一种羟基吡啶配体及其制备方法和催化应用技术

本发明专利技术提供了一种羟基吡啶配体及其制备方法和催化烯丙醇异构的应用，该羟基吡啶配体的结构式如下：

A hydroxypyridine ligand and its preparation and Catalytic Application

【技术实现步骤摘要】
一种羟基吡啶配体及其制备方法和催化应用
本专利技术属于精细化工领域，具体涉及一种新型羟基吡啶配体及其合成方法和其在催化烯丙醇类化合物1,3-羟基异构反应中的应用。
技术介绍
烯丙醇结构广泛的存在各种天然产物和合成精细化学品中，例如香料橙花醇、香叶醇、芳樟醇、橙花叔醇等；同时由于烯丙醇多样的化学转化性，一些简单的烯丙醇是非常重要的合成中间体，例如异戊烯醇可以用于合成柠檬醛、维生素A和E、多种菊酯类农药等；2-甲基-3-丁烯-2-醇可以用于合成特戊醇、甲基庚烯酮、芳樟醇等。鉴于烯丙醇化合物的重要性，人们也发展了多种烯丙醇的合成方法，如烯丙基卤代物水解、烯丙位氧化、α，β-不饱和羰基化合物还原、格氏试剂对羰基加成等；在这些合成方法中，从一个简单易得、价格低廉的烯丙醇出发，通过1,3-羟基异构合成新的、附加值高的烯丙醇产物，无疑是一种非常原子经济性的合成方法。目前，烯丙醇1,3-羟基异构主要由铼、钨、钒、钼等金属催化，也有一些早期报道采用无机酸或有机酸催化，但是由于采用酸作为催化剂进行异构时，烯丙醇容易发生脱水反应，产生碳正离子中间体，进一步生产其他副产物，所以目前很少采用酸催化烯丙醇1,3-异构。Gordon等人发现甲基三氧化铼可以高效催化烯丙醇1,3-羟基异构反应，底物适用范围很广，例如橙花醇以86％的收率得到芳樟醇，异戊烯醇以87％的收率得到甲基丁烯醇；该催化体系主要的缺点在于昂贵的甲基三氧化铼用量较大(5mol％)(Organometallics,1998,17,1835-1840)。Luck等人报道了络合物MoCl2(O)(O2)(OPR3)2的合成，并将其应用于烯丙醇1,3-羟基异构反应中，发现该络合物具有和甲基三氧化铼相当的催化活性，缺点也是催化剂用量比较大(6.7mol％)，反应时间较长(InorganicChemistryCommunications,2002,5,384-387.)。Kaneda等人合成了二氧化硅负载的钒催化剂，发现该催化剂可以在温和条件下催化烯丙醇1,3-羟基异构，并且可以实现多次的回收套用，催化剂活性保持不变(ChemCatChem,2013,5,2879-2882.)。专利US4006193采用钒酸酯、钨酸酯等可以有效催化烯丙醇的1,3-羟基异构反应，其中以钒酸酯的效果最好，选择性最高，但是该类催化剂需要较高的反应温度才能有效催化反应(160-230℃)。专利CN1402699A发现，在使用钨酸酯和含氮碱为催化剂进行烯丙醇的1,3-羟基异构反应时，额外加入胺醇配体，如1-氨基-2-丙醇、三乙醇胺、二乙胺醇等，可以加速平衡转化效率，提高时空收率，同时选择性保持不变。专利CN1599644A报道了新型二氧代钨异构催化剂的合成和催化活性，使用氨基酚特别是8-羟基喹啉作为配体，所述催化剂更容易制备，活性更高，由于不含有卤素，可以避免装置腐蚀问题；但是专利中给出的异构实施例仅有一例。专利CN1599706A以氯代二过氧化钨和8-羟基喹啉作为催化剂，以半连续或连续的方式实现烯丙醇的重排，例如在橙花醇或香叶醇重排合成芳樟醇反应中，通过蒸馏，不断的从反应体系中移除芳樟醇，从而大幅提高芳樟醇的收率。综上所述，目前烯丙醇的1,3-羟基异构反应主要采用铼、钨、钒、钼等金属催化剂，其中钨催化剂价格相对低廉，而且反应选择性高，是目前最有前途的异构催化剂。在使用钨催化异构反应中，常常需要加入膦氧、胺醇、氨基酚等配体，目前已知的这些配体均是单齿的，与钨离子配位能力一般，所得到的催化剂溶解性和稳定性较差，无法降低用量。因此，目前急需发展新型、高效的配体，能与钨离子强力鳌合，提升钨催化剂的稳定性和活性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种新型羟基吡啶配体及其合成方法和其在催化烯丙醇1,3-羟基异构反应中的应用。根据本专利技术的第一个方面，提供一种羟基吡啶配体，其结构式如I所示，其中，R各自独立地选自C1-C20的烷基、苯基、萘基、杂芳基(例如C3-C10杂芳基，进一步C5-C8杂芳基)、甲氧基、甲硫基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基、胺基，优选选自苯基、萘基、杂芳基、甲氧基，取代基R的个数为1-3个，n为3～20，优选3～10。根据本专利技术的第二个方面，提供一种上述羟基吡啶配体的制备方法，该方法包括如下步骤：在催化剂和还原剂的存在下使2-卤代-6-甲氧基吡啶和α，ω-二卤代物发生偶联反应，然后反应产物脱除甲醚保护基。进一步地，所述2-卤代-6-甲氧基吡啶的结构式如式(II)所示，其中，卤原子X可以是氟、氯、溴、碘等，优选氯和溴，R各自独立地选自C1-C20的烷基、苯基、萘基、杂芳基、甲氧基、甲硫基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基、胺基中的一种或多种，优选选自苯基、萘基、杂芳基、甲氧基，取代基R的个数为1-3个，优选为2个；α，ω-二卤代物(其中，n为3～20，优选3～10)中卤原子可以是氟、氯、溴、碘等，优选溴；α，ω-二卤代物中碳原子个数为3～20，优选5-10，2-卤代-6-甲氧基吡啶与α，ω-二卤代物的摩尔比为1-4：1，优选1.5-3.5：1，更优选1.6-2.0:1。进一步地，所述偶联反应的催化剂可以是钯、镍、铁、铜中的一种或多种，优选镍，例如可以为溴化镍或氯化镍，配体可以是膦配体、氮磷配体、1,10-菲啰啉配体等，优选1,10-菲啰啉，催化剂、配体用量均为2-卤代-6-甲氧基吡啶摩尔量的2.0-10.0mol％，优选3.0～6.0mol％，更优选3.5～5mol％。进一步地，还原剂可以是镁粉、铝粉、锌粉、锰粉等，还原剂的用量是2-卤代-6-甲氧基吡啶摩尔量的180～300mol％，优选为200～220mol％。进一步地，所述偶联反应在非质子型溶剂中进行，所述非质子型溶剂选自甲基叔丁醚、四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲苯、二甲苯、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种，优选为四氢呋喃和/或N,N-二甲基甲酰胺；所述非质子型溶剂的用量为2-卤代-6-甲氧基吡啶质量的5.0～8.0倍，优选6.0～7.0倍。进一步地，所述偶联反应在惰性气氛，例如氮气氛围中进行。进一步地，所述偶联反应的温度为50～80℃，优选60～70℃，反应压力为常压，反应时间12～24小时，优选15-20小时；优选的，偶联反应包括：在氮气氛围中，室温下依次加入2-卤代-6-甲氧基吡啶、非质子型溶剂、α，ω-二卤代物、催化剂和配体，搅拌得到均一溶液后，加入还原剂，然后在60～70℃温度条件下保温反应12-24小时。进一步地，所述脱除甲醚保护基的试剂可以是氢溴酸、乙硫醇钠、三溴化硼、三甲基碘硅烷中一种或多种，优选氢溴酸；脱除甲醚保护基的试剂例如氢溴酸用量为偶联粗产物摩尔量的5～30倍，优选10-15倍。进一步地，所述脱除甲醚保护基的温度为90～100℃，反应压力为常压，反应时间2～4小时。在一个具体实施方案中，所述方法包括如下步骤：(1)室温下依次加入2-卤代-6-甲氧基吡啶、非质子型溶剂、α，ω-二卤代本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种羟基吡啶配体，其特征在于，其结构式如(I)所示：/n

【技术特征摘要】
1.一种羟基吡啶配体，其特征在于，其结构式如(I)所示：



其中，R各自独立地选自C1-C20的烷基、苯基、萘基、杂芳基、甲氧基、甲硫基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基、胺基，优选各自独立地选自苯基、萘基、杂芳基、甲氧基；各取代基R的个数为1-3个，n为3～20，优选5-10。


2.一种权利要求1所述的羟基吡啶配体的制备方法，该方法包括：在催化剂和还原剂的存在下使2-卤代-6-甲氧基吡啶和α，ω-二卤代物发生偶联反应，然后反应产物脱除甲醚保护基。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述2-卤代-6-甲氧基吡啶的结构式如式(II)所示，



其中，卤原子X选自氟、氯、溴、碘，优选氯和溴，R各自独立地选自C1-C20的烷基、苯基、萘基、杂芳基、甲氧基、甲硫基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基、胺基，优选各自独立地选自苯基、萘基、芳杂环取代基、甲氧基，取代基R的个数为1-3个；α，ω-二卤代物中卤原子选自氟、氯、溴、碘，优选溴；二卤代物中碳原子个数为3～20，优选3-10；
优选地，2-卤代-6-甲氧基吡啶与α，ω-二卤代物的摩尔比为1-4:1，优选1.6-2.0:1。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述偶联反应的催化剂为钯、镍、铁、铜中的一种或多种，优选镍，配体为膦配体、氮磷配体、1,10-菲啰啉配体中的任意一种或多种，优选1,10-菲啰啉，和/或
还原剂为镁粉、铝粉、锌粉、锰粉中的一种或多种；
优选地，催化剂、配体用量均为2-卤代-6-甲氧基吡啶摩尔量的2.0～10.0mol％，优选3.5～5mol％，还原剂的用量是2-卤代-6-甲氧基吡啶摩尔量的180～300mol％，优选为200～220mol％。

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【专利技术属性】
技术研发人员：黄文学，张永振，沈稳，鲍元野，谢硕，王延斌，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37