專利名稱：固體-負載型過渡金屬催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及反應(yīng)催化劑，和具體地涉及兩親固體-負載型過渡金屬催化劑。
背景技術(shù)：
在有機化合物的合成中，金屬催化劑如銅、鈀、鎳、鈷、銠和鉑用于各種反應(yīng)如醇的氧化、烯丙位氧化和碳-碳鍵的形成，和在這些反應(yīng)中，也使用有機溶劑。此外，兩親固體-負載型膦-鈀配合物催化劑是負載在固相上的金屬配合物催化劑且具有兩親性能，已知它可用于CO插入反應(yīng)、Suzuki-Miyaura反應(yīng)和烯丙位取代反應(yīng)(TetrahedronLetters，38，3557-3560(1997)；Tetrahedron Letters，39，8303-8306(1998)；J.Org.Chem.，64，3384-3388(1999)；J.Org.Chem.，64，6921-6923(1999))。
當使用金屬催化劑時，也可使用有機溶劑提高反應(yīng)性，結(jié)果應(yīng)當冒著潛在的危險如可燃性、對生物的毒性和環(huán)境污染。使用這種有機溶劑也伴隨著處理不便，即還應(yīng)當注意催化劑用后的過濾、回收和棄置等。此外，兩親固體-負載型膦-鈀配合物催化劑在水中顯示出高的催化活性，但涉及的問題在于在氧氣條件如氧氣氛圍下，由于膦被氧化，所以它們不顯示出催化劑的作用。
對于有機化合物的合成來說，理想的是沒有上述問題的催化劑，亦即從環(huán)境污染的角度考慮，在沒有使用有機溶劑的情況下顯示出其效果；即使在氧氣氛圍下充分地顯示出其催化作用；可在各種各樣的反應(yīng)中使用且可容易回收和可重新使用的催化劑。
這種催化劑的優(yōu)點是它可用于近年來活躍研究的組合化學合成。
發(fā)明公開在這種情況下，本發(fā)明者進行了深入研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)以下所述的分子式(I)表示的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑以及含分子式(II)表示的化合物和負載在該化合物上的特定過渡金屬的固體-負載型過渡金屬催化劑可用于各種各樣的反應(yīng)中，甚至在水體系中或在氧氣氛圍下顯示出充分的催化作用，和此外，可回收且重新使用，從而完成了本發(fā)明。
具體地說，本發(fā)明提供一種下式(I)表示的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑 其中A表示聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂，Q表示雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代，L1和L2可以相同或相異，和各自表示鹵原子或乙酰氧基、三氟乙酰氧基、三氟甲磺基、四氟硼酸基或π-烯丙基，和M表示銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑。
本發(fā)明也提供一種固體-負載型過渡金屬催化劑，它包括下式(II)表示的化合物和選自銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑且負載在該化合物上的過渡金屬 其中A和Q具有如上所定義的相同含義。
此外，本發(fā)明也提供一種含下式(II)表示的化合物 其中A和Q具有如上所定義的相同含義。
附圖的簡要說明

圖1-4示出了實施例5中所得的固體-負載型鈀催化劑的電子顯微圖。
實施本發(fā)明的最佳模式此處所使用的術(shù)語“低級”是指具有1-6個碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀碳鏈。
因此，術(shù)語“低級烷基”可指具有1-6個碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基，它包括例如甲基、乙基、丙基、異丙基、環(huán)丙基、丁基、異丁基、仲丁基、叔丁基、環(huán)丁基、戊基、1-甲基丁基、2-甲基丁基、異戊基、叔戊基、1，2-二甲基丙基、新戊基、1-乙基丙基、環(huán)戊基、己基、1-甲基戊基、2-甲基戊基、3-甲基戊基、異己基、1-乙基丁基、2-乙基丁基、1，1-二甲基丁基、1，2-二甲基丁基、1，3-二甲基丁基、2，2-二甲基丁基、2，3-二甲基丁基、3，3-二甲基丁基、1-甲基-1-乙基丙基、1-乙基-2-甲基丙基、1，1，2-三甲基丙基、1，2，2-三甲基丙基和環(huán)己基。
另一方面，術(shù)語“丁基烷氧基”可指具有1-6個碳原子的直鏈、支鏈或環(huán)狀烷氧基，它包括例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、異丙氧基、環(huán)丙氧基、丁氧基、異丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、環(huán)丁氧基、戊氧基、1-甲基丁氧基、2-甲基丁氧基、異戊氧基、叔戊氧基、1，2-二甲基丙氧基、新戊氧基、1-乙基丙氧基、環(huán)戊氧基、己氧基、1-甲基戊氧基、2-甲基戊氧基、3-甲基戊氧基、異己氧基、1-乙基丁氧基、2-乙基丁氧基、1，1-二甲基丁氧基、1，2-二甲基丁氧基、1，3-二甲基丁氧基、2，2-二甲基丁氧基、2，3-二甲基丁氧基、3，3-二甲基丁氧基、1-甲基-1-乙基丙氧基、1-乙基-2-甲基丙氧基、1，1，2-三甲基丙氧基、1，2，2-三甲基丙氧基和環(huán)己氧基。
此外，術(shù)語“鹵原子”可指氟、氯、溴或碘原子。
在本發(fā)明中，用A表示的聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂可優(yōu)選在其一端具有氨基的共聚物，亦即具有結(jié)構(gòu)A-NH2的共聚物。代表性的物質(zhì)具有下述結(jié)構(gòu)式的那些
其中R1表示交聯(lián)基，和p代表0或1。
此處交聯(lián)基可優(yōu)選支鏈或直鏈亞烷基，其中特別優(yōu)選具有1-12個碳原子的亞烷基。
這種樹脂的可用實例包括“ArgoGel”(商品名)、“TentaGel”(商品名)和“NovaGel”(商品名)，其中特別優(yōu)選在其終端具有氨基的“ArgoGel?！痹谄浣K端具有氨基的“ArgoGel”具有下述結(jié)構(gòu) 此外，L1和L2可以相同或相異，和各自表示鹵原子或乙酰氧基、三氟乙酰氧基、三氟甲磺基、四氟硼酸基或π-烯丙基，其中優(yōu)選鹵原子或乙酰氧基、三氟乙酰氧基或π-烯丙基。特別優(yōu)選L1和L2相同，和各自表示乙酰氧基或三氟乙酰氧基，或L1和L2之一為π-烯丙基，和另一個為鹵原子。
M是過渡金屬，它是銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑。作為本發(fā)明使用的過渡金屬，特別優(yōu)選銅或鈀。
Q是雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代。雜環(huán)可指具有一個或更多個氮、硫和/或氧原子的五元或六元環(huán)。實例可包括吡咯、咪唑、咪唑啉、三唑、四唑、吡唑、吡啶、吡嗪、嘧啶、噠嗪、噁唑啉、噁唑、異噁唑、噻唑啉、噻唑、異噻唑和噻吩。在這些當中，優(yōu)選吡啶。
可例如根據(jù)下述反應(yīng)流程1和反應(yīng)流程2生產(chǎn)本發(fā)明的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑(I)。
其中A和Q具有如上所定義的相同含義。
具體地，在氬氣氛圍下，在三(二亞芐基丙酮)二鈀、外消旋-2，2′-雙(二苯基吝基)-1，1′-聯(lián)萘和金屬醇化物存在下，使溴化雜環(huán)(III)和對氨基苯甲酸乙酯反應(yīng)，得到苯甲酸衍生物(IV)。要求溴化雜環(huán)(III)的用量至少是對氨基苯甲酸乙酯的2倍，和金屬醇化物可優(yōu)選醇化鈉，其中特別優(yōu)選叔丁醇鈉。反應(yīng)溶劑可以是有機溶劑如苯、甲苯、二甲苯、乙腈或丙酮，和取決于反應(yīng)溫度，可視需要選擇并使用一種或更多種這些有機溶劑。
然后向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中加入在其終端具有氨基的聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂(V)，接著加入苯甲酸衍生物(IV)、鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亞胺和1-羥基苯并三唑。然后在二甲基甲酰胺中搖動所得混合物10-30小時，得到化合物(II)。
該化合物(II)用作生產(chǎn)本發(fā)明的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑(I)和固體-負載型過渡金屬催化劑用中間體。
(反應(yīng)流程2)
其中A和Q具有如上所定義的相同含義。
向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中加入反應(yīng)流程1獲得的化合物(II)和過渡金屬化合物(VI)。在有機溶劑中搖動所得混合物30分鐘-3小時，得到本發(fā)明的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑(I)。
過渡金屬化合物(VI)可以是銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑與鹵素、乙酸、三氟乙酸、三氟甲磺酸或四氟硼酸間的共軛物或烯丙基鹵化金屬二聚體。作為這種共軛物或二聚體，可使用在市場上可獲得的共軛物或二聚體。對有機溶劑沒有強加特別的限制，只要它可溶解過渡金屬化合物(VI)即可。有機溶劑的實例可包括二氯甲烷、氯仿、丙酮、乙腈、二甲基甲酰胺和二甲亞砜和水，其中優(yōu)選二氯甲烷、乙腈和氯仿。
另一方面，可例如在醇存在下，通過加熱以上反應(yīng)流程2中獲得的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑(I)，生產(chǎn)本發(fā)明的固體-負載型過渡金屬催化劑。作為醇，可使用苯甲醇或類似物，和可優(yōu)選在30-100℃下進行1-48小時的加熱。
在如上所述獲得的固體-負載型過渡金屬催化劑中，以在任何一種這些化合物(II)內(nèi)的金屬形式負載過渡金屬。
實施例接下來將基于實施例進一步描述本發(fā)明。然而，應(yīng)當牢記本發(fā)明不應(yīng)限制到下述實施例。
實施例1(化合物(II)的生產(chǎn))(步驟1) 在氬氣氛圍下，混合三(二亞芐基丙酮)二鈀(259mg)、外消旋-2，2′-雙(二苯基吝基)-1，1′-聯(lián)萘(311mg)和對氨基苯甲酸乙酯(1.65g)、叔丁醇鈉(3.84g)、甲苯(180ml)和2-溴吡啶(3.8ml)，然后在100℃下攪拌10小時。在將反應(yīng)混合物傾入到冰水內(nèi)并用乙酸乙酯洗滌之后，用5％鹽酸使水層顯弱酸性，然后用氯仿萃取。用飽和鹽水洗滌萃取物，然后用硫酸鈉干燥。過濾并濃縮萃取物，并通過色譜法，在硅膠柱(氯仿∶甲醇＝100∶1)上純化殘渣，得到粗晶體(1.31g)。用乙酸乙酯重結(jié)晶該粗晶體，得到目標產(chǎn)物4-[N，N-(2-聯(lián)吡啶基)氨基]苯甲酸(810mg)。
1H-NMR(DMSO-d6)δ7.01(2H，d，J＝8.5Hz)，7.10(4H，m)，7.74(2H，m)，7.89(2H，d，J＝8.5Hz)，8.29(2H，dd，J＝2.0Hz，5.0Hz)，12.6(1H，br)。
(步驟2) 向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中加入“ArgoGel”-NH2(3.0g，1.2mmol)、步驟1獲得的4-[N，N-(2-聯(lián)吡啶基)氨基]苯甲酸(524mg，1.8mmol)、鹽酸1-乙基-3-(3-二甲基氨丙基)碳二亞胺(460mg，2.4mmol)、1-羥基苯并三唑(405mg，3.0mmol)和二甲基甲酰胺(60ml)，接著搖動18小時。采用Kaiser測試試劑(Kokusan ChemicalCo.，Ltd.的產(chǎn)品)進行Kaiser試驗，證明反應(yīng)的終止。加入二甲基甲酰胺(60ml)，和搖動所得溶液5分鐘并重復(fù)該操作5次。此外，在二氯甲烷(60ml)中搖動該混合物5分鐘，并重復(fù)該操作5次，洗滌反應(yīng)混合物。然后減壓干燥反應(yīng)混合物，得到目標化合物(II-1)(定量)。
13C-NMR(SR-MAS，CDCl3)δ117.2，118.5，125.4，128.2，130.5，137.4，147.4，148.3，157.6，166.4。
實施例2 向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中放置實施例1獲得的化合物(II-1)(1.0g)、乙酸鈀(89.1mg)和二氯甲烷(20ml)，接著搖動1小時。加入二氯甲烷(20ml)，接著搖動5分鐘，并重復(fù)該操作5次，洗滌反應(yīng)混合物。然后減壓干燥反應(yīng)混合物，得到目標固體-負載型鈀配合物催化劑(定量)。
13C-NMR(SR-MAS，CDCl3)δ23.0，116.4，117.2，120.1，129.7，135.7，140.0，142.1，150.3，150.7，165.5，177.5。
實施例3 向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中放置實施例1獲得的化合物(II-1)(388mg)、三氟甲磺酸銅(55.7mg)和乙腈(10ml)，接著搖動1小時。加入乙腈(10ml)，并搖動所得混合物5分鐘，重復(fù)該操作5次。此外，在二氯甲烷(10ml)中搖動該混合物5分鐘，并重復(fù)該操作5次，洗滌反應(yīng)混合物。然后減壓濃縮反應(yīng)混合物，得到目標固體-負載型銅配合物催化劑(定量)。
實施例4 向用氮氣吹掃過的Merrifield容器中放置實施例1獲得的化合物(II-1)(120mg)、烯丙基氯化鈀二聚體(8.7mg)和二氯甲烷(2.5ml)，接著搖動1小時。加入二氯甲烷(2.5ml)，并搖動所得混合物5分鐘，和重復(fù)該操作5次，洗滌反應(yīng)混合物。然后減壓干燥反應(yīng)混合物，得到目標固體-負載型鈀配合物催化劑(定量)。順便說一下，烯丙基氯化鈀二聚體具有下述結(jié)構(gòu)式 實施例5 向用氮氣吹掃過的梨形瓶中放置實施例2獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(1.0g，0.312mmol)、苯甲醇(0.32ml，3.12mmol)和水(10ml)，接著在回流加熱下攪拌12小時。每次用水(20ml)洗滌5分鐘，共洗滌反應(yīng)混合物5次，然后每次用丙酮(20ml)洗滌5分鐘，共洗滌5次。減壓干燥反應(yīng)混合物，得到黑色物質(zhì)形式的目標產(chǎn)物(固體-負載型鈀催化劑)?；趫D1-4所示的電子顯微圖，證明鈀在如此獲得的催化劑中以金屬形式負載。
13C-NMR(SR-MAS，CDCl3)δ117.2，118.5，125.4，128.2，130.5，137.4，147.4，148.3，157.6，166.4。
試驗1(CO插入反應(yīng)) 在Merrifield容器中放置實施例4獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(140mg)、碘代苯(53.4μl)、碳酸鉀(59.2mg)和水(3ml)，接著在一氧化碳氛圍下?lián)u動12小時。用飽和碳酸氫鈉水溶液(10ml)洗滌催化劑3次。將洗液合并在一起，向其中加入5％鹽酸酸化，接著用乙酸乙酯萃取。用飽和鹽水洗滌有機層，用硫酸鈉干燥、過濾，然后濃縮，得到苯甲酸(40mg)。
試驗2(Suzuki-Miyaura反應(yīng)) 在Merrifield容器中放置實施例4獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(137mg)、碘代苯(26μl)、苯硼酸(31.1mg)和1.5M氫氧化鉀水溶液(2ml)，接著在氮氣氛圍下?lián)u動24小時。用氯仿(10ml)洗滌該催化劑3次。將洗液合并在一起，用硫酸鈉干燥、過濾，然后濃縮。通過色譜法，在硅膠柱(戊烷)上純化該殘渣，得到聯(lián)苯(32mg)。
混合實施例4獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(100mg)、乙酸1，3-二苯基-2-丙烯基酯(85.3mg)、乙酰丙酮(52.1μl)、碳酸鉀(210mg)和水(2.5ml)，接著在氬氣氛圍中，在50℃下攪拌20小時。用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。將洗液合并在一起，用十水硫酸鈉干燥、過濾，然后濃縮。通過色譜法，在硅膠柱(己烷∶乙酸乙酯＝10∶1)上純化該殘渣，得到目標化合物(15mg)。
試驗4(丙烯基氧化反應(yīng)) 混合實施例3獲得的固體-負載型銅配合物催化劑(46mg)、環(huán)己烯(130μl)、過苯甲酸叔丁酯(61μl)和乙腈(1ml)，接著在氬氣氛圍中，在50℃下攪拌60小時。用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。將洗液合并在一起，用硫酸鈉干燥、過濾，然后濃縮。通過色譜法，在硅膠柱(己烷∶乙酸乙酯＝20∶1)上純化該殘渣，得到目標化合物(32mg)。
試驗5(Wacker氧化反應(yīng)) 混合實施例2獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(140mg)、苯乙烯(53.5μl)、氯化銅(62.8mg)和水(2ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流60小時。用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。將洗液合并在一起，用硫酸鈉干燥、過濾，然后濃縮。通過色譜法，在硅膠柱(己烷∶甲醇＝30∶1)上純化該殘渣，得到目標化合物(17mg)。
試驗6(空氣氧化反應(yīng)) 混合實施例2獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(38mg)、苯甲醇(13.1μl)、和水(1ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流1小時。用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。通過GC/MS測量洗液，和證明目標化合物的生產(chǎn)(產(chǎn)率85.4％)。
試驗7(空氣氧化反應(yīng)) 減壓干燥試驗6的空氣氧化反應(yīng)之后回收的固體-負載型鈀配合物催化劑，并將30mg如此干燥的催化劑與苯甲醇(10.4μl)和水(1ml)混合，接著在氧氣氛圍中加熱回流1小時。用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。通過GC/MS測量洗液，和證明目標化合物的生產(chǎn)(產(chǎn)率83.0％)。
試驗8(空氣氧化反應(yīng)) 混合實施例2獲得的固體-負載型鈀配合物催化劑(65mg)、乙酸鈉(17.8mg)、苯甲醇(22.5μl)、和水(1.5ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流60小時。用水(5ml)洗滌該催化劑3次。采用5％鹽酸使洗液呈酸性。此外，用氯仿(5ml)洗滌該催化劑3次。將洗液合并在一起，然后用氯仿進行萃取。若通過GC/MS測量萃取物，則證明目標化合物的生產(chǎn)(產(chǎn)率94.6％)。
試驗9(空氣氧化反應(yīng))
混合實施例5獲得的固體-負載型鈀催化劑(11.5mg，3.91μmol)、苯甲醇(40.5μl，0.391mmol)和水(0.5ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流1.5小時。用丙酮(5ml)洗滌該催化劑3次。通過GC/MS，證明目標化合物的生產(chǎn)(產(chǎn)率97％)。
試驗10(空氣氧化反應(yīng)) 混合實施例5獲得的固體-負載型鈀催化劑(300mg，97μmol)、環(huán)辛醇(64μl，0.49mmol)和水(2.6ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流20小時。用丙酮(5ml)洗滌該催化劑3次。通過GC/MS，證明目標化合物的生產(chǎn)(產(chǎn)率88％)。
試驗11(空氣氧化反應(yīng)) 混合實施例5獲得的固體-負載型鈀催化劑(106mg，39μmol)、1-己醇(22μl，0.17mmol)、碳酸鉀(24mg，0.17mmol)和水(0.9ml)，接著在氧氣氛圍中加熱回流40小時。用飽和碳酸氫鈉水溶液(5ml)洗滌該催化劑3次。采用5％鹽酸酸化合并的濾液，然后用二乙醚萃取。干燥萃取物并濃縮，得到目標化合物(20mg，產(chǎn)率98％)。
工業(yè)實用性本發(fā)明的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑和固體-負載型過渡金屬催化劑是優(yōu)良的催化劑，它們可用于各種各樣的反應(yīng)，使得可能在水體系中進行反應(yīng)，甚至在氧氣氛圍中顯示出充足的催化作用，和此外，可回收和重新使用它們。由于這些特征性特點導(dǎo)致它們對于組合化學合成特別有效。
權(quán)利要求
1.一種下式(I)表示的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑 其中A表示聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂，Q表示雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代，L1和L2可以相同或相異，和各自表示鹵原子或乙酰氧基、三氟乙酰氧基、三氟甲磺基、四氟硼酸基或π-烯丙基，和M表示銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑。
2.權(quán)利要求1的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑，其中M是銅或鈀。
3.權(quán)利要求1或2的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑，其中所述雜環(huán)是吡啶。
4.權(quán)利要求1的固體-負載型過渡金屬配合物催化劑，其中Q是吡啶，L1和L2可以相同或相異，和各自表示鹵原子或乙酰氧基、三氟乙酰氧基或π-烯丙基，和M表示銅或鈀。
5.一種固體-負載型過渡金屬催化劑，它包括下式(II)表示的化合物和選自銅、鈀、鎳、鈷、銠或鉑且負載在所述化合物上的過渡金屬 其中A表示聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂，和Q表示雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代。
6.權(quán)利要求5的固體-負載型過渡金屬催化劑，其中所述過渡金屬是銅或鈀。
7.權(quán)利要求5或6的固體-負載型過渡金屬催化劑，其中所述雜環(huán)是吡啶。
8.一種用下式(II)表示的化合物 其中A表示聚苯乙烯-聚乙二醇共聚物樹脂，和Q表示雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代。
全文摘要
一種固體－負載型過渡金屬配合物催化劑，其中各自用下式(I)表示其中A表示聚苯乙烯－聚乙二醇共聚物樹脂，Q表示雜環(huán)，它可被一個或更多個低級烷基、低級烷氧基或鹵原子取代，L
文檔編號C07C51/145GK1496371SQ02806379
公開日2004年5月12日 申請日期2002年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月12日
發(fā)明者魚住泰廣, 中尾龍 申請人:澤里新藥工業(yè)株式會社