手性亚胺/胺基酚氧基锌、镁络合物的合成及催化外消旋丙交酯立体选择性开环聚合研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:caibh
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本文共合成了42个未见文献报道的含悬垂四氢吡咯结构的手性胺基/亚胺酚氧基锌(Ⅱ)、镁(Ⅱ)络合物,所有络合物均通过了1H NMR、13C NMR和EA的分析鉴定,23个典型结构的络合物通过X-ray单晶衍射分析,进一步确证了其空间结构。在此基础上,对这些锌、镁络合物进行了催化外消旋丙交酯(rac-LA)开环聚合的研究。  通过Zn[N(SiMe3)2]2、ZnEt2和Mg[N(SiMe3)2]2与等当量配体(S)-L1-7H反应合成了5个手性亚胺酚氧基锌硅胺基络合物Zn1-Zn3、Zn5、Zn7以及1个锌乙基络合物Zn6Et,5个手性亚胺酚氧基镁硅胺基络合物Mg1-Mg4,Mg7。络合物Zn6Et,Mg2和Mg3进一步通过X-ray单晶衍射分析,确证了其分子结构。通过对比分析所有络合物的核磁氢谱以及Mg2和Mg3的分子结构,发现四氢吡咯氮原子取代基优先顺序不同时会得到具不同绝对构型的手性N原子,该手性中心可以高立体选择性诱导生成不同构型的镁络合物,该系列所有锌、镁络合物均为高度非对映立体选择性合成产物。所有锌、镁硅胺基络合物在一当量异丙醇存在下,催化外消旋丙交酯聚合得到接近理论分子量、窄分子量分布的偏杂规聚丙交酯(Mw/Mn=1.08-1.20)。配体结构中酚氧基邻位空间位阻的增大会使络合物催化活性降低,但杂规规选择性增加。络合物催化活性和立体选择性在配位性的四氢呋喃中比在甲苯中的都有一定程度提高。  用Zn[N(SiMe3)2]2与等当量配体(S)-L8-12H反应合成了5个具悬垂四氢吡咯结构手性胺基酚氧基锌硅胺基络合物Zn8-Zn12,通过对配体两个位置取代基的调整,实现了对手性络合物的非对映选择性合成,得到四个含有非对映异构体的络合物Zn8-Zn11和一个单一构型的光学纯络合物Zn12。络合物Zn8通过X-ray衍射分析同时确定了两个异构体的绝对构型(SCSNRNRzn)-a和(SCSNSNSzn)-b。络合物Zn10和Zn12通过X-ray衍射表明通过调整配体酚氧基邻位以及四氢吡咯N原子取代基可以抑制(SCSNSNSzn)-b异构体的产生,得到了单一构型络合物Zn12的绝对构型(SCSNRNRzn)。络合物酚氧基邻位为小位阻甲基或氯取代时具有非常高的催化活性,随着取代基位阻增大活性呈下降趋势。立体选择性方面,随着配体取代基的增大,相应络合物对外消旋丙交酯聚合等规立体选择性也随之升高。酚氧基邻位含有三苯甲基、四氢吡咯氮正丁基取代的络合物Zn12在异丙醇存在下,以甲苯为溶剂下,在室温和低温中分别得到了Pm=0.80和Pm=0.84的等规聚丙交酯,熔点达到160-166℃。  在前述工作基础上,进一步合成了9个手性胺基酚类配体(S)-L13-21H以及12个具悬垂四氢吡咯结构的手性胺基酚氧基锌络合物Zn13-Zn21、ZnE21、ZnO21、ZnC21,其中络合物Zn13、Zn15、Zn18和Zn20通过X-ray衍射分析获得了a构型分子结构,络合物ZnE21和ZnC21获得了b构型分子结构。通过变换取代基合成相应的络合物,分析了酚氧基邻位取代基、取代四氢吡咯N原子取代基、骨架N原子取代基以及单齿阴离子基团的空间位阻对络合物非对映选择性合成以及催化外消旋丙交酯开环聚合立体选择性的影响。其中酚氧基邻位取代基位阻越大越有利于a构型络合物的生成;骨架N原子取代基空间位阻对络合物非对映选择性合成影响较小;取代四氢吡咯N原子取代基越大或越小都不利于络合物非对映选择性合成;单齿阴离子基团位阻越小越有利于b构型络合物生成。大部分手性胺基酚氧基锌络合物均能高效催化外消旋丙交酯聚合获得等规链节为主的聚丙交酯(Pm=0.65-0.80),各位置取代基空间位阻对络合物催化外消旋丙交酯立体选择性具有较大的影响。酚氧基邻位具大位阻取代基的络合物(Zn17)通常具有较高的等规选择性,随着取代基位阻的减小等规选择性逐步降低;取代四氢吡咯N原子取代基过大(Zn18)和过小(Zn21)都会降低络合物的等规选择性;骨架N原子取代基由苄基变为异丙基后络合物Zn20无立体选择性;利用具有相同配体不同异构体比例的络合物ZnE21和ZnO21催化外消旋丙交酯,所得聚丙交酯具有相等的等规度,证明两种不同构型的异构体具有同样的立体选择性。  合成了8个胺基酚氧基镁硅胺络合物Mg8、Mg12、Mg13、Mg15、Mg17、Mg18、Mg21和Mg22,与相同配体的锌络合物类似,该类镁硅胺基络合物在合成过程中均含有不同比例的一对非对映异构体。络合物Mg12和Mg22的晶胞中解析出构型为(SCSNRNRMg)-a的异构体;络合物Mg15的晶胞中同时含有两种异构体的分子结构,构型分别为(SCSNRNRMg)-a和(SCSNSNSMg)-b;络合物Mg21的分子结构为(SCSNSNSMg)-b构型分子。络合物的非对映选择性合成与配体结构有明显关系,调整配体酚氧基邻位以及四氢吡咯N原子取代基均可以降低其中一种构型异构体含量,但不能完全除去,酚氧基邻位取代基越大可以增大镁络合物中a构型产物的含量,四氢吡咯N原子取代基过大或过小都会降低络合物合成的非对映选择性。镁络合物Mg12、Mg15、Mg17、Mg18、Mg21和Mg22在室温条件下对外消旋丙交酯聚合都具有较高的催化活性,并且在甲苯和四氢呋喃中均表现出杂规选择性。镁络合物对外消旋丙交酯聚合的立体选择性与配体取代基位阻密切相关,酚氧基邻位取代基增大时相应络合物的杂规选择性较高,四氢吡咯N原子取代基位阻适中时相应络合物杂规选择性较高。例如镁络合物Mg12在室温和低温时,在甲苯中分别得到了Pr=0.78和0.81的聚合物。  合成了4个未见报道的锌、镁硅胺络合物Zn23、Mg23和锌叔丁氧基络合物ZnO12、ZnO23。Zn23、Mg23、ZnO12分别与Zn12、Mg12、ZnO12互为对映异构体。利用络合物Zn23与(S)-乳酸甲酯和(R)-乳酸叔丁酯反应得到两个乳酸酯模型化合物Zn25和Zn26,在溶液状态下Zn25几乎为单一构型,Zn26为一对非对映异构体的混合物(Zn26α∶Zn26β=1∶1.25)。通过X-ray衍射分析确定了主要异构体Zn25α和Zn26β/Zn26β的结构。两个乳酸酯烷氧基络合物具有明显的结构差异,当端基乳酸酯为S构型时,Zn25α中乳酸酯羰基与配体四氢吡咯N处于对位形成较弱配位的三角双锥结构;当端基乳酸酯为R构型时,Zn26β中乳酸酯羰基与配体骨架N原子处于对位形成较强配位的三角双锥结构。相反构型的锌硅胺基/叔丁氧基络合物对外消旋丙交酯聚合具相等的催化活性和等规选择性,外消旋络合物催化外消旋丙交酯聚合并没有改变所得聚丙交酯的规整度。基于模型化合物和催化活性中心的结构以及聚合过程对某一单体的插入具有优先选择性的结果,提出光学纯锌络合物催化外消旋丙交酯等规选择性聚合得到嵌段等规聚合物是通过手性中心控制机理和链端控制机理共同作用实现的,其中涉及到三种活性中心结构。镁络合物Mg12和Mg23对D、L-LA具有同样的催化速率,说明镁络合物通过链端控制机理实现催化外消旋丙交酯杂规选择性聚合。聚合过程中锌络合物形成五配位的活性中间体结构,其中乳酸羰基具有hemilabile配位性质;镁络合物具有较高的配位数,在聚合过程中形成六配位的活性中心。金属中心配位数的差异导致结构类似的锌、镁络合物对外消旋丙交酯聚合具有相反的立体选择性。
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