CN112851579A - 用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物、催化体系和偶联反应 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物,为一种包含2‑(取代或非取代的)氨基吡啶氮氧基团的三类化合物,也提供了用于卤代芳烃偶联反应的催化体系,包括铜催化剂、采用包含2‑(取代或非取代的)氨基吡啶氮氧基团的化合物作为配体、碱和溶剂,同时也提供了采用这种催化剂体系的卤代芳烃偶联反应的体系。本发明的这类包含2‑(取代或非取代的)氨基吡啶氮氧基团的化合物,可用于铜催化芳基氯代物偶联反应的配体,该类配体强碱性条件下稳定,在用于芳基卤代物的铜催化偶联反应时,可以很好地保持催化活性。并且采用本发明的这种化合物作为配体的铜催化剂,特别是能够有效促进常规条件下难以发生的铜催化的芳基氯代物与多种亲核试剂的偶联,生成C‑N、C‑O、C‑S键,合成众多有用的小分子化合物。因此采用本发明配体的铜催化体系使得卤代芳烃的偶联反应具有很好的大规模应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于偶联反应中催化体系的化合物及反应体系,特别涉及 一种用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物、催化体系和偶联反应体系。
背景技术
乌尔曼偶联反应(Ullmann,F.ber Dtsch.Chem.Ges.1903,36,2382.)经过 很长时间的发展,已经实现了工业化生产(Lindley,J.Tetrahedron 1984,40,1433)。 但传统的乌尔曼偶联反应在高温,高极性溶剂条件下进行,而且需要当量或过 量的铜试剂,因此,乌尔曼反应的应用受到了很大的限制(Lindley,J.Tetrahedron 1984,40,1433)。近年来使用钯催化剂((a)Yang,B.H.;Buchwald,S.L.J. Organomet.Chem.1999,576(1~2),125~146.(b)Hartwig,J.F.Angew.Chem.,Int. Ed.Engl.1998,37,2046~2067),使得芳基卤化物(包括氯、溴、碘)的偶联反应 得以在较温和的条件下进行。但是,使用钯催化剂仍然存在着很多限制:1、钯 催化剂价格昂贵,且零价钯所需的反应操作苛刻,这在一定程度上限制了其大 规模应用;2、含有某些特定官能团的底物在钯催化下很难反应;3、钯催化体 系所需要加入的配体结构复杂,价格昂贵。因此,以廉价的Cu为催化剂,通过 添加配体来促使芳基溴和芳基碘的偶联反应在比较温和的条件下进行得到了很 大的发展,如N’N-二乙基水杨酰胺(Kwong,F.Y.;Buchwald,S.L.Org.Lett. 2003,5,793),氨基酸(Ma,D.;Cai,Q.;Zhang,H.Org.Lett.2003,5,2453),席夫 碱Chxn-Py-Al及水杨醛肟(Cristau,H.J.;Cellier,P.P.;Spindler,J.F.;Taillefer,M. Chem.Eur.J.2004,10,5607),膦酰胺(Zhang,Z.;Mao,J.;Zhu,D.;Wu,F.;Chen, H.;Wan,B.Tetrahedron 2006,62,443),β-环二酮(Shafir,A.;Buchwald,S.L.J.Am. Chem.Soc.2006,128,8742),连二萘酚(Jiang,D.,Fu,H.,Jiang,Y.,Zhao,Y.J.Org. Chem.2007,72,672),2-吡啶-β酮(Wang,D.;Ding,K.Chem.Commun.2009,1891.),8-hydroxyquinolin-Noxide(Yang K.,Li Z.,Wang Z.,Yao Z.,Jiang S.Org.Lett.,2011,76,3151),2-吡啶酮肟化合物(Wang,D.;Kuang,D.;Zhang,F.;Yang,C.; Zhu,X.Adv.Synth.Catal.,2015,357,714;Wang,D.;Zhang,F.;Kuang,D.;Yu,J.; Li,J.GreenChem.2012,14,1268.),这些配体使芳基溴和碘的乌尔曼反应条件得 到了较好的改善。和溴/碘代芳烃相比,氯代芳烃更加便宜易得,具有广泛的应 用前景。然而,由于氯代芳烃中C-C1键键能高(CGrushin.VV.;Alper,H,Chem. Rev.1994,94,1047),铜催化的氯代芳烃偶联反应在很长一段时间内未见有文献 报道。
直到2015年,马大为课题组将草酸二酰胺类配体用于乌尔曼偶联反应,成 功实现芳基氯代物的偶联反应,并以较好的收率得到偶联产物(].Am.Chem.Soc. 2015,137,11942~11945;Org.Lett.2015,77,5934~5937.)。该体系的不足之 处在于所用配体草酰胺类化合物在强碱性条件下易分解,从而失去催化活性, 限制了反应用碱的普适性。
发明内容
本发明旨在提供一种用于铜催化剂的乌尔曼偶联反应的配体合物、催化体 系和偶联反应体系,配合物在碱性条件下稳定,制备方便,并特别能提高芳基 氯代物的偶联反应效果。本发明所适用的卤代芳烃偶联反应的体系是指卤代芳 烃与含氮、氧、硫原子的亲核试剂偶联形成C-N、C-O、C-S键的反应体系,本 发明方案如下。
一种用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物,选自具有式1化学结构 式、式2化学结构式或式3化学结构式的化合物,(在本申请中,如无特别说 明,“C数字”表示具有相应数字数量的碳原子数)
式中,n为1或2;
以上化学结构式中,R1选自:H、硝基、羟基、氨基、单取代或双取代的 氨基、卤素、取代或未取代的C1~C6代表烷基、烷氧基(如C1~C6烷基氧基)、 取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未 取代的C7~C25的烷基芳基、取代或未取代的C1~C5烷基3至20元的杂芳基、 取代或未取代的C3~C20的环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基中 的一种;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S中一种或 多个杂原子;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R2选自:氢、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C6~C20的芳 基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、 取代或未取代的C1~C5烷基-3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的 环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环 基中具有1~5个选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基 可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R3选自:氢、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C6~C20的芳 基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、 取代或未取代的C1~C5烷基-3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的 环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环 基中具有1~5个选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基 可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R4选自:H、硝基、羟基、氨基、单取代或双取代的氨基、卤素、取代或 未取代的C1~C6烷基、烷氧基(如C1~C6烷基氧基)、取代或未取代的C6~C20的 芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基芳基、 取代或未取代的C1~C5烷基-3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的 环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环基 中具有1~5个选自选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环 基可以为单环、多环、螺环或桥环结构。
所述的具有式1化学结构式的化合物选自以下化合物中的一种,
所述的具有式2化学结构式的化合物选自以下化合物中的一种,
所述的具有式3化学结构式的化合物选自以下化合物中的一种,
一种用于卤代芳烃偶联反应的催化体系,包括含铜化合物、采用以上所述 具有式1、式2或式3化学结构式化合物的配体化合物、碱和溶剂,溶剂可以是 有机或水溶剂,除配体化合物以外其它均可采用现有技术的卤代芳烃偶联反应 的铜催化剂的催化体系。
本发明所适用的卤代芳烃偶联反应的体系是指卤代芳烃与含氮、氧、硫原 子的亲核试剂偶联形成C-N、C-O、C-S键的反应体系,在惰性溶剂中有反应物 和包含铜催化剂的催化体系,反应物为包含氮、氧、硫等亲核试剂的偶联试剂 和包含卤代芳烃基团的化合物,催化体系中包括含铜化合物、采用以上所述具 有式1、式2或式3化学结构式化合物的配体化合物、碱和溶剂,溶剂可以是有 机溶剂或水溶剂。这个反应体系,除铜催化体系所采用的配体化合物以外,其 余均可采用现有技术的这种卤代芳烃偶联反应体系中的化合物,反应条件也可 以采用现有反应体系的反应条件。
卤代芳烃偶联反应为在惰性溶剂中,在催化剂体系存在条件下,偶联试剂 和包含卤代芳烃基团的化合物发生反应,化学原理如下式:
式中Ar-Y表示卤代芳烃,X可以是N、O或S;Y可以是Cl、Br、I;偶联 试剂可以是:氨水、氨气、铵盐(优选为氯化铵、碳酸铵、硫酸铵、磷酸氢铵, 或其组合)/氢氧化物溶液(优选为氢氧化钠或钾溶液)、(碳原子数为2~20)、 NHRcRd、RcOH,氢氧化物及能够水解出氢氧根的盐;硫醇、硫酚;
Rc、Rd可各自独立地选自下组:H、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或 未取代的C1~C6烯基、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代的3 至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的 C1~C5烷基-3至20-元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基、取代或未 取代的C1~C5烷基、C3~C20的环烷基、取代或未取代的-3至20-元的杂环基, 或取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂环基;也可以是Rc和Rd共同形 成取代或未取代的C3~C20的环烷基、取代或未取代的-3至20-元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自下组的杂原子:N、O或S; 所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;所述的取代指基 团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代:卤素、氰基、氧(即基团上 同一个碳原子上的两个氢原子被=O取代)、C1~C6烷基、卤代C1~C6烷基、C1~C6 烷氧基、C6~C10的芳基、C6~C10的芳基-氧基、C2~C10的酯基(烷基-COO-)、 C2~C10的酰基-烷氧基(烷基-OOC)、C2~C10的酰基(烷基-CO-)、C2~C10的酰 胺基(烷基/芳基NHC(O)-)、-COOH、硝基、羟基、氨基、被1个或2个C1~C6的烷基取代的氨基、C1~C6烷基-S-。
所述的惰性溶剂可以是:DMSO、DMF、DMA、NMP、乙腈、叔丁醇、异 丙醇、1,4-二氧六环、四氢呋喃、DME、甲苯中的一种或多种,优选DMSO 或DMF,更优选DMSO;也可优选为DMSO、DMF或DME中的一种或多种。 反应温度一般在25~180℃,优选为80~140℃。各物质的用量比例也都可以采用 与现有技术相同的用量比例,如配体化合物与反应物芳基卤化物的摩尔比为 (1~50)∶100,更优选为(5~20)∶100;所述配体化合物与含铜化合物的摩尔比 为(1~5)∶1,更优选为(1~2)∶1。
在上述种偶联反应中所必须有的催化剂体系,可采用与现有技术中的铜催 化剂催化体系基本相同的体系,包括含铜化合物、配体化合物、碱、有机溶剂 或水溶剂,但其中配体化合采用本发明的上述具有式1、式2或式3化学结构式 化合物;除配体化合物以外,其余均可采用现有技术方案,如含铜化合物可选 自下组:CuI、CuBr、CuCl、CuTc、Cu(OAc)2、CuSO4、Cu2O、CuBr2、CuCl、 CuO、CuSCN、CuCN或Cu(acac)2中的一种或多种;优选为CuI;碱选自下组: 碳酸钾、碳酸铯、磷酸钾、碳酸钠、碳酸氢钠、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化 铯、或碳酸氢钾中的一种或多种;优选为碳酸钾、碳酸铯或磷酸钾。溶剂选自 下组:DMSO、DMF、DMA、NMP、乙腈、叔丁醇、异丙醇、THF、1,4-二氧 六环中的一种或多种,优选DMSO或DMF,更优选DMSO;也可优选为DMSO、 DMF中的一种或多种。
本发明基于上述化学原理,采用不同的偶联试剂、及配体化合物,更佳的 卤代芳烃与偶联试剂反应形成C-N、C-O、C-S键化合物的化学反应方法如下,
(1)在惰性剂中,用Ar-Y与偶联试剂NHRcRd反应,得到C-N键化合物: Ar-NRcRd,
Ar-Y+NHRcRd→Ar-NRcRd
反应中的配体化合物选自
(2)在惰性溶剂中,用Ar-Y与偶联试剂——氨源反应,得到得到C-N键 化合物:Ar-NH2,
Ar-Y+氨源→Ar-NH2
氨源可以是:氨气、氨水、氯化铵、碳酸铵、碳酸氢铵、硫酸铵、硝酸铵、 磷酸铵、磷酸氢二铵,优选氨气、氨水、氯化铵和磷酸氢二铵;配体化合物选 自以下化合物中的一种或多种,
(3)在惰性溶剂中,用Ar-Y与偶联试剂RcOH反应,得到C-O键化合物: Ar-Orc,
Ar-Y+RcOH→Ar-ORc
配体化合物选自以下化合物中的一种或多种,
(4)在惰性溶剂中,用Ar-Y与偶联试剂RcSH反应,得到得到C-S键化 合物:Ar-SRc
Ar-Y+RcSH→Ar-SRc
配体化合物选自以下化合物中的一种或多种,
上述(1)、(2)、(3)、(4)各反应方法中,Rc、Rd各基团的定义如前文所 述;Ar-Y表示卤代芳烃,Y可以是Cl、Br、I。
上述这种用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物的制备方法,可以采 用现有技术中的吡啶类杂环氮的氧化反应方法。如在惰性溶剂中,用2-(取代 或非取代)氨基吡啶类化合物与m-CPBA(间氯过氧苯甲酸)反应,制得包含 2-(取代或非取代)氨基吡啶氮氧基团的化合物。以制备具有式1化学结构式的 化合物为例,其反应原理化学式如下所述,式2或式3化学结构式的化合物的 制备化学原理相同,只是所用氨基吡啶类化合物不同而以,
所述的惰性溶剂可以是:丙酮,二氯甲烷,氯仿,四氢呋喃,反应在0~70℃下 进行,优选为0~40℃。
与现有技术相比,本发明的优点如下:
1、本发明将这类包含2-(取代或非取代的)氨基吡啶氮氧基团的具有式 1、式2或式3化学结构式化合物,应用于铜催化芳基卤代物与含 氮、氧、硫等亲核试剂的偶联反应体系中,作为铜催化剂体系的配 体,该类配体在碱性条件下稳定,可以很好地保持催化活性。
2、通常,芳基碘、芳基溴的反应活性较高,在铜的催化下能较好的实现 相应的偶联反应;和溴(碘)代芳烃相比,氯代芳烃便宜易得,更 具有应用前景;然而C-Cl键键能高,这导致芳基氯代物在常规的芳 基溴代物、芳基碘代物的催化条件下很难发生反应。而采用本发明 的这种化合物作为配体的铜催化剂,特别能够有效促进常规条件下 难以发生的铜催化的芳基氯代物与多种亲核试剂的偶联,生成C-N、C-O、C-S键,合成众多有用的小分子化合物。使得这种偶联反应 用途得以大大拓宽。由于芳基氯代物原料与其他芳基卤代物原料相 比,原料成本低,来源广泛,因此采用本发明配体的铜催化体系使 得卤代芳烃的偶联反应具有很好的大规模应用前景。
具体实施方式
实施例仅为举例说明本发明的实施方式,本发明并不局限于实施例所 举的示例。
实施例1
采用现有技术中的吡啶类杂环氮的氧化反应方法,在惰性溶剂中,用不同 2-(取代或非取代的)氨基吡啶类化合物与m-CPBA(间氯过氧苯甲酸)反应, 制得各类包含具有式1、式2或式3化学结构式化合物,如表1所示,表中L- 数字序号表示一种化合物。反应中,所述的惰性溶剂可以是:丙酮,二氯甲烷, 氯仿,四氢呋喃,反应在0~70℃下进行,优选的反应温度为0~40℃。
具体制备过程,以表1中编号为L-9化合物为例,在搅拌时,将溶解有间 氯过氧苯甲酸(1.1当量,0.1M)的丙酮溶液于0℃下滴加进2-氨基-4-氯吡啶(1 当量,0.1M)的丙酮溶液中,0℃继续搅拌反应30分钟,升高反应温度至25℃ 反应12小时,减压旋去丙酮,柱层析(0%~10%MeOH in CH2Cl2)得编号为L-9 号化合物产物。
其余化合物均可采用以上方法,采用不同2-(取代或非取代的)氨基吡 啶类化合物,调节温度和反应时间,制得对应的包含2-(取代或非取代的)氨 基吡啶氮氧基团的化合物。
表1
表1中部分化合物的核磁数据如下表2所示。
表2
以下实施例为采用实施例1化合物作为配体在卤代芳烃偶联反应中的应用 情况。
实施例2
对甲氧基氯苯与正己胺偶联反应合成N-对甲氧基苯基己胺
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmo l),配体L-29(0.05mmol),碳酸钾(1.0mmol),抽真空置换氩气3次,再加入对甲氧基氯苯(1.0mmol),正己胺(1.5mmol) 和1mLDMSO,反应在120℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入乙酸乙酯,过 硅胶短柱除去无机盐,合并有机相,浓缩后柱层析(石油醚:乙酸乙酯=30:1), 得产品N-对甲氧基苯基己胺。产率:77%。
1H NMR(CDCl3):δ6.82(d,J=8.8Hz,2H),6.62(d,J=8.8Hz,2H),3.79(s,3H),3.34(s,1H),3.08(t,J=7.2Hz,2H),1.63(m,2H),1.47~1.35(m,6H),0.94(t,J=6.8 Hz,3H);13C NMR(CDCl3):δ152.1,142.8,114.9,114.1,55.8,45.1,31.7,29.7, 26.9,22.7,14.1.
不同的2-(取代或非取代的)氨基吡啶氮氧化物配体实验结果列于表3。
表3
配体编号 | 产率/% | 配体编号 | 产率/% | 配体编号 | 产率/% |
L-1 | 36 | L-54 | 37 | L-38 | 68 |
L-2 | 35 | L-30 | 41 | L-35 | 59 |
L-15 | 21 | L-33 | 43 | L-51 | 48 |
L-4 | 22 | L-40 | 15 | L-36 | 39 |
L-6 | 31 | L-50 | 30 | L-47 | 52 |
L-7 | <5 | L-49 | 29 | L-29 | 77 |
L-3 | 33 | L-31 | 57 | L-48 | 65 |
L-45 | 45 | L-43 | 66 | L-44 | 65 |
实施例3
对甲氧基氯苯与正己胺偶联反应合成N-对甲氧基苯基己胺
本实施例的制备方法和条件基本同实施例2,但采用不同的铜盐催化剂、碱、 溶剂和温度,所得结果列于下表4。
表4
实施例4
芳基氯苯与各类伯胺、仲胺偶联反应合成相应苯胺衍生物
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmo l),配体(0.05mmol),碳酸铯 (1.0mmol),抽真空置换氩气3次,再加入芳基氯苯(1.0mmo l),胺(1.5mmol) 和1mL DMF,反应在130℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入乙酸乙酯,过硅 胶短柱除去无机盐,合并有机相,浓缩后柱层析(石油醚:乙酸乙酯=X:1),得 相应的产品N-芳基胺。
本实施例采用不同的芳基氯和胺,包括一级、二级脂肪胺,所得实验结果 列于表5。
表5
实施例5
对甲氧基苯胺的合成
在25mL封管中加入铜盐(0.05mmo l),配体(0.05mmol),碳酸钾(2.0mmol), 抽真空置换氩气3次,再加入对氯苯甲醚(1.0mmo l),氨源(1.5mmol)和1mL DMSO,反应在120℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入水和乙酸乙酯,分液, 水相用乙酸乙酯萃取2次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,浓缩后柱层析, 得产品。
产物对甲氧基苯胺的核磁数据:
1H NMR(DMSO-d6)δ6.65(d,J=8.4Hz,2H),6.52(d,J=8.4Hz,2H),4.57(br, 2H,NH),3.62(s,3H);13C NMR(DMSO-d6)δ151.3,142.6,115.6,114.9,55.7.
本实施例采用不同的氨源、铜盐催化剂、配体、碱和溶剂,所得结果列 于下表6。
表6
编号 | 氨源 | 铜盐 | 配体 | 碱 | 溶剂 | 产率/% |
1 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-29 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 68 |
2 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-39 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 76 |
3 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 80 |
4 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-57 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 78 |
5 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-58 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 76 |
6 | NH<sub>4</sub>Cl | CuI | L-46 | NaOH | DMSO | 68 |
7 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuBr | L-46 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 78 |
8 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | Cu(acac)<sub>2</sub> | L-46 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 77 |
9 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | Cs<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMSO | 87 |
10 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | K<sub>3</sub>PO<sub>4</sub> | DMSO | 86 |
11 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | Cs<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMF | 89 |
12 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | Cs<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | DMAc | 80 |
13 | NH<sub>3</sub>.H<sub>2</sub>O | CuI | L-46 | Cs<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | NMP | 79 |
实施例6
芳香胺的合成
本实施例使用不同的氯代芳香烃跟氨水反应
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmo l),配体(0.05mmol),碳酸铯 (2.0mmol),抽真空置换氩气3次,再加入芳基氯苯(1.0mmo l),氨水(1.5mmol) 和1mL DMSO,反应在120℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入水和乙酸乙酯, 分液,水相用乙酸乙酯萃取2次,合并有机相,用无水硫酸钠干燥,浓缩后柱 层析,得产品芳香胺。
本实施例采用不同的氯代芳香烃跟氨水反应,所得结果列于下表7。
表7
实施例7
4-甲氧基二苯醚的合成
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmo l),配体(0.05mmol),碱(1.0mmol), 抽真空置换氩气3次,再加入对甲氧基氯苯(1.0mmo l),苯酚(1.5mmol)和 1mL溶剂,反应在120℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入乙酸乙酯洗下封管内 容物,并用硅胶和硅藻土小柱过滤,浓缩后柱层析,得产品4-甲氧基二苯醚。
产品的核磁如据如下:
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.28(2H,t,J=7.6Hz),7.03(1H,t,J=7.2Hz), 6.94~7.00(4H,m),6.88~6.94(2H,m),3.81(3H,s);13C NMR(100MHz,CDCl3)δ 158.5,155.9,150.2,129.6,130.2,122.4,120.8,117.6,114.8,55.7.
实施例7
4-甲氧基二苯醚的合成
本实施例制备方法基本与实施例7相同,但或采用不同的配体、或铜盐催化剂、 或碱、或溶剂或温度,所得结果列于表8。
表8
实施例8
芳基氯和酚反应合成二芳基醚的反应
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmol),配体(0.05mmol),Cs2CO3(2.0 mmol),抽真空置换氩气3次,再加入芳基氯苯(1.0mmo l),酚(1.5mmol)和 1mL DMSO,反应在130℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入乙酸乙酯洗下封管 内容物,并用硅胶和硅藻土小柱过滤,浓缩后柱层析,得产品二芳基醚。采用 不同氯代芳烃和酚类化合,所得结果如表9。
实施例9
4-甲氧基苯酚的合成
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmol),配体(0.05mmol),氢氧化钠 (2.0mmol),抽真空置换氩气3次,再加入对甲氧基氯苯(1.0mmo l),0.2mL H2O和0.8mL DMSO,反应在130℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入稀盐酸 至pH为4~5,加乙酸乙酯,分液,水相用乙酸乙酯萃取2次,合并有机相,用 无水硫酸钠干燥,浓缩后柱层析,得产品4-甲氧基苯酚,其核磁数据:
1H NMR(CDCl3)δ6.79(m,4H),5.88(br,1H),3.77(s,3H);13C NMR(CDCl3) δ153.5,149.5,116.1,114.9,55.9.
实施例10
4-甲氧基苯酚合成
本实施例制备方法基本与实施例9相同,但采用不同的配体、铜盐催化剂、 碱、溶剂,所得结果列于下表10。
表10
配体编号 | 铜盐 | 碱 | 溶剂 | 产率/% |
L-58 | CuI | NaOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 67 |
L-57 | CuI | NaOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 66 |
L-46 | CuI | NaOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 53 |
L-29 | CuI | NaOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 66 |
L-35 | CuI | NaOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 55 |
L-58 | CuI | KOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=4:1 | 70 |
L-58 | CuI | KOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=3:2 | 75 |
L-58 | CuI | CsOH | DMSO/H<sub>2</sub>O=3:1 | 85 |
实施例11
铜催化芳基氯合成酚
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.05mmo l),配体(0.05mmol),氢氧化铯(2.0mmol),抽真空置换氩气3次,再加入芳基氯苯(1.0mmol),0.25mL H2O 和0.75mL DMSO,反应在130℃下均匀搅拌24小时,冷却后加入0.2mL浓盐 酸,水和乙酸乙酯,分液,水相用乙酸乙酯萃取2次,合并有机相,用无水硫 酸钠干燥,浓缩后柱层析,得产品酚。
采用不同芳基氯苯的实验结果如表11。
表11
实施例12
铜催化芳基溴/碘苯和其它偶联试剂的反应
在25mL封管中加入碘化亚铜(0.025mmol),配体(0.025mmol),碱(1.0mmol), 抽真空置换氩气3次,再加入对甲氧基溴/碘苯(1.0mmol),偶联试剂(1.5mmol) 和1.0mL溶剂,反应在相应温度下均匀搅拌24小时,冷却后加入乙酸乙酯, 过小短柱除去无机盐,合并有机相,浓缩后柱层析,得偶联产物。采用不同芳 基溴/碘、偶联试剂和不同配体等条件的实验结果列于表12。
表12
Claims (10)
1.用于铜催化卤代芳烃偶联反应的配体化合物,其特征在于:所述化合物选自具有式1化学结构式、式2化学结构式或式3化学结构式的化合物中的一种或多种,
式中,n为1或2;
上述式中R1选自:H、硝基、羟基、氨基、单取代或双取代的氨基、卤素、取代或未取代的C1~C6烷基、烷氧基(如C1~C6烷基氧基)、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基芳基、取代或未取代的C1~C5烷基3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基中的一种;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R2选自:氢、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R3选自:氢、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;
R4选自:H、硝基、羟基、氨基、单取代或双取代的氨基、卤素、取代或未取代的C1~C6烷基、烷氧基(如C1~C6烷基氧基)、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代3至20元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基,或取代或未取代的3至20元的杂环基;其中,所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自选自N、O或S中一种或多个杂原子;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构。
5.一种用于卤代芳烃偶联反应的催化体系,包括含铜化合物、配体化合物、碱和有机溶剂或水溶剂,其特征在于:所述的配体采用如权利要求1~4之一所述的化合物。
6.一种卤代芳烃偶联反应的体系,在惰性溶剂中有反应物和包含铜催化剂的催化体系,反应物为偶联试剂和包含卤代芳烃基团的化合物,包含铜催化剂的催化体系中包括含铜化合物、配体化合物、碱和有机溶剂或水溶剂,其特征在于:所述催化体系中配体化合物采用如权利要求1~4之一所述的化合物。
7.一种卤代芳烃与偶联试剂反应形成C-N键化合物的方法,在惰性溶剂中,以铜催化剂体系,于25~180℃,偶联试剂与包含卤代芳烃基团的化合物发生反应,铜催化体系包括配体化合物、含铜化合物、碱和溶剂,其特征在于:所述的偶联试剂采用化学式为NHRcRd的化合物,式中Rc、Rd各自独立地选自下组:H、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C1~C6烯基、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代的3-至20-元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基、取代或未取代的C1~C5烷基-C3~C20的环烷基、取代或未取代的3-至20-元的杂环基,或取代或未取代的C1~C5烷基3-至20-元的杂环基;或Rc和Rd共同形成取代或未取代的C3-C20的环烷基、取代或未取代的3-至20-元的杂环基;所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S杂原子中的一种或多种;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;所述的取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代:卤素、氰基、氧、C1~C6烷基、卤代C1~C6烷基、C1~C6烷氧基、C6~C10的芳基、C6~C10的芳基-氧基、C2~C10的酯基、C2~C10的酰基-烷氧基、C2~C10的酰基、C2~C10的酰胺基、-COOH、硝基、羟基、氨基、被1个或2个C1~C6的烷基取代的氨基、C1~C6烷基-S-;所述的配体化合物选自以下合物中的一种或多种,
9.一种卤代芳烃与偶联试剂反应形成C-O键化合物的方法,在惰性溶剂中,以铜催化剂体系,于25~80℃,偶联试剂与包含卤代芳烃基团的化合物发生反应,铜催化体系包括配体化合物、含铜化合物、碱和溶剂,其特征在于:所述的偶联试剂采用化学式为RcOH的化合物,式中Rc选自下组:H、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C1~C6烯基、取代或未取代的C6~20的芳基、取代或未取代的3-至20-元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基、取代或未取代的C1~C5烷基-C3~C20的环烷基、取代或未取代的3-至20-元的杂环基,或取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂环基;所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S杂原子中的一种或多种;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;所述的取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代:卤素、氰基、氧、C1~C6烷基、卤代C1~C6烷基、C1~C6烷氧基、C6~C10的芳基、C6~C10的芳基-氧基、C2~C10的酯基、C2~C10的酰基-烷氧基、C2~C10的酰基、C2~C10的酰胺基、-COOH、硝基、羟基、氨基、被1个或2个C1~C6的烷基取代的氨基、C1~C6烷基-S-;所述的配体化合物选自以下合物中的一种或多种,
10.一种卤代芳烃与偶联试剂反应形成C-S键化合物的方法,在惰性溶剂中,以铜催化剂体系,于50-180℃,偶联试剂与包含卤代芳烃基团的化合物发生反应,铜催化体系包括配体化合物、含铜化合物、碱和溶剂,其特征在于:所述的偶联试剂采用化学式为RcSH的化合物,式中Rc选自下组:H、取代或未取代的C1~C6烷基、取代或未取代的C1~C6烯基、取代或未取代的C6~C20的芳基、取代或未取代的3-至20-元的杂芳基、取代或未取代的C7~C25的烷基-芳基、取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂芳基、取代或未取代的C3~C20的环烷基、取代或未取代的C1~C5烷基-C3~C20的环烷基、取代或未取代的3-至20-元的杂环基,或取代或未取代的C1~C5烷基-3至20-元的杂环基;所述的杂芳基或杂环基中具有1~5个选自N、O或S杂原子中的一种或多种;所述的环烷基或杂环基可以为单环、多环、螺环或桥环结构;所述的取代指基团上的一个或多个氢原子被选自下组的取代基取代:卤素、氰基、氧、C1~C6烷基、卤代C1~C6烷基、C1~C6烷氧基、C6~C10的芳基、C6~C10的芳基-氧基、C2~C10的酯基、C2~C10的酰基-烷氧基、C2~C10的酰基、C2~C10的酰胺基、-COOH、硝基、羟基、氨基、被1个或2个C1~C6的烷基取代的氨基、C1~C6烷基-S-;所述的配体化合物选自以下合物中的一种或多种,
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