亚膦酰胺和过渡金属的络合物催化剂、合成方法及其在C－C、C－N键形成反应中的用途技术

本发明专利技术涉及一种用于Ｃ－Ｃ、Ｃ－Ｎ键形成反应的催化剂、合成方法以及用途。该催化剂具有如下结构式：Ｍ－Ｌｎ，Ｍ为包括钯、镍、钴、钌或铑在内的过渡金属；Ｌ为亚膦酰胺配体，其结构式为（见上式），其中Ｒ＃－［１］、Ｒ＃－［２］、Ｒ＃－［３］或Ｒ＃－［４］为氢、１－６个碳原子的烷基、环烷基，苯基、含有一－三个取代基团的芳环、杂芳环以及含有一－三个取代基团的杂芳环；所述的取代基是甲氧基、乙氧基、硝基、三氟甲基、胡椒基、１－６个碳原子的烷基或环烷基；或者Ｒ＃－［１］和Ｒ＃－［２］相互成键，相互连接成含有Ｎ或／和Ｏ的三－八元杂环；或者Ｒ＃－［３］或Ｒ＃－［４］是ＮＨＲ＃＋［１］、ＮＨＲ＃＋［２］或ＮＲ＃＋［１］Ｒ＃＋［２］。该催化剂的亚膦酰胺配体具有容易制备、空气稳定的特点。可以催化合成各种芳香胺，对制药行业具有重要的应用价值。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一类具有N-P键的亚膦酰胺和过渡金属生成的络合物作为催化剂、合成方法以及在C-C、C-N键形成反应中的用途。而金属试剂与芳基卤化物的偶联反应恰恰是形成碳碳键最简洁有效的方法。自1972年发现了格氏试剂与芳基卤化物的偶联以来，偶联反应在30年来已得到了极大发展。总的说来，偶联反应可以用如下反应式表示m＝Mg(Kumada-Tamao，Corriu)＝Fe，Ni，Cu，Pd，Rh，..... B(Suzuki-Miyaura)Zn(Negishi) X＝I，Br，Cl，OTf，..... Sn(Stille)……其中，尤为引人注目的是Suzuki-Miyaura偶联。一般情况下硼试剂参与的反应可以在有水的条件下进行，反应条件温和，官能团兼容性好，而且好多天然产物和生物活性分子可以用该方法合成得到，因此特别受到制药行业的青睐。碳—碳键、碳—杂原子键形成中的催化剂可以由金属和配体在反应体系中原位生成也可以事先由金属和配体配位好，为了得到高效、空气稳定、廉价的催化剂，关键是配体的筛选。这类反应中涉及的膦配体具有类似R1R2R3P(R1、R2、R3可以是芳基，烷基，烷氧基等组合)的结构，而含P-N键的配体却是不多见的。大部分配体是三价膦的化合物，价格昂贵、制备困难、对空气、水气敏感。因此有机化学家一直在孜孜不倦地寻找高效、廉价、容易制备、对空气、水气稳定的有机膦配体和催化剂，来实现高效的催化。本专利技术的另一目的在于提供一种上述亚膦酰胺和过渡金属的络合物催化剂的用途，在C-C、C-N键形成反应中的用途可广泛用于C-C、C-N偶联反应的催化剂。本专利技术所使用的催化剂的结构式为M-Ln其中M为金属原子，包括钯、镍、钴、钌、铑等等过渡金属。L为亚膦酰胺配体，其结构式为 其中R1、R2、R3或R4可以为氢、1-6个碳原子的烷基、环烷基，苯基、含有一-三个取代基团的芳环、杂芳环以及含有一-三个取代基团的杂芳环。所述的杂芳环可以是吡啶基、吡咯基、吡喃基、噻吩基、哌臻基、呋喃基、吲哚基、咪唑基、噻唑基、喹啉基、异喹啉基、哒嗪基、吡嗪基、连三臻基、偏三臻基或嘧啶基等；所述的取代基可以是甲氧基、乙氧基、硝基、三氟甲基、胡椒基、1-6个碳原子的烷基或环烷基等，如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、环己基等；上述的1-6个碳原子的烷基可以是甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、叔丁基、环己基等。R1和R2还可以相互成键。它们可以和氮原子相互连接成含有N或/和O的三-八元杂环，如吗啡啉基、哌啶基等。R3或R4还可以分别为连有上面所叙述的R1、R2基团的氨基，即为NHR1、NHR2或NR1R2。本专利技术的催化剂合成方法中，所用的配体的合成一般一步就可以完成，胺通过丁基锂拔去活性氢和膦氯在无水THF中反应或者胺直接和膦氯反应就可以生成亚膦酰胺配体。文献中都有详细的制备方法(1.Smith，S.；J.Org.Chem.；1961，26，5145.2.Cristau，H.；Chene，A.；Christol，H.；Synthesis 1980，551.3.Contreras，R.；Grevy，J.M.；Heteroat.Chem.2001，12，542-550.)。在本专利技术的催化剂合成方法可以由金属和配体在反应体系中原位生成；也可以事先由过渡金属和配体配位好。催化剂合成方法是过渡金属和配体在有机溶剂中和室温到回流的温度范围内，反应1-24小时，其中，过渡金属和配体的摩尔比为1∶2-5。或者在上述含有过渡金属和配体反应体系中，加入底物，不仅原位生成催化剂，而且同时完成了催化反应。以Suzuki反应为例子，一般步骤为在干燥的Schlenk管加入反应物、碱、过渡金属、亚膦酰胺配体以及溶剂，原位生成催化剂，脱氧后在加热或者室温下开始反应。(1.Wolfe J.P.；Singer R.A.；Yang B.H.；Buchwald S.L.；J.Am.Chem.Soc.1999，121，9550；2.Littke A.F.；Dai C.；Fu G.C.，J.Am.Chem.Soc.2000，122，4120.)在Suzuki反应中用的溶剂为一般有机溶剂，如四氢呋喃、甲苯、二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺、乙二醇二甲醚等等。常用的碱为碱金属的醋酸盐、碳酸盐、磷酸盐、氟化物、氢氧化物及某些有机碱，如碳酸钾、碳酸钠、磷酸钾、氟化钾、醋酸钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾等等。常用的金属为氯化钯、醋酸钯、氯化镍、醋酸镍或者Pd2(dba)3、Ni(COD)2、Ni(acac)2(其中dba＝1，5-二苯基-1，4-二烯-3-戊酮，COD＝1，4-环辛二烯，acac＝乙酰丙酮)，过渡金属和配体的摩尔比为1∶2-5。催化剂的添加量一般为底物的0.001-5mol％。反应的温度维持在室温到回流的温度范围内。本专利技术的催化剂不仅合成方法简便，可以由过渡金属和配体在反应体系中原位生成，也可以事先由过渡金属和配体配位好再用，而且，用于合成该催化剂的亚膦酰胺配体具有容易制备、空气稳定的特点。本专利技术中的催化剂可用于一系列C-C偶联反应中，包括Kumada反应、Suzuki反应、Negishi反应、Sonogashira反应、Heck反应等等诸多C-C键形成的反应以及C-N形成的反应中，可以合成各种芳香胺，由于许多药物以及有生物活性的天然产物具有芳香胺的结构，所以该催化剂对于制药行业具有重要的应用价值。采用本专利技术的催化剂具有以下特点1.催化剂可以方便地原位生成；2.配体合成容易，使用原料便宜易得；3.配体具有较好的耐水性和空气稳定性；4.高效；可用于一系列碳—碳键以及碳—杂原子键形成的催化偶联反应中，大多数得到高收率。实施例1-4为亚膦酰胺配体的合成，实施例4为该配体和过渡金属络合物的催化剂合成，实施例5-15是过渡金属和配体在反应体系中原位生成并催化偶联反应的实施例，其中实施例5-11为催化Suzuki偶联反应的实施例，实施例12-15为催化C-N偶联反应的实施例。实施例1二苯基亚膦酰-N-邻甲基苯胺的合成(以下简称L1)氮气保护下干燥的250ml三颈瓶中加入无水苯35ml，邻甲基苯胺21.4ml(0.2mol)，磁力搅拌，冰浴下慢慢滴加20ml苯和17.9ml二苯膦氯(0.1mol)的混合液，滴加完毕后室温搅拌2小时，此时体系中有白色的固体生成。过滤后，滤液常压蒸馏除去苯得到粘稠液体，用碱性氧化铝柱层析，得到白色固体19.75克，产率67.9％。1H NMR(300MHz，CDCl3)δ7.49-7.36(m，10H)，7.29-7.24(m，1H)，7.13-7.08(m，2H)，6.80-6.74(m，1H)，4.25(d，J＝8.1Hz，1H)，2.21(s，3H)；13C NMR(75MHz，CDCl3)δ140.3(d，J＝12.7Hz)，131.1(d，J＝22.5Hz)，130.3(d，J＝1.5Hz)，129.0，128.6，128.5，127.1(d，J＝1.5Hz)，124.0，119.2(d，J＝1.1Hz)，114.8(d，J＝22.5Hz)，17.8；31P NMR(121MHz，CDCl3)δ29.28；MS(EI)m/z 291(M+，9本文档来自技高网...

【技术保护点】
亚膦酰胺和过渡金属的络合物催化剂，该催化剂具有如下结构式：Ｍ－Ｌｎ，其中：１：Ｍ为金属原子，包括：钯、镍、钴、钌、铑的过渡金属。２：Ｌ为亚膦酰胺配体，其结构式为：＊＊＊其中：Ｒ↓［１］、Ｒ↓［２］、Ｒ↓［３］或Ｒ↓［ ４］为氢、１－６个碳原子的烷基、环烷基，苯基、含有一－三个取代基团的芳环、杂芳环以及含有一－三个取代基团的杂芳环；所述的取代基是甲氧基、乙氧基、硝基、三氟甲基、胡椒基、１－６个碳原子的烷基或环烷基；或者Ｒ↓［１］和Ｒ↓［２］相互成键，相 互连接成含有Ｎ或／和Ｏ的三－八元杂环；或者Ｒ↓［３］或Ｒ↓［４］是ＮＨＲ↑［１］、ＮＨＲ↑［２］或ＮＲ↑［１］Ｒ↑［２］。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张兆国，成江，王锋，徐建华，
申请(专利权)人：中国科学院上海有机化学研究所，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]