含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)化合物合成領(lǐng)域，涉及含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物及 其合成固載方法。 技術(shù)背景
[0002] 氮雜環(huán)卡賓（NHC)具有較強(qiáng)的〇_配位能力，與過渡金屬形成的化合物含穩(wěn)定 的金屬_卡賓鍵，通常情況下對空氣、水分及熱均較為穩(wěn)定，因此，氮雜環(huán)卡賓配體已經(jīng) 成為有機(jī)金屬化學(xué)和均相催化領(lǐng)域非常重要的配體之一[參考文獻(xiàn)l_4Hopkinson,M. N. ；Richter,C. ；Schedler,M. ；Glorius,F.Nature. 2014, 510, 485.Crabtree,R.H.Coord. Chem.Rev. 2013, 257, 755.Nelson,D.J. ；Nolan,S.P.Chem.Soc.Rev. 2013, 42, 6723. Scott,N.M. ;Nolan,S.P.Eur.J.Inorg.Chem. 2005, 1815.]。在金屬有機(jī)催化中，氮雜環(huán)卡賓 鈀化合物催化的碳-碳、碳-雜鍵偶聯(lián)反應(yīng)由于具有反應(yīng)活性高、選擇性強(qiáng)及反應(yīng)條件溫和 等特點(diǎn)，目前已在精細(xì)化工、藥物合成、醫(yī)藥生產(chǎn)和電子工業(yè)等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用[參 考文獻(xiàn)5-7Liu，L.F. ;Dong，Y. ;Tang，N.N.GreenChem. 2014, 16, 2185.Han,F.S.Chem.Soc. Rev. 2013, 42, 5270.Molnar,A.Chem.Rev. 2011，111, 2251.]。當(dāng)N-取代基連有具有配位能 力的雜原子的基團(tuán)時，此雜原子和氮雜環(huán)卡賓中的卡賓碳與同一金屬中心配位，形成螯合 型氮雜環(huán)卡賓金屬化合物（如結(jié)構(gòu)式1)。螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物由于結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、催化 性能優(yōu)異，在Heck反應(yīng)、Suzuki反應(yīng)、Sonogashira反應(yīng)等C-C成鍵以及Buchwald-Hartwig 氨化反應(yīng)中，都有良好的催化效果。但這類催化劑中的咪唑環(huán)上沒有可進(jìn)一步反應(yīng)的 活性基團(tuán)，難以固載化，只能作為均相催化劑使用[參考文獻(xiàn)8-llKrishnan，D. ;Wu，M.; Chiang,M. ；Li,Y. ；Leung,P.-H. ；Pullarkat,S.A.Organometal1ics2013, 32, 2389. Hahn,F.E. ；Jahnke,M.C. ；Pape,T. 0rganometallics2006, 25, 5927.Lee,H.M. ；Chiu,P. L. ；Zeng,J.Y.Inorg.Chim.Acta. 2004, 357, 4313.Tsoureas,N. ；Danopoulos,A.A.； Tulloch,A.A. ;Light,M.E.Organometallics2003, 22, 4750.]。均相催化劑不易分離回收、 使用成本高且污染產(chǎn)物，在很大程度上阻礙了氮雜環(huán)卡賓鈀化合物在催化領(lǐng)域的進(jìn)一步應(yīng) 用。
[0003]
結(jié)構(gòu)式1螯合型氮雜環(huán)卡賓金屬化合物

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供固載型含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物；另一目的 在于提供簡單易行、收率高、固載型含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物的制備方法。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明所述含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物具有以下 通式：
[0006]
[0007] 優(yōu)選結(jié)構(gòu)如下化合物：
[0008]
[0009] 上述化合物合成路線如下：
[0010]
[0011] 氮雜環(huán)卡賓鈀化合物的固載化如下：
[0012]
[0013] 本發(fā)明所述的固載型含雜芳基的螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物的合成方法，通過如 下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0014] (1)L-氨基醇、甲醛、乙二醛或苯偶酰，在氯化銨或醋酸銨/L-脯氨酸存在下，在甲 醇中加熱，一步縮合關(guān)環(huán)得到N-取代基上含有羥基的咪唑衍生物；L-氨基醇與乙二醛或苯 偶酰優(yōu)選等摩爾比。
[0015] (2)N-取代基上含有羥基的咪唑衍生物與六元環(huán)雜芳烴鹵代物，在甲苯或乙腈中 加熱回流，得到雜芳基、羥基雙取代的咪唑鑰鹽；N-取代基上含有羥基的咪唑衍生物與六 元環(huán)雜芳烴鹵代物摩爾比優(yōu)選1:1~1:100。
[0016] (3)在有機(jī)溶劑中，雜芳基、羥基雙取代的咪唑鑰鹽與氯化鈀或醋酸鈀/堿性物質(zhì) 條件下，20~100°C溫度反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后，減壓除去溶劑，過柱分離得到螯合型氮雜環(huán)卡 賓鈀化合物。咪唑鑰鹽與氯化鈀或醋酸鈀優(yōu)選1:1摩爾比。
[0017] (4)螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物分別與氯甲基化聚苯乙烯交聯(lián)微球（CCPS)在有 機(jī)溶劑中、20~KKTC攪拌反應(yīng)，過濾，得到固載的氮雜環(huán)卡賓鈀化合物催化劑。
[0018] 步驟（1)所述的L-氨基醇為L-亮氨醇或L-苯丙氨醇；所述的六元環(huán)雜芳烴鹵代 物優(yōu)選2-氯嘧啶、2-溴吡啶或2-溴甲基吡啶。
[0019] 步驟（3)所述的有機(jī)溶劑為甲醇、四氫呋喃、二氯甲烷、甲苯、1，4-二氧六環(huán)、乙 腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇二甲醚、二甲基亞砜。
[0020] 步驟（3)所述的堿性物質(zhì)為醋酸鈉、醋酸鉀、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀、叔戊醇鈉、叔戊 醇鉀。
[0021] 步驟⑷所述的有機(jī)溶劑為甲醇、四氫呋喃、甲苯、1，4-二氧六環(huán)、乙腈、乙二醇二 甲醚。
[0022] 本發(fā)明合成的固載型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，對苯并噁唑衍生 物的C-H活化反應(yīng)表現(xiàn)出高效的催化性能。2-芳基取代苯并噁唑衍生物具有重要的生物和 物理特性，常見于藥物分子及天然產(chǎn)物中，也是許多新型功能材料的重要結(jié)構(gòu)單元。鈀催化 苯并噁唑衍生物經(jīng)C-H活化、與鹵代芳烴偶聯(lián)，是合成2-芳基苯并噁唑衍生物的一種重要 方法。本發(fā)明為苯并噁唑衍生物的C-H活化反應(yīng)提供了一類新型的固載型金屬催化劑，用 于催化反應(yīng)時，催化劑用量少、可重復(fù)使用，反應(yīng)溶劑無需處理，使用廉價易得的堿，催化產(chǎn) 率高，操作簡單，易于分離。
[0023] 催化苯并噁唑衍生物的C-H活化反應(yīng)采用以下步驟：將本發(fā)明固載型氮雜環(huán)卡賓 鈀化合物催化劑、堿、苯并噁唑衍生物、鹵代芳烴加到有機(jī)溶劑中，于80~130°C反應(yīng)8~ 24小時后，降至室溫，過濾分離催化劑，減壓除去溶劑，柱色譜分離得到純品。
[0024] 本發(fā)明創(chuàng)新點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明以多官能團(tuán)化合物氨基醇為初始原料，通過 關(guān)環(huán)、縮合反應(yīng)，得到N-取代基上含有羥基的咪唑衍生物，再與雜芳烴鹵代物經(jīng)離子化反 應(yīng)，得到雜芳基、羥基雙取代的咪唑鑰鹽，進(jìn)一步通過金屬化反應(yīng)得到NHC-N螯合型鈀化合 物。利用NHC-N螯合型鈀化合物中具有反應(yīng)活性的游離羥基與氯甲基化聚苯乙烯交聯(lián)微球 (CCPS)反應(yīng)，得到CCPS固載的NHC-N螯合型鈀化合物催化劑。此固載型催化劑合成方法 簡單易行，收率高，其不僅具有均相氮雜環(huán)卡賓鈀催化劑的活性，而且在催化C-H活化反應(yīng) 中，反應(yīng)產(chǎn)率高、易于分離、可反復(fù)使用，大大降低了其使用成本，在催化領(lǐng)域具有較好的應(yīng) 用前景。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 以下結(jié)合實(shí)例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步描述，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不僅限于此：
[0026] 實(shí)施例1
[0027] (1)在 250mL三口燒瓶中，將L-亮氨醇（60mmol，7. 03g)和氯化銨（60mmol，3. 21g) 用120mL甲醇溶解，冰水浴冷卻下，用恒壓漏斗依次滴加質(zhì)量百分比36 %的甲醛溶液 (60mmol，4. 6mL)和質(zhì)量百分比40%的乙二醛溶液（60mmol，7. 6mL)。滴加完畢后，升溫至 60°C反應(yīng)5h，將反應(yīng)液旋干得紅褐色粘稠液體。將上述紅褐色粘稠液體溶于150mLNaOH溶 液（2M)，用二氯甲烷萃?。?0mLX3)，合并有機(jī)相，用無水Na2S04干燥、過濾，減壓除去溶劑， 柱層析分離純化得（S)-2-(l-咪唑基）-4_甲基戊醇純品（7. 57g，產(chǎn)率75% )。
[0028](2)在50mL圓底燒瓶中加入⑶-2-(l-咪唑基）-4_甲基戊醇（5.Ommol，0? 84g)、 2-溴吡啶（3mL)和2mL甲苯，加熱至110 °C反應(yīng)72h后，冷卻至室溫，將反應(yīng)液滴 入30mL乙醚中，將沉淀析出的深黃色粘稠固體收集，柱層析分離純化得N-(l-羥 基-4-甲基-2-戊基）-N' -(2-吡啶基）-咪唑溴鑰鹽純品（1. 42g，產(chǎn)率87 % )。 iHMlRUOOMHz.DMSO^SlOJSCs.lH.CHinimidazolehS.eS-S.eeOi^lH.CHin pyridine), 8. 62 (t,J= 1. 8Hz, 1H,CHinimidazole), 8. 26-8. 22 (m, 1H,CHin pyridine), 8. 21 (t,J= 1. 8Hz, 1H,CHinimidazole), 8. 11 (d,J= 8. 3Hz, 1H,CHin pyridine), 7. 68-7. 65 (m, 1H,CHinpyridine), 5. 26 (s, 1H,CH20H), 4. 64-4. 60 (m, 1H,N CH), 3. 77-3. 70 (m, 2H,CH20H), 1. 97-1. 91 (m, 1H,CH2CH(CH3) 2), 1. 70-1. 63 (m, 1H,CH2CH( CH3) 2),L45-1. 38 (m, 1H,CH2CH(CH3) 2), 0. 93 (d, 3H,J= 6. 5Hz,CH2CH(CH3) 2), 0. 89 (d, 1H,J= 6. 6Hz,CH2CH(CH3)2)ppm.13CNMR(100MHz,DMS0) : 8 149. 7, 146. 9, 141. 0, 135. 2, 125. 7, 122. 8, 120. 1, 114. 8, 63. 5, 62. 3, 38. 6, 24. 4, 23. 2, 22.Oppm.ESI-MS,m/z: 246. 08 [M-Br]+.
[0029] (3)在50mL圓底燒瓶中加入N- (1-羥基-4-甲基-2-戊基）-N' - (2-吡啶 基）-咪唑溴鑰鹽（1.0mmol，0. 33g)、醋酸鈀（1.0mmol，0. 22g)和10mL二氯甲烷，室溫攪 拌12h。反應(yīng)結(jié)束后，減壓除去二氯甲烷，殘余物柱層析分離純化（梯度洗脫，展開劑：二 氯甲烷/丙酮=15:1~4:l，v/v)，得螯合型氮雜環(huán)卡賓鈀化合物NHC-Pd(I) (0. 20g，產(chǎn)率 39%)。黃色固體，1HNMR(400MHz，DMS0):S9.44 (s，lH