CN102167664A

CN102167664A - 含氟稀土盐及其用途

Info

Publication number: CN102167664A
Application number: CN2011100472193A
Authority: CN
Inventors: 王利民; 唐俊; 张亮; 姚银芳; 王文博; 杨阳; 毛丹; 吴生英; 田禾
Original assignee: East China University of Science and Technology
Current assignee: East China University of Science and Technology
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-08-31
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: CN102167664B

Abstract

本发明涉及一种芳香族含氟稀土盐及其用途。本发明所说的芳香族含氟稀土盐，其具有式I所示结构，其可用作路易斯酸催化剂，催化如：Biginelli反应、醛的炔化反应、α-Aminophosphonate合成反应、喹啉合成反应、Michael加成反应、喹唑酮合成反应和Mannich反应等反应。

式I中，R为F或C₁～C₂₀的链状全氟烷基；n为1～5的整数，m为1或2，且m+n≤6；Re为稀土元素中一种。

Description

含氟稀土盐及其用途

技术领域

本发明涉及一种含氟稀土盐及其用途，尤其涉及一种芳香族含氟稀土盐及其用途。

背景技术

目前，许多路易斯酸催化剂在各种有机合成反应中得到广泛的应用，但传统的路易斯酸催化剂，其催化效率低，一般会对环境产生污染，所以，化学家们就希望通过提高催化活性和提高其循环使用的次数来克服传统路易斯酸催化剂的不足。

高氟烃基酸由于氟原子的强吸电子性而使酸性变强，kobayashi等在稀土路易斯酸催化剂方面的工作，使其在很多反应中代替了传统的路易斯酸催化剂，这些催化剂无毒并且具有极好的催化活性，在水相中可以回收利用，因此具有广阔的发展前景，王利民研究小组一直致力于稀土催化剂的研究，其中，对于三氟甲磺酸镱的研究取得了一定的成果(Synthesis，2004，18，3060)；Hanamoto Takeshi等人在1997年提出全氟辛磺酸催化剂的作为新的路易斯酸催化剂，在hetro-Deils-Alder反应中有着极高的催化活性(Bull.Chem.Soc.J，1997，70，1421)，体现出长氟链的结构的优异性，相比三氟甲磺酸稀土催化剂，其酸性更强，催化活性更高，有利于在有机溶剂中分散和在氟相中的溶解；施敏课题组(CN 1323782A)发明了其在氟相中进行芳香族硝化。

但是，全氟磺酸稀土催化剂在工业开发方面的缺点是：其价格极其昂贵，而且磺酸盐易吸水，稀土金属阳离子配位水分子，即带有结晶水的稀土盐，这就影响其催化活性，目前在工业上的应用受到了一定的限制。王利民等报道制备了一种新型的全氟羧酸稀土催化剂(Synlett，2005，2，337；Catalysis Communications，2005，6，201)，该催化剂具有很高的催化活性，因其含长碳氟链还显示出独特表面活性因此，在二吲哚芳基甲烷衍生物的合成和及Mannich反应中均取得了较好的效果。

迄今，已公开的含氟稀土盐均为脂肪族含氟稀土盐，其催化活性、溶解性和稳定性等性质尚有改进的余地。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种芳香族含氟稀土盐；

本发明的目的之二在于，提供一种上述芳香族含氟稀土盐的用途。

本发明所说的芳香族含氟稀土盐，其具有式I所示结构：

式I中，R为F或C₁～C₂₀的链状(直链或支链)全氟烷基；n为1～5的整数，m为1或2，且m+n≤6；Re为稀土元素中一种[所说的稀土元素是：镧(La)、铈(Ce)、镨(Pr)、钕(Nd)、钷(Pm)、钐(Sm)、铕(Eu)、钆(Gd)、铽(Tb)、镝(Dy)、钬(Ho)、铒(Er)、铥(Tm)、镱(Yb)、镥(Lu)、钪(Sc)和钇(Y)]。

上述芳香族含氟稀土盐可用作路易斯酸催化剂，催化如(但不限于)：Biginelli反应、醛的炔化反应、α-Aminophosphonate合成反应、喹啉合成反应、Michael加成反应、喹唑酮合成反应和Mannich反应等反应。

实践表明：本发明提供的芳香族含氟稀土盐的催化活性、溶解性和稳定性优于现有脂肪族含氟稀土盐。

具体实施方式

在本发明一个优选的技术方案中，R为F或C₆～C₁₅的链状(直链或支链)全氟烷基；

在本发明另一个优选的技术方案中，Re为镧(La)、镱(Yb)或钪(Sc)；

在本发明又一个优选的技术方案中，m为1，n为1～5的整数；或m为2，n为4。

在本发明又一个优选的技术方案中，最佳的芳香族含氟稀土盐是：五氟苯甲酸镧、四氟苯二甲酸镱、3，5-二全氟辛基苯甲酸钪或四氟苯二甲酸镧。

一种制备本发明所述的芳香族含氟稀土盐的方法，包括下列步骤：

(i)R为F，则其主要步骤是：以氟代苯甲酸为原料，由氟代苯甲酸与相应的稀土氧化物反应得到相应的目标物；其合成路线如下所示：

其中，Re、n和m的定义与前文所述相同，反应温度为所用反应溶剂的回流温度。本发明推荐使用的反应溶剂是四氢呋喃水溶液。

(ii)R为C₁～C₂₀的链状(直链或支链)全氟烷基(优选C₆～C₁₅的链状(直链或支链)全氟烷基)，则其主要步骤是：以氨基苯甲酸(其结构如式III所示)为原料，依次经重氮化反应、卤化反应、(羧酸基)酯化反应、烷基化反应、酯的水解反应(脱酯)和与相应的稀土氧化物反应后获得目标物。

下面通过实施例对本发明作进一步阐述，其目的仅在于更好理解本发明的内容。因此，所举之例并不限制本发明的保护范围。

实施例1

五氟苯甲酸镧(式I a-1所示化合物)的制备：

氧化镧(0.5g，1.54mmol)和五氟苯甲酸(0.9674g，4.62mol)加入到25mL单口烧瓶，加入8mL的四氢呋喃和2mL的水，加热搅拌，升温至回流，反应24h，停止加热，直接将溶剂旋干，得粗产品，加水，使其尽量溶解，离心，取清液，旋干，得到产品(1.03g，收率83％)。

¹⁹FNMR(500MHz，DMSO-d6)：δ＝-140.38(d，2F，J＝0.02Hz)，-155.72(t，1F，J＝0.02Hz)，-163.43(s，2F)

以相似的方法合成了五氟苯甲酸镱，五氟苯甲酸钪。

实施例2

四氟邻苯二甲酸镱的制备

四氟邻苯二甲酸(2.38g，10mmol)，氧化镱(1.32g，3.3mmol)加入到25mL单口瓶中，加入12mL四氢呋喃和3mL水，升温至回流，反应48h，再直接将溶剂旋干，得粗产品，加水，超声，使其尽量溶解，离心，取清液，旋干，得到产品(2.92g，收率83％)。

¹⁹FNMR(500MHz，DMSO-d6)：δ＝-142.58(d，2F，J＝0.02Hz)，-165.48(s，2F)。

以相似的方法合成了四氟邻苯二甲酸镧，四氟邻苯二甲酸钪。

实施例3

3，5-全氟辛基苯甲酸钪的合成

(1)3，5-二碘苯甲酸的合成(重氮化反应及卤化反应)：

二氨基苯甲酸(6g，40mmol)溶于硫酸(140mL)中，亚硝酸钠(6g，87mmol)溶于40mL水中，慢慢滴加到到二氨基苯甲酸溶液中，滴加尿素(5.5g，92mmol)，继续搅拌10min，再称取碘化钾(32.8g，198mmol)溶于35mL水中，置于冰浴中冷却。

将滴完尿素的二氨基苯甲酸的溶液滴加到碘化钾溶液中，产生大量的气泡，滴加完成搅拌10min，撤去冰浴，换成20℃水浴，继续反应5h。过滤，并用4℃的水洗涤固体，固体稍微干燥，再用甲苯重结晶，得式IV所示化合物(73％，10.77g)。

(2)3，5-二碘苯甲酸甲酯的合成((羧酸基)酯化反应)：

3，5-二碘苯甲酸(7.48g，20mmol)溶于50mL甲醇，加入4mL浓硫酸，回流4h，得式V所示化合物6.36g，产率82％。

(3)3，5-二全氟辛基苯甲酸甲酯的合成(烷基化反应)：

干燥的DMSO 80mL，活化的铜粉(6g，94.41mmol)，3，5-二碘苯甲酸甲酯(6g，15.46mmol)，全氟辛基碘(35.44g，61.84mmol)，在氩气保护下加热到120℃，反应60h。反应结束后，冷却到0℃，加40mL乙醚搅拌，抽滤，该过程中抽滤瓶中乙醚被抽走后出现大量固体，布氏漏斗中的固体用乙醚洗三次，分液，取有机相，乙醚萃取水相，有机相合并，MgSO₄干燥，过滤，过柱，得到了9.17g式VI所示化合物，产率61％。

(4)3，5-二全氟辛基苯甲酸的合成(酯的水解反应)：

3，5-全氟辛基-苯甲酸甲酯(8g，82.28mmol)，溶解在50mL甲醇中，加入氢氧化钾(3g，53.5mmol)，回流，得到了7.17g式VII所示化合物，产率91％。

(5)3，5-全氟辛基苯甲酸钪(式I b所示化合物)的合成：

3，5-二全氟辛基苯甲酸(4.8g，50mmol)，氧化钪(1.15g，8.33mmol)加入到25mL单口烧瓶中，再加入8mL的四氢呋喃和2mL的水，升温至回流，反应24h，停止加热，直接将溶剂旋干，得粗产品，加水，超声，使其尽量溶解，离心，取清液，旋干，得到产品。(1.0348g，83％)。

19^F NMR(CDCl3)：-126.9(s，4F，CF₂)，-123.4(s，4F，CF₂)，-122.6(s，4F，CF₂)，-122.2(s，4F，CF₂)，-121.9(bs，8F，CF₂)，-110.60(t，³J_F，F＝13.8Hz，4F，CF₂Ar)，-81.6(t，³J_F，F＝9.0Hz，6F，CF₃)。

以相似的方法合成了3，5-全氟辛基苯甲酸镱，3，5-全氟辛基苯甲酸镧。

实施例4

五氟苯甲酸镱在Biginelli反应中的应用：

将苯甲醛(0.318g，3mmol)，乙酰乙酸甲酯(0.348g，3mmol)，尿素(0.275g，4.5mmol)和五氟苯甲酸镱(24mg，0.03mmol)，投入到单口反应瓶中，加热到80℃，反应15分钟左右固化，保温40分钟加入乙酸乙酯，使其溶解，再用去离子水洗涤固体，分液，取有机层，旋干得白色固体，即为产物，产率为89％。而以三氟甲磺酸钪为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率只有75％。Mp 197℃-198℃。

¹H NMR：δ＝7.75(brs，1H)，7.35-7.25(m，2H)，7.20-7.15(m，3H)，4.25(dd，J＝7.9Hz，1H)，3.67(s，3H)，2.91(dd，J＝16.4，7.9Hz，1H)，2.71(dd，J＝16.4Hz，1H)，2.43(s，3H)；IR(KBr)：3218(NH)，1704(CO，ester)，1690(C＝O)，1620(C＝C)cm^-1。

实施例5

五氟苯甲酸镱在醛的炔化反应中的应用

乙醇(5mL)，苯乙炔(0.5g，4.9mmol)，三乙胺(0.499g，564μL，4.9mmol)，五氟苯甲酸镱(0.2g，2.45mmol)加入到三口烧瓶中，混合物先在温下搅拌1h，苯甲醛(0.4723g，4.5mmol)加入到烧瓶中，反应三小时后，反应完全。将反应液转移到分液漏斗中，再加入20mL的二氯甲烷和1mol/L的盐酸10mL，洗涤反应液，分出有机层，用无水硫酸钠干燥，旋干，得粗产品，粗产品再经过一个闪柱，环己烷/乙酸乙酯(95/5)得纯净产物，产率90％。而以三氟甲磺酸镱为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率为82％。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)d 2.44(brs，1H)，5.64(s，1H)，7.22-7.24(m，4H)，7.28-7.30(m，2H)，7.36-7.37(m，2H)，7.53-7.55(m，2H)。

实施例6

四氟邻苯二甲酸镧在α-Aminophosphonate合成中应用

将苯甲醛(0.5302g，5mmol)，苯胺(0.4653g，5mmol)，亚磷酸二乙酯(0.8282g，6mmol)，四氟苯二甲酸镧(50mg，0.05mmol)加入到schlenk瓶，常温下搅拌2h，固化后，反应完全。产物过闪柱，得产品，产率92％。而以全氟辛酸镧为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率为86％。

¹H NMR(400MHz CDCl₃)δ1.13(t，J＝6.8Hz，3H)，1.30(t，J＝6.8Hz，3H)，3.66-3.75(m，1H)，3.91-4.00(m，1H)，4.06-4.21(m，2H)，4.76(d，J＝24.4Hz，1H)，4.87(brs，1H)，6.61(d，J＝8.4Hz，2H)，6.70(t，J＝6.8Hz，1H)，7.11(t，J＝7.6Hz，2H)，7.27-7.36(m，3H)，7.51(d，J＝7.6Hz，2H)；

¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)δ146.39，146.25，135.92，129.17，128.61，128.58，127.94，127.88，118.40，113.86，63.32，63.29，63.26，63.22，56.83，55.33，16.46，16.40，16.21，16.16。

实施例7

四氟邻苯二甲酸镱在合成喹啉的反应中的应用

苯甲醛(0.318g，3mmol)，苯胺(0.307g，3.3mmol)，苯乙炔(0.459g，4.5mmol)，四氟苯二甲酸镱(32mg，0.03mmol)，加入到Schlenk瓶，在空气中加热到80℃，反应3h，TLC检测，反应完全。过柱得产物，产率：92％。

¹H NMR(400MHz CDCl₃)δ7.49-7.63(m，9H)，δ7.77(t，J＝7.6Hz，1H)，7.87(s，1H)，7.94(d，J＝8.4Hz，1H)，8.26(d，J＝7.2Hz，2H)，8.32(d，J＝8.4Hz，1H)。

实施例8

3，5-全氟辛基苯甲酸钪在Michael加成反应中应用

硝基苯乙烯(0.492g，3.3mmol)，吲哚(0.351g，3mmol)，3，5-全氟辛基苯甲酸钪(88mg，30mmol)，乙醇10mL，加入到单口烧瓶，60℃下搅拌3h，TLC分析反应完全。真空除去乙醇，得淡黄色固体，过柱得目标产物7.908g，产率98％。以全氟辛酸钪为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率为94％。

¹H NMR(400MHz CDCl₃)δ4.94-4.99(m，1H)，δ5.06-5.11(m，1H)，δ5.19-5.23(t，J＝8.0Hz，1H)，δ7.03(d，J＝2Hz，1H)，δ7.08-7.12(t，J＝7.6Hz，1H)，δ7.2-7.4(t，J＝7.6Hz，1H)，δ7.27-7.30(m，1H)，7.32-7.38(m，5H)，7.46-7.48(d，J＝8Hz，1H)，δ8.09(s，1H)。

实施例9

3，5-二全氟辛基苯甲酸镧在“一锅法”合成喹唑酮中的应用

靛红酸酐(0.489g，3mmol)，苯甲醛(0.318g，3mmol)，苯胺(0.307g，3.3mmol)，3，5-全氟辛基苯甲酸镧(90mg，0.03mmol)，水/乙醇＝1∶1(10mL)，加入到三口瓶中加回流五个小时，反应完全。冷却到室温，有大量的固体出现，过滤出固体，用去离子水洗涤固体两次，得粗产品，粗产品用乙醇重结晶，得纯产物，产率87％。而以全氟辛基镧为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率为74％。Mp 203-205℃。

¹H NMR(400MHz，CDCl₃)δ4.75(s，1H).δ6.20(s，1H)，δ6.55(d，J＝8.0Hz，1H，)，δ6.88-6.91(m，1H)，δ7.25-7.30(m，6H)，δ7.19-7.22(m，3H)，δ7.32-7.35(m，2H)，δ8.13(d，J＝7.9Hz，1H)。

实施例11

3，5-二全氟辛基苯甲酸钪在Mannich反应中应用

苯甲醛(424mg，4mmol)，苯胺(372mg，4mmol)，环己酮(432mg，4mmol)，3，5-二全氟辛基苯甲酸钪(117mg，0.4mmol)，三氟甲基全氟环己烷2mL，氯仿2mL，加入到schlenl瓶中，加热到回流，反应三个小时，静至分液，取上层有机液，旋干，过柱，得产物(86％)。而以全氟辛酸钪为催化剂在相同的催化条件下，产物的产率为64％。

¹H NMR(300MHz，CDCl₃，major/minor＝68/32).1.61-1.88(6H，m)，2.31-2.43(2H，m)，2.71-2.72(1H，m)，3.65(major，2.04H，s)，3.66(minor，0.96H，s)，4.5(1H，br)，4.54(major，0.68H，d，J＝7.3Hz)，4.73(minor，0.32H，d，J＝4.2Hz)，6.47-6.52(2H，m)，6.62-6.67(2H，m)，7.19-7.36(5H，m)。

Claims

1.一种芳香族含氟稀土盐，其具有式I所示结构：

2.如权利要求1所述的芳香族含氟稀土盐，其特征在于，其中R为F或C₆～C₁₅的链状全氟烷基。

3.如权利要求1或2所述的芳香族含氟稀土盐，其特征在于，其中m为1，n为1～5的整数。

4.如权利要求1或2所述的芳香族含氟稀土盐，其特征在于，其中m为2，n为4。

5.如权利要求1～4中任意一项所述的芳香族含氟稀土盐，其特征在于，其中Re为镧、镱或钪。

6.如权利要求5所述的芳香族含氟稀土盐，其特征在于，所述的芳香族含氟稀土盐是五氟苯甲酸镧、四氟苯二甲酸镱、3，5-二全氟辛基苯甲酸钪或四氟苯二甲酸镧。

7.如权利要求1～6中任意一项所述的芳香族含氟稀土盐在制备用于催化Biginelli反应、醛的炔化反应、α-Aminophosphonate合成反应、喹啉合成反应、Michael加成反应、喹唑酮合成反应或Mannich反应的催化剂中的应用。