技术领域
[0001] 本发明涉及微凝胶和催化剂技术领域，尤其涉及一种含钯配合物微凝胶及其制备方法和应用。
相关背景技术
[0002] Suzuki偶联反应，也称作铃木反应，是形成C‑C键的最强有力的工具之一，在有机合成中发挥着重要的作用。常见Suzuki偶联反应的催化体系为均相钯催化剂，其具有明确的活性中心结构，其催化活性、化学选择性和区域选择性等都较高，且反应条件温和。然而，对于均相催化反应，催化剂较难以从产物中分离出来，无法重复利用或循环稳定性差，且给产物纯化带来麻烦，这限制了其在工业生产的应用，尤其是在药物合成方面。将配合物固定在各种载体上，制备多相催化体系可以较好解决分离回收问题。然而，目前大多数多相催化体系中，配合物浓度往往较低且分布较不均匀，容易造成催化活性中心与配体分离，从而可能导致反应选择性差、副反应发生等问题。因此，制备高效稳定、可分离并循环利用的含钯配合物多相催化剂仍然是很有挑战性的课题。
[0003] 高分子微凝胶具有可分散但不溶解于溶液中、高稳定性、通透性、允许比凝胶孔径小的分子快速通过等优点，近几年在催化领域崭露头角，用于负载催化活性中心(酶、金属纳米颗粒、金属离子、有机小分子催化剂)等。尤其，高分子微凝胶负载过渡金属基催化活性中心，所构建的微凝胶催化体系具有相应均相催化剂或多相催化所不具备的一些优势。例如，可以提供准均相催化环境；金属中心在凝胶中的受限有助于催化活性的恢复和污染减少；金属中心在聚合物网络中的“冻结”，有利于防止副反应的发生；如果微凝胶中存在一定疏水区域，则可以有效提高其对疏水性反应底物分子的吸附、富集作用，从而可提高所负载催化剂的催化性能，有助于实现疏水性反应底物分子在水相中反应。如果进一步结合高分子微凝胶的刺激响应性体积相转变等特性，还有望利用刺激响应性高分子微凝胶体积相转变来调控所负载催化剂的催化性能。然而，鲜有报道将钯配合物共价负载于高分子微凝胶，用于Suzuki偶联反应。
具体实施方式
[0025] 本发明提供了一种含钯配合物微凝胶的制备方法，包括以下步骤：
[0026] 将有机氮配体、共聚单体和交联剂混合进行聚合反应，得到含氮配体微凝胶；
[0027] 将所述含氮配体微凝胶与钯配合物混合进行络合反应，得到所述含钯配合物微凝胶。
[0028] 在本发明中，若无特殊说明，使用的原料均为本领域市售商品。
[0029] 本发明将有机氮配体、共聚单体和交联剂混合进行聚合反应，得到含氮配体微凝胶。
[0030] 在本发明中，所述有机氮配体、共聚单体和交联剂的摩尔比优选为1：(1～10)：(0.1～0.5)，更优选为1：(2～8)：(0.2～0.3)。
[0031] 在本发明中，所述有机氮配体优选为L‑烯丙基甘氨酸。
[0032] 在本发明中，所述共聚单体优选包括丙烯酰胺类单体、(甲基)丙烯酸酯类单体和丙烯腈类单体中的一种或多种。
[0033] 在本发明中，所述丙烯酰胺类单体优选包括N‑异丙基丙烯酰胺、丙烯酰胺和(甲基)丙烯酰胺中的一种或多种，所述(甲基)丙烯酸酯类单体优选包括寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、(甲基)丙烯酸甲酯和(甲基)丙烯酸乙酯中的一种或多种，所述丙烯腈类单体优选包括丙烯腈、2‑乙氧基丙烯腈和2‑呋喃丙烯腈中的一种或多种。
[0034] 在本发明中，所述交联剂优选包括式1～3所示化合物中一种或多种：
[0035] (N,N‑亚甲基二丙烯酰胺)、
[0036]
[0037] 在本发明中，所述聚合反应的温度优选为70～100℃，时间优选为5～15h。
[0038] 在本发明中，所述聚合反应优选在保护气氛下进行，所述保护气氛优选为氮气。
[0039] 在本发明中，所述聚合反应的过程中优选还添加引发剂和表面活性剂，所述引发剂优选为2,2‑偶氮二异丁基脒二盐酸盐，所述表面活性剂优选为十二烷基硫酸钠，所述十二烷基硫酸钠的作用是能够制备得到含氮配体微凝胶球，本发明对所述引发剂和表面活性剂的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。
[0040] 在本发明中，所述聚合反应的过程中优选还添加溶剂，所述溶剂优选为水，本发明对所述溶剂的用量没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的用量即可。
[0041] 所述聚合反应完成后，本发明优选将所得聚合反应体系自然降至室温，收集反应液进行第一离心，取下层样品加超纯水分散，然后进行第二离心，重复2次，然后透析3天，收集透析液冻干，得到所述含氮配体微凝胶，储存备用。
[0042] 在本发明中，所述第一离心和第二离心的转速均优选为10000rpm，时间均优选为50min，温度均优选为40℃。
[0043] 在本发明中，所述透析的期间优选2h换一次水。
[0044] 得到含氮配体微凝胶后，本发明将所述含氮配体微凝胶与钯配合物混合进行络合反应，得到所述含钯配合物微凝胶。
[0045] 在本发明中，所述含氮配体微凝胶和钯配合物的摩尔比优选为1：(0.1～0.5)，更优选为1：(0.2～0.4)。
[0046] 在本发明中，所述钯配合物优选包括乙酸钯、硝酸钯、氯钯酸和氯钯酸钠中的一种或多种。
[0047] 在本发明中，所述络合反应的温度优选为室温，时间优选为24h。
[0048] 在本发明中，所述络合反应优选在水相中进行。
[0049] 本发明优选将所述含氮配体微凝胶和钯配合物置于离心管中，加入水充分溶解，2+
室温下搅拌使含氮配体微凝胶吸附Pd 。
[0050] 所述络合反应完成后，本发明优选将所得络合产物透析8h，期间每隔2h换一次水，最后真空干燥，得到所述含钯配合物微凝胶。
[0051] 本发明还提供了上述技术方案所述制备方法制得的含钯配合物微凝胶。
[0052] 本发明还提供了上述技术方案所述的含钯配合物微凝胶在催化Suzuki偶联反应中的应用。
[0053] 在本发明中，所述Suzuki偶联反应的温度优选为30℃，时间优选为4h；所述Suzuki偶联反应中，所述含钯配合物微凝胶的当量优选为卤代物的0.5％。
[0054] 在本发明中，所述卤代物优选为溴化物。
[0055] 下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0056] 含钯配合物微凝胶的制备(实施例1～3)
[0057] 实施例1
[0058] 称取339.1mgN‑异丙基丙烯酰胺、25.0mg N,N‑亚甲基二丙烯酰胺(交联剂式2)、34.5mg L‑烯丙基甘氨酸、29.6mg十二烷基硫酸钠于50mL超纯水中，充分混合后，常温搅拌，通入氮气，继续搅拌1h。升温至70℃，恒温30min。加入13.6mg引发剂2,2‑偶氮二异丁基脒二盐酸盐，反应5h。将反应体系降至室温，收集反应液离心(10000rpm，50min，40℃)，取下层样品重新加超纯水分散，然后离心，重复2次，后透析3天(期间多次换水，2h换一次水)，收集透析液冻干后储存备用。
[0059] 取20mg冻干后含氮配体微凝胶和3.4mg醋酸钯(按照含氮配体微凝胶中配体:Pd2+＝2:1的摩尔比例)于10mL离心管中，加入3mL水充分溶解，室温下搅拌24h，使微凝胶充分吸2+
附Pd 。后透析8h，期间每隔2h换一次水。最后真空干燥，将得到的含钯配合物微凝胶保存至样品瓶中备用。
[0060] 图1为实施例1制得的含钯配合物微凝胶的透射电镜图，可知含钯配合物微凝胶呈球型，粒径均一，分散均匀。
[0061] 实施例2
[0062] 称取101.8mgN‑异丙基丙烯酰胺、7.4mgN,N‑亚甲基二丙烯酰胺(交联剂式2)、34.5mg L‑烯丙基甘氨酸、29.6mg十二烷基硫酸钠于50mL超纯水中，充分混合后，常温搅拌，通入氮气，继续搅拌1h。升温至70℃，恒温30min。加入13.6mg引发剂2,2‑偶氮二异丁基脒二盐酸盐，反应5h。将反应体系降至室温，收集反应液离心(10000rpm，50min，40℃)，取下层样品重新加超纯水分散，然后离心，重复2次，后透析3天(期间多次换水，2h换一次水)，收集透析液冻干后储存备用。
[0063] 取20mg冻干后含氮配体微凝胶和3.0mg氯化钯(按照含氮配体微凝胶中配体:Pd2+＝2:1的摩尔比例)于10mL离心管中，加入3mL水充分溶解，室温下搅拌24h，使微凝胶充分吸2+
附Pd 。后透析8h，期间每隔2h换一次水。最后真空干燥，将得到的含钯配合物微凝胶保存至样品瓶中备用。
[0064] 实施例3
[0065] 称取35μL寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯、16μL寡聚乙二醇二甲基丙烯酸酯(交联剂式1)、34.5mg L‑烯丙基甘氨酸、29.6mg十二烷基硫酸钠于50mL超纯水中，充分混合后，常温搅拌，通入氮气，继续搅拌1h。升温至70℃，恒温30min。加入13.6mg引发剂2,2‑偶氮二异丁基脒二盐酸盐，反应5h。将反应体系降至室温，收集反应液离心(10000rpm，50min，40℃)，取下层样品重新加超纯水分散，然后离心，重复2次，后透析3天(期间多次换水，2h换一次水)，收集透析液冻干后储存备用。
[0066] 取20mg冻干后含氮配体微凝胶和0.8mg硝酸钯(按照按照含氮配体微凝胶中配体:2+
Pd ＝10:1的摩尔比例)于10mL离心管中，加入3mL水充分溶解，室温下搅拌24h，使微凝胶充
2+
分吸附Pd 。后透析8h，期间每隔2h换一次水。最后真空干燥，将得到的含钯配合物微凝胶保存至样品瓶中备用。
[0067] 实施例1～3制得的含钯配合物微凝胶在Suzuki偶联反应中的应用(实施例4～12)[0068] 实施例4
[0069] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 3‑溴苯甲酸、0.91g苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的
0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0070] 实施例5
[0071] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g4‑溴苯甲酸、0.91g苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的
0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0072] 实施例6
[0073] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.08g 2‑羟基‑4‑溴苯甲酸、0.91g苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0074] 实施例7
[0075] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 3‑溴苯甲酸、1.15g 4‑甲氧基苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0076] 实施例8
[0077] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 4‑溴苯甲酸、1.15g 4‑甲氧基苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0078] 实施例9
[0079] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 2‑羟基‑4‑溴苯甲酸、1.15g4‑甲氧基苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0080] 实施例10
[0081] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 3‑溴苯甲酸、1.05g 4‑氟苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0082] 实施例11
[0083] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.005g 4‑溴苯甲酸、1.05g 4‑氟苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0084] 实施例12
[0085] 实验步骤：30℃条件下，将2.075g碳酸钾、1.08g 2‑羟基‑4‑溴苯甲酸、1.05g4‑氟苯硼酸加入200.0mL超纯水，充分搅拌。加入含钯配合物微凝胶催化剂(催化剂的当量为溴化物的0.5％)，反应4h。反应结束后，产物经过柱纯化并通过核磁表征结构，称量计算产率。
[0086] 表1为实施例4～6的产率测试结果，可知本发明的催化剂催化剂活性高，使用条件温和，产物选择性高，可用于室温催化水相Suzuki反应。
[0087] 表1实施例4～12的产率测试结果
[0088] 实施例1 实施例2 实施例3实施例4 100％ 100％ 99％
实施例5 100％ 99％ 98％
实施例6 85％ 80％ 83％
实施例7 99％ 100％ 100％
实施例8 92％ 87％ 95％
实施例9 90％ 93％ 90％
实施例10 73％ 70％ 70％
实施例11 80％ 75％ 82％
实施例12 65％ 69％ 63％
[0089] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，并非对本发明作任何形式上的限制。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
