连续化合成手性胺的催化剂及其催化机理研究

Chiral amines are important chemical compounds, which are widely used in the production of medicine, pesticide, catalyst, et al. Most current techniques of synthesizing chiral amines employ the batch reactor, and the catalysts' price is high and th recovery is difficult. As a result, the cost of production is high and their pollution is serious. Fixed-bed reactor will be firstly employed in asymmetric synthesis of chiral amines, with racemic secondary alcohol or prochiral ketone and ammonia as the starting material. The new technique is advanced in high efficiency, low cost and eco-friendliness. This reaction proceeds through four steps, including dehydrogenation, amination, dehydration and asymmetric hydrogenation. The key difficulty of the whole process is the preparation of supported chiral catalyst, which can catalyze asymmetric amination. Alumina will be used as carrier for its thermal and hydrothermal stability, and adaptable crosslinking agent will be used to graft the chiral complex. Further more, mechanisms and kinetics of the catalyzed asymmetirc synthesis of chiral amines will also be investigated. Kinetic model will be obtained, which is useful in the spread and application of continuous synthesis of chiral amines.

手性胺作为医药、农用化学品、催化剂等精细化学产品的重要原料，目前仍多采用间歇合成工艺，催化剂性价格高、回收难，使得生产成本高、污染大。本项目拟以外消旋的仲醇（或潜手性的酮）和氨为原料，采用固定床反应器连续催化合成手性胺，具有生产效率高、原料成本低和环境友好等特点，该反应需要历经脱氢、胺化、脱水、不对称氢化等步骤。本课题的技术关键在于制备具有催化不对称胺化功能的负载型手性催化剂。该催化剂以氧化铝为载体，采用交联剂将合适的手性配合物经接枝反应负载于载体表面。通过研究负载型手性催化剂上胺化反应机理及动力学，获得较可靠的动力学模型，为连续化不对称胺化反应的改进与推广应用奠定基础。

胺类化合物作为医药、农用化学品和催化剂等精细化学产品的重要原料，可以通过直接或者间接还原胺化来制备，绿色和高效是其制备的发展方向。本项目在国家自然科学基金的资助下，围绕催化剂和反应的构效关系、反应的分子机理和化工过程强化等关键问题开展研究，主要在天然糖类化合物的修饰、糖基催化剂与反应的构效关系调控、胺化反应的绿色工艺开发、分子层面的反应机理和动力学研究、连续化反应-分离集成的过程强化装置建立等方面取得了一些创新性的研究成果。具体成果如下：.1、通过对胺化反应的中间产物跟踪监测，模拟计算了正丁胺和甲醛加成、脱水成亚胺、催化加氢所有可能发生的基元反应模型。同时发现了Raney Ni可以催化间苯二酚和仲胺的胺化反应，模拟了该反应历程，并预测二正丁胺与间苯二酚无法反应，最终通过实验验证这一预测。在上述基础上，提出了可以工业化生产长链N,N-二烷基芳胺的方法：先用酚和伯胺发生胺化反应，再经过卤代烃烷基化生成目标产物。研究了反应过程的动力学，获得较可靠的动力学模型，为连续胺化反应的改进与推广应用奠定基础。.2、利用天然产物氨基葡萄糖的手性中心，结合其官能团多变性特征，构筑了糖基的吡啶甲酸类有机小分子催化剂，催化亚胺的不对称还原合成手性胺，收率最高达93%，ee值最高为75%，并且提出了可能的催化机理。将N-甲基缬氨酸类的有机小分子催化剂负载到磁性纳米Fe3O4上，对催化剂进行了一系列表征，用于亚胺的不对称还原取得了较好的催化效果；利用磁力回收催化剂，考察了催化剂的重复使用情况，发现回收后的催化剂活性仍旧较优。.3、对气固相催化胺化反应的工艺，建立了反应-分离集成的过程强化装置，此过程综合利用了反应-精馏原理使物料在装置内进行循环反应，适用于单程转化率低的反应，有效提高了反应效率。另外，本项目将该过程强化技术进行了推广应用。技术应用后，产生了良好的社会和经济效益