專(zhuān)利名稱(chēng)：用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑體系的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種催化劑體系，具體涉及一種用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑 參與的催化體系。
背景技術(shù)：
偶聯(lián)反應(yīng)是一類(lèi)十分有用的反應(yīng)，特別是鈴木(Suziiki-Miyaura)偶聯(lián)反 應(yīng)，是構(gòu)建碳碳鍵的一個(gè)非常有用的合成手段，廣泛應(yīng)用于各類(lèi)聚合物如農(nóng)用 化學(xué)品、藥物中間體等的合成。可供選擇的Siizuki-Miyaiira偶聯(lián)反應(yīng)催化劑可以是在有磷配體存在下的 鈀絡(luò)合物，如Pd(dppf)2或Pd(PPh3)4。然而，采用這類(lèi)催化劑存在下列問(wèn)題 ①鈀的價(jià)格昂貴，因而，利用該反應(yīng)制備有機(jī)化合物的成本較高；②金屬鈀具 有較強(qiáng)的毒性，并且，其磷配體不穩(wěn)定，對(duì)熱敏感，活性相對(duì)低的芳香化合物 在高溫下反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致催化劑迅速鈍化沉淀出鈀黑，因而影響了其在藥物合成等 場(chǎng)合中的應(yīng)用。在現(xiàn)有技術(shù)中，至今為止關(guān)于無(wú)過(guò)渡金屬催化劑參與的Suzuki-Miyanra 偶聯(lián)反應(yīng)只有Nicholas E. Leadbeater課題組的報(bào)道。根據(jù)文獻(xiàn)l[Angew. Chem. Int. Ed. 2003, 42， 1407-1409(德國(guó)化學(xué)會(huì)志) 和文獻(xiàn)2[J. Org. Chem. 2003， 68， 5660-5667(美國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)化學(xué))的報(bào) 道作者報(bào)道了一種無(wú)過(guò)渡金屬催化劑參與的催化體系，以水為反應(yīng)介質(zhì)，以 碳酸鈉為堿，以TBAB (四丁基溴化銨)為添加劑，用微波反應(yīng)器，其中功率 為100W，反應(yīng)溫度為150'C，時(shí)間為5分鐘。而一般油浴在相同的溫度下， 加熱5個(gè)小時(shí)也到不到這樣的效果。上述文獻(xiàn)中報(bào)道的催化體系僅僅適用于芳基碘代物和溴代物與芳基硼酸 的偶聯(lián)反應(yīng)，對(duì)于芳基氯代物的偶聯(lián)反應(yīng)則無(wú)法進(jìn)行。其中比較反常的結(jié)果是， 對(duì)于相同的催化體系，該體系對(duì)于芳基溴代物反應(yīng)反而比芳基碘代物的效果更 好，這與化學(xué)中碳-碘鍵比碳-溴鍵更容易斷裂相違背。同時(shí)，文獻(xiàn)1和2中的操作其實(shí)非常危險(xiǎn)，在密閉的容器中瞬間達(dá)到溶劑 (水)沸點(diǎn)之上的溫度，容易發(fā)生容器的爆裂。更大的問(wèn)題是Nicholas E. Leadbeater課題組在兩年后發(fā)現(xiàn)他們之前的 報(bào)道是不正確的，并不是純粹無(wú)過(guò)渡金屬催化劑參與的偶聯(lián)反應(yīng)。根據(jù)文獻(xiàn) 3[J. Org. Chem. 2005， 70， 161-168(美國(guó)化學(xué)會(huì)有機(jī)化學(xué))的報(bào)道他們以 前報(bào)道中所使用的堿(碳酸鈉)中其實(shí)含有10-24ppb量的鈀，而僅僅如此量 的鈀催化劑的存在足可以催化偶聯(lián)反應(yīng)進(jìn)行，因此，他們的報(bào)道并不是真正意 義上的無(wú)過(guò)渡金屬參與的偶聯(lián)反應(yīng)。此外，他們發(fā)現(xiàn)商業(yè)上獲得的碳酸鈉都含 有少量的鈀，而碳酸鉀卻不含鈀。艮P，現(xiàn)有技術(shù)中用于偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑體系都含有貴金屬和/或過(guò)渡金屬， 存在價(jià)格昂貴、毒性等問(wèn)題，且為了避免金屬氧化， 一般需要惰性氣體保護(hù)， 操作條件嚴(yán)格。因此，如果能開(kāi)發(fā)出完全不含過(guò)渡金屬催化劑的催化體系用于偶聯(lián)反應(yīng)， 必將具有很大的意義。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑體系。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是 一種用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑體系，主要由碳酸鉀和聚乙二醇組成，碳酸鉀與聚乙二醇的摩爾比為60 : 1至600 1。實(shí)驗(yàn)證明，上述體系可用于催化偶聯(lián)反應(yīng)，該催化體系中不含鈀，實(shí)際試驗(yàn)中，對(duì)催化體系中的碳酸鉀、聚乙二醇，以及反應(yīng)原料均進(jìn)行測(cè)試，在10 24ppb范圍內(nèi)檢測(cè)不到鈀，說(shuō)明本發(fā)明的催化體系確為不含鈀的催化體系。上述技術(shù)方案中，所述無(wú)金屬催化劑體系中包括有碘，所述碳酸鉀與碘的摩爾比為5 : i至30 : i。上述技術(shù)方案中，所述聚乙二醇的分子量在200到800之間。本發(fā)明所述無(wú)金屬催化劑體系可應(yīng)用于偶聯(lián)反應(yīng)，加入的催化劑體系以碳酸鉀計(jì)，相當(dāng)于芳基鹵代物的1 5當(dāng)量，偶聯(lián)反應(yīng)在11(TC 14(TC下進(jìn)行， 反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí) 40小時(shí)，反應(yīng)在空氣中進(jìn)行。上文中，采用的催化體系，是無(wú)中心金屬參與的催化體系，因而可以直接 在空氣中進(jìn)行，不需要在嚴(yán)格的氣體保護(hù)下進(jìn)行。通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，采用上述催 化體系的反應(yīng)在空氣中進(jìn)行反而獲得了比在惰性氣體保護(hù)下獲得更好的結(jié)果， 可能原因是空氣中的氧氣參與了該偶聯(lián)反應(yīng)的進(jìn)行(氧化加成過(guò)程)。在實(shí)際反應(yīng)時(shí)，根據(jù)情況，可以循環(huán)使用催化劑，此時(shí)，當(dāng)反應(yīng)結(jié)束時(shí)， 往體系中加入低沸點(diǎn)溶劑，直接在反應(yīng)器中萃取3 4次，每次把上層有機(jī)層小心傾析并且合并，最終將合并的有機(jī)溶劑通過(guò)干燥、濃縮并進(jìn)行簡(jiǎn)單的柱層 析，即可得到偶聯(lián)產(chǎn)物，下層的催化劑體系可循環(huán)使用。 其中，所述低沸點(diǎn)溶劑為乙醚。如果實(shí)際使用時(shí)不需要循環(huán)使用催化劑，則在反應(yīng)結(jié)束時(shí)，先住體系中加 入水再加入溶劑進(jìn)行萃取，萃取溶劑以采用乙酸乙酯為優(yōu)選，經(jīng)過(guò)萃取、干燥、 柱層析等操作可得到產(chǎn)物。進(jìn)一步的技術(shù)方案，用于催化芳基氯代物進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)，加入與碳酸鉀的摩爾比為1:10的碘，反應(yīng)溫度為140'C,反應(yīng)時(shí)間為40小時(shí)。用于催化芳基溴代物進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)，加入與碳酸鉀的摩爾比為i : io的碘，反應(yīng)溫度為140'C，反應(yīng)時(shí)間為28 36小時(shí)。用于催化芳基碘代物進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)，反應(yīng)溫度為140'C,反應(yīng)時(shí)間為12 小時(shí)。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. 由于本催化劑體系無(wú)貴金屬和過(guò)渡金屬，徹底解決了以往催化劑存在 的價(jià)格昂貴、毒性等問(wèn)題。2. 本催化劑體系在進(jìn)行偶聯(lián)反應(yīng)時(shí)不需要惰性氣體的保護(hù)。3. 本催化體系可以循環(huán)使用，且操作非常方便，只需分批加入乙醚溶劑， 體系繼續(xù)攪拌，產(chǎn)物就會(huì)自動(dòng)進(jìn)入乙醚相，從而實(shí)現(xiàn)了催化劑體系與產(chǎn)物的自 動(dòng)分離。上層有機(jī)相只需傾析即可，然后合并后簡(jiǎn)單柱層析便可得最終產(chǎn)物。 對(duì)于剩下的體系直接加入兩個(gè)原料即可進(jìn)行第二輪催化反應(yīng)。4. 本催化體系適用的底物范圍較寬，包括各類(lèi)芳基鹵代物和各類(lèi)芳基硼 酸，產(chǎn)物的化學(xué)收率最高超過(guò)99%;可見(jiàn)，本催化體系和以往的催化體系有著本質(zhì)的區(qū)別，催化體系成本低廉且可以循環(huán)使用，無(wú)需惰性氣體保護(hù)，反應(yīng)操作和后處理操作也非常簡(jiǎn)單，有 望進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖
及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述-實(shí)施例一在一反應(yīng)試管中依次裝入碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg)，對(duì)甲苯硼酸(0.4 mmol， 56.1 mg)以及聚乙二醇400 (2 mL)，然后加入碘苯(0.3 mmol, 34.2 mL)。該體系不需惰性氣—體保護(hù)即在空氣中直接密封后在140'C的油浴加熱約 12小時(shí)，先加入2 mL水淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙酯萃取(4 mLX3)，合并 有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鈉干燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚 (60~90°C))即可得偶聯(lián)產(chǎn)物4-甲基聯(lián)苯(50.4 mg)，收率超過(guò)99%。產(chǎn)物 的熔點(diǎn)為46 47i:;其核磁數(shù)據(jù)為1HNMR(CDC13， 300Hz) (&， ppm) 2.37 (s， 3H， CH3)， 7.24 (d， J = 7.6 Hz， 2H， ArH)， 7.30 (t， J = 7.6 Hz， 1H， ArH)， 7.40 (t， J = 7.6 Hz， 2H， ArH)， 7.48 (d， J = 7.8 Hz， 2H， ArH)， 7.56 (d， J = 7.6 Hz， 2H， ArH); 13C NMR (75 MHz, CDC13) (8， ppm) 141.61， 138.81， 137.46， 129.95， 129.18， 127.45， 127.43， 21.57。 實(shí)施例二在一反應(yīng)試管中依次裝入碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg)，苯硼酸(0.4 mmol， 48.8 mg)以及聚乙二醇400 (2 mL)，然后用微量進(jìn)樣器加入碘苯(0.3 mmol， 34.2 jiL)。然后該體系密封后在140"C的油浴加熱約12小時(shí)，先加入2 mL水 淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙酯萃取(4 mLX3)，合并有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鈉干 燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚(60~90°C))即可得偶聯(lián) 產(chǎn)物聯(lián)苯(44.8 mg)，收率超過(guò)99%。產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為1H NMR (400 MHz, CDC13) (8， ppm) 7.60 (t， J = 7.2 Hz， 4H， ArH)， 7.45 (t， J = 7.2 Hz， 4H， ArH)， 7.36 (d， J = 7.2 Hz， 2H， ArH); 13C NMR (100 MHz, CDC13) (8， ppm) 141.67， 129.22， 127.72， 127.64。實(shí)施例三在一反應(yīng)試管中依次裝入碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg)， 3-甲氧基苯硼酸(0.4tnmoi， 60.8 mg)以及聚乙二醇400 ( 2 mL),然后用微量進(jìn)樣器加入碘苯(0.3 mmol， 34.2 fiL)。然后該體系密封后在140卩的油浴加熱約12小時(shí)，先加入2 mL水淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙酯萃取(4 mLX3)，合并有機(jī)相并用無(wú)水硫酸 鈉干燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚(60 90'C))即可得 偶聯(lián)產(chǎn)物3-甲氧基聯(lián)苯(55.3 mg)，收率超過(guò)99%。產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為1H NMR (CDC13, 300Hz) (S, ppm) 3.76 (s， 3H, CH30), 6.80 (d， J = 7.8 Hz， 1H， ArH), 7.08 (t, J = 9.3 Hz， 6H， ArH)， 7.23-7.36 (m, 2H， ArH)， 7.50 (d， J = 7.5 Hz， 2H， ArH>; 13C謂R (100 MHz， CDC13) (8， ppm) 160.37， 143.20， 141.53， 130.20， 129.18， 127.86， 127.64， 120.11， "3.33, 113.10, 55.71 -實(shí)施例四在一反應(yīng)試管中依次裝入碳酸鉀(0.6 mmol, 83 mg), 4-氯碘苯(0.3 mmol， 71.4 mg)， 4-氯苯硼酸(0.4 mmol， 62.4 mg)以及聚乙二醇400 (2 mL)。然后 該體系密封后在140X:的油浴加熱約12小時(shí)，先加入2 mL水淬滅反應(yīng)，然后 用乙酸乙酯萃取(4 mLX3)，合并有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鈉干燥后，濃縮后通 過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚(60~90t)和乙酸乙酯的混合溶劑(體 積比為10: l))即可得偶聯(lián)產(chǎn)物4，4，-二氯聯(lián)苯(66.6 mg),收率超過(guò)99%。 產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為1H NMR (300 MHz, CDC13) (6， ppm) 7.33 (d， J = 8.4 Hz， 4H， ArH)， 7.40 (d， J = 8.1 Hz， 4H， ArH); 13C畫(huà)R (75 MHz, CDC13) (6， ppm) 138.88， 134.02， 129.52， 128.70-實(shí)施例五在一反應(yīng)試管中依次裝入碘(0.06 mmol， 15.2 mg),碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg), 2-甲氧基苯硼酸(0.4 mmol， 60.8 mg)以及聚乙二醇400 (2 mL)，然后 用微量進(jìn)樣器加入碘苯(0.3 mmol， 34.2 ^L)。然后該體系密封后在140"的油 浴加熱約12小時(shí)，先加入2 mL水淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙酯萃取U mLX3), 合并有機(jī)相并用無(wú)水硫酸鈉干燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石 油醚(60 90'C))即可得偶聯(lián)產(chǎn)物2-甲氧基聯(lián)苯(49.8 mg)，收率為90%。 產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為1H NMR (CDC13， 300Hz) (3， ppm) 3.70 (s， 3H， CH30)， 6.987-6.96 (m, 2H， ArH)， 7.21 (t， J = 6.3 Hz， 3H， ArH)， 7.31 (t， J = 7.2 Hz， 2H， ArH)， 7.44 (d， J = 7.5 Hz， 2H， ArH); 13C畫(huà)R (100 MHz, CDC13) (S， ppm)156.84， 138.93， 131.30， 129.95， 129.02， 128.39， 127.32， 121.22， 111.60， 55.94-實(shí)施例六在一反應(yīng)試管中依次裝入碘(0.06 mmol， 15.2 mg),碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg)， 4-氯溴苯(0.3 mmol, 57.0 mg)， 4-氟苯硼酸(0.4 mmol， 56.0 mg)以及 聚乙二醉400 (2 mL)。然后該體系密封后在140C的油浴加熱約36小時(shí)，先 加入2mL水淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙酯萃取(4 mLX3),合并有機(jī)相并用無(wú) 水硫酸鈉干燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚(60~900) 即可得偶聯(lián)產(chǎn)物4-氯-4'-氟聯(lián)苯(53.2 mg),收率為86%。產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為 1H NMR (CDC13, 400Hz) (S， ppm) 7.12 (t， J = 8.8 Hz， 2H， ArH)， 7.38-7.51 (m 6H， ArH" 13C謂R (CDCB， 100Hz) (6， ppm) 164.27， 161.82， 139.13, 136.57， 136.54， 133.85， 129.42， 128.70, 116.34， 116.13<>實(shí)施例七在一反應(yīng)試管中依次裝入碘(0.06 mmol， 15.2 mg),碳酸鉀(0.6 mmol， 83 mg)， (E)-p-苯乙烯溴(0.3 mmol， 54.6 mg),苯硼酸(0.4 mmol， 48.8 mg)以 及聚乙二醇400 (2 inL)。然后該體系密封后在140^C的油浴加熱約36小時(shí)， 先加入2 mL水淬滅反應(yīng)，然后用乙酸乙翻萃取(4 mLX3)，合并有機(jī)相并用 無(wú)水硫酸鈉干燥后，濃縮后通過(guò)簡(jiǎn)單的柱層析(洗脫劑使用石油醚(60~900) 即可得雙鍵構(gòu)型仍然保持的偶聯(lián)產(chǎn)物(E)-二苯基乙烯(48.7 mg)，收率為90%。 產(chǎn)物的核磁數(shù)據(jù)為1H NMR (400 MHz, CDC13) (S， ppm) 7.13 (s， 2H)， 7.24-7.30 (m， 2H)， 7.38 (t, ,1 = 7.6 Hz， 4H)， 7.54 (d， J = 7.2 Hz， 4H); 13C醒R (100 MHz, CDC13) (S， ppm) 137.79， 129.15， 128.08， 126.98。
權(quán)利要求
1.一種用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑體系，其特征在于主要由碳酸鉀和聚乙二醇組成，碳酸鉀與聚乙二醇的摩爾比為60∶1至600∶1。
2. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的無(wú)金屬催化劑體系，其特征在于所述催化劑 體系中包括有碘，所述碳酸鉀與碘的摩爾比為5 : i至30 : i。
3. 根據(jù)權(quán)利要求i所述的催化劑體系，其特征在于所述聚乙二醇的分子量在200到800之間。
4. 權(quán)利要求1所述無(wú)金屬催化劑體系在偶聯(lián)反應(yīng)中的應(yīng)用，其特征在于 加入的催化劑體系以碳酸鉀計(jì)，相當(dāng)于芳基鹵代物的1 5當(dāng)量，偶聯(lián)反應(yīng)在 11(TC 14(TC下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí) 40小時(shí)，反應(yīng)在空氣中進(jìn)行。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于反應(yīng)結(jié)束時(shí)，往體系中加 入低沸點(diǎn)溶劑，直接在反應(yīng)器中萃取3 4次，每次把上層有機(jī)層小心傾析并 且合并，最終將合并的有機(jī)溶劑通過(guò)干燥、濃縮并進(jìn)行簡(jiǎn)單的柱層析，即可得 到偶聯(lián)產(chǎn)物，下層的催化劑體系可循環(huán)使用。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其特征在于所述低沸點(diǎn)溶劑為乙醚。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于用于催化芳基氯代物進(jìn)行 偶聯(lián)反應(yīng)，加入與碳酸鉀的摩爾比為1 : 10的碘，反應(yīng)溫度為140'C，反應(yīng)時(shí) 間為40小時(shí)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于用于催化芳基溴代物進(jìn)行 偶聯(lián)反應(yīng)，加入與碳酸鉀的摩爾比為1 : 10的碘，反應(yīng)溫度為14(TC，反應(yīng)時(shí) 間為28 36小時(shí)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于用于催化芳基碘代物進(jìn)行 偶聯(lián)反應(yīng)，反應(yīng)溫度為140'C，反應(yīng)時(shí)間為12小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于偶聯(lián)反應(yīng)的無(wú)金屬催化劑體系，其主要由碳酸鉀和聚乙二醇組成，碳酸鉀與聚乙二醇的摩爾比為60∶1至600∶1。本發(fā)明的催化體系無(wú)貴金屬和過(guò)渡金屬，徹底解決了以往催化劑存在的價(jià)格昂貴、毒性等問(wèn)題。本發(fā)明的催化體系可適用于各種偶聯(lián)反應(yīng)，成本低廉且可以循環(huán)使用，無(wú)需惰性氣體保護(hù)，反應(yīng)操作和后處理操作也非常簡(jiǎn)單，有望進(jìn)行大規(guī)模應(yīng)用和工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)B01J27/06GK101244390SQ20071030723
公開(kāi)日2008年8月20日 申請(qǐng)日期2007年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月6日
發(fā)明者毛金成 申請(qǐng)人:蘇州大學(xué)