專利名稱：一種不對(duì)稱催化氫化的催化劑及其制備方法和應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)的催化劑。
本發(fā)明還涉及上述催化劑的制備方法。
本發(fā)明還涉及上述催化劑在α-酮酸酯的催化反應(yīng)中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近十年來，人們對(duì)單一對(duì)映體手性化合物的需求巨大且呈逐年遞增的趨勢(shì)，這種需求主要體現(xiàn)在醫(yī)藥、農(nóng)藥和精細(xì)化學(xué)品等領(lǐng)域。以醫(yī)藥市場(chǎng)為例，2002年全球范圍內(nèi)的單一對(duì)映體的藥物銷售量已超過1,590億美元(較2001年增加8％)。在所有獲得單一對(duì)映體化合物的方法中不對(duì)稱催化占據(jù)了重要的地位，該方法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于許多類型的不對(duì)稱合成反應(yīng)中。不對(duì)稱催化反應(yīng)體系包括勻相不對(duì)稱催化和多相不對(duì)稱催化體系。
雖然一些勻相不對(duì)稱催化體系因其較高的反應(yīng)活性和光學(xué)選擇性已被工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用，但由于大部分勻相催化體系存在產(chǎn)物與催化劑不易分離、產(chǎn)物不易純化及催化劑回收困難等缺點(diǎn)，其工業(yè)應(yīng)用受到很大的限制。多相不對(duì)稱催化除了具備容易分離、催化劑容易再利用且產(chǎn)物容易純化等優(yōu)點(diǎn)之外，還有可能利用固體表面的不對(duì)稱性和納米孔中的立體選擇性來提高光學(xué)選擇性，因此近年來逐漸引起各國科學(xué)家的重視；此外，多相不對(duì)稱催化與勻相不對(duì)稱催化的交叉可能在有些體系中獲得創(chuàng)新性結(jié)果。
Blaser等人在中Adv.Synth.Catal.345(2003)45綜述了用于α-酮酸酯多相不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)的各種催化劑。用Engelhard公司生產(chǎn)的4759號(hào)催化劑和Johnson Matthey公司生產(chǎn)的5R94催化劑(活性組分均為氧化鋁擔(dān)載的金屬鉑)催化這一類型底物不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)得到了較好的活性和光學(xué)選擇性。Wells等人在Appl.Catal.AGen.191(2000)193報(bào)道了商品化的氧化硅負(fù)載的金屬鉑催化劑上這一類型底物的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)，然而只得到了中等的催化活性和產(chǎn)物的光學(xué)選擇性。
到目前為止，我國在利用多相不對(duì)稱催化技術(shù)直接合成手性藥物的研究領(lǐng)域基本上還處于空白，對(duì)于諸如Enalapril等重要手性藥物的前體的合成我國目前大多是采用一般的全對(duì)稱合成路線，最后只能得到外消旋的產(chǎn)物。如果不經(jīng)過手性拆分以外消旋體的形式出售時(shí)，由于不同光學(xué)構(gòu)型的藥物具有不同的生理和藥理活性，在人體內(nèi)可能會(huì)產(chǎn)生一定的毒副作用；如果要以單一對(duì)映體形式出售時(shí)，則需要經(jīng)過繁瑣的拆分，造成了人力、物力和財(cái)力的極大浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種用于α-酮酸酯的不對(duì)稱催化氫化的催化劑。
本發(fā)明的目的還在于提供上述催化劑的制備方法。
本發(fā)明提供的催化劑在室溫、中等氫壓力下用于α-酮酸酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)可得到高活性和高光學(xué)選擇性。
本發(fā)明提供的催化劑，其分子式為Pt/Al2O3，其中鉑為活性組分(活性組分前體是氯鉑酸)，氧化鋁為載體，該催化劑的活性組分鉑在氧化鋁表面的分散度為0.18-0.60，金屬鉑的擔(dān)載量為1.0-10.0％(重量百分比)，鉑粒子的平均粒子大小為1.9-6.3nm。
本發(fā)明的催化劑制備方法以氯鉑酸為活性組分前體，氧化鋁為載體，經(jīng)浸漬和干燥后，在馬弗爐中經(jīng)不同溫度焙燒。最后催化劑前體在甲酸鈉的水溶液中還原制得。其主要步驟如下a)往氧化鋁中滴加氯鉑酸水溶液，攪拌下浸漬4-6小時(shí)，蒸干水份；b)將步驟a制得的催化劑前體在烘箱中80-120℃干燥8-20小時(shí)；c)將步驟b得到的鉑催化劑前體于200-500℃下焙燒0.5-4小時(shí)；d)將步驟c焙燒后的催化劑前體在甲酸鈉的水溶液中還原得到催化劑，甲酸鈉水溶液中的甲酸鈉用量大于等于所含鉑的摩爾量的10倍，甲酸鈉水溶液的溫度為80-100℃，回流時(shí)間為0.5-2小時(shí)；
e)將步驟d還原后將催化劑過濾，蒸餾水洗滌，100-120℃烘干15-30小時(shí)。
上述步驟a所用氧化鋁為γ-氧化鋁。
該催化劑在室溫下催化丙酮酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率約100％，產(chǎn)物(R)-(+)-乳酸乙酯的光學(xué)選擇性為90％ee左右。反應(yīng)條件優(yōu)化后(R)-(+)-乳酸乙酯的光學(xué)選擇性可以達(dá)到94.8％ee。對(duì)另一反應(yīng)底物2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱氫化反應(yīng)(可以用于合成手性藥物Enalapril前體)可以獲得約100％的轉(zhuǎn)化率和83％ee的光學(xué)選擇性。
具體實(shí)施例方式
為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，列舉以下實(shí)施例，但它并不限制各附加權(quán)利要求所定義的發(fā)明范圍。
實(shí)施例1(1)往1.406g氧化鋁中先加入約20ml蒸餾水，然后在電磁攪拌下滴加4ml氯鉑酸水溶液(濃度為18.5mg Pt/ml)，金屬鉑的擔(dān)載量為5.0％(重量百分比)，繼續(xù)攪拌下浸漬4-6h后，在旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀中將多余的水份蒸干，然后催化劑前體在烘箱中120℃烘干過夜(約16h)。(2)將步驟1得到的催化劑前體在馬弗爐中于200℃焙燒2小時(shí)。(3)將步驟2得到的催化劑前體在甲酸鈉溶液中(甲酸鈉的用量約為催化劑所含鉑的摩爾量的10倍，溫度為90℃，回流1h后，將催化劑過濾，用大量的熱蒸餾水洗滌，于120℃烘干24h)還原得到催化劑。制得的催化劑編號(hào)為M2-200。用CO化學(xué)吸附測(cè)得的金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小見表1。
實(shí)施例2同實(shí)施例1，只是步驟2中的焙燒溫度為350℃。制得的催化劑編號(hào)為M2-350。用CO化學(xué)吸附測(cè)得的金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小見表1。
實(shí)施例3同實(shí)施例1，只是步驟2中的焙燒溫度為500℃。制得的催化劑編號(hào)為M2-500。用CO化學(xué)吸附測(cè)得的金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小見表1。
實(shí)施例4同實(shí)施例1，只是沒有經(jīng)過步驟2，即催化劑前體在浸漬、干燥和烘干后沒有經(jīng)過高溫焙燒，直接在甲酸鈉水溶液中還原制得。制得的催化劑編號(hào)為M2-120。用CO化學(xué)吸附測(cè)得的金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小見表1。
實(shí)施例5負(fù)載金屬鉑催化劑在丙酮酸乙酯不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的應(yīng)用將催化劑M2-120、M2-200、M2-350和M2-500用于丙酮酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。催化劑M2-120、M2-200、M2-350和M2-500用于丙酮酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)各反應(yīng)條件完全相同。
稱取0.500克催化劑，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有100毫克手性分子辛可尼定的40毫升乙酸溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入5毫升丙酮酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封，通入約7.5兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)12分鐘后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表2。
實(shí)施例6負(fù)載金屬鉑催化劑在丙酮酸乙酯不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的應(yīng)用將催化劑M2-350和M2-500用于丙酮酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。催化劑M2-350和M2-500用于丙酮酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)各反應(yīng)條件完全相同。
稱取0.250克催化劑，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有50毫克辛可尼定的20毫升乙酸溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入5毫升丙酮酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約7.5兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)12分鐘后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表2。
實(shí)施例7負(fù)載金屬鉑催化劑在2-氧-4-苯基丁酸乙酯不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的應(yīng)用將催化劑M2-120、M2-350和M2-500用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。催化劑M2-120、M2-350和M2-500用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)各反應(yīng)條件完全相同。
稱取0.100克催化劑，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有11毫克辛可尼定的20毫升甲苯和10毫升乙醇的混合溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入1毫升2-氧-4-苯基丁酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約8.0兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)1小時(shí)后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表3。
實(shí)施例8負(fù)載金屬鉑催化劑在2-氧-4-苯基丁酸乙酯不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的應(yīng)用將催化劑M2-350在不同溶劑中用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。催化劑M2-350在不同溶劑中用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)其他各條件完全相同。
稱取0.200克催化劑，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有手性分子辛可尼定20毫克的30毫升的不同溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入1毫升2-氧-4-苯基丁酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約5.0兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)1小時(shí)后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表4。
實(shí)施例9將催化劑M2-350用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的催化氫化反應(yīng)。
稱取0.100克催化劑，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到不含有辛可尼定的25毫升甲苯中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入1毫升2-氧-4-苯基丁酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約5.0兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)2小時(shí)后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析，反應(yīng)底物的轉(zhuǎn)化率為95.5％，沒有得到光學(xué)選擇性。
實(shí)施例10將催化劑M2-350和M2-500用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。
采用不同的催化劑用量，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有不同辛可尼定用量的20毫升甲苯和10毫升乙醇的混合溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入不同量的2-氧-4-苯基丁酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約5.0兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)1小時(shí)后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表5。
實(shí)施例11同實(shí)施例2，制備了金屬鉑擔(dān)載量分別為1.0和10.0wt.％(重量百分比)的Pt/Al2O3催化劑，根據(jù)不同的金屬鉑擔(dān)載量分別標(biāo)記為M2-350-01和M2-350-10，用CO化學(xué)吸附測(cè)得的金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小見表1；并用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。
采用不同的催化劑用量，在氫氣中400℃預(yù)處理2小時(shí)后，迅速轉(zhuǎn)移到含有11.0毫克辛可尼定的20毫升甲苯和10毫升乙醇的混合溶劑中，然后再將此混合物轉(zhuǎn)移到100毫升的高壓釜中，加入1毫升2-氧-4-苯基丁酸乙酯后將高壓反應(yīng)釜密封后，通入約8.0兆帕高純氫氣，電磁攪拌下進(jìn)行不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)。室溫下反應(yīng)1小時(shí)后停止，將催化劑和產(chǎn)物離心分離后用氣相色譜對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行分析。結(jié)果見表6。
表1.金屬鉑在氧化鋁表面的分散度和鉑粒子的平均大小催化劑 鉑粒子大小(納米)分散度(％)M2-120 6.1 18.5M2-200 6.3 18.0M2-350 3.1 36.8M2-500 2.4 46.7M2-350-011.9 60.5M2-350-104.2 27.2表2.不同催化劑在丙酮酸乙酯不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)中的催化性能用量辛可尼定 轉(zhuǎn)化率 光學(xué)選擇性催化劑 溶劑(ml)(mg) (mg)(％) (％)M2-120 496 101 40ml乙酸99.0 90.5M2-200 499 103 40ml乙酸99.7 89.1M2-350 500 103 40ml乙酸99.3 91.1M2-500 503 105 40ml乙酸99.4 89.6M2-350 253 53 20ml乙酸99.8 94.8M2-500 253 51 20ml乙酸99.8 91.8表3.不同催化劑用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)的催化性能催化劑 轉(zhuǎn)化率(％)光學(xué)選擇性(％)M2-120 91.6 71.0M2-350 92.7 73.2M2-500 94.5 65.3
表4.催化劑M2-350在不同溶劑條件下在2-氧-4-苯基丁酸乙酯不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)中的催化性能轉(zhuǎn)化率光學(xué)選擇性催化劑溶劑(％)(％)M2-350 30ml乙醇98.3 58.6M2-350 10ml乙醇+20ml甲苯 99.4 69.0M2-350 30ml乙酸98.4 81.8M2-350 15ml乙酸+15ml甲苯 98.0 81.4M2-350 10ml乙酸+20ml甲苯 98.0 83.0M2-350 5ml乙酸+25ml甲苯98.2 82.0M2-350 30ml二氯甲烷99.3 79.0表5.不同催化劑用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)的催化性能鉑用量 辛可尼定 反應(yīng)底物 轉(zhuǎn)化率 光學(xué)選擇性催化劑(mg) (mg) (ml) (％) (％)M2-350 3.99 10.50.8 94.5 71.9M2-350 3.98 11.01.0 92.8 69.8M2-350 10.1 21.21.0 99.4 69.0M2-500 5.30 10.01.0 92.2 63.8表6.不同擔(dān)載量的Pt/Al2O3催化劑用于2-氧-4-苯基丁酸乙酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)時(shí)的催化性能催化劑擔(dān)載量(％) 鉑用量(mg) 轉(zhuǎn)化率(％) 光學(xué)選擇性(％)M2-350-1010.0 10.5 91.3 74.5M2-350-011.01.61 88.9 67.權(quán)利要求
1.一種不對(duì)稱催化氫化的催化劑，分子式為Pt/Al2O3，其中鉑為活性組分，氧化鋁為載體，該催化劑的活性組分鉑在氧化鋁表面的分散度為0.18-0.60，金屬鉑的擔(dān)載量按重量百分比計(jì)為1.0-10.0％；鉑粒子的平均粒子大小為1.9-6.3nm。
2.按照權(quán)利要求1所述的催化劑，其特征在于，活性組分的前體是氯鉑酸。
3.一種制備如權(quán)利要求1所述催化劑的方法，主要步驟為a)往氧化鋁中滴加氯鉑酸水溶液，攪拌下浸漬4-6小時(shí)，蒸干水份；b)將步驟a制得的催化劑前體在烘箱中80-120℃干燥8-20小時(shí)；c)將步驟b得到的鉑催化劑前體于200-500℃下焙燒0.5-4小時(shí)；d)將步驟c焙燒后的催化劑前體在甲酸鈉的水溶液中還原得到催化劑，甲酸鈉水溶液中的甲酸鈉用量大于等于所含鉑的摩爾量的10倍，甲酸鈉水溶液的溫度為80-100℃，回流時(shí)間為0.5-2小時(shí)；e)將步驟d還原后將催化劑過濾，蒸餾水洗滌，100-120℃烘干15-30小時(shí)。
4.按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于，步驟a所用氧化鋁為γ-氧化鋁。
5.按照上述任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的催化劑在α-酮酸酯的不對(duì)稱催化氫化反應(yīng)中的應(yīng)用。
全文摘要
一種不對(duì)稱催化氫化的催化劑及其制備方法和應(yīng)用，催化劑分子式為Pt/Al
文檔編號(hào)B01J23/42GK1660487SQ20041000672
公開日2005年8月31日 申請(qǐng)日期2004年2月26日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月26日
發(fā)明者李 燦, 李曉紅, 韓滌非, 應(yīng)品良 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所