一種四伸苯類化合物的合成方法與流程
2023-05-31 08:56:31 3
本發明涉及一種化合物的合成方法，尤其是涉及一種四伸苯類化合物的合成方法。
背景技術：
四伸苯是由四個苯環鄰位稠合形成的一個八元環組成。它具有一個非平面的鞍形結構，兩對相反的苯環在分子平均面分別向上和向下。由於其獨特的幾何形狀，四伸苯及其衍生物具有重大的研究意義。此外，在各種領域如材料科學、超分子化學、非對稱催化等都具有潛在的應用價值。
目前，常規的合成四伸苯化合物的方法有以下幾種。第一種方法利用2,2』-二溴聯苯或2,2』-二碘聯苯經過鋰化，再通過過渡金屬作用自身偶聯得到四伸苯，如文獻(rajca,a.；wang,h.；bolshov,p.；rajca,s.tetrahedron2001,57,3725)中記載。第二種是通過1,2,5,6-二苯環辛-3,7-二炔和四氫呋喃狄爾斯-阿爾德環加成，再脫氧或氫化/脫氫得到四伸苯，如文獻(song,q.；lebeis,c.w.；shen,x.；ho,d.m.；pascal,r.a.,jr.j.am.chem.soc.2005,127,13732.)中記載。但是上述合成方法的反應步驟相對較多，生產效率比較低。
技術實現要素：
本發明的目的就是為了克服上述現有技術存在的缺陷而提供一種四伸苯類化合物的合成方法。
本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：
一種四伸苯類化合物的合成方法，所述的四伸苯類化合物的結構如下，
所述的合成方法包括以下步驟：往反應器中加入2-碘聯苯類化合物、鈀催化劑和銀鹽，加熱反應，分離產物後乾燥即得到目的產物；
所述的2-碘聯苯類化合物為化合物a和化合物b的混合物，化合物a和化合物b的結構式分別為：
其中，r1、r2、r3、r4均為氫、烷基、滷素或芳基中一種。
優選的，所述的烷基為甲基；所述的滷素為氟或氯；所述的芳基為苯基。
優選的，所述的鈀催化劑為二價鈀化合物。
更優選的，所述的鈀催化劑為醋酸鈀或三氟乙酸鈀。
優選的，所述的銀鹽為一價銀鹽。
更優選的，所述的銀鹽為碳酸銀、醋酸銀、氧化銀或三氟甲基磺酸銀。
優選的，所述的有機溶劑為有機酸。
更優選的，所述的有機酸為三氟乙酸，其添加量滿足與2-碘聯苯類化合物之比為(1.0～2.5)ml：0.3mmol。
優選的，2-碘聯苯類化合物、鈀催化劑和銀鹽中銀原子的摩爾比為1:(0.10～0.15):(0.8～1.2)。
優選的，加熱反應的工藝條件為：在80～120℃下反應10min～12h。
反應底物2-碘聯苯類化合物可以為市售產品或自己合成，合成具體可參見以下文獻：
(1)wallow,t.i.；novak,b.m.j.org.chem.1994,59,5034.
(2)cho,s.y.；grimsdale,a.c.；jones,d.j.；watkins,s.e.；holmes,a.b.j. am.chem.soc.2007,129,11910.
(3)roman,d.s.；takahashi,y.；charette,a.b.org.lett.2011,13,3242.。
採用本發明方法所得產物四伸苯類化合物，可以經過薄層層系、柱層析或減壓蒸餾的方法分離。如用薄層層析、柱層析的方法，所用展開劑為非極性溶劑或者非極性溶劑與極性溶劑的混合溶劑。推薦溶劑可為石油醚，或者石油醚-二氯甲烷，石油醚-乙酸乙酯等混合溶劑。
本發明在有機溶劑中，以2-碘聯苯類化合物作為反應底物，使用鈀催化劑和銀鹽，通過自身偶聯或交叉偶聯反應製得四伸苯類化合物，其反應通式具體如下：
本發明中，反應底物2-碘聯苯在鈀催化劑和銀鹽的作用下，先與pd發生氧化加成反應得到化合物a，銀與碘形成碘化銀，接著碳氫鍵活化形成環鈀絡合物b。化合物b能與又一分子的2-碘聯苯反應生成四伸苯類化合物，或者與另一分子的化合物a反應得到四伸苯類化合物。反應機理通式具體如下：
本發明中，合成四伸苯類化合物只需催化量的鈀，銀的量等同於碘的量時反應效果會最好，有機酸有助於碳氫鍵活化，加快反應的進行。反應條件的簡單，基本沒有副反應發生，使底物能更高效的向產物轉化。
與現有技術相比，本發明首次實現了利用鈀催化2-碘聯苯類化合物的自身偶聯或交叉偶聯，一步快速合成獲得一系列四伸苯類化合物，反應步驟短，時 間短，效率高，產率甚至可以高至70％以上，反應條件溫和，操作簡便，且反應產物具有獨特的化學結構，可應用於材料科學、超分子化學等等。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細說明。
實施例1～16
往反應管中加入2-碘聯苯，鈀催化劑醋酸鈀，銀鹽，三氟乙酸，100℃下攪拌；反應一段時間後，將反應物冷卻至室溫，向其中加入乙酸乙酯萃取，經萃取聚集在一起的有機並用硅藻土過濾；向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，直到水相為ph為中性；收集的有機相用無水硫酸鈉乾燥後，在40℃減壓濃縮，經過柱層析分離(石油醚，洗脫)，得到的白色固體即為四伸苯(1a)：
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.29(m,8h),7.18(m,8h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.51,129.00,127.21；
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h16na+:327.1144(m+na)+,found:327.1142.。
註：上述實施例中所用的醋酸鈀是從strem公司購買而得；所用的2-碘聯苯是從aldrich公司購買而得。
表1實施例1～16中不同反應條件對合成產物的影響
由表1結果可知，當反應溫度為100℃時，反應時間12小時，最高產率可達到70％。值得注意的是，反應10分鐘，反應產率也可以達到69％。
對於實施例6和實施例7，ag2co3和ag2o的量為0.3mmol，相當於ag 的量為0.6mmol，這說明過多的ag的添加會抑制鈀與底物碳碘鍵的氧化加成作用，導致反應不能向下進行。對於實施例14，沒有加入催化劑鈀，反應不能進行，說明鈀是必需的。
實施例17～21
將反應底物換為帶有取代基的2-碘聯苯類化合物，醋酸鈀，碳酸銀，三氟乙酸，100℃下攪拌；反應一段時間後，將反應物冷卻至室溫，向其中加入乙酸乙酯萃取，經萃取聚集在一起的有機並用硅藻土過濾；向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，直到水相為ph為中性；收集的有機相用無水硫酸鈉乾燥後，在40℃減壓濃縮，經過柱層析分離(石油醚，洗脫)，得到的白色固體即為四伸苯類化合物(2a，4a，5a，6a)。考察不同2-碘聯苯化合物對本發明的合成方法的影響，其具體反應式可表示為：
其中，r為氟、氯、甲基或苯基。
表2不同2-碘聯苯類化合物自身偶聯對本發明所述合成方法的影響
實施例22～25
不同2-碘聯苯類化合物之間還能進行交叉偶聯反應。將反應底物換為兩種不同的2-碘聯苯類化合物按摩爾比1:1混合的混合物0.4mmol(一種為2-碘聯苯，另一種為帶有取代基的2-碘聯苯)，醋酸鈀0.06mmol，碳酸銀0.2mmol，三氟乙酸2.0ml，100℃下攪拌；反應6小時後，將反應物冷卻至室溫，向其中加入乙酸乙酯萃取，經萃取聚集在一起的有機並用硅藻土過濾；向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，直到水相為ph為中性；收集的有機相用無水硫酸鈉乾燥後，在40℃減壓濃縮，經過柱層析分離(石油醚，洗脫)，可以得到交叉偶聯反應產物，所得白色固體即為四伸苯類化合物(5c,7c,9c)。考察不同2-碘聯苯化合物對本發明所述方法的影響，其反應通式如下：
其中，r1，r2分別為氫、氟、氯、甲基、苯基或甲氧基。
表3不同2-碘聯苯類化合物交叉偶聯對本發明所述方法的影響
實施例26～33
往反應管中加入2-碘聯苯，鈀催化劑，銀鹽，三氟乙酸，100℃下攪拌；反應一段時間後，將反應物冷卻至室溫，向其中加入乙酸乙酯萃取，經萃取聚集在一起的有機並用硅藻土過濾；向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，直到水相為ph為中性；收集的有機相用無水硫酸鈉乾燥後，在40℃減壓濃縮，經過柱層析分離(石油醚，洗脫)，得到的白色固體即為四伸苯(1a)：
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.29(m,8h),7.18(m,8h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.51,129.00,127.21；
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h16na+:327.1144(m+na)+,found:327.1142.。
表1實施例26～33中不同反應條件對合成產物的影響
本發明中合成的各類四伸苯類化合物的結構式與具體檢測數據如下所示：
2,7,10,15-四甲基四伸苯(2a)：
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.06-7.11(m,8h),7.01(s,4h),2.35(m,12h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.67,138.73,136.50,129.87,129.07,127.85,21.06；
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc28h24na+:383.1770(m+na)+,found:383.1764.
2,7,10,15-四氟四伸苯(4a)：
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.10(dd,j＝8.5,5.7hz,4h),7.00(ddd,j＝8.4,8.4,2.7hz,4h),6.87(dd,j＝9.2,2.7hz,4h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ161.93(d,jc-f＝246.06hz),142.19(d,jc-f＝8.0hz),136.13(d,jc-f＝3.2hz),130.94(d,jc-f＝8.3hz),115.66(d,jc-f＝21.7 hz),114.80(d,jc-f＝20.9hz).
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h12f4na+:399.0767(m+na)+,found:399.0726.
2,7,10,15-四氯四伸苯(5a)：
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.30(dd,j＝8.2,2.2hz,4h),7.15(d,j＝2.1hz,4h),7.07(d,j＝8.2hz,4h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.44,138.43,133.72,130.47,128.89,128.16.
hrms(ei-tof)m/z:calcdforc24h12cl4:439.9693；found:439.9690.
2,7,10,15-四苯基四伸苯(6a)：
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.61-7.64(m,8h),7.59(dd,j＝8.0,1.9hz,4h),7.53(d,j＝1.8hz,4h),7.42(t,j＝7.7hz,8h),7.32-7.35(m,8h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ142.02,140.37,140.27,140.19,129.90,128.73,128.18,127.36,127.07,126.06.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc48h32na+:631.2396(m+na)+,found:631.2364.
2,7-二氯-四伸苯(5c)
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.28-7.35(m,4h),7.24(dd,j＝8.2,2.2hz,2h),7.12-7.18(m,6h),7.06(d,j＝8.2hz,2h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ143.10,141.03,139.87,138.89,133.28,130.19,129.29,129.05,128.85,127.88,127.53,127.46.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h14cl2na+:395.0365(m+na)+,found:395.0359.
2-氯-四伸苯(7c)
白色固體；
1hnmr(400mhz,(cd3)2co):δ7.35-7.40(m,7h),7.19-7.25(m,8h)；
13cnmr(100mhz,(cd3)2co):δ145.05,143.13,143.09,142.83,142.75,142.06,141.87,141.72,134.23,132.29,130.71,130.68,130.64,130.63,130.50,130.40,130.19,129.59,129.43,129.24,129.21,129.18,129.02.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h15clna+:361.0754(m+na)+,found:361.0740.
2-甲氧基-四伸苯(9c)
白色固體；
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.26-7.32(m,6h),7.14-7.20(m,6h),7.09(d, j＝8.4hz,1h),6.84(dd,j＝8.4,2.7hz,1h),6.72(d,j＝2.6hz,1h),3.78(s,1h)；
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ158.55,142.63,141.75,141.68,141.48,141.46,141.21,134.21,130.10,129.22,129.08,129.05,129.01,128.91,127.28,127.23,127.20,127.19,127.15,126.98,114.26,112.92,55.20.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc25h18nao+:357.1250(m+na)+,found:357.1222.
實施例34
往反應管中加入2-碘聯苯(1.0g，3.57mmol)，鈀催化劑醋酸鈀(0.04g，0.6426mmol)，碳酸銀(0.49g，1.79mmol)，三氟乙酸(10.0ml)，100℃下攪拌反應6小時後，將反應物冷卻至室溫，向其中加入乙酸乙酯萃取，經萃取聚集在一起的有機並用硅藻土過濾；向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌，直到水相為ph為中性；收集的有機相用無水硫酸鈉乾燥後，再在40℃減壓濃縮，經過柱層析分離(石油醚，洗脫)，得到的白色固體即為四伸苯(0.27g)。當反應底物2-碘聯苯投入為3.0g，三氟乙酸為30ml，得到四伸苯(0.78g)。
上述的對實施例的描述是為便於該技術領域的普通技術人員能理解和使用發明。熟悉本領域技術的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改，並把在此說明的一般原理應用到其他實施例中而不必經過創造性的勞動。因此，本發明不限於上述實施例，本領域技術人員根據本發明的揭示，不脫離本發明範疇所做出的改進和修改都應該在本發明的保護範圍之內。