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摘 要：本文制備了甲基修饰的脯氨酰胺功能化的介孔材料，研究结果表明：通过对反应条件的筛选，发现在水溶液中材料显示了对不对称aldol反应的最好的催化性能，催化剂可以循环使用5次，并且手性选择性基本保持不变。
关键词：介孔材料 功能化 脯氨酰胺 不对称aldol反应
自2000年，Barbas等人报道了L-proline催化的不对称aldol反应以来，不对称有机催化有了蓬勃的发展，已被人们认为是继过渡金属不对称催化和酶催化之后的第三种重要的不对称催化方法[1，2]。相对于过渡金属催化剂，有机催化剂不需要使用价格高昂并且具有毒性的过渡金属，并且有机催化剂相对于过渡金属催化剂和酶催化剂不仅价格便宜，而且催化反应操作简单，因此，很多重要的不对称碳-碳键、碳-氮键形成反应的有机催化剂被开发出来。
基于文献中有报道L-脯氨酰胺是直接不对称aldol反应的高效催化剂[3]，本文中，我们合成了含有L-脯氨酰胺功能团的介孔材料，另外有报道，甲基修饰可以提高脯氨酰胺功能化介孔材料的催化性能[4]，我们制备了甲基修饰的脯氨酰胺功能化的介孔材料，并详细研究了反应条件（温度、溶剂、添加剂等）对催化性能的影响，并研究了催化剂的循环使用性能。
一、实验部分
1.材料制备
脯氨酰胺功能化的SBA-15型介孔材料参照文献制备[5]。具体合成过程如下： 28 mL HOAc-NaOAc 缓冲溶液中（pH=4.4， HOAc：0.52 mol/L，NaOAc ： 0.27 mol/L）加入1.0 g P123溶解，在25 oC 搅拌20 小时。然后，向上述溶液中加入2.03 mL硅酸钠水溶液（20% SiO2，6% Na2O），10分钟后，将TEOS （6.8 mmol）与（2S，1’R，2’R）-N-t-butyloxycarbonylpyrrolidine-2-carboxylic acid [2’-（4-trimethoxysilylbenzylamide）-cyclohexyl]amide （PCA， 1.7 mmol）与1.69 g 乙醇超声混匀，加入到上述溶液中，然后在40oC 搅拌24 小时。100oC 晶化24 小时，降至室温，过滤，水洗，乙醇洗，室温干燥。所得固体按1.0 g 材料用200 mL 乙醇比例，萃取模板剂。除去模板剂的材料命名为PCA-SBA-Boc。含保护基的材料PCA-SBA-Boc（1.0 g）加入到20 mL CH2Cl2/TFA （4/1） 溶液中，室温搅拌2 h。过滤后，材料用乙醇洗涤，室温干燥后的材料加入到50 mL 四甲基氢氧化胺的甲醇溶液中（0.2 M），室温搅拌1 h。过滤，乙醇洗涤，60oC真空干燥，所得材料分别命名为PCA-SBA。
对材料表面进行有机基团修饰过程如下：将材料PCA-SBA （0.3 g） 加入到50 mL 烧瓶中，加入5 mL 无水甲苯，加入三甲氧基甲基硅烷（0.6 mmol），在氩气气氛下，于110oC 回流24 小时，降至室温，过滤，并用乙醇洗涤除去过量硅酯，室温干燥得有机基团修饰的材料，命名PCA-SBA-Me。
2.催化反应
含0.0125 mmol （10 mol%）L-脯氨酰胺的催化剂中加入0.1mL溶剂和0.1mL环己酮，冰醋酸的量为10 mol%，再加入0.019 g 4-硝基苯甲醛，于相应温度下反应；反应后处理都相同，即用乙酸乙酯萃取反应液，收集有机层，柱层析分离产物（石油醚/乙酸乙酯=3/1）。1H NMR（CDCl3，400 MHz）： δ = 1.3╞1.5 （m， 1H）， 1.4╞1.8 （m， 2H）， 1.8╞1.95 （m， 1H）， 2.0╞2.2 （m， 1H）， 2.2╞2.5 （m， 1H）， 4.0╞4.2 （1H）， 4.8╞5.0 （1H）， 7.4╞7.6 （m， 2H）， 8.2╞8.3 （m， 2H） ppm。产物的syn/anti与ee值通过HPLC测得，手性柱：Chiralpak AD-H； 流动相：正己烷：异丙醇=80：20；流速：0.5 mL/min； λ=254 nm；anti：tR=24， 31 min；syn：tR=20， 22 min。
3.材料表征
材料比表面积和孔径分析是采用Micromeritics ASAP 2020 自动物理吸附仪，样品置于测试管中于120 °C 下抽空预处理6 h，然后在液氮温度-196 °C下进行N2 吸附法测定。然后根据静态法测量吸附-脱附等温线，按Brunauer-Emmett-Teller （BET）理论计算材料的比表面积，依据Barret Joyer and Halenda（BJH）等效圆柱模型计算孔分布，孔体积由P/P0=0.99 处单点吸附容量测定。采用FEI Tecnai G2 Spirit 及日本的JEOL JEM-2010 型透射电子显微镜。测试前首先采用超声将样品分散在乙醇中，然后取一滴于载有碳膜的铜网上，晾干后于电镜中观察。FT-IR 红外光谱分析是在Nicolet Impact 410 型傅立叶变换红外光谱仪上进行。谱图分析和仪器控制通过Nicolet OMNIC 软件完成。测试条件：扫描次数：32 次；分辨率：4 cm-1；探测器：DTGS KBr。
二、结果与讨论
1.材料的结构组成性能表征
从红外图，我们知道在甲基修饰后，在1279 cm-1 处出现了一个新的吸收峰，归属为甲基硅酯的CH3-Si 的振动吸收峰，说明甲基基团被成功的链接到脯氨酰胺功能化介孔材料的表面。
2.催化性能
另一方面催化产物的anti/syn，从85/15降到71/29，产物的ee值从94%降到92%，说明低温有利于获得高的非对映体和手性选择性。30-40oC，反应时间降为17小时，产物收率仍是随温度升高而增加，产物的anti/syn从66/34降到49/51，产物的ee值从88降到82。温度关系说明，温度升高催化剂活性增加，但是催化剂的非对映体和手性选择性则随温度升高而降低，这与文献中手性催化反应与温度的关系一致[3]。
三、结论
我们成功制备了甲基修饰的脯氨酰胺功能化的介孔材料，材料对不对称aldol反应具有较好的催化性能，可以催化含有强吸电子取代基芳香醛与环己酮的不对称aldol反应，催化剂可以循环使用5次，催化活性有稍微降低，但手性选择性得到保持。
参考文献
[1]B. List. R. A. Lerner. C. F. Barbas， J. Am. Chem. Soc. 2000， 122， 2395-2396.
[2]S. Mukherjee. J. W. Yang. S. Hoffmann. B. List， Chem. Rev. 2007， 107， 5471-5569.
[3]J. R. Chen. H. H. Lu. X. Y. Li. L. Cheng. J. Wan. W. J. Xiao， Org. Lett. 2005， 7， 4543-4545.
[4]J. Gao. J. Liu. J. Tang. D. Jiang. B. Li. Q. Yang， Chem. Eur. J.l 2010， 16， 7852-7858.
关键词：介孔材料 功能化 脯氨酰胺 不对称aldol反应
自2000年，Barbas等人报道了L-proline催化的不对称aldol反应以来，不对称有机催化有了蓬勃的发展，已被人们认为是继过渡金属不对称催化和酶催化之后的第三种重要的不对称催化方法[1，2]。相对于过渡金属催化剂，有机催化剂不需要使用价格高昂并且具有毒性的过渡金属，并且有机催化剂相对于过渡金属催化剂和酶催化剂不仅价格便宜，而且催化反应操作简单，因此，很多重要的不对称碳-碳键、碳-氮键形成反应的有机催化剂被开发出来。
基于文献中有报道L-脯氨酰胺是直接不对称aldol反应的高效催化剂[3]，本文中，我们合成了含有L-脯氨酰胺功能团的介孔材料，另外有报道，甲基修饰可以提高脯氨酰胺功能化介孔材料的催化性能[4]，我们制备了甲基修饰的脯氨酰胺功能化的介孔材料，并详细研究了反应条件（温度、溶剂、添加剂等）对催化性能的影响，并研究了催化剂的循环使用性能。
一、实验部分
1.材料制备
脯氨酰胺功能化的SBA-15型介孔材料参照文献制备[5]。具体合成过程如下： 28 mL HOAc-NaOAc 缓冲溶液中（pH=4.4， HOAc：0.52 mol/L，NaOAc ： 0.27 mol/L）加入1.0 g P123溶解，在25 oC 搅拌20 小时。然后，向上述溶液中加入2.03 mL硅酸钠水溶液（20% SiO2，6% Na2O），10分钟后，将TEOS （6.8 mmol）与（2S，1’R，2’R）-N-t-butyloxycarbonylpyrrolidine-2-carboxylic acid [2’-（4-trimethoxysilylbenzylamide）-cyclohexyl]amide （PCA， 1.7 mmol）与1.69 g 乙醇超声混匀，加入到上述溶液中，然后在40oC 搅拌24 小时。100oC 晶化24 小时，降至室温，过滤，水洗，乙醇洗，室温干燥。所得固体按1.0 g 材料用200 mL 乙醇比例，萃取模板剂。除去模板剂的材料命名为PCA-SBA-Boc。含保护基的材料PCA-SBA-Boc（1.0 g）加入到20 mL CH2Cl2/TFA （4/1） 溶液中，室温搅拌2 h。过滤后，材料用乙醇洗涤，室温干燥后的材料加入到50 mL 四甲基氢氧化胺的甲醇溶液中（0.2 M），室温搅拌1 h。过滤，乙醇洗涤，60oC真空干燥，所得材料分别命名为PCA-SBA。
对材料表面进行有机基团修饰过程如下：将材料PCA-SBA （0.3 g） 加入到50 mL 烧瓶中，加入5 mL 无水甲苯，加入三甲氧基甲基硅烷（0.6 mmol），在氩气气氛下，于110oC 回流24 小时，降至室温，过滤，并用乙醇洗涤除去过量硅酯，室温干燥得有机基团修饰的材料，命名PCA-SBA-Me。
2.催化反应
含0.0125 mmol （10 mol%）L-脯氨酰胺的催化剂中加入0.1mL溶剂和0.1mL环己酮，冰醋酸的量为10 mol%，再加入0.019 g 4-硝基苯甲醛，于相应温度下反应；反应后处理都相同，即用乙酸乙酯萃取反应液，收集有机层，柱层析分离产物（石油醚/乙酸乙酯=3/1）。1H NMR（CDCl3，400 MHz）： δ = 1.3╞1.5 （m， 1H）， 1.4╞1.8 （m， 2H）， 1.8╞1.95 （m， 1H）， 2.0╞2.2 （m， 1H）， 2.2╞2.5 （m， 1H）， 4.0╞4.2 （1H）， 4.8╞5.0 （1H）， 7.4╞7.6 （m， 2H）， 8.2╞8.3 （m， 2H） ppm。产物的syn/anti与ee值通过HPLC测得，手性柱：Chiralpak AD-H； 流动相：正己烷：异丙醇=80：20；流速：0.5 mL/min； λ=254 nm；anti：tR=24， 31 min；syn：tR=20， 22 min。
3.材料表征
材料比表面积和孔径分析是采用Micromeritics ASAP 2020 自动物理吸附仪，样品置于测试管中于120 °C 下抽空预处理6 h，然后在液氮温度-196 °C下进行N2 吸附法测定。然后根据静态法测量吸附-脱附等温线，按Brunauer-Emmett-Teller （BET）理论计算材料的比表面积，依据Barret Joyer and Halenda（BJH）等效圆柱模型计算孔分布，孔体积由P/P0=0.99 处单点吸附容量测定。采用FEI Tecnai G2 Spirit 及日本的JEOL JEM-2010 型透射电子显微镜。测试前首先采用超声将样品分散在乙醇中，然后取一滴于载有碳膜的铜网上，晾干后于电镜中观察。FT-IR 红外光谱分析是在Nicolet Impact 410 型傅立叶变换红外光谱仪上进行。谱图分析和仪器控制通过Nicolet OMNIC 软件完成。测试条件：扫描次数：32 次；分辨率：4 cm-1；探测器：DTGS KBr。
二、结果与讨论
1.材料的结构组成性能表征
从红外图，我们知道在甲基修饰后，在1279 cm-1 处出现了一个新的吸收峰，归属为甲基硅酯的CH3-Si 的振动吸收峰，说明甲基基团被成功的链接到脯氨酰胺功能化介孔材料的表面。
2.催化性能
另一方面催化产物的anti/syn，从85/15降到71/29，产物的ee值从94%降到92%，说明低温有利于获得高的非对映体和手性选择性。30-40oC，反应时间降为17小时，产物收率仍是随温度升高而增加，产物的anti/syn从66/34降到49/51，产物的ee值从88降到82。温度关系说明，温度升高催化剂活性增加，但是催化剂的非对映体和手性选择性则随温度升高而降低，这与文献中手性催化反应与温度的关系一致[3]。
三、结论
我们成功制备了甲基修饰的脯氨酰胺功能化的介孔材料，材料对不对称aldol反应具有较好的催化性能，可以催化含有强吸电子取代基芳香醛与环己酮的不对称aldol反应，催化剂可以循环使用5次，催化活性有稍微降低，但手性选择性得到保持。
参考文献
[1]B. List. R. A. Lerner. C. F. Barbas， J. Am. Chem. Soc. 2000， 122， 2395-2396.
[2]S. Mukherjee. J. W. Yang. S. Hoffmann. B. List， Chem. Rev. 2007， 107， 5471-5569.
[3]J. R. Chen. H. H. Lu. X. Y. Li. L. Cheng. J. Wan. W. J. Xiao， Org. Lett. 2005， 7， 4543-4545.
[4]J. Gao. J. Liu. J. Tang. D. Jiang. B. Li. Q. Yang， Chem. Eur. J.l 2010， 16， 7852-7858.