手性胺基苯胺基锌化合物及其制备方法和应用

摘要

本发明公开了一种手性胺基苯胺基锌化合物及其制备方法和应用，其结构式如下式Ⅰ所示，式中R1、R2均为C1-C4直链或支链结构的烷基。本发明催化剂制备方法简单，所得催化剂催化活性和立体选择性高，聚合反应条件温和、所得聚合物产率高、金属残留少、性能好，并且通过对聚合反应条件的控制，可以很好的调控聚合物的分子量。

权利要求

1.一种手性胺基苯胺基锌化合物，其特征是：结构式如下式Ⅰ所示，式中R1，R2均为C1-C4直链或支链结构的烷基；

。

2.根据权利要求1所述的手性胺基苯胺基锌化合物，其特征是：R1为甲基或乙基，R2为甲基或乙基。

3.根据权利要求1或2所述的手性胺基苯胺基锌化合物的合成方法，包括以下步骤：（1）制备配体：将原料N，N-二烷基胺基苯甲醛和(1R,2R)-环己二胺在有机溶剂中发o生缩合反应，反应温度为40～70C，反应时间为2～24小时，反应后经浓缩、重结晶得式ao所示的席夫碱；将席夫碱在有机溶剂中用LiAlH4进行还原，反应的温度为0～70C，反应时间为1～24小时，得具有式A结构的手性胺基苯胺基配体；

（2）制备手性胺基苯胺基锌化合物：将手性胺基苯胺基配体与烷基锌在有机溶剂中反o应，反应温度为0～120 C，反应时间为1～36小时，反应后经浓缩、重结晶得式I结构的手性胺基苯胺基锌化合物；席夫碱和胺基苯胺基配体结构式如下，式中R1为C1-C4直链或支链结构的烷基： 。

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：N，N-二烷基胺基苯甲醛和(1R,2R)-环己二胺的摩尔比为2-3:1；席夫碱与LiAlH4的摩尔比为1: 1～1.5；配体与烷基锌的摩尔比为1：2～5。

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：缩合反应中，缩合反应的温度为50～o o

70C，反应时间为3～12小时；还原反应中，还原反应的温度为20～70 C，反应时间为2～ o

12小时；步骤（2）中，反应温度为20～110 C，反应时间为2～12小时；配体与烷基锌的摩尔比为1：2～3。

6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：所述烷基锌分子式为Zn(R2)2，R2为C1～C4直链或支链结构的烷基。

7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是：步骤（1）中缩合反应所用的有机溶剂为四氢呋喃、甲醇、己烷、乙醇和氯仿中的一种或者两种；步骤（1）中还原反应所用的有机溶剂为四氢呋喃或/和乙醚；步骤（2）中所用有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、己烷、苯、氯仿和二氯甲烷中的一种或者两种；步骤（1）和（2）中，重结晶所用的溶剂均为己烷。

8.一种权利要求1或2所述的手性胺基苯胺基锌化合物的应用，其特征是：用作环内酯开环聚合反应的催化剂，所述环内酯为丙交酯和己内酯的一种或两种，其中，丙交酯为左旋丙交酯和外消旋丙交酯中的一种或两种。

9.根据权利要求8所述的应用，其特征是，环内酯开环聚合反应包括以下步骤：将手性胺基苯胺基锌化合物催化剂、有机溶剂、醇助催化剂和环内酯混合，在无水无氧和惰性气体保护下进行聚合开环反应，反应后将反应物进行处理得聚内酯；醇助催化剂为苄醇或异丙醇。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征是：聚合反应所用有机溶剂为甲苯、二氯甲烷或四氢呋喃；环内酯与手性胺基苯胺基锌化合物催化剂摩尔比为20～2000：1，醇助催化剂与手性胺基苯胺基锌化合物催化剂的摩尔比为2～6：1；聚合反应温度为20～115℃，时间为5-1440分钟。

说明书

手性胺基苯胺基锌化合物及其制备方法和应用

技术领域

[0001] 本发明涉及一种环内酯开环聚合用催化剂，具体的来讲，涉及一类手性胺基苯胺基锌催化剂、其制备方法以及作为环内酯开环聚合催化剂的应用。

背景技术

[0002] 聚丙交酯以及其己内酯共聚物由于具有良好的生物降解性、其在纺织、包装材料等领域有着广泛的应用；由于其具有优秀的生物相容性，它在药物控释、外科缝合线、骨折内固定材料等方面得到广泛的研究，是第一批被美国食品药物管理局批准用于临床的可降解高分材料。因此聚丙交酯作为一种新型的可生物降解材料越来越受到人们的重视。

[0003] 主族金属铝、镁、锡、过渡金属、镧系金属等的烷氧基配合物和烷基配合物都可以作为丙交酯和己内酯开环聚合的催化剂。当前设计丙交酯和己内酯等环内酯开环聚合的催化剂是金属有机化学的研究热点之一，目的在于提高催化活性，控制聚合物的分子量和分子量分布。在环内酯单体开环聚合反中，利用可控聚合方法使聚合过程可控，得到分子量分布窄和可预测分子量的聚合物，使其具有更优异的机械性能和良好的生物可降解性是聚合反应研究的关键。由于丙交酯有左旋-丙交酯，右旋-丙交酯和内消旋丙交酯三种立体异构体，因此聚丙交酯有多种序列结构，具体包括全同立构、间同立构、无规立构、不均匀有规立构和嵌段立构。序列结构对聚丙交酯的性质有很大的影响，而聚丙交酯的序列结构可以通过丙交酯的立体选择性聚合来控制。因为锌催化剂在丙交酯和己内酯的聚合中能实现活性聚合从而预测分子量,而且分子量窄，能满足材料应用方面的需要，所以研究的比较多，其中除了β-二亚胺及三齿NNO锌催化剂能用于消旋丙交酯的选择性开环聚合外，很少有文献和专利报道其他二齿配体配位的锌催化剂能用于消旋丙交酯的选择性开环聚合，因此开发新的锌催化剂用于消旋丙交酯的选择性开环聚合十分必要。

发明内容

[0004] 本发明提供了一种手性胺基苯胺基锌化合物，该化合物适于环内酯开环聚合反应，催化活性高，聚合物的性能好，分子量可控。

[0005] 本发明还提供了该催化剂的制备方法，操作简单，便于实施。

[0006] 本发明还提供了该催化剂在内酯聚合反应中的应用，特别适合催化丙交酯、己内酯的开环聚合。

[0007] 本发明技术方案如下：

[0008] 一种手性胺基苯胺基锌化合物，其特征是：结构式如下式Ⅰ所示，式中R1，R2均为C1～C4直链或支链结构的烷基；R1优选为甲基或乙基，R2优选为甲基或乙基；

[0009] 。

[0010] 本发明还提供了手性胺基苯胺基锌的制备方法，包括以下步骤：

[0011] （1）制备配体：将原料N，N-二烷基胺基苯甲醛和(1R,2R)-环己二胺在有机溶剂o中发生缩合反应，反应温度为40～70C，反应时间为2～24小时，反应后经浓缩、重结晶得o
式a所示的席夫碱；将席夫碱在有机溶剂中用LiAlH4进行还原，反应的温度为0～70C，反应时间为1～24小时，得具有式A结构的手性胺基苯胺基配体，席夫碱和手性胺基苯胺基配体结构式如下，式中R1为C1-C4直链或支链结构的烷基，R2也为C1-C4直链或支链结构的烷基；反应式为：

[0012]

[0013] （2）制备手性胺基苯胺基锌化合物：将手性胺基苯胺基配体与烷基锌在有机溶剂o中反应，反应温度为0～120 C，反应时间为1～36小时，反应后经浓缩、重结晶得式I结构的手性胺基苯胺基锌化合物；反应式为：

[0014]

[0015] 上述配体的制备方法中，N，N-二烷基胺基苯甲醛和手性环己二胺（(1R,2R)-环己二胺）的摩尔比为2～3:1。

[0016] 上述配体的制备方法中，席夫碱与LiAlH4的摩尔比为1:1～1.5。

[0017] 上述配体的制备方法中，缩合反应所用的有机溶剂为四氢呋喃、甲醇、己烷、乙醇和氯仿中的一种或者两种，优选为甲醇、乙醇或己烷。

[0018] 上述配体的制备方法中，还原反应所用的有机溶剂为四氢呋喃或/和乙醚，优选为四氢呋喃和乙醚。

[0019] 上述配体的制备方法中，缩合反应和还原反应所用的有机溶剂作用是为了提供反应所需的环境，其用量对反应影响不大，本领域技术人员可以根据实际需要选择有机溶剂的用量，一般的，取有机溶剂用量为反应物总质量的5～40倍。

[0020] 上述配体的制备方法中，缩合反应后重结晶所用的溶剂优选为己烷。

[0021] 上述配体的制备方法中，还原反应在无水无氧条件下进行。

[0022] 上述配体的制备步骤中，缩合反应的温度优选为50～70oC，反应时间优选为3～12小时。

[0023] 上述配体的制备步骤中，还原反应的温度优选为20～70 oC，反应时间优选为2～12小时。

[0024] 上述步骤（2）中，配体与烷基锌的摩尔比为1：2～5，优选1：2～3。

[0025] 上述步骤（2）中，反应温度优选为20～110 oC，反应时间优选为2～12小时。

[0026] 上述步骤（2）中，所述烷基锌分子式为Zn(R2)2，R2为C1～C4直链或支链结构的烷基。

[0027] 上述步骤（2）中，反应在惰性气体保护下进行。

[0028] 上述步骤（2）中，所用有机溶剂为四氢呋喃、甲苯、己烷、苯、氯仿和二氯甲烷中的一种或者两种。

[0029] 上述步骤（2）中，重结晶所用溶剂优选为己烷。

[0030] 本发明还提供了上述手性胺基苯胺基锌化合物的应用，具体是用作环内酯的开环聚合反应的催化剂，所述环内酯为ε-己内酯（即己内酯）和丙交酯中的一种或两种，其中，丙交酯为左旋丙交酯和外消旋丙交酯中的一种或两种。其中，丙交酯的结构式如式（Ⅳ）所示，ε-己内酯的结构式如式（Ⅶ）所示。

[0031]

[0032] 环内酯开环聚合反应具体包括以下步骤：将手性胺基苯胺基锌化合物催化剂、有机溶剂、醇助催化剂和环内酯混合，在无水无氧和惰性气体保护下进行聚合开环反应，反应后将反应物进行处理得聚内酯。

[0033] 上述开环聚合反应中，反应所用有机溶剂为甲苯、二氯甲烷或四氢呋喃，优选甲苯。

[0034] 上述开环聚合反应中，醇助催化剂为苄醇或异丙醇。

[0035] 上述开环聚合反应中，环内酯与胺基苯胺基锌催化剂的摩尔比为20～2000：1，醇助催化剂与催化剂的摩尔比为2～6：1。

[0036] 上述开环聚合反应中，聚合反应温度为20～115℃，时间为5-1440分钟。温度高时，单体聚合结束所需时间少一些，温度低时，单体聚合结束所需时间长一些。

[0037] 本发明催化剂中，配体和金属对整个催化剂的催化活性均有影响，在本发明限定的范围内（即R1、R2限为C1～C4直链或支链结构的烷基的范围内），催化剂催化活性和立体选择性有所不同，但差别不是很大。

[0038] 本发明催化剂催化活性较高，在使用时用量相对较少，所以在聚合物产品中的金属残留相对较少。另外，在现有技术中，分子量较高的聚合物开环反应是在真空条件下进行的，反应操作难度较大，并且现今一般用的催化剂为辛酸亚锡，此催化剂在催化开环聚合反应时所得聚合物的分子量分布较宽，可控性差；而本发明无需在真空条件下进行，只要保证无水、无氧和惰性条件即可，应更简单易行，此外通过控制聚合单体和催化剂的用量比可得到分子量分布较窄的聚合物，分子量在70万以下的聚合物的分子量可控性都较好，因此相对而言本发明催化剂对分子量的可控性强一些。此外，本发明催化剂为手性催化剂，立体选择性高，对单体聚合位点的特异选择性强，使用外消旋丙交酯作为聚合单体时，所得聚合丙交酯规整度高，可达73%，应用范围更广，而一般非手性催化剂催化外消旋丙交酯进行开环聚合时所得的聚合物为无规聚合物，使用范围窄。

[0039] 本发明锌化合物催化剂制备方法简单，所得催化剂催化活性和立体选择性高，因而可以广泛用于催化丙交酯和己内酯的开环聚合反应。由于催化体系的活性高，聚合反应可以在较低温度下发生，条件温和，且产率高、金属残留少。此外，聚合反应工艺简单，可采用通常的溶液聚合方法，通过聚合反应条件的控制，可以调控聚合物的分子量，所得产品性能更好，应用性更强。

具体实施方式

[0040] 下面通过具体实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于此，具体保护范围见权利要求。

[0041] 制备手性胺基苯胺基配体

[0042] 实施例1

[0043] 取 N，N-二甲基苯甲醛（10.6 g, 71 mmol）溶于 25 ml 己烷，慢慢滴加(1R,2R)-环己二胺 (4.0 g, 35.5 mmol)，滴加完后反应加热回流搅拌10小时。冷却结晶，过滤得到浅黄色粉末席夫碱a 10.3 g，产率 77%。

[0044] 实施例2

[0045] 在 N2气氛下，取实施例1的席夫碱（7.2 g, 19.1 mmol）溶于 50 ml 干燥的乙醚，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.74 g, 19.1 mmol)，加完后反应缓慢升至室温搅拌8小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 1.3 mL 冰水停止反应，再加入1.3 mL NaOH（3M）水溶液，3.9 mL 水，过滤，滤饼用30 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体A 6.6 g，产率 91%。

[0046] 实施例3

[0047] 取 N，N-二乙基苯甲醛（7.0 g, 39.5 mmol）溶于 25 ml 四氢呋喃，慢慢滴加(1R,2R)-环己二胺 (1.5 g, 13.2 mmol)，滴加完后反应加热加热到40℃，搅拌24小时。反应结束后浓缩溶液，加入13 mL己烷冷却结晶，过滤得到浅黄色粉末席夫碱a 3.5 g，产率61%。

[0048] 实施例4

[0049] 在 N2气氛下，取实施例3的席夫碱（4.0 g, 9.2 mmol）溶于 40 ml 干燥的四氢呋喃，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.5 g, 13.8 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，加热到70℃，搅拌2小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.9 mL 冰水停止反应，再加入0.9 mL NaOH（3M）水溶液，2.7 mL 水，过滤，滤饼用40 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体A 3.7 g，产率 93%。

[0050] 实施例5

[0051] 取 N，N-二丙基苯甲醛（6.0 g, 29.2 mmol）溶于 30 ml 乙醇，慢慢滴加(1R,2R)-环己二胺 (1.7 g, 14.6 mmol)，滴加完后反应加热加热到50℃，搅拌12小时。反应结束后浓缩溶液，加入10 mL己烷冷却结晶，过滤得到浅黄色粉末席夫碱a 4.8 g，产率67%。

[0052] 实施例6

[0053] 在 N2气氛下，取实施例5的席夫碱（5.0 g, 10.2 mmol）溶于 40 ml 干燥的乙醚，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.39 g, 10.2 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，搅拌12小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.6 mL 冰水停止反应，再加入0.6 mL NaOH（3M）水溶液，1.8 mL 水，过滤，滤饼用40 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体A 4.8 g，产率 95%。

[0054] 实施例7

[0055] 取 N，N-二异丙基苯甲醛（7.2 g, 35 mmol）溶于 40 ml 氯仿，慢慢滴加(1R,2R)-环己二胺 (0.5 g, 14 mmol)，滴加完后反应加热加热到60℃，搅拌8小时。反应结束后浓缩溶液，加入10 mL己烷冷却结晶，过滤得到浅黄色粉末席夫碱a 4.3 g，产率63%。

[0056] 实施例8

[0057] 在 N2气氛下，取实施例7的席夫碱（4.2 g, 8.6 mmol）溶于 40 ml 干燥的乙醚，在0 ℃下慢慢少量多次加入氢化铝锂(0.4 g, 10.3 mmol)，加完后反应缓慢升至室温，搅拌24小时。反应结束以后向反应体系中慢慢加入 0.6 mL 冰水停止反应，再加入0.6 mL NaOH（3M）水溶液，1.8 mL 水，过滤，滤饼用40 ml 乙酸乙酯洗涤，收集滤液，真空除去溶剂得到淡黄色液体A 4.0 g，产率 95%。

[0058] 制备手性胺基苯胺基锌化合物催化剂（式I）

[0059] 手性胺基苯胺基锌化合物催化剂是由配体和烷基锌反应生成的配合物，其配体的结构式如下式（A），下面对不同配体所得到的催化剂进行举例，优选的配体是R1为甲基，乙基，丙基的配体；R2优选甲基，乙基。

[0060]

[0061] 实施例9

[0062] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.2 g溶于15 mL甲苯中，在室温下加入三倍摩尔量二乙基锌，升到110℃反应2小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品1.6g, 产率91%。

[0063] 实施例10

[0064] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.3g溶于20 mL苯中，在0℃下加入四倍摩尔量二乙基锌，加热到60℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.4g, 产率75%。

[0065] 实施例11

[0066] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.0g溶于20 mL己烷中，在室温下加入五倍摩尔量二乙基锌，升到室温以后，反应36小时,冷却结晶。得纯产品1.1g, 产率83%。

[0067] 实施例12

[0068] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为甲基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.1g溶于20 mL氯仿中，在室温下加入五倍摩尔量二甲基锌，升到50℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶，得纯产品1.4g, 产率90%。

[0069] 实施例13

[0070] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为乙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.4g溶于15 mL四氢呋喃中，在0℃下加入三倍摩尔量二甲基锌，升到室温以后，加热到60℃反应12小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.7g, 产率88%。

[0071] 实施例14

[0072] 所用手性配体结构式如上式（A），其中R1为异丙基，反应过程为：在氮气氛下,将配体1.6g溶于25 mL 二氯甲烷中，在室温下加入三倍量二甲基锌，升到室温以后，反应24小时,除去溶剂，粗产物用己烷重结晶。得纯产品1.6g, 产率76%。

[0073] 催化剂的应用

[0074] 实施例15

[0075] 在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入20 µmol R1为甲基，R2为乙基的锌催化剂、40 mL甲苯、40 µmol苄醇、以及20 mmol的外消旋丙交酯，然后室温反应1440分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得2.6克，分子量31.7万，分子量分布1.23，收率92%。规整度Pm = 68%。

[0076] 实施例16

[0077] 在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入300 µmol R1为异丙基，R2为甲基的锌催化剂、90 mL甲苯、1200 µmol苄醇、以及60 ommol的左旋丙交酯，然后置于70C的油浴中，反应40分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，用甲醇沉淀、洗涤数次，室温下真空干燥，得8.0克，分子量25.6万，分子量分布1.26，收率93%。

[0078] 实施例17

[0079] 在无水无氧和惰性气体保护下进行反应，在用高纯氩气洗气烘烤后的安瓶中顺序加入200 µmol R1为乙基，R2为乙基的锌催化剂、40 mL四氢呋喃、600 µmol异丙醇、以及40 ommol的己内酯，然后置于40C的油浴中，反应5分钟后加入少量水终止反应并溶解聚合物，