1、第 36 卷 第 4 期2023 年 8 月Vol.36No.4Aug.2023投稿网址：http:/石油化工高等学校学报JOURNAL OF PETROCHEMICAL UNIVERSITIESSalen金属配合物水解动力学拆分环氧氯丙烷研究进展刘娜1，梁光敏1，季久玉2，周坤1，罗根祥1，李微3（1.辽宁石油化工大学 石油化工学院，辽宁 抚顺 113001；2.辽宁石油化工大学 人工智能与软件学院，辽宁 抚顺 113001；3.黔南民族师范学院 化学化工学院，贵州 都匀 558001）摘要：环氧氯丙烷通过水解动力学拆分可得到手性环氧氯丙烷。手性环氧氯丙烷是具有很高价值的中间体，被广泛应用于
2、医药、材料等领域。Salen 是指两个相同的醛分子和一个二胺分子缩合生成的碱，其与金属化合形成的配合物被称为 Salen金属配合物，常用于手性环氧氯丙烷的合成。综述了近年来 Salen金属配合物催化剂的发展历程及其用于手性环氧氯丙烷合成的研究进展，探究了水解动力学拆分过程中催化剂的失活机理，对以 Salen金属配合物为催化剂合成的手性环氧氯丙烷的应用进行了展望。关键词：手性环氧氯丙烷；Salen金属配合物；水解动力学拆分；对映体中图分类号：TQ013.2 文献标志码：A doi：10.12422/j.issn.1006396X.2023.04.008Research Progress of H
3、ydrolytic Kinetic Resolution of Epichlorohydrin Catalyzed by Salen Metal ComplexesLiu Na1，Liang Guangmin1，Ji Jiuyu2，Zhou Kun1，Luo Genxiang1，Li Wei3（1.School of Petrochemical Engineering，Liaoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China；2.School of Artificial Intelligence and Software，Li
4、aoning Petrochemical University，Fushun Liaoning 113001，China；3.School of Chemistry and Chemical Engineering，Qiannan Noraml University for Nationalites，Duyun Guizhou 558001，China）Abstract:Chiral epichlorohydrin is obtained by kinetic resolution of racemic epichlorohydrin through hydrolysis.Chiral epi
5、chlorohydrin is a valuable intermediate which is widely used in the synthesis of medicine and material.Salen refers to a base formed by the condensation of two identical aldehyde molecules and a diamine molecule,and the complex formed by its combination with metals is called Salen metal complex,whic
6、h is often used in the synthesis of chiral epichlorohydrin.In this paper,the development of Salen metal complex catalysts and their application in chiral epichlorohydrin synthesis are reviewed.At the same time,the deactivation mechanism of catalyst in the process of hydrolytic kinetic resolution was
7、 investigated and the application prospect of synthesis of chiral epichlorohydrin using Salen metal complex catalysts was prospected.Keywords:Chiral epichlorohydrin；Salen metal complex；Hydrolytic kinetic resolution；Enantiomer1959年，为了降低环境污染，王蔭培等1利用生产过程中产生的多余的氯化氢气体和甘油制备二氯 丙 醇，再 进 行 环 化 反 应 制 得 了 环 氧 氯
8、 丙 烷（Epichlorohydrin，ECH）。环氧氯丙烷别名表氯醇，分子式为 C3H5ClO，化学名称为 3氯1,2环氧丙烷，是无色油状液体，有氯仿刺激气味2。环氧氯丙烷价格低廉，具有很好的反应活性，可应用于医药、材料等领域3。手性环氧氯丙烷一般通过水解动力学拆分（HKR）外消旋的环氧氯丙烷得到，具有很好的合成潜力，在立体控制合成有机化合物方面具有很高的价值24。此外，动力学拆分是指利用两个对映异构体对文章编号：1006396X（2023）04005310收稿日期：20221004 修回日期：20230307基金项目：辽宁省教育厅面上项目（LJKZ0397）；贵州省普通高等学校磷石膏综合
9、利用工程研究中心资助项目（黔教合 KY 字2018010）。作者简介：刘娜（1997），女，硕士研究生，从事功能配合物化学方面的研究；Email：。通信联系人：季久玉（1986），男，博士，副教授，从事光、电催化材料方面的研究；Email：。石油化工高等学校学报第 36 卷某一反应的动力学差异，借助手性助剂或催化剂对底物进行选择性拆分5。手性催化剂5和酶6是常见的手性助剂。环氧氯丙烷的水解动力学拆分就是借助手性 Salen 金属配合物催化剂，将外消旋混合物拆分获得纯 S环氧氯丙烷或纯 R环氧氯丙烷7。两个相同的醛分子和一个二胺分子缩合生成的双亚胺席夫碱一般简称为 Salen。因此，Salen
10、又是二亚胺类化合物的总称，用于表示由 N,N双（水杨酸）乙二胺（N,Nbis(salicylidine)ethylenediamine）衍生的双亚胺化合物家族5,811。Salen 中心上的 O、N、N、O 原子可以与金属发生配位，形成 MSalen（M=Ti，Zr，Fe，Mn，Ni，V，Cu，Co，Zn，Al，Sm等）5,12，根据金属的不同，分别称为某金属Salen配合物。Salen 与金属配位时一般只占据金属平面内的四个配位，而把轴向配位空出1314，可以通过修饰Salen金属配合物的结构改变其催化活性。基于 Salen 金属配合物的结构特点和多样性，它 可 广 泛 应 用 于 不 同
11、领 域，包 括 水 解 动 力 学 拆分5,7、CO2与环氧化物的偶联15、氨甲基化反应16、不对称烯烃加成17等。其中，末端环氧化合物的水解动力学拆分是其重要的应用之一。1 Salen 金属配合物催化环氧氯丙烷水解动力学拆分 自 P.Pfeiffer等18于 1933年首次报道 Salen金属配合物，不断有 Salen 金属配合物的衍生物被合成出来。随着研究的深入，这些配合物作为催化剂的价值逐渐被揭开。1991 年，T.Katsuki 课题组和 E.N.Jacobsen 课题组在同一时段报道了手性 Salen 配体的 Mn()络合物1920。E.N.Jacobsen 课题组制备的催化剂引入了
12、叔丁基，因此具有较高的对映选择性，且其制备方法简单，故得到了应用广泛2122。E.N.Jacobsen课题组和 T.Katsuki课题组制备的手性 Salen配体的Mn()络合物即催化剂 1 和催化剂 2 的结构见图120和图 219。1.1 单核 Salen 金属配合物催化环氧氯丙烷水解动力学拆分单核 Salen 金属配合物催化剂具有活性中心均一、选择性高、副反应少等优点，因此最早成为人们关注的焦点。1997 年，E.N.Jacobsen 课题组报道了新合成的手性 Co()Salen 配合物催化剂（催化剂3），并将其成功地用于末端环氧化合物的不对称水解7。这一研究成果开辟了水解动力学拆分的历
13、史新纪元，引起了许多学者的广泛关注。该催化剂在催化环氧氯丙烷水解动力学拆分时，取得了 44%的产率和 98.0%的 e.e.值（e.e.值即对映体过量，表示光学纯度）。催化剂 3 的结构及其催化环氧氯丙烷的水解动力学拆分如图 3 所示。图 3 中，催化剂的用量用摩尔分数表示，下同。2003 年，G.J.Kim 等2325合 成 了 反 阴 离 子CoSalen配合物催化剂（催化剂 4），并将催化剂 4用于末端环氧化合物的水解（见图 4）；通过比较不同阴离子的催化效果，进而找出了最适合这种配体的阴离子；在催化环氧氯丙烷水解动力学拆分时,可得到 40%45%的产率，e.e.值基本能达到 90.0%
14、以上。2017 年，M.Kureshy 等26合成了新型手性大环Co()Salen配合物（催化剂 5）。结果表明，催化剂5 在对映选择性不变的情况下能循环利用 5 次；在12 h 内，催化剂 5 催化环氧氯丙烷水解动力学拆分的产率可达到 46%，e.e.值超过 99.0%。催化剂 5的结构如图 5所示。2021 年，J.L.Y.Chen 课 题 组 提 出 了 两 亲 性图 1催化剂 1的结构Fig.1Structure of catalyst 1 1图 2催化剂 2的结构Fig.2Structure of catalyst 2 2图3催化剂3的结构及其催化环氧氯丙烷的水解动力学拆分Fig.3
15、Structure of catalyst 3 3 and its catalytic hydrolysis kinetic resolution of epichlorohydrin54第 4 期刘娜等.Salen金属配合物水解动力学拆分环氧氯丙烷研究进展Co()Salen配合物（催化剂 6），该配合物通过引入疏水链加速环氧化合物的水解动力学拆分，其速度几乎是市售催化剂的 10 倍27。其中，催化剂 6 在催化环氧氯丙烷水解动力学拆分时,e.e.值可在 70 min 内达到 99.0%以上。催化剂 6 的结构及其催化环氧氯丙烷水解动力学拆分见图 6。1.2 多核 Salen 金属配合物催化环
16、氧氯丙烷水解动力学拆分随着工业的不断发展，传统的单核 Salen 金属配合物催化剂已经不能满足大规模工业生产的需要。E.N.Jacobsen 课题组从 2001 年开始研究并制备了反应活性、对映选择性高的异核双金属 Salen配合物催化剂（催化剂 7），其合成路线见图 729。结果表明，催化剂 7的活性得到了进一步提升，提高了生产效率，降低了经济成本。随后，很多研究人员的目光被异核双金属 Salen配合物催化剂吸引。2002年，R.I.Kureshy等30制备了一种双聚体形式的 Co()Salen 配合物催化剂（催化剂 8）。这种催化剂对环氧化合物和二醇有较高的对映选择性。催化剂 8的结构及其催化环氧氯丙烷的水解动力学拆分如图 8 所示。在实验过程中发现，当反应时间为 6 h、水的添加量为 0.45 当量时，R环氧氯丙烷的e.e.值为 97.0%，产率为 49%；当反应时间为 8 h、水的添加量为 0.50 当量时，R环氧氯丙烷的 e.e.值为98.0%，产率为 45%；当反应时间为 10 h、水的添加量为 0.55当量时，R环氧氯丙烷的 e.e.值为 98.0%，产率为 42%。同年