一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法技术

本发明专利技术属于有机合成技术领域，公开了一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α‑丙烯酸化合物的方法。在高压反应釜中，加入炔烃化合物、钯盐催化剂、碱、双膦配体、硅烷还原剂和溶剂，通入二氧化碳，于60～120℃下搅拌反应，反应液经水洗萃取、分离纯化，得到α‑丙烯酸化合物。本发明专利技术以钯盐为催化剂，双膦配体为配体，具有产率高、选择性单一、底物适用性广等特点。此外，该反应以炔烃类化合物和二氧化碳为原料，具有原料简单易得、操作简便、原子经济性高的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法
本专利技术属于有机合成
，具体涉及一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法。
技术介绍
二氧化碳(CO2)是自然界“碳循环”的一部分，自18世纪中叶至19世纪初的工业革命以来，化石燃料的燃烧、森林砍伐等人类活动，使大气中二氧化碳排放量迅速增加。二氧化碳作为最主要的温室气体，通常被认为是诱导气候变化的主要原因。但同时，CO2也是地球大气中一个取之不尽，用之不竭的绿色碳源。因此，实现二氧化碳转化利用研究对实现可持续发展战略以及以可再生能源替代化石能源燃料具有重大的潜在价值。近年来，以CO2作为起始原料合成各种有机化学品(碳酸酯、羧酸、氨基甲酸酯、甲醇等)已经有很多成功报道。尽管如此，由于CO2本身具有较高的热力学和动力学稳定性，化学转化二氧化碳方法仍然非常有限。因此，开发在温和条件下实现CO2高效催化转化的新策略仍然是迫切需要的。另一方面，羧酸是一类非常重要的大宗化学品，广泛存在于各种具有生物活性的天然产物和药物分子中，同时也是生活中常用的化妆品、肥皂、洗涤剂、橡胶、染料、塑料、农用化学品等的重要组成部分。此外，以羧酸为化学中间体，还可以衍生出在化学工业中有重要应用的酰卤、酸酐、酯和酰胺等化学物质。近年来，以二氧化碳为合成子，过渡金属催化合成不同类型羧酸类化合物的方法已经有一些报道。然而，从原子经济性考虑，在所有的合成方法中，金属催化炔烃与二氧化碳直接氢羧基化反应原子经济性较高。且炔烃类化合物来源广泛、廉价易得，以炔烃和二氧化碳为原料合成羧酸化合物具有重要意义。炔烃的氢羧基化反应报道较早的是Inoue课题组以9％的收率得到两分子炔烃羧基化环化产物，但反应产率较低，且所需反应温度较高(Chem.Lett.1977,6,855)。随后，一系列以当量镍作为催化剂的炔烃氢羧基化反应被相继报道(J.Org.Chem.1999,64,3975；Chem.AsianJ.2015,10,1170；Org.Biomol.Chem.2016,14,10080)。其中，2004年，Iwasawa课题组通过配体调控选择性得到了不同区域选择性结构的羧基化产物(Chem.Commun,2004,2568)。2011年，麻生明课题组以二乙基锌为还原剂，实现了催化量镍催化的炔烃加氢羧基化反应(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,2578)。随后，Tsuji、Martin以及Cheng课题组分别相继报道了卡宾铜或者镍催化的内炔羧基化反应(Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,523；J.Am.Chem.Soc.2015,137,8924；J.Am.Chem.Soc.2017,139,12161；J.Am.Chem.Soc.2016,138,5547；ChemCatChem2016,8,2210)。然而，在这些炔烃的加氢羧基化反应中，通常以镍催化或铜催化为主，钯催化的炔烃加氢羧基化反应是还没有报道的。此外，在这些反应中，反应底物比较受限制，常以内炔为主，端炔的加氢羧基化反应是很少的。
技术实现思路
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本专利技术的首要目的在于提供一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法。该方法以简单易得的炔烃化合物和二氧化碳为原料，钯盐作为催化剂，温和的硅烷为还原剂，双膦化合物为配体，在常见的碱和溶剂作用下，选择性的得到α-丙烯酸化合物。具有原子经济性高、选择性单一、条件温和、底物适用性广、操作简便等优点。本专利技术目的通过以下技术方案实现：一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，包括如下步骤：在高压反应釜中，加入炔烃化合物、钯盐催化剂、碱、双膦配体、硅烷还原剂和溶剂，通入二氧化碳，于60～120℃下搅拌反应，产物经分离纯化，得到α-丙烯酸化合物；上述合成方法的化学反应如下式(1)或式(2)所示：式中，R1选自烷基、芳基取代烷基、氰基取代烷基、卤素取代烷基、苯基、烷基取代苯基、烷氧基取代苯基、卤素取代苯基、氟烷基取代苯基、芳基取代苯基或苯硫基；R2和R3选自相同或不相同的氢、烷基、苯基、烷基取代苯基、卤素取代苯基或酯基取代苯基。进一步优选地，所述R1选自苯基、4-甲基苯基、4-乙基苯基、4-甲氧基苯基、4-叔丁基苯基、4-氟苯基、4-氯苯基、4-溴苯基、4-苯基苯基、4-三氟甲基苯基、3-甲氧基苯基、3-氟苯基、2-甲氧基苯基、2-氟苯基、2-萘苯基、正丁基、正戊基、正己基、环己基，环己基甲基、苯乙基、3-CN-丙基、4-Cl-丁基或苯硫基；R2和R3选自相同或不相同的氢、苯基、4-甲基苯基、4-乙基苯基、4-叔丁基苯基、4-氟苯基、4-氯苯基、4-甲酯基苯基、甲基或丁基。进一步地，所述钯盐为醋酸钯、双(二亚苄基丙酮)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、氯化钯、[1,3-双(二苯基膦基)丙烷]二氯化钯、[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]二氯化钯、[1,4-双(二苯基膦基)丁烷]二氯化钯、[1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯、双乙基二氯化钯、三氟乙酸钯、四(三苯基膦)钯中的至少一种。进一步地，所述钯盐的加入量与炔烃化合物中炔基的摩尔比为0.01-0.015:1。进一步地，所述双膦配体为1,2-双(二苯基磷)苯、1,2-双(二苯基膦基)乙烷、1,3-双(二苯基膦基)丙烷、1,4-双(二苯基膦基)丁烷、2,2'-双-(二苯膦基)-1,1'-联萘、双2-二苯基膦苯基醚、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽中的至少一种。进一步地，所述双膦配体的加入量与炔烃化合物中炔基的摩尔比为0.015-0.06:1。进一步地，所述硅烷还原剂为苯基硅烷(PhSiH3)、双苯基硅烷(Ph2SiH2)、双[三甲基硅烷][(Me3Si)2]中的至少一种。进一步地，所述还原剂的加入量与炔烃化合物中炔基的摩尔比为1.3-1.5:1。进一步地，所述碱为有机碱三乙胺、吡啶、四甲基乙二胺、1,5,7-三叠氮双环(4.4.0)癸-5-烯、1,4-二叠氮双环[2.2.2]辛烷和无机碱碳酸钾中的至少一种。进一步地，所述碱的加入量与炔烃化合物中炔基的摩尔比为1～2:1。进一步地，所述溶剂为甲苯、二甲基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、二氯甲烷、四氢呋喃中的一种或两种以上的混合。进一步地，所述搅拌反应的温度为60～100℃，时间为6～20小时。进一步地，所述分离纯化的步骤为：将反应液用盐酸酸化，水洗、乙酸乙酯萃取，合并有机相，使用无水硫酸镁干燥，过滤，减压蒸除有机溶剂，得粗产物，再通过柱层析分离纯化，得到目标产物得到α-丙烯酸化合物。更进一步地，所述柱层析提纯的洗脱液为石油醚和乙酸乙酯按体积比1-5:1的混合溶剂。本专利技术的合成方法具有如下优点及有益效果：(1)本专利技术发展了一种新的合成α-丙烯酸化合物的方法，该方法以钯盐为催化剂，双膦配体为配体，具有产率高、选择性单一、底物适用性广等特点。此外，该反应以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，其特征在于包括如下步骤：/n在高压反应釜中，加入炔烃化合物、钯盐催化剂、碱、双膦配体、硅烷还原剂和溶剂，通入二氧化碳，于60～120℃下搅拌反应，产物经分离纯化，得到α-丙烯酸化合物；/n上述合成方法的化学反应如下式(1)或式(2)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，其特征在于包括如下步骤：
在高压反应釜中，加入炔烃化合物、钯盐催化剂、碱、双膦配体、硅烷还原剂和溶剂，通入二氧化碳，于60～120℃下搅拌反应，产物经分离纯化，得到α-丙烯酸化合物；
上述合成方法的化学反应如下式(1)或式(2)所示：



式中，R1选自烷基、芳基取代烷基、氰基取代烷基、卤素取代烷基、苯基、烷基取代苯基、烷氧基取代苯基、卤素取代苯基、氟烷基取代苯基、芳基取代苯基或苯硫基；R2和R3选自相同或不相同的氢、烷基、苯基、烷基取代苯基、卤素取代苯基或酯基取代苯基。


2.根据权利要求1所述的一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，其特征在于：所述R1选自苯基、4-甲基苯基、4-乙基苯基、4-甲氧基苯基、4-叔丁基苯基、4-氟苯基、4-氯苯基、4-溴苯基、4-苯基苯基、4-三氟甲基苯基、3-甲氧基苯基、3-氟苯基、2-甲氧基苯基、2-氟苯基、2-萘苯基、正丁基、正戊基、正己基、环己基，环己基甲基、苯乙基、3-CN-丙基、4-Cl-丁基或苯硫基；R2和R3选自相同或不相同的氢、苯基、4-甲基苯基、4-乙基苯基、4-叔丁基苯基、4-氟苯基、4-氯苯基、4-甲酯基苯基、甲基或丁基。


3.根据权利要求1所述的一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，其特征在于：所述钯盐为醋酸钯、双(二亚苄基丙酮)钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、氯化钯、[1,3-双(二苯基膦基)丙烷]二氯化钯、[1,2-双(二苯基膦基)乙烷]二氯化钯、[1,4-双(二苯基膦基)丁烷]二氯化钯、[1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯、双乙基二氯化钯、三氟乙酸钯、四(三苯基膦)钯中的至少一种；钯盐的加入量与炔烃化合物中炔基的摩尔比为0.01-0.015:1。


4.根据权利要求1所述的一种钯催化二氧化碳和炔烃合成α-丙烯酸化合物的方法，其特征在于：所述双膦配体...

【专利技术属性】
技术研发人员：江焕峰，熊文芳，戚朝荣，程瑞祥，汪露，伍婉卿，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44