聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物及其合成方法

2023-04-29 21:04:46 1

專利名稱：聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物及其合成方法
技術領域：
本發明涉及作為Heck反應和Suzuki偶聯反應催化劑的a -聯苯硝酮類碳環 卡賓-鈀絡合物及其合成方法。
背景技術：
不飽和碳間的C-C鍵的形成在有機合成，如藥物、材料、光學器件等的合 成中，佔有非常重要的地位，Heck反應和Suzuki偶聯反應都是作為形成C-C鍵 的重要方法，己被廣泛地應用於有機合成中。Heck反應是滷代芳烴對烯烴的芳 基化反應，Suzuki偶聯反應是烯基或芳基硼試劑與不飽和滷代試劑的偶聯反應， 兩者都需要在鈀催化下完成。在Heck反應和Suzuki偶聯反應中，配體對鈀催化 劑的催化活性起到關鍵性的作用，因此，為了提高催化劑的催化活性，近幾十 年來人們一直在致力於催化劑配體的研究。在所研究的配體中，涉及最多的是 含膦配體。大量的研究結果表明，增加含膦配體的位阻及膦原子上的電子云密 度可以明顯提高催化劑的活性，但是這些配體往往對水和空氣比較敏感，穩定 性不佳，而且價格昂貴，這對該類催化劑配體在工業化中的應用帶來了困難。 因此，近年來人們通過設計合成其它類型的配體，如膦氧配體、膦氮配體及含 硫配體等，以獲得能對水和空氣穩定的新型配體。
氮雜環碳卡賓-鈀絡合物是近年發展起來的可以催化Heck反應和Suzuki偶 聯反應的新型催化劑，特別是烯丙基穩定的氮雜環碳卡賓-鈀催化劑可以催化氯 代芳烴進行室溫Suzuki偶聯反應，該類催化劑本身對水和空氣都能穩定，但是 在催化反應時需要無水無氧條件，而大多數的氮雜環碳卡賓-鈀絡合物本身對水 和空氣都較敏感。
最近Yao等合成出了ci-芳基硝酮碳環卡賓-鈀絡合物並把它們應用於催化 Heck反應(Yao， Q. W. et al，；丄Xm. C/iew. Soc. 2007, J"， 3088-3089)。 a畫 芳基硝酮碳環卡賓-鈀絡合物以二聚體的形式存在，催化劑本身能對空氣穩定。 它們可以有效催化Heck反應，有很高的TON值(>160250)。然而使用該類催 化劑催化Heck反應時還需要在無水無氧條件下進行，而且在產物中還有10%的 區域異構體存在，給反應操作和產物的純化帶來了困難。
a -芳基硝酮化合物可以通過氧化N-芳甲基-N-烷基胺得到或芳香醛與硝基 烷烴的還原縮合得到，來源十分方便。再將它們與二乙酸鈀反應就可得到a-芳 基硝酮碳環卡賓-鈀絡合物，是一種簡便且價廉的方法。通過改變a-芳基硝酮化 合物的結構合成新型的a -芳基硝酮碳環卡賓-鈀絡合物，並研究它們在Heck反應和Suzuki偶聯反應中的催化性能，這對於尋找Heck反應和Suzuki偶聯反應
新型的高效實用催化劑具有重要的意義。

發明內容
本發明的目的是提供一種用於催化Heck反應和Suzuki偶聯反應的oc-聯苯 硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物及其合成方法。
本發明的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其特徵在於它的結構式如式(I) 所示，formula see original document page 6其中Ar為取代在3-、 4-或5-的芳香基，具有式(II)所示的結構，
式(II)
式(II)中R為氫，或為取代在鄰位、或間位、或對位的含1一6個碳原子的 垸基，或為含1—6個碳原子的垸氧基，或為取代在鄰位、或間位、或對位的氯 或氟。
上述的R尤以氫，甲基、甲氧基和氟為優先。
本發明所述的ot-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其中常用的a-聯苯硝酮類 碳環卡賓-鈀絡合物，有以下幾種
一種是Ar為取代在3-位的芳香基，具有式(III)所示的結構，
formula see original document page 6其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間一氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
第二種是Ar為取代在4-位的芳香基，具有式(IV)所示的結構，
式(IV)formula see original document page 7
其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間一氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
第三種是Ar為取代在5-位的芳香基，具有式(V)所示的結構，
其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間_氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
本發明所述的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物的合成方法，其特徵在於將 a-聯苯硝酮類化合物與二乙酸鈀(Pd(OAC)2)按1:1的當量比加入冰乙酸中，反 應液中a-聯苯硝酮類化合物摩爾濃度為0.1-0.3，回流反應5-10小時，再經分離 提純，其中的a-聯苯硝酮類化合物，它的結構式如式(VI)所示，
式(V)formula see original document page 7formula see original document page 8
其中Ar為取代在鄰位、間位或對位的芳香基，具有式(II)所示的結構,
式(n)
式(II)中R為氫，或為取代在鄰位、或間位、或對位的含l一6個碳原子的 垸基，或為含l一6個碳原子的垸氧基，或為取代在鄰位、或間位、或對位的氯
本發明的有益效果在於
本發明的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物可以在有水和空氣條件下穩定 存在，而且無需在惰性氣體保護下催化Heck反應，產物中沒有區域異構體生成。
本發明的ot-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物可以在水相暴露空氣條件下催 化Suzuki偶聯反應。該類絡合物不僅可以催化一般的溴代芳烴進行Suzuki偶聯 反應，還能催化鈍化的溴代芳烴或活化的氯代芳烴進行Suzuki偶聯反應。
具體實施例方式
將ot-[2-(4-甲氧基苯基)]苯基-N-叔丁基硝酮(142毫克，0.5mmol)和二乙酸鈀 (113毫克，0.5mmol)溶解在冰乙酸(2mL)中，回流反應10小時，反應結束後減壓 除去溶劑，再用矽膠柱層析方法進行分離提純得到結構式(III)的ot-聯苯硝酮 卡賓-鈀絡合物，
實施例1
式(III)
式中R為對
甲氧基。用矽膠柱層析方法進行分離提純時，先用乙酸乙酯/石油醚=1/4淋洗除去 雜質，再用乙醇洗脫產物。a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物的產率為74X。 Mp:176-1780c;反位和順位異 構體混合物(反位/順位=77/23) ; iHNMR(400MHz，CDCl3):反位異構體 (major ):S7.68(s,2H)， 7.47(d， /= 7.6 Hz, 2H)， 7.05-7.77 (m, 12H)，3.87(s, 6H), 2.09(s, 6H), 1.02(s， 18H);順位異構體(minor): S7.66(s，2H), 7.05國6.64(m， 14H), 3.81(s，6H)， 2.13(s， 3H)， 1.98(s, 3H)， 1.37(s， 18H); 13C NMR (100 MHz, CDC13):反位異構體 (major) 180.7， 159.0, 141.0， 140.9, 137.3, 133.6， 132.7， 130.5 (x2), 127.4， 126.2， 122.5, 113.8 (x2), 69.6， 55.3， 27.9 (x3)， 24.2;順位異構體(minor) 182.1, 159.0， 141.0, 140.9, 140.1, 134.3, 132.8, 130.5 (x2)， 128.0, 125.7, 123.9， 113.5 (x2), 69.3, 55.3, 28.0 (x3)， 24.2. 實施例2合成方法同實施例1，區別在於用a-[3-(4-甲氧基苯基)]苯基-N-叔丁基硝酮 代替a-[2-(4-甲氧基苯萄]苯基-N-叔丁基硝酮。得到結構式(IV)的a-聯苯硝酮 卡賓-鈀絡合物，式中R為對一甲氧基。a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物的產率為56% 。 Mp: 170 -172QC;反位和順位異 構體混合物(反位/順位=91/9) ; & NMR (400 MHz, CDC13):反位異構體 (major ): S 7.53(d， 《/= 8.4 Hz, 2H), 7.51(s，2H)， 7.43(d, /= 8.4 Hz, 4H), 7.27(d， 《/ = 8.4 Hz, 2H), 7.11(s, 2H), 6.95(d, /= 8.4 Hz， 4H)， 3'84(s， 6H), 2'12(s， 6H), U4(s， 18H);順位異構體(minor, selected peak): L51(s, 18H); 13C NMR (100 MHz， CDC13):反位異構體S180.8, 158.9, 138.1, 136.7(x2), 134.8， 132.8， 127.5(x 2)， 126.8(x2)， 125.3， 114.2(x 2)， 69.5， 55.3, 27.9(x 3)， 24.3.順位異構體(minor， selected式(IV)peaks) 127.7 (x2)， 114.1 (x2), 28.3 (x3). 實施例3合成方法同實施例1，區別在於用a-[4-(4-甲氧基苯基)]苯基-N-叔丁基硝酮 代替a-[2-(4-甲氧基苯基)]苯基-N-叔丁基硝酮，在5 mL的冰乙酸中回流反應5 小時，得到結構式(V)的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物，式(V)式中R為對一甲氧基。其產率為60%。 Mp: 174 -176 。C;反位和順位異構體混合物(反位/順位= 卯/10);& NMR (400 MHz， CDC13):反位異構體(major ): S 7.71(s, 2H), 7.54(d， /= 8.4 Hz， 4H)， 7.46(s, 2H)， 7.22(d, /= 7.6 Hz， 2H), 7.01(d, /= 7.6 Hz, 2H)， 6.96(d， /= 8.4 Hz， 4H), 3.85(s, 6H)， 2.12(s, 6H)， 1.05(s， 18H);順位異構體(minor, selected peaks): 1.49(s， 18H); 13C NMR (100 MHz, CDC13):反位異構體(major ):5180.7， 159.3， 139.7， 138.4， 137.8， 133.2, 132.0， 129.1, 128.1(x 2), 123.7, 122.5, U4.1(x2)， 69.1, 55.3， 27.7(x 3)， 24.3.順位異構體(minor, selected peak) 28.2 (x3). a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物用於Heck反應的實施例 實施例4將對-甲氧基溴苯(187毫克，lmmol)，乙烯基苯(125毫克，1.2rnrno1)， 磷酸鉀水合物(320毫克，1.2 mmol)和實施例1製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡 合物(9毫克，lmol%)加入10 ml反應瓶中，再加入2 ml N,N-二甲基乙醯 胺，在敞開體系中140°C攪拌反應24h。乙酸乙酯/石油醚=1/10進行矽膠柱層析 分離純化，得到產物l-(4-甲氧基苯基)-2-苯基乙烯151毫克，產率72%。 !H NMR (400 MHz, CDC13): S7.51 (d, J = 7.6 Hz， 2H，)， 7.47 (d， J = 8.8 Hz， 2H), 7.36(t, J = 7.8 Hz, 2H), 7.25(t, J = 7.4 Hz, IH)， 7.09(d, J = 16.0 Hz, IH)， 6.99(d, J = 16.8 Hz, 1H), 6.92(d, J = 8.4 Hz, 2H) 3.84(s， 3H).實施例5將溴代苯(157毫克，lmmol)，乙烯基苯(156毫克，1.5mmo1)，磷酸鉀 水合物(799毫克，3 mmol)和實施例2製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物(9 毫克，lmol%)加入10ml反應瓶中，再加入2ml N，N-二甲基乙醯胺，在敞開 體系中140。C攪拌反應24h。乙酸乙酯/石油醚=1/10進行矽膠柱層析分離純化， 得到產物l, 2-二苯基乙烯132毫克，產率73%。!H NMR (400 MHz, CDC13):S7.58 (d， J = 7.2 Hz， 4H), 7.42 (t， J = 7,8 Hz, 4H)， 7.32(t: J = 7.4 Hz, 2H), 7.17(s, 2H).實施例6將對-甲碸基溴苯(235毫克，lmmol)，乙烯基苯(125毫克，1.2mmo1)， 磷酸鉀水合物(320毫克，1.2 mmol)和實施例3製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡 合物(0.2毫升5xlO-3M的DMA溶液，0.1mol%)的加入10ml反應瓶中，再 加入1.8mlN,N-二甲基乙醯胺，在敞開體系中140。C攪拌反應24h。乙酸乙酯/ 石油醚=1/2進行矽膠柱層析分離純化，得到產物l-(4-甲碸基苯基)-2-苯基乙烯 257毫克，產率99%。& NMR (400 MHz， CDC13):57.91 (d, J = 8.4 Hz， 2H)， 7.67 (d, J = 8.4 Hz， 2H), 7.54(d， J = 7.2 Hz, 2H)， 7.39(t， J = 7.4 Hz, 2H)， 7.32(t， J = 7.2 Hz, 1H), 7.25 and 7.13(^q， J = 16.2 Hz, 2H) 3.06(s, 3H).實施例7將間-甲醯基溴苯(185毫克，l.Ommol)，乙烯基苯(125毫克，1.2mmo1)， 乙酸鉀(118毫克，1.2mmo1)和實施例1製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物(0.2 毫升5xl(y3M的DMA溶液，0.1moP/。)的加入10ml反應瓶中，再加入1.8ml N,N-二甲基乙醯胺，在敞開體系中140°C攪拌反應24h。乙酸乙酯/石油醚=1/10 進行矽膠柱層析分離純化，得到產物l-(4-甲醯基苯基)-2-苯基乙烯207毫克，產 率99%。iHNMR(400 MHz， CDCl3):510.04(s， lH),8.01(s, 1H)， 7.75(t, 2H， J=7.4Hz)， 7.50國7.54(m,3H), 7.39(t， 2H, J=7.6Hz)， 7.31(t， 1H, J=7.2Hz), 7.21and7.13(^q，2H， J=16.6Hz).聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物用於Suzuki偶聯反應的實施例實施例8將間-甲醯基溴苯(185毫克，lmmol)，苯硼酸(146毫克，1.2mmo1),磷 酸鉀水合物(320毫克，1.2mmo1)和實施例1製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物(0.4毫升5x 1(T5M的乙醇溶液，0.002mol°/。)加入10ml反應瓶中，總共加入 2.5 ml的乙醇-水(4:l)混合溶劑，在敞開體系中80°C回流攪拌反應24h。乙酸乙 酯石油醚=1: 100進行矽膠柱層析分離提純，得到產物3-苯基苯甲醛23毫克， 產率為13%。^NMR(400MHz， CDCl3):S10.09(s， lH)，8.11(s, 1H), 7.86(d， J = 7.6 Hz, 2H)， 7.64-7.59(m，3H), 7.49(t， J = 7.6 Hz, 2H), 7.41(t, J = 7.4, Hz，lH).實施例9將間-甲醯基溴苯(185毫克，lmmol)，苯硼酸(146毫克，1.2mmo1)，磷 酸鉀水合物(320毫克，1.2mmo1)和實施例2製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物 (0.4毫升5x 10_5M的DMA溶液，0.002mol%)加入10ml反應瓶中，總共加 入2.5 ml的DMA-水(4:1)混合溶劑，在敞開體系中80°C攪拌反應24h。乙酸乙 酯石油醚-l: 100進行矽膠柱層析分離提純，得到產物3-苯基苯甲醛164毫克， 產率為卯％。 實施例10在10 ml反應瓶中加入實施例3製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物(0.4毫 升5x 1(T5M的乙酸乙酯溶液)，旋幹除去溶劑，再加入間-甲醯基溴苯(185毫 克，lmmol)，苯硼酸(146毫克，1.2mmo1)，磷酸鉀水合物(320毫克，1.2mmo1)， 加入2.5ml的水，在敞開體系中80。C攪拌反應24h。乙酸乙酯石油醚=1: 100 進行矽膠柱層析分離提純，得到產物3-苯基苯甲醛165毫克，產率為91%。 實施例11將對-甲氧基溴苯(187毫克，lmmol)，苯硼酸(146毫克，1.2mmo1)，磷 酸鉀水合物(320毫克，1.2mmo1)和實施例3製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合物 (0.2毫升5x 10'4M的DMA溶液，0.01mol%)加入10 ml反應瓶中，總共加 入2.5ml的DMA-水(4:l)混合溶齊U，在敞開體系中100°C攪拌反應24h。乙酸乙 酯石油醚=1: 50進行矽膠柱層析分離提純，得到產物對-甲氧基聯苯157毫克， 產率為85%。& NMR (400 MHz， CDCl3):S7,56(t, J = 8.6 Hz， 4H)， 7.44(t, J = 7.8 Hz， 2H)， 7.32(t， J = 7.4 Hz， 1H)， 7.00(d， J = 8.4 Hz, 2H)， 3.89(s, 3H).實施例12將對-甲碸基氯苯(191毫克，lmmol)，對-甲基苯硼酸(163毫克，1.2mmo1)， 磷酸鉀水合物(320毫克，1.2mmd)和實施例2製得的a-聯苯硝酮卡賓-鈀絡合 物(0.2毫升5xlO—3M的DMA溶液，0.1mol%)加入10ml反應瓶中，總共加入2.5 ml的DMA-水(4:1)混合溶劑，在敞開體系中120。C攪拌反應22h。乙酸乙酯 石油醚=1: 2進行矽膠柱層析分離提純，得到產物4-甲基-4，-甲碸基聯苯224毫 克，產率為91%。& NMR (400 MHz， CDCl3):57.99(d, J = 8.4 Hz, 2H), 7'75(d， J = 8.4 Hz, 2H)， 7.51(d: J = 8.0 Hz， 2H)， 7.30(d, J = 7.6 Hz, 2H)， 3.09(s, 3H),2.42(s， 3H)。
權利要求
1. top= "42" left = "65" top= "111" left = "78"/>式(II)式(II)中R為氫，或為取代在鄰位、或間位、或對位的含1-6個碳原子的烷基，或為含1-6個碳原子的烷氧基，或為取代在鄰位、或間位、或對位的氯或氟。
2.根據權利要求1所述的ot-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其特徵在於Ar 為取代在3-位的芳香基，具有式(III)所示的結構，式(III)其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間一氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
3.根據權利要求1所述的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其特徵在於Ar 為取代在4-位的芳香基，具有式(IV)所示的結構，formula see original document page 3式(IV)其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間一氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
4.根據權利要求1所述的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其特徵在於Ar 為取代在5-位的芳香基，具有式(V)所示的結構，其中的R為氫、或為鄰一甲基、鄰一甲氧基、鄰一氟、間一甲基、間一甲氧基、 間_氟、對一甲基、對一甲氧基或對一氟。
5.權利要求1所述的a-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物的合成方法，其特 徵在於將a-聯苯硝酮類化合物與二乙酸鈀按1:1的當量比加入冰乙酸中，反應 液中a-聯苯硝酮類化合物摩爾濃度為0.1-0.3，回流反應5-10小時，再經分離提 純，其中的a-聯苯硝酮類化合物，它的結構式如式(VI)所示，式(VI)其中Ar為取代在鄰位、間位或對位的芳香基，具有式(II)所示的結構，式(V)formula see original document page 4式(II)式(II)中R為氫，或為取代在鄰位、或間位、或對位的含l一6個碳原子的烷基，或為含l一6個碳原子的烷氧基，或為取代在鄰位、或間位、或對位的氯或氟。
全文摘要
本發明公開的α-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物，其結構式如式(I)所示。合成方法為將α-聯苯硝酮類化合物與二乙酸鈀按等當量加入到冰乙酸中，回流反應5-10小時後，經分離提純得到。本發明的α-聯苯硝酮類碳環卡賓-鈀絡合物可以有效地催化Heck反應和Suzuki偶聯反應。
文檔編號C07F15/00GK101250202SQ20081006113
公開日2008年8月27日 申請日期2008年3月11日 優先權日2008年3月11日
發明者吳金龍, 靜 戴, 戴偉民 申請人:浙江大學