一种光/镍协同催化单芳基化二醇的方法技术

本发明专利技术公开了一种光/镍协同催化单芳基化二醇的方法，该方法直接以简单易得的溴代芳烃和二醇为原料，采用BODIPY类有机光敏剂与廉价镍源在无外加配体下协同催化二醇与溴代芳烃之间发生交叉偶联，实现选择性单芳基化二醇化合物，单/双芳基化比例高达18:1。本方法官能团耐受性好，适用于多种不同结构的二醇类化合物，如邻二醇、1,3‑二醇、1,4‑二醇、单分散聚乙二醇等。更为重要的是，本发明专利技术方法所用光敏剂用量低，反应温度接近室温，绿色经济高效。这些优势使得本发明专利技术具有较高的规模合成价值，能为社会经济发展服务。

A photocatalytic method for CO catalyzed mono aryl diol

The invention discloses a method of photocatalytic nickel-catalyzed monoarylation of diols. The method directly uses simple and easy-to-obtain brominated aromatic hydrocarbons and diols as raw materials, and uses BODIPY organic photosensitizers and cheap nickel sources to synergistically catalyze cross-coupling between diols and brominated aromatic hydrocarbons without additive ligands to realize selective monoarylation of diols. The proportion of mono / Bi arylated compounds is as high as 18:1. The method is well tolerated by functional groups and can be applied to a variety of glycol compounds with different structures, such as o-diol, 1,3-diol, 1,4-diol, monodisperse polyethylene glycol, etc. More importantly, the method has the advantages of low dosage of photosensitizer, close to room temperature, green economy and high efficiency. These advantages enable the invention to have higher scale synthesis value and serve the social and economic development.

【技术实现步骤摘要】
一种光/镍协同催化单芳基化二醇的方法
本专利技术属于选择性单芳基化二醇
，具体涉及一种光/镍协同催化选择性单芳基化二醇的方法。
技术介绍
芳基烷基醚在天然产物、药物以及聚合物材料分子的制备中都有着重要的地位。其中二醇芳香醚系列因其无毒性、混溶性好、挥发速率适中、优异的聚结及偶合能力、较低的表面张力，而广泛用于汽车及汽车修补涂料、电泳涂料、工业烤漆和船舶、集装箱、木器涂料。二醇芳香醚也是油脂、天然树脂、纤维素纤维、醇酸树脂等聚合物的良好溶剂，广泛用做溶剂和个人护理用品专用化学用品，比如香皂、洗涤剂、香水、化妆品、厕所用品和制药业。二醇中的聚乙二醇是一种线性的高分子，由环氧乙烷聚合而成。在药物修饰及药物载体的研究领域，聚乙二醇(PEG)及其衍生物因其所具有两亲性、生物相容性、无免疫原性、无毒副作用等特点，而备受关注。实验证明经过PEG修饰以后，一些蛋白与酶在动物体内的免疫原性大大降低，且延长了其在体内的半衰期。和多糖不同，PEG只有末端羟基可以活化并与蛋白质反应，可以避免反应的复杂性和产物的复杂性。但PEG有两个羟基，如果和蛋白质反应，也可能形成不同交联程度的“PEG—蛋白质—PEG—蛋白质”的偶联物，甚至可能出现沉淀。所以对聚乙二醇，尤其是单分散的聚乙二醇选择性单侧衍生化就显得尤为重要。目前合成这类产物的方法主要包含：(1)1983年，文献上报道三苯基二醋酸铋在过量乙二醇的二氯甲烷溶液中回流可以得到乙二醇苯醚。然而三苯基二醋酸铋价格昂贵，不适合大量制备(J.Org.Chem.1983,48,441-447.)。(2)1995年，文献上报道使用铁的苯复合物为原料，与二乙二醇反应合成单芳基化的产物。该方法需要两步反应，产率中等，但是芳基试剂复杂，不适合大量制备(J.Org.Chem.1995,60,281-284.)。(3)2006年，文献报道使用苯胺为芳基化试剂，在乙二醇为溶剂条件下制备乙二醇苯醚。该方法原料简单易得，但需要二醇为溶剂，且产率仅9％(J.Chem.Res.2006,12,800-803.)。(4)2010年，文献报道以苯酚为芳基化试剂，乙二醇过量四倍，反应体系中加尿素、碳酸钠、氧化锌等试剂，高温条件下可得到产物。该方法反应条件苛刻，不适合放大生产(J.Chin.Chem.Soc.,2010,57,2.)。(5)2012年，文献报道以二醇为原料，选择性活化和亲核进攻两步法合成苯基二醇醚。将羟基选择性转化为易离去基团，例如卤素、磺酸酯等是本方法的关键，往往需要大大过量的原料来避免生成双羟基衍生化中间体，然后再发生亲核取代反应。这使得该方法步骤多、浪费大、成本也显著增加(J.Med.Chem.2012,55,6898-6915.)。(6)2012年的专利(CN102617257A)也有报道使用碘苯与8倍量的乙二醇在铜催化下反应制备苯基二醇醚。但此方法需用活性高的碘苯，二醇也只能使用碳数较少的简单二醇，且产率较低。(7)2014年报道了多种取代溴苯与乙二醇的反应，且收率不错。但此反应必须在以乙二醇作溶剂和高温条件，且仅仅适用于便宜的乙二醇(Org.Biomol.Chem,2014,12,4747–4753.)。(8)2017年报道在光/金属钴协同催化乙二醇直接与苯偶联制备苯基二醇醚。这种方法具有原子经济性，但产率很低(Org.Lett.2017,19,2206-2209.)。偶联反应是最为直接经济高效的合成芳基二醇醚的方法。该方法需要解决的最大问题是抑制双芳基化产物的产生，提高单芳基化选择性。双芳基化产物作为副产物，一方面使生成单芳基化产物的产率降低，另一方面还会给目标产物的分离纯化带来困难。相关化学反应方程式如下：
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种以简单易得的溴代芳烃和二醇为偶联原料，通过光/镍协同催化，选择性直接单芳基化二醇的方法。解决上述技术问题所采用的技术方案是：将式I所示的溴代芳烃与II-1或II-2或II-3所示的二醇类化合物、镍源、BODIPY类有机光敏剂、碱加入有机溶剂中，在无水无氧、光照、40～60℃搅拌条件下进行交叉偶联反应，反应完全后，用水淬灭反应，分离纯化，得到III-1或III-2或III-3所示的二醇单芳基醚；式中，R1、R2各自独立的代表H、C1～C4烷基、苯基中的任意一种，X代表CH2、O或N-Ts(Ts代表对甲苯磺酰基)，Y代表CH2或N-Boc(Boc代表叔丁氧羰基)，m为0～11的整数，n为0～2的整数；Ar代表苯基、氰基取代苯基、C1～C4烷基酰基取代苯基、醛基取代苯基、卤代苯基、C1～C4烷氧基酰基取代苯基、三氟甲基取代苯基、萘基中任意一种。上述制备方法中，所述溴代芳烃、二醇类化合物、镍源、BODIPY类有机光敏剂、碱的摩尔比为1:1.3～1.5:0.02～0.20:0.0001～0.01:1.5～2.0。上述的镍源为双(1,5-环辛二烯)镍、氯化镍、溴化镍、碘化镍、乙酸镍、三氟甲磺酸镍中的任意一种。上述BODIPY类有机光敏剂为下述1a～1c中的任意一种：其中BODIPY1b和BODIPY1c的合成方法同BODIPY1a(JournalofOrganicChemistry,2014,79(22),10981-10987.)，只需要将合成BODIPY1a中所用的苯基格氏试剂换为相应的3,5-二叔丁基苯基格氏试剂和2-萘基格氏试剂。上述的碱为N,N-二环己基甲胺、N,N-二甲基环己胺、N,N-二乙基环己胺、N,N-二甲基异丙基胺、1-氮杂二环[2.2.2]辛烷中的任意一种。上述光照采用的光源为白光、蓝光或绿光。上述的有机溶剂为N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、乙腈中的任意一种。与现有技术相比，本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术采用BODIPY类有机光敏剂为光催化剂，采用便宜的镍盐为金属催化剂，无需外加配体，在可见光照射下，碳氧键在近室温条件下得以形成，并同时抑制二次芳基化的发生。2、本专利技术首次解决了近当量的二醇与溴代芳烃单芳基化的难题，将单/双芳基化选择性控制在18:1。3、本专利技术反应条件温和，操作简便，光催化剂用量低，且无需配体参与，反应基本近室温下进行，与传统偶联相比，本专利技术成本更低，活性更高，底物适用性更好，具有极高的工业生产前景。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。实施例1合成结构式如下的4-(2-(2-羟乙氧基)乙氧基)苯腈在无水无氧条件下，将91mg(0.5mmol)对溴苯腈、8.7mg(0.04mmol)NiBr2、0.16mg(0.00025mmol)BODIPY1b、80mg(0.75mmol)二乙二醇、176mg(0.9mmol)N,N-二环己基甲胺加入1.5mLN,N-二甲基甲酰胺中，加热至40℃，在2W白光光照下搅拌反应12小时，反应完全后，加水淬灭反应，反应液用饱和食盐水洗涤，并用二氯甲烷萃取，二氯甲烷萃取液用无水硫酸钠干燥后，减压蒸干，用硅胶柱色谱层析分离，展开剂为石油醚/乙酸乙酯(3:1)，得到4-(2-(2-羟乙氧基)乙氧基)苯腈纯品，其产率为82％，结构表征数据为：1HNMR(400MHz,CDCl3):δ7.55本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光/镍协同催化单芳基化二醇的方法，其特征在于：将式I所示的溴代芳烃与II‑1或II‑2或II‑3所示的二醇类化合物、镍源、BODIPY类有机光敏剂、碱加入有机溶剂中，在无水无氧、光照、40～60℃搅拌条件下进行交叉偶联反应，反应完全后，用水淬灭反应，分离纯化，得到III‑1或III‑2或III‑3所示的二醇单芳基醚；

【技术特征摘要】
1.一种光/镍协同催化单芳基化二醇的方法，其特征在于：将式I所示的溴代芳烃与II-1或II-2或II-3所示的二醇类化合物、镍源、BODIPY类有机光敏剂、碱加入有机溶剂中，在无水无氧、光照、40～60℃搅拌条件下进行交叉偶联反应，反应完全后，用水淬灭反应，分离纯化，得到III-1或III-2或III-3所示的二醇单芳基醚；式中，R1、R2各自独立的代表H、C1～C4烷基、苯基中的任意一种，X代表CH2、O或N-Ts，Y代表CH2或N-Boc，m为0～11的整数，n为0～2的整数。2.根据权利要求1所述的光/镍协同催化单芳基化二醇的方法，其特征在于：所述的Ar代表苯基、氰基取代苯基、C1～C4烷基酰基取代苯基、醛基取代苯基、卤代苯基、C1～C4烷氧基酰基取代苯基、三氟甲基取代苯基、萘基中任意一种。3.根据权利要求1所述的光/镍协同催化单芳基化二醇的方法，其特征在于：所述的溴代芳烃、二醇类化合物、镍源、BODIPY类有机光敏剂、碱的摩尔比为1:1.3～1.5:0...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄治炎，孟鸽，解昆，马俊杰，薛东，杨俊，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61