專利名稱：含氟Gemini季銨鹽稀土Lewis酸的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含氟季銨鹽稀土 Lewis酸，具體地說，涉及一種含氟碳鏈的"雙子座" (Gemini)季銨鹽的稀土 Lewis酸。
背景技術(shù)：
在傳統(tǒng)的有機合成反應(yīng)中，有機溶劑是最常用的反應(yīng)介質(zhì)，主要是因為其能很好的溶解 有機化合物。通常所用的有機溶劑中，如含鹵原子的二氯甲垸、氯仿、四氯化碳等溶劑被疑 為有致癌性，芳香烴溶劑也有致癌性，這就對人和環(huán)境造成了危害。而有些有毒溶劑難以回 收利用使之對環(huán)境成為更有害的因素。因此選擇無毒無害的溶劑是綠色化學(xué)的重要原則之一。
水溶劑由于其價廉易得，對人和環(huán)境無毒無害，易于操作等其它溶劑無法比擬的有點成 為首選的綠色溶劑。此外，水溶劑特有的效應(yīng)對一些重要的有機轉(zhuǎn)化是十分有益的，有時可 提高反應(yīng)速率、產(chǎn)率和選擇性，另一個重要啟示是生命體內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)大多是以酶催化在水 中進(jìn)行的，因此水相有機合成大有可為。然而，水作為溶劑的致命性的缺點是，大多數(shù)化學(xué) 試劑不溶于或難溶于水，反應(yīng)底物在水中無法均相分散，這又使得化學(xué)反應(yīng)速率在一定的程 度上降低甚至使反應(yīng)停滯。目前解決這一難題的主要方法是在水溶劑中加入一種添加劑(主 要是表面活性劑)和金屬Lewis酸配伍使用，利用其表面活性來分散底物，相當(dāng)于增加了有 機物在水中的溶解度。
然而，表面活性劑與金屬Lewis酸之間的協(xié)調(diào)性又是一個不得不考慮的問題，有時候表 面活性劑和金屬Lewis酸配伍甚至?xí)a(chǎn)生適得其反的效果。因此，研制一種能使原本需在有 機溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)可在水相中順利進(jìn)行的"催化劑"就成為本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的發(fā)明人經(jīng)廣泛及深入的研究，設(shè)計并合成了一種含氟季銨鹽稀土 Lewis酸，經(jīng) 實驗證明其能能使一些原本需有機溶劑中進(jìn)行的有機反應(yīng)可在水相中順利進(jìn)行。
本發(fā)明所說的含氟"雙子座"(Gemini)季銨鹽稀土 Lewis酸，其具有式A所示結(jié)構(gòu)-<formula>formula see original document page 4</formula>
式A中R,，R2分別獨立選自d C6垸基中一種R3,R4分別獨立選自為C4 d2全氟烷 基中一種；RE為稀土元素[或稱為稀土金屬，其定義參見《化工詞典》(第四版)化學(xué)工業(yè)出 版社];X為C1、 Br或I。
在本發(fā)明一個優(yōu)選的技術(shù)方案中，R,, R2分別獨立選自Q C3垸基中一種；更優(yōu)選的技 術(shù)方案為R"R2分別獨立選自Q C3烷基中一種，且R!與R2相同。
在本發(fā)明另一個優(yōu)選的技術(shù)方案中，R3,R4分別獨立選自為Q d2全氟烷基中一種，且 R3與R4相同。
一種制備本發(fā)明所說的含氟季銨鹽稀土 Lewis酸的方法，其主要步驟是采用Behera' amine、丙烯酰氯、烷基胺、全氟碘垸和聯(lián)苯二鹵芐為原料，依次經(jīng)?；?，Micheal加成，季 銨化，水解，稀土絡(luò)合得到目標(biāo)產(chǎn)物。所說制備方法的合成路線如下所示。
合成路線中R,, R2 R3 R4, RE和X的含義與前文所述相同，而化合物a和化合物b按如下 方法合成
<formula>formula see original document page 4</formula>o
艮P:在氮氣保護下、以偶氮二異丁腈引發(fā)劑，由全氟碘烷(化合物a-l或化合物b-l)和 丙烯醇加熱丙烯醇至回流溫度得中間體(化合物a-2或化合物b-2)，用正己垸重結(jié)晶后在氫 氧化鈉溶液和異丙醇的混合液中脫去一分子碘化氫得到化合物a或化合物b。<formula>formula see original document page 5</formula>
(1) 95%甲酸
(2) REC13
目標(biāo)化合物(式A所示化合物)
具體實施例方式
一種制備本發(fā)明所說的含氟季銨鹽稀土 Lewis酸的方法，其包括如下步驟 (1)以三乙胺作縛酸劑，用丙烯酰氯?；疊ehera， amine得到化合物B?；衔顱和烷基
<formula>formula see original document page 5</formula>伯胺(RtNH2禾P/或R2NH2)發(fā)生Micheal加成得到化合物C-a和/或化合物C-b，其再與化合 物a和/或化合物b反應(yīng)，得化合物D-a和/或化合物D-b。
(2)將化合物D-a及化合物D-b和聯(lián)苯二氯芐置于乙睛中回流得到化合物E，化合物E 用95%的甲酸溶液水解叔丁酯基，所得產(chǎn)物再稀土氯化物(REC13)絡(luò)合即得目標(biāo)化合物[式 A所示化合物]。
本發(fā)明所說的含氟季銨鹽稀土 Lewis酸，其含有兩個季銨基，因此在水中和極性有機溶 劑中表現(xiàn)出優(yōu)良的溶解性能。此外，此化合物含有的兩個長氟鏈有強烈的憎水憎油性，因此 有非常杰出的表面活性，不僅可以在極性有機相中催化有機反應(yīng)的進(jìn)行，也能夠在水相中分 散有機反應(yīng)底物，并形成微乳液，因此也能催化在水相中進(jìn)行的有機反應(yīng)。
下面通過實例對本發(fā)明作進(jìn)一步的闡述，目的在于更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。因此，所舉 之例并不限制本發(fā)明的保護范圍
實施例1
<formula>formula see original document page 6</formula>
將7g全氟碘辛烷、lml丙烯醇和84mg偶氮二異丁腈加入到50ml單口燒瓶中，混合物 體系在氮氣保護下加熱到95 'C反應(yīng)24 h。粗產(chǎn)物用40 ml正己烷重結(jié)晶后，加入到12 ml異 丙醇中攪拌并溶解，再向此溶液中加入20ml氫氧化鈉水溶液(質(zhì)量分?jǐn)?shù)40%)，此體系劇烈 攪拌下于室溫反應(yīng)45 min。之后向其中加入100 ml水，用三氯甲烷萃取(3X15 tnl)，飽和 食鹽水洗滌，無水硫酸鎂千燥，加壓除去溶劑得到棕黃色油狀液體，無需進(jìn)一步提純，直接 進(jìn)行下一步反應(yīng)。<formula>formula see original document page 6</formula>
將4.6gBehera，amine和3.1 ml三乙胺溶于80ml二氯甲垸中，并用冰浴冷卻到O'C，取 1 g丙烯酰胺溶于20 ml 二氯甲垸，由恒壓滴液漏斗于15 min內(nèi)滴加到Behera' amine的二氯 甲烷溶液中。滴加完畢后，反應(yīng)物體系升至室溫并繼續(xù)攪拌反應(yīng)2h。之后此二氯甲烷溶液用 水洗滌，飽和食鹽水洗滌，無水硫酸鎂干燥。粗產(chǎn)物柱層析(氯仿乙酸乙酯=10: 1)提 純得到白色固體(化合物4) 4.8 g，產(chǎn)率88%。
lH蘭R (400MHz, CDC13): 5 = 6.22 (1H, dd， /= 18.0, 1.6 Hz)， 6.20 (1H, s), 6.03 (1H, dd, ■/ = 19.0 , 10.0 Hz), 5.59 (1H, (!(!，■/= 12.0, 1.4 Hz), 2.26 (6H, t, /= 7.6 Hz), 2.04 (6H， t， /= 7.6 Hz),1.44 (27H, s).
<formula>formula see original document page 7</formula>
在100 ml單口燒瓶中加入2.0g的化合物4和10ml甲胺水溶液(30%的質(zhì)量分?jǐn)?shù))，再 向其中加入50 ml四氫呋喃使固體全部溶解。此體系加熱至50 'C攪拌反應(yīng)4 h。減壓除去溶 劑，此時有固體析出，并殘留有少量水。用二氯甲烷溶解固體并用無水硫酸鈉干燥，粗產(chǎn)物 柱層析提純(二氯甲烷甲醇=10: 1)得到白色固體(化合物5) 1.8 g，產(chǎn)率85%。
麗R (400MHz, CDC13): 3 = 2.92 (br, 1H, NH), 2.87 (t， 2H, 5.8 Hz), 2.46 (s, 3H), 2.36 (t, 2H, 6.0 Hz), 2.19 (t, 6H, ■/= 7.6 Hz)， 1.93 (t， 6H, /= 7.6 Hz), 1.42 (s, 27H).
<formula>formula see original document page 7</formula>
取1.8g化合物5， 1.9g未提純的化合物3溶于18ml異丙醇，氮氣保護下加熱回流5h， 冷卻后減壓除去溶劑，粗產(chǎn)物柱層析提純(二氯甲烷甲醇=20: 1)得到白色固體(化合 物6) 3.2 g，產(chǎn)率91%。
iH麗R (柳MHz, CDC13): 3 = 4.86 (s, 1H， OH), 4.13 (m, 1H), 2.92 (t, 2H， ■/= 7.2 Hz), 2.64 (d, 2H, 8.4 Hz), 2.52 (s， 3H), 2.00-2.43 (m, 10H)， 1.93 (t, 6H， J= 7.4 Hz)， 1.43 (s， 27H).
<formula>formula see original document page 7</formula>
將2.30g化合物6、 0.29g聯(lián)苯二氯芐投入到15ml乙睛中，氮氣保護下回流反應(yīng)10 h， 減壓除去溶劑，殘余物用乙醚洗滌三次，真空干燥，得到白色固體1.84g，產(chǎn)率71%.
NMR (400MHz, CDC13): <5 = 7.86 (d, 4H, /= 6.8Hz), 7.13 (d, 4H, /= 7.2 Hz), 4.86 (s, 2H, OH)， 4.28(s, 4H), 4.13 (m, 2H), 2.92 (t, 4H， ■/= 7.2 Hz), 2.64 (d, 4H, /= 8.4 Hz)， 2.52 (s, 6H)， 2.00-2,43 (m, 20H), 1.93 (t, 12H, /= 7.4 Hz)， 1.43 (s, 54H).
<formula>formula see original document page 7</formula>將1.84 g化合物7投入到30 ml甲酸溶液中(質(zhì)量分?jǐn)?shù)95%),于室溫下攪拌24 h，之后減壓 除去溶劑，殘余物置于放有五氧化二磷的真空干燥器中干燥，得到白色至淺黃色固體1.55 g, 產(chǎn)率99%.
!H NMR (400MHz, D20): 6 = 7.56 (d, 4H, 6.8Hz), 7.33 (d, 4H, /= 7.2 Hz), 4.56 (s， 2H, OH)， 4.26(s, 4H), 4.06 (m， 2H), 2.87 (t， 4H, ■/= 7.2 Hz)， 2.61 (d, 4H, /= 8.4 Hz), 2.53 (s， 6H)， 2.00-2.46 (m, 20H)， 1.97 (t， 12H， /= 7.4 Hz).
<formula>formula see original document page 8</formula>
將1.35g化合物8溶于20ml絕對乙醇中，取0.1 g金屬鈉投入到5 ml絕對乙醇中，待氫 氣全部逸出后，將上述乙醇鈉的乙醇溶液滴加到化合物8的乙醇溶液中，整個過程在干燥的 氣氛中進(jìn)行。再取0.36 g三氯化鑭溶于10 ml絕對乙醇中，將此溶液緩慢滴加到化合物8的 鈉鹽的乙醇溶液中。滴加完畢后室溫下攪拌2 h，過濾，濾液減壓除去溶劑得到灰白色固體 1.54 g，產(chǎn)率99%。
實施例2
催化劑(化合物1 )催化的水相Mannich反應(yīng)
<formula>formula see original document page 8</formula>
上義
在大試管中加入2ml水作溶劑，并加入催化劑(化合物l) (43 mg， 2.0mol%)，待催化 劑全部溶解后，依次向試管中加入苯甲醛(106mg， l.Ommol)，苯胺(102mg, 1.1 mmol)， 環(huán)己酮(0.49g,5mmo1)，混合物體系于室溫下攪拌5 h，反應(yīng)完成后，加入水10ml，然后用 乙酸乙酯萃取，無水硫酸鈉干燥，柱層析提純得到白色固體0.26g，收率約92%。 H NMR (400 MHz, CDC13, major/minor = 56:44): <5 = 7.39-7.30 (m, 5H), 7.24-7.22 (t， 2H, ■/= 7.6 Hz), 6.65-6.63 (d， 1H， /= 4.4 Hz), 6.57-6.53 (d, 2H， J= 7.2 Hz), 4.81 (d, 0.44H, /= 4.0 Hz)， 4.64 (d, 0.56H, /= 7.2 Hz), 2.75-2.83 (m， 1H), 2.28-2.47 (m, 2H)， 1.58-1.94 (m， 6H); IR (KBr) : 3386， 2939, 1689, 1500 cm"。實施例3
催化劑(化合物l)催化的氮雜Diels-Alder反應(yīng)
N-亞芐基苯胺(0.347 mmol)和催化劑(化合物1 ) (0.0035mmol)的水的懸浮溶液中，加入 3， 4-二氫吡喃(0.52mmo1)。在室溫條件下攪拌12 h， TLC分析亞胺的點消失后，加入飽和 NaHC03水溶液淬滅反應(yīng)。用乙酸乙酯萃取后，將有機層分別用1N的HC1，飽和食鹽水洗滌， 并用無水Na2S04干燥，減壓蒸干溶劑。粗產(chǎn)物用柱層析分離(hexane: EtOAc-4/l)得產(chǎn)物 (0.28腿o1)。
!HNMR (400 MHz, CDC13) S = 7.46-7.28 (m， 5H), 7.08-6.97 (m， 1H)， 6.63-6.50 (m, 2H), 5.28 (brs， 1H), 4.86 (d， 1H， J=10.2， 5.7 Hz), 4.50 (brd, 1H, J=11.8Hz), 4.28 (brs， 1H)， 3.72-3.63 (m, 1H)， 3.61-3.53 (m， 1H)， 2.43-2.36 (m， 1H) 2.16-2.04(m, 1H), 1.22 (t， 3H, J=7.0 Hz); IR(KBr) 3061， 3414， 3290， 2995,2856, 1726, 1620， 1597， 1497， 1377, 1331, 1269,1153, 1072cm墨l; Found: C， 75.62; H， 7.16; N, 5.04%. Calcd for C17H19N02: C， 75.81; H, 7.11; N， 5.20o/o。
實施例4
催化劑(化合物l)催化的biginell飯應(yīng)<formula>formula see original document page 9</formula>
將苯甲醛(2.5 mmol)，乙酰乙酸乙酯(2.5 mmol)尿素(3,7 mmol)和催化劑l (0.012 mmol) 加入單口反應(yīng)燒瓶，以水作溶劑(5ml),加熱到100 °C，攪拌反應(yīng)lh，冷卻，乙酸乙酯萃 取，分液，旋干得到白色固體。Mp 210-203 °C。
實施例5
催化劑(化合物l)催化的合成高烯丙胺的反應(yīng)
<formula>formula see original document page 9</formula>
H2O，60oC Ph/v、 在單口燒瓶中加入苯甲醛(2.5 mmol),苯胺(2.7 mmol),三丁基烯丙基錫(5.0 mmol) 和催化劑l (0.025 mmol)，電磁攪拌下加熱到60 。C,反應(yīng)6h,產(chǎn)物用乙酸乙酯萃取，分液，無水硫酸鈉干燥，過濾，旋干溶劑，經(jīng)柱層析分離得到無色液體0.178g，收率60%。 & NMR (400 MHz, CDC13): 3= 7.22-7.38 (m, 4H)， 7.16-7.22 (m, 1H), 7.05 (t, J= 7.5 Hz, 2H)， 6.61 (t， J= 7.4 Hz， 1H)， 6.46 (d， /= 7.5 Hz, 2H)， 5.63-5.80 (m， 1H)， 5.08-5.18 (m, 2H), 4.36 (dd, ■/ =5.4, 8.1 Hz, 1H), 4.12 (s, 1H), 2.40-2.61 (m, 2H).
實施例6
催化劑(化合物l)催化三組分合成吡咯烷
苯甲醛(233mg, 2.20mmol)和苯胺(236mg, 2.20mmol)加入到純水(5mL)中，于上述混合液中 加入催化劑(0.02mmol)和2-苯基-l,l-二甲酯基環(huán)丙烷(469mg， 2.00mmo1)，并加熱至80°C 。 TLC 跟蹤反應(yīng)，當(dāng)環(huán)丙烷二酯反應(yīng)完后，冷卻，乙酸乙酯萃取，分液，無水硫酸鈉干燥，過濾， 旋干溶劑，經(jīng)柱層析分離(hexane/EtOAcz2/l)得吡咯烷(780mg, 92%產(chǎn)率)。 LH NMR (400 MHz,CDCl3，): 3 =7.64 (d, J = 7.2Hz, 2H), 7.54 (d， H ) 7.2 Hz， 2 H)， 7.43 (t， J = 7.2 Hz， 2 H), 7.33(t, J = 8 Hz, 3H)， 7.27-7.22 (m, 1H), 7.20-7.15 (m, 3H), 6.90-6.88 (m, 2H), 4.75 (s， 1H), 3.74-3.69 (m， 1H), 3.69 (s, 3H), 3.61(AB， 2H), 3.06 (s， 3H), 2.86 (dd， J =13.5, 10.8 Hz, 1H)， 2.40(dd， J= 13.5， 6.8 Hz， 1H)。
將催化劑l (0.02mmo1)溶解于水中(5ml)，然后按計量投入苯甲醛(2.2mmo1)和2,3-二甲基丁二烯(2.2mmo1)，從室溫慢慢升高到40 °C ，攪拌24h，冷卻至室溫，乙酸乙酯萃取， 分液，無水硫酸鈉干燥，過濾，旋干溶劑，經(jīng)柱層析分離得到油狀產(chǎn)物。 &雨R (400 MHz, CDC13) (5 7.25-7.39 (m, 5H), 4.54 (dd， 1H, J = 10.5, 3.7 Hz)， 4.21 (d， 1H， J = 15.1 Hz), 2.30 (dd, 1H, J =16.6， 11.4 Hz)， 2.08 (d， 1H, J = 16.6 Hz), 1.69 (s, 3H)， 1.59 (s, 3H)。
Me02C C02Me
實施例7
催化劑(化合物l)催化Diels-Alder反應(yīng):
權(quán)利要求
1、一種含氟“雙子座”季銨鹽稀土Lewis酸，其具有式A所示結(jié)構(gòu)式A中R1，R2分別獨立選自C1～C6烷基中一種；R3，R4分別獨立選自為C4～C12全氟烷基中一種；RE為稀土元素；X為Cl、Br或I。
2、 如權(quán)利要求1所述的含氟"雙子座"季銨鹽稀土 Lewis酸，其特征在于，其中R!, R2分別獨立選自d C3垸基中一種。
3、 如權(quán)利要求2所述的含氟"雙子座"季銨鹽稀土Lewis酸，其特征在于，其中R^，R2 分別獨立選自d C3垸基中一種，且Ri與R2相同。
4、 如權(quán)利要求1 3中任意一項所述的含氟"雙子座"季銨鹽稀土 Lewis酸，其特征在于，其中R3，R4分別獨立選自為Q d2全氟垸基中一種，且R3與R4相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種含氟“雙子座”(Gemini)季銨鹽稀土Lewis酸，其具有式A所示結(jié)構(gòu)。本發(fā)明所說的含氟Gemini季銨鹽稀土Lewis酸，其含有兩個季銨基，因此在水中和極性有機溶劑中表現(xiàn)出優(yōu)良的溶解性能。此外，此化合物含有的兩個長氟鏈有強烈的憎水憎油性，因此有非常杰出的表面活性。本發(fā)明設(shè)計并合成的含氟Gemini季銨鹽稀土Lewis酸能使原本需在有機溶劑中進(jìn)行的反應(yīng)可在水相中順利進(jìn)行。式A中R₁，R₂分別獨立選自C₁～C₆烷基中一種；R₃，R₄分別獨立選自為C₄～C₁₂全氟烷基中一種；RE為稀土元素；X為Cl、Br或I。
文檔編號C07C237/00GK101440044SQ200810207889
公開日2009年5月27日 申請日期2008年12月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月26日
發(fā)明者余建軍, 俊 唐, 威 沈, 王利民, 禾 田, 睢園圓, 陳紅娟 申請人:華東理工大學(xué)