一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂及其制备方法和应用

本发明属于纳米材料的制备及有机催化，具体涉及一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、近年来，不对称有机催化取得了惊人的进展，已被确立为不对称合成和催化中最有前途和实用的方法之一。其中，不对称醛醇反应被认为是最重要的碳-碳键形成反应之一，反应生成的羟基羰基化合物，是有机合成中非常有价值的中间体，因此引起合成界的极大关注。脯氨酸及其各种结构衍生物已被证明是分子间醛醇反应的有机催化剂，色氨酸作为其中的一种，在水相和有机相均可获得良好的产率和对映选择性，一定程度上扩宽了应用范围。但色氨酸等有机小分子催化体系存在目标产物选择性不足等问题，导致需要额外的能量来进行副产物的分离与处理，大大增加了合成成本。

2、虽然将小分子催化剂进行固定化合成负载型多相催化剂可通过离心等实现催化剂与产物的快速分离，一定程度上降低了有机合成中分离纯化的难度，但有限的选择性仍然是制约其发展的关键因素。过去的研究认为，活性位点与试剂之间相互作用的低特异性可能导致有限的选择性，从而导致副产物的增加，因此开发多种策略提高多相催化剂的选择性成为合成的一大重点。

3、其中，分子印迹技术是一种合成在尺寸、大小以及作用位点与目标分子完全匹配的分子印迹聚合物的技术。而磁性粒子表面进行分子印迹聚合物修饰所形成磁性分子印迹聚合物兼具磁性粒子良好的超顺磁性以及分子印迹聚合物高选择性、高特异性以及预定性的优势。将其与有机催化剂结合有望解决小分子催化剂分离困难以及选择性不足的难题，但当前，还未有关于采用分子印迹技术制备色氨酸催化剂的相关报道。

技术实现思路

1、为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂及其制备方法和应用，解决小分子催化剂分离困难以及选择性不足的难题。

2、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明公开了一种分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂的制备方法，包括以下步骤：

4、1)将l-色氨酸固定在硼酸功能化的磁性纳米颗粒表面，制得色氨酸固定化的磁性催化剂；

5、2)以色氨酸催化的4-硝基苯甲醛与环己酮的羟醛缩合产物为模板分子，在聚乙烯吡咯烷酮的作用下，将模板固定在色氨酸固定化的磁性催化剂表面，形成模板-载体复合物；

6、3)采用溶胶凝胶法，在模板-载体复合物中依次加入氨水、苯基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷功能单体和正硅酸乙酯，制备含有模板分子的聚合物层；

7、4)去除含有模板分子的聚合物层中的模板分子，并清洗、干燥，制得分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂，即色氨酸负载的磁性分子印迹聚合物。

8、优选地，步骤1)中，色氨酸固定化的磁性催化剂是以硼酸功能化的磁性纳米颗粒和l-5-溴色氨酸为原料，以na2cl4pd为钯源，三(3-磺酸钠基苯基)膦为配体，k2co3提供碱性环境，在n2保护下85℃回流制得；

9、其中，硼酸修饰的磁性纳米颗粒与l-5-溴色氨酸、na2cl4pd、三(3-磺酸钠基苯基)膦为配体以及k2co3的用量比为(100-300)mg:(200-800)mg:(150-500)mg:(300-1200)mg:(500-2000)mg。

10、优选地，步骤2)中，模板分子、色氨酸固定化的磁性催化剂、聚乙烯吡咯烷酮和溶剂的用量比为(25-125)mg:(100-500)mg:(5-25)g:(50-250)ml，反应时间为15～100min；其中，溶剂为水与乙醇的混合物，且水与乙醇的体积比为1:3-1:6。

11、优选地，步骤3)中，含有模板分子的聚合物层是将氨水、苯基三甲氧基硅烷、正辛基三甲氧基硅烷功能单体和正硅酸乙酯按照(1-5)ml:(0.5-3)ml:(0.5-5)ml:(50-500)μl的用量比，依次加入到(100-1000)mg模板-载体复合物中，反应3-12h后制得。

12、优选地，步骤4)中，去除模板分子采用无水甲醇和冰醋酸以体积比为(80～95):(20～5)混合配制的洗脱溶液。

13、进一步优选地，步骤1)中，所述硼酸功能化的磁性纳米颗粒的制备方法如下：

14、先制备氨基fe3o4磁性纳米颗粒，并在氨基fe3o4磁性纳米颗粒表面修饰聚乙烯亚胺，制得fe3o4-pei；然后在fe3o4-pei表面接枝苯硼酸，制得硼酸功能化的磁性纳米颗粒。

15、更进一步优选地，氨基fe3o4磁性纳米颗粒采用溶剂热法制备；所用聚乙烯亚胺的分子量为1800；接枝苯硼酸以4-甲酰基苯硼酸为硼酸试剂。

16、本发明还公开了采用上述的制备方法制得的分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂，该磁性固定化色氨酸催化剂为球形，粒径为100～200nm。

17、本发明还公开了上述的分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂在催化4-硝基苯甲醛与环己酮的醛醇反应中的应用。

18、优选地，催化反应中，所述分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂能够选择性吸附与模板结构匹配的底物4-硝基苯甲醛；

19、催化反应条件为：分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂的用量为每10mg 4-硝基苯甲醛使用50～300mg；环己酮与2-硝基苯甲醛/3-硝基苯甲醛/4-硝基苯甲醛的摩尔比为(2-15)：1；溶剂为h2o；温度为25～40℃。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、本发明公开的分子印迹聚合物修饰的磁性固定化色氨酸催化剂的制备方法，首先合成手性色氨酸固定化的磁性催化剂(fe3o4-trp)，然后加入色氨酸所催化的4-硝基苯甲醛与环己酮的反应产物【2-(羟基(4-硝基苯基)甲基)环己酮】作为模板，通过固定模板法在醇水体积比为6:1的溶剂中形成模板-载体复合物；接着该复合物与双功能单体苯基三甲氧基硅烷(ptmos)和正辛基三甲氧基硅烷(otms)进行作用，通过溶胶凝胶技术，在正硅酸乙酯(teos)交联下形成聚合物网络；经过模板洗脱后在外加磁场的辅助下清洗干燥后得到分子印迹聚合物修饰的固定化色氨酸多相催化剂。

22、本发明所合成的多相催化剂具有以下优势：(1)以磁性fe3o4作为基底材料，可在外加磁场下实现催化剂从反应体系的快速分离，一定程度上降低了有机合成中纯化的难度；(2)手性色氨酸催化剂通过c-c共价作用接枝在磁性载体表面，使其在后续的反应过程中保持相对稳定性，有利于催化剂的多次循环使用，降低有机合成的成本；(3)采用ptmos和otms作为双功能单体，增强了目标物与单体之间的相互作用，提高了分子印迹空穴的稳定性和选择性；(4)两种功能单体价廉易得，合成方法简单易于实现；(5)所制备的分子印迹聚合物修饰的磁性色氨酸多相催化剂保持良好的催化性能，可用于催化具体的醛醇反应。

23、本发明制得的上述分子印迹聚合物修饰的磁球负载的色氨酸固体催化剂具有优异的选择性，在催化具体的苯甲醛类底物与环己酮的醛醇反应中，能够选择性地吸附与模板分子相匹配的目标底物，甚至在结构和反应性相似的2-硝基苯甲醛、3-硝基苯甲醛以及4-硝基苯甲醛的混合底物中，能够选择性催化与模板匹配的4-硝基苯甲醛与环己酮的反应，相当程度上解决了有机合成中选择性受限的难题，具有广阔的应用前景。