紅色溶液；

2)在室溫和氮氣保護下，用一次性注射器將170mg(1.0mmol)PhP(CH₂OH)₂稠狀物直接滴加到紅色溶液中，室溫攪拌過夜，得紅棕色溶液，TLC監(jiān)測有一明顯的紅色新點出現(xiàn)并有少量原料紅點斑點存在；

3)減壓抽干溶劑，用EtOAc提取殘余物，用石油醚/EtOAc＝2:3(v/v)作為展開劑進行薄層色譜分離，收集紅色主色帶，減壓抽干得紅色油狀物，向其加入少量無水乙醚后真空減壓抽干，得到紅色固體模型物2(113mg)，產(chǎn)率39％。(注：回收原料紅色固體156mg)

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表征如下：IR(KBr disk):ν_O-H:3448(m)；ν_C≡O(shè):2041(vs),1978(vs),1926(m)cm^-1.¹H NMR(400MHz,CD₃COCD₃):1.11-1.21(m,1H,CH₂CHCH₂),1.43(t,J_HH＝J'_HH＝12.8Hz,2H,2SCH_eH_a),2.42(dd,J_HH＝12.8Hz,J'_HH＝3.2Hz,2H,2SCH_eH_a),3.09(s,2H,CHCH₂O),3.67(br.s,1H,CHCH₂OH),4.59,4.70(2d,J_HH＝12.8Hz,4H,P(CH₂O)₂),4.85(br.s,2H,P(CH₂OH)₂),7.45-7.88(m,5H,C₆H₅)ppm.¹³C NMR(100MHz,CD₃COCD₃):27.2(s,SCH₂),46.8(s,CH),62.1,62.5(2s,PCH₂O),66.6(s,CHCH₂O),129.2-134.1(m,C₆H₅),211.1,211.7,214.7,214.8(4s,C≡O(shè))ppm.³¹PNMR(162MHz,CD₃COCD₃):56.3(s)ppm.

實施例3：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物3的制備方法，所述模型物3的化學(xué)式為[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂OH)(CH₂CO₂Me)]，制備過程如下所示：

具體制備步驟如下：

1)在氮氣保護下，向裝有攪拌磁子的50mL Schlenk燒瓶中依次加入48mg(0.46mmol)CH₂(CO₂H)₂、68mg(0.56mmol)DMAP和220mg(1.06mmol)DCC，將其置于冰水浴降至0℃，注入20mL CH₂Cl₂；

2)低溫攪拌2h后，一次性加入243mg(0.46mmol)模型物 [{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂OH)₂]，撤去冰水浴自然升至室溫，繼續(xù)攪拌6h，TLC監(jiān)測原料點基本消失；

3)減壓抽干溶劑，用CH₂Cl₂提取殘余物，用石油醚/CH₂Cl₂＝2:3(v/v)作為展開劑進行薄層色譜分離，收集紅棕色主色帶，減壓抽干，得到紅色固體模型物3(116mg)，產(chǎn)率44％。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表征如下：IR(KBr disk):ν_O-H:3401(m)；ν_C≡O(shè):2047(vs),1976(vs),1957(vs),1935(vs)；ν_C＝O:1720(s)cm^-1.¹H NMR(400MHz,CDCl₃):1.69-1.95(m,6H,CH₂CH₂CH₂),2.18(s,3H,CH₃),3.21(t,J_HH＝6.8Hz,1H,OH),4.37-4.59(m,2H,HOCH₂P),4.67,5.24(2d,J＝12.8Hz,2H,CH₃CO₂CH₂P),7.45,7.73(2br.s,5H,C₆H₅)ppm.¹³C NMR(100MHz,CDCl₃):19.6(s,CH₃),22.0,22.2,29.2(3s,CH₂CH₂CH₂),59.4,59.7,61.0,61.2(4s,PCH₂O),127.9-130.6(m,C₆H₅),170.7(s,CH₃CO₂),208.5,211.9,212.0(3s,C≡O(shè))ppm.³¹P NMR(162MHz,CDCl₃):58.1(s)ppm.

實施例4：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物4的制備方法，所述模型物4的化學(xué)式為[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂CO₂Me)₂]，制備過程如下所示：

具體制備步驟與實施例3基本相同，不同之處在于：步驟2)中將加入243mg(0.46mmol)[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂OH)₂]改為加入122mg(0.23mmol)[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][PhP(CH₂OH)₂]；步驟3)中將收集紅棕色主色帶(R_f＝0.1)改為收集橙紅色主色帶，得到紅色固體模型物4(127mg)，產(chǎn)率90％。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表征如下：IR(KBr disk):ν_C≡O(shè):2045(vs),1983(vs),1933(s)；ν_C＝O:1752(s)cm^-1.¹H NMR(400MHz,CDCl₃):1.70(s,2H,(CH₂CH₂CH₂),1.89(s,4H,CH₂CH₂CH₂),2.11(s,6H,CH₃),4.87，5.02(2d,J＝12.8Hz,4H,P(CH₂O)₂),7.45-7.63(m,5H,C₆H₅)ppm.¹³C NMR(100MHz,CDCl₃):19.5(s,CH₃),22.1,29.3(2s,CH₂CH₂CH₂),59.7(s,PCH₂O),127.9-130.2(m,C₆H₅),169.1,169.2(2s,CH₃CO₂),208.4,211.6,211.7(3s C≡O(shè))ppm.³¹P NMR(162MHz,CDCl₃):53.5(s)ppm.

實施例5：

一類含功能化膦配體的鐵鐵氫化酶模型物5的制備方法，所述模型物5的化學(xué)式為[{(μ-SCH₂)₂CH₂}Fe₂(CO)₅][Ph₂P(p-C₆H₄OH)]，制備過程如下所示：

具體制備步驟如下：

1)在氮氣保護下，向裝有攪拌磁子的50mL Schlenk燒瓶中依次加入193mg(0.5mmol)[(μ-SCH₂)₂CH₂]Fe₂(CO)₆、287mg(1.1mmol)Ph₂P(p-C₆H₄OH)和20mLMeCN，攪拌使之完全溶解；

2)在室溫和氮氣保護下，一次性加入111mg(1.0mmol)Me₃NO·2H₂O，溶液顏色立即由紅色變?yōu)楹诩t色，室溫繼續(xù)攪拌0.5h，TLC監(jiān)測原料點完全消失；

3)減壓抽干溶劑，用CH₂Cl₂提取殘余物，用石油醚/CH₂Cl₂＝1:2(v/v)作為展開劑進行薄層色譜分離，收集紅棕色主色帶，減壓抽干得紅色油狀物，向其加入少量無水乙醚后真空減壓抽干，得到紅色固體模型物5(292mg)，產(chǎn)率92％。

產(chǎn)物結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)表征如下：IR(KBr disk):ν_O-H:3480(m)；ν_C≡O(shè):2043(vs),1979(vs),1931(m)cm^-1.¹H NMR(400MHz,CDCl₃):1.10-1.74(m,6H,CH₂CH₂CH₂),5.23(br.s,1H,OH),6.91-7.65(m,14H,2C₆H₅,C₆H₄)ppm.¹³C NMR(100MHz,CDCl₃):22.0,29.9(2s,CH₂CH₂CH₂),115.6-157.5(m,2C₆H₅,C₆H₄),209.6,213.6,213.7(3s,C≡O(shè))ppm.³¹PNMR(162MHz,CDCl₃):63.4(s)ppm。