一種離子型鐵(ii)配合物及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種含膦配體和咪唑(啉）陽(yáng)離子的離子 型鐵(II)配合物及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 過(guò)渡金屬配合物催化的格氏試劑和鹵代烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，即傳統(tǒng)的Kumada交叉 偶聯(lián)反應(yīng)，是有機(jī)合成中形成碳-碳鍵的最重要方法之一，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、以 及精細(xì)化工產(chǎn)品的合成中，為社會(huì)帶來(lái)了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
[0003] 在過(guò)去的十多年內(nèi)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)和碳-氧鍵活化研究的深入，酚或烯 醇的衍生物作為鹵代烴的替代物被逐漸應(yīng)用到過(guò)渡金屬催化的Kumada交叉偶聯(lián)反應(yīng)中（參 M:Yu，D.G.;Li，B.J.;Shi，Z.J.，Acc.Chem.Res.，2010，43，1486 ;Li，W. N.; Wang, Z. L.，RSC Adv.，2013，3，25565)。與鹵代烴相比較，酚或烯醇的衍生物具 有諸多優(yōu)點(diǎn)，如：（1)可以避免使用鹵代烴所帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題；（2)來(lái)源廣泛、價(jià)格低廉； (3) 由于酚羥基的存在易對(duì)芳環(huán)進(jìn)行結(jié)構(gòu)修飾、底物更具多樣性，等等。
[0004] 鐵系催化劑由于具有價(jià)廉易得、低毒或無(wú)毒、生物相容性好以及能有效抑制β-Η消 除反應(yīng)等特點(diǎn)，在近十年內(nèi)作為傳統(tǒng)的鈀系、鎳系催化劑的替代物在基于碳-氧鍵活化的 Kumada交叉偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用也獲得了越來(lái)越多的關(guān)注。例如：2002年，F(xiàn)iirstner課題組報(bào) 道了乙酰丙酮鐵在四氫呋喃和N-甲基吡咯烷酮混合溶劑中能分別催化三氟甲基磺酸芳基 酯或?qū)妆交撬岱蓟ヅc烷基格氏試劑之間的交叉偶聯(lián)反應(yīng)（參見(jiàn)= Filrstner, Α.; Leitner, A. Angew. Chem. Int. Ed.，2002，41，609);2008年，Gager課題組發(fā)現(xiàn)乙酰 丙酮鐵能高效地催化磷酸二烯酯和烷基格氏試劑之間的交叉偶聯(lián)反應(yīng)(參見(jiàn):Cahiez，G.; Habiak, V·; Gager, 0·，Org. Lett·, 2008，10，2389);2009年，施章杰等人以氯化亞 鐵為催化劑、1，3-二(2，4，6-三甲基苯基)咪唑啉鹽為配體，成功實(shí)現(xiàn)了特戊酸烯基酯或特 戊酸芳基酯與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)（參見(jiàn)：Li，B. J.; Xu，L.; Wu，Z. H.; Guan， Β· Τ·; Sun， C. L·; Wang， Β· Q·; Shi， Ζ· J·， J. Am. Chem. Soc·， 2009， 131，14656); 2012年，Garg課題組采用上述同樣的催化體系成功實(shí)現(xiàn)了氨基磺酸芳基酯 和氨基甲酸芳基酯分別與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)（參見(jiàn)= Silberstein, A. L.; Ramgren, S. D·; Garg, N. K·，Org. Lett·, 2012，10，3796);次年，Cook課題組也報(bào) 道了三水合三氟化鐵和氮雜環(huán)卡賓組成的催化體系能夠分別高效地催化氨基磺酸芳基酯 或?qū)妆交撬岱蓟ヅc烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)(參見(jiàn):Agrawal, T·; Cook, S. P·， Org. Lett., 2013，15，96)。值得一提的是:磷酸芳基二乙酯類(lèi)化合物也是一類(lèi)比較理想 的鹵代烴替代物;但是，關(guān)于鐵系催化劑催化的磷酸芳基二乙酯類(lèi)化合物與格氏試劑的交 叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究還僅局限于活化的磷酸嘧啶酯類(lèi)化合物參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，所用催化 體系分別為乙酰丙酮鐵、Salen型鐵（III)配合物以及由乙酰丙酮鐵和1，3_二(二苯基膦)丙 燒組成的催化體系（參見(jiàn):G0gsig, T. M·; Lindhardt, A. T·; Skrydstrup, T·，Org. Lett., 2009, 11, 4886; Xing, T.; Zhang, Z.; Da, Y. X.; Quan, Z. J.; Wang, X. C.，Asian J. Org. Chem.，2015, 4, 538)，對(duì)于未活化的磷酸芳基二乙酯類(lèi)化合物參與 的交叉偶聯(lián)反應(yīng)則還未見(jiàn)報(bào)道。至今為止，也未見(jiàn)含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵 (II)配合物的報(bào)道，更未見(jiàn)這類(lèi)鐵(II)配合物催化的磷酸芳基二乙酯與烷基格氏試劑的交 叉偶聯(lián)反應(yīng)的研究報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種離子型鐵(II)配合物及其在有機(jī)合成領(lǐng)域中的應(yīng)用，具 體為一種含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵（II)配合物在磷酸芳基二乙酯與烷基格 氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用。
[0006] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種離子型鐵(II)配合物，其化學(xué)結(jié) 構(gòu)式如下：
其中R1選自叔丁基、環(huán)己基、2,6_二異丙基苯基或2,4,6_三甲基苯基;R選自苯基、環(huán)己 基、叔丁基或異丙基;X選自氯或溴。優(yōu)選的，所述R1為2,6_二異丙基苯基或2,4,6_三甲基苯 基;所述R為苯基或者環(huán)己基。
[0007] 本發(fā)明還公開(kāi)了制備上述含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵（II)配合物的 方法，包括以下步驟： 無(wú)水無(wú)氧條件下，將鹵化體系與有機(jī)氯鹽加入溶劑中，于30~60°C下反應(yīng)2~18小時(shí)； 然后離心處理反應(yīng)液;然后將清液與膦配體混合，于30~60°C下反應(yīng)2~8小時(shí)；反應(yīng)結(jié)束 后，去除反應(yīng)液中的溶劑，剩余物經(jīng)飽和烷烴洗滌后再經(jīng)甲苯和四氫呋喃的混合溶劑萃取， 萃取液濃縮后得到離子型鐵(II)配合物;所述鹵化體系為無(wú)水溴化亞鐵和溴化鈉的混合物 或者無(wú)水氯化亞鐵；所述有機(jī)氯鹽為咪唑氯鹽或者咪唑啉氯鹽;所述磷配體的化學(xué)式為 PR3;所述溶劑不含活潑氫。
[0008] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，當(dāng)鹵化體系為無(wú)水氯化亞鐵時(shí)，無(wú)水氯化亞鐵與有機(jī)氯鹽于 30~60°C下反應(yīng)2~6小時(shí)，進(jìn)一步優(yōu)選的，無(wú)水氯化亞鐵與有機(jī)氯鹽于30°C下反應(yīng)4~5小 時(shí)，離心處理反應(yīng)液，將清液與膦配體混合，于30°C下反應(yīng)6~8小時(shí)；當(dāng)鹵化體系為無(wú)水溴 化亞鐵和溴化鈉的混合物時(shí)，鹵化體系與有機(jī)氯鹽于30~60°C下反應(yīng)15~18小時(shí)，進(jìn)一步 優(yōu)選的，鹵化體系與有機(jī)氯鹽于60°C下反應(yīng)16~17小時(shí)，離心處理反應(yīng)液，將清液與膦配體 混合，于30°C下反應(yīng)6~8小時(shí)。
[0009] 上述技術(shù)方案中，溶劑混合鹵化體系與有機(jī)氯鹽，有利于合成高效進(jìn)行，一般不含 氫，可以溶解膦配體。比如甲苯和/或四氫呋喃。
[0010] 上述技術(shù)方案中，當(dāng)鹵化體系為無(wú)水氯化亞鐵時(shí)，無(wú)水氯化亞鐵、有機(jī)氯鹽與膦配 體的摩爾比為1:1:1;當(dāng)鹵化體系為無(wú)水溴化亞鐵和溴化鈉的混合物時(shí)，無(wú)水溴化亞鐵、有 機(jī)氯鹽、溴化鈉與膦配體的摩爾比為1:1:3.2:1。
[0011] 上述技術(shù)方案中，有機(jī)氯鹽的化學(xué)通式為：[(RMCHnCHnNROonCLr^lSS。!^! 時(shí)制備的離子型鐵(II)配合物為含膦配體和咪唑陽(yáng)離子離子型鐵(II)配合物;η為2時(shí)制備 的離子型鐵(II)配合物為含膦配體和咪唑啉陽(yáng)離子的離子型鐵(II)配合物。
[0012] 本發(fā)明還公開(kāi)了上述離子型鐵（II)配合物作為單組分催化劑在磷酸芳基二乙酯 與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用。磷酸芳基二乙酯和烷基格氏試劑的摩爾比為1: (4~6);催化劑的用量是磷酸芳基二乙酯的5~15 mol%，優(yōu)選為8~10 mol%。本發(fā)明催化劑 用量小，能有效催化未活化的磷酸芳基二乙酯與烷基格式試劑的反應(yīng)。
[0013] 本發(fā)明還公開(kāi)了應(yīng)用上述含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵（II)配合物催 化磷酸芳基二乙酯與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)的方法，包括以下步驟:無(wú)水無(wú)氧條件 下，在氬氣氣氛中，依次加入離子型鐵(II)配合物溶液、磷酸芳基二乙酯溶液以及烷基格氏 試劑溶液，攪拌混合均勻；于25~85°C攪拌反應(yīng)8~10小時(shí)，用去離子水終止反應(yīng);得到產(chǎn) 物。
[00M]本發(fā)明的磷酸芳基二乙酯的化學(xué)式為Ar-OP(O) (OEt)2, Ar為芳基，比如萘基、聯(lián)苯 基、取代苯基或吡啶基。本發(fā)明的離子型鐵（II)配合物作為催化劑不僅可以有效催化活化 的磷酸芳基二乙酯類(lèi)化合物與烷基格氏試劑的反應(yīng)，還能有效催化未活化的磷酸芳基二乙 酯類(lèi)化合物與烷基格氏試劑的反應(yīng)，克服了現(xiàn)有技術(shù)僅能催化活化的磷酸芳基二乙酯類(lèi)化 合物與烷基格氏試劑反應(yīng)的缺陷。
[0015] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，離子型鐵（II)配合物溶液以四氫呋喃為溶劑;磷酸芳基二乙 酯溶液以四氫呋喃為溶劑;烷基格氏試劑溶液以四氫呋喃為溶劑。
[0016] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，反應(yīng)結(jié)束后，反應(yīng)液用乙酸乙酯萃取，層析柱提純（以石油醚 為展開(kāi)劑），得到產(chǎn)物。
[0017] 本發(fā)明的原理為:所述含膦配體和咪唑(啉）陽(yáng)離子的離子型鐵(II)配合物中的咪 唑（啉）陽(yáng)離子在烷基格氏試劑的存在下，可原位轉(zhuǎn)變成相應(yīng)的氮雜環(huán)卡賓類(lèi)配體，從而使 所述含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵（II)配合物原位轉(zhuǎn)變?yōu)榭筛咝Т呋姿岱蓟?二乙酯和烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑。
[0018] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1.本發(fā)明首次將膦配體和咪唑(啉)氯鹽配體同時(shí)引入鐵(II)配合物的設(shè)計(jì)中，得到 的含膦配體和咪唑（啉）陽(yáng)離子的離子型鐵（II)配合物的空間位阻和電子效應(yīng)可通過(guò)改變 膦配體和咪唑(啉）陽(yáng)離子的結(jié)構(gòu)而進(jìn)行靈活多變的調(diào)控，從而開(kāi)發(fā)出一類(lèi)新型高效的鐵系 催化劑。
[0019] 2.本發(fā)明通過(guò)簡(jiǎn)單咪唑（啉)氯鹽、亞鐵鹽和膦配體的分步反應(yīng)制備含膦配體和 咪唑(啉）陽(yáng)離子的離子型鐵(II)配合物，原料易得，操作簡(jiǎn)易，產(chǎn)物結(jié)構(gòu)明確、易提純、得率 高，有利于大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。
[0020] 3.本發(fā)明公開(kāi)的含膦配體和咪唑(啉）陽(yáng)離子的離子型鐵(II)配合物可高效催化 磷酸芳基二乙酯與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，為合成烷基取代芳烴提供了一個(gè)新的方 法，解決了現(xiàn)有技術(shù)僅局限于磷酸嘧啶酯類(lèi)化合物參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)、而無(wú)法應(yīng)用于未 活化的磷酸芳基二乙酯類(lèi)化合物參與的交叉偶聯(lián)反應(yīng)的缺陷。
[0021] 4.本發(fā)明公開(kāi)的磷酸芳基二乙酯與烷基格氏試劑的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，所采用的磷 酸芳基二乙酯類(lèi)底物具有穩(wěn)定性較好、在合成過(guò)程中不產(chǎn)生毒副產(chǎn)物的優(yōu)點(diǎn)，克服了現(xiàn)有 技術(shù)的底物穩(wěn)定性差和環(huán)保水平低的缺陷，并且制備過(guò)程簡(jiǎn)單，為烷基取代（雜)芳烴的制 備提供了高效、實(shí)用的具有工業(yè)化應(yīng)用前景的新方法。
【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 實(shí)施例一：[Fe(PR3)X3] [(R1NCHnCHnNR1)CH] (R1為2,6_二異丙基苯基，R為苯基，η為1，X 為Cl)的合成 取咪唑氯鹽[(I^NCHCHNI^anCKOdS克，1.0毫摩爾）和氯化亞鐵(0.13克，1.0毫摩 爾），以四氫呋喃為溶劑，于30°C攪拌反應(yīng)4小時(shí)。離心，清液轉(zhuǎn)移，向清液中加入三苯基膦 (0.26克，1.0毫摩爾），于30°C下反應(yīng)6小時(shí)。真空除去溶劑，己烷洗滌，抽干，以甲苯和四氫 呋喃的混合溶劑萃取，離心清液轉(zhuǎn)移，濃縮，濃縮清液后得到目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率90%。
[0023] 取咪唑氯鹽[(1^0101冊(cè)1)01](：1(0.42克，1.0毫摩爾）和氯化亞鐵(0.13克，1.0毫 摩爾），以四氫呋喃為溶劑，于30°C攪拌反應(yīng)2小時(shí)。離心，清液轉(zhuǎn)移，向清液中加入三苯基膦 (0.26克，1.0毫摩爾），于30°C下反應(yīng)6小時(shí)。真空除去溶劑，己烷洗滌，抽干，以甲苯和四氫 呋喃的混合溶劑萃取，離心清液轉(zhuǎn)移，濃縮，濃縮清液后得到目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率80%。
[0024] 取咪唑氯鹽[(1^010體1)01](：1(0.42克，1.0毫摩爾）和氯化亞鐵(0.13克，1.0毫 摩爾），以四氫呋喃為溶劑，于60°C攪拌反應(yīng)2小時(shí)。離心，清液轉(zhuǎn)移，向清液中加入三苯基膦 (0.26克，1.0毫摩爾），于30°C下