CN102649797A

CN102649797A - 一种新型化合物4,4＇-二(三甲基硅基)-2,2＇-联吡啶的合成方法

Info

Publication number: CN102649797A
Application number: CN2010105802443A
Authority: CN
Inventors: 郑昌戈; 宋阳; 杨茂志
Original assignee: Jiangnan University
Current assignee: Jiangnan University
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-08-29

Abstract

一种新型化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成方法本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种新型化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成方法。这种合成方法以2，2′-联吡啶为起始原料，包括下列步骤：氧化反应：利用氧化剂对2，2′-联吡啶进行氧化，生成2，2′-联吡啶N，N′-氧化物；硝化反应：2，2′-联吡啶N，N′-氧化物在硫酸中被发烟硝酸硝化，生成4，4′-二硝基-2，2′-联吡啶N，N′-氧化物；溴化反应：4，4′-二硝基-2，2′-联吡啶N，N′-氧化物在酸性环境下与溴化剂发生溴取代反应，生成4，4′-二溴基-2，2′-联吡啶N，N′-氧化物；脱氧反应：4，4′-二溴基-2，2′-联吡啶N，N′-氧化物与三溴化磷在溶剂中反应，生成4，4′-二溴基-2，2′-联吡啶；三甲基硅化反应：4，4′-二溴基-2，2′-联吡啶与三甲基硅负离子溶液反应，即可得到4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶；本发明所使用的合成方法，操作简单，用料廉价易得，产率较高，产品纯度高且性能优越，有较好的发展前景和应用潜力。

Description

一种新型化合物4,4＇-二(三甲基硅基)-2,2＇-联吡啶的合成方法

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种新型化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成方法。

背景技术

2，2′-联吡啶及其衍生物具有R给电子能力及P受电子能力，作为一种优良的N型给电子配体与大多数过渡金属能够在较大范围内形成配合物，这些配合物往往具有新颖的结构或特殊的性质。配合物的光电性质与配体上的取代基有着密切联系，可以通过在2，2′-联吡啶配体的不同的位置，选择具有吸电子的或者供电子的基团来调节这些联吡啶配合物的基态和激发态性质，使其朝人们需要的方向发展。4，4′-位的取代基团不但合成方法简便而且能使配体在空间位置上容易和金属配合。4，4′-位上的推电子基团/拉电子基团对配合物的氧化还原电势有较大影响，推电子基团能够降低配合物的氧化还原电势，拉电子基团则相反。三甲基硅作为一种强供电子基团，将其引入联吡啶环的4，4′-位，预计能大幅度降低联吡啶配合物的氧化还原电势，从而能应用在燃料电池、传感器和DNA探针等方面，同时4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶拥有特殊的紫外吸收波谱及荧光发射波谱，预计在发光材料、太阳能、光电化合物等光学领域有良好的应用前景。

4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶作为一种新型化合物，目前并无具体的合成路线报道，目前仅有三甲基硅化反应的相关报道。如：

(1)Al Postigo和Roberto A.Rossi，Org.Lett.2001，Vol.3，No.8，1197-1200，在氮气保护下用吡啶与三甲基硅负离子溶液反应15分钟，生成4-三甲基硅基吡啶，产率为92％。

(2)Hideki Sakurai，Akane Okada和Kazuya Yonezawa等人，Tetrahedron.Letters.1971，No.19，1511-1514，在室温条件下，用六甲基二硅烷与甲醇在HMPT溶剂中反应，制成了三甲基硅负离子溶液，并与氧气，溴化氢，萘等反应。

(3)Andreas F.Stange，Satoshi Tokura和Mitsuo Kira，Journal of OrganometallicChemistry.2000，612，117-124，通过2-溴-5-三甲基硅基吡啶彼此偶联反应生成了5，5′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶，产率为25％。得到了其与钌形成的配合物。

发明内容

本发明提供了一种合成新型化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的方法，以4，4′-二溴-2，2′-联吡啶为底物通过三甲基硅化反应得到，以2，2′-联吡啶为起始原料合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶底物的方法路线如下：

a)氧化反应：利用氧化剂对2，2′-联吡啶进行氧化，生成2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(II)；

b)硝化反应：2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物在酸性介质中被发烟硝酸硝化，生成4，4′-二硝基-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(III)；

c)溴化反应：4，4′-二硝基-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物在醋酸中与溴化剂发生溴取代反应，生成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(IV)；

d)脱氧反应：4，4′-二溴-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物与三溴化磷在溶剂中回流反应，生成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(V)；

e)三甲基硅化反应：4，4′-二溴-2，2′-联吡啶与三甲基硅化试剂反应，即可得到4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶(VI)；

所述三甲基硅化反应条件为在氮气保护环境下，以三甲基硅负离子盐溶液为三甲基硅化试剂，反应温度为0℃-30℃。

所述三甲基硅负离子盐溶液由六甲基二硅烷及醇钠反应生成。

所述有机溶剂选用六甲基磷酰三胺(HMPT)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种，其中优选为HMPT。

本发明提供了一种合成新化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的方法，操作简单，用料廉价易得，产率较高，产品性能优越，有较好的发展前景和研究潜力。

附图说明

图1化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的¹H-NMR图谱

核磁数据：¹H-NMR(CDCl₃)δ0.35(s，18H，Si(CH₃)₃)，7.42(dd，2H，Sibpy-5，5′-H)，8.48(s，2H，Sibpy-6，6′-H)，8.66(dd，2H，Sibpy-3，3′-H)。

图谱分析：在0.35处有一单峰，积分值为18个H，应为三甲基硅上的H；在7.42处有一裂分的四重峰，积分值为2个H，应为2，2′-联吡啶5，5′位上的H；在8.48处有一单峰，积分值为2个H，应为2，2′-联吡啶6，6′位上的H；在8.66处有一裂分的四重峰，积分值为2个H，是2，2′-联吡啶3，3′位上的H；以上积分比例为18∶2∶2∶2；在7.27处有一单峰为溶剂CDCl₃峰。由以上核磁数据结合红外谱图及元素分析可以判定产物即为4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶。

具体实施方式

实施例1：化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成

在500mL的三口圆底烧瓶中加入20g 2，2′-联吡啶及120mL冰醋酸，开动搅拌器搅拌溶解；待其完全溶解后加入30ml双氧水(质量分数30％)，通冷凝水并用油浴加热，控制油浴温度在78-82℃范围内，加热搅拌；反应持续48小时。其中每隔6小时补加20ml双氧水(质量分数30％)，控制温度在80℃左右；反应停止后待其冷却至室温，将混合液用旋转蒸发器旋蒸，蒸出大部分溶剂，后再用水稀释，继续旋蒸，带出剩余的乙酸。重复三次后其溶液基本为中性，蒸干后得到淡黄色固体，待用；将所得到的淡黄色固体于水中重结晶，用水泵真空抽滤并干燥后得白色针状晶体，称重为22.9g，产率为95％。¹H-NMR(300MHz，DMSO)δ7.30-7.72(m，6H)，8.28-8.41(m，2H，)。

2.硝化反应

在250ml三口烧瓶中加入10g自制的2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(53mmol)，置于冰盐浴中冷却至-5℃以下；先后加入24ml发烟硫酸(质量分数20％)(97mmol)及12ml硫酸(质量分是98％)(220mmol)，开动搅拌器搅拌，保持低温直至固体溶解；低温状态下缓慢滴加18ml发烟硝酸(400mmol)，完毕后接通冷凝水，开启加热器，反应温度保持在95℃-100℃；反应时间为10小时，反应结束后撤去油浴，待其冷却至室温后将浑浊液倒入100g碎冰中，析出大量固体，过滤，收集黄色固体，滤液用碳酸钠中和又有黄色固体析出。然后再过滤收集固体，合并所得固体并用少量冰水清洗；滤液用氯仿进行萃取(3×10ml)，萃取液用无水硫酸钠进行干燥；过滤掉固体粉末后，通过旋转蒸发仪蒸掉氯仿得到黄色固体粉末；合并所得固体产品后，利用丙酮进行重结晶，等到黄色晶体7.02g，产率为50％。 ¹H-NMR(300MHz，DMSO)δ8.38(dd，2H，5，5′-H)，8.62(dd，2H，6，6′-H)，8.71(dd，2H，3，3′-H)。

3.溴化反应

在250ml三口烧瓶中加入25ml三溴化磷并使用冰浴冷却至3℃以下，缓慢滴加80ml冰乙酸，完毕后常温搅拌5小时。对其进行蒸馏，收集60℃-80℃馏分即为乙酰溴(40ml)，冷藏待用；在250ml三口烧瓶中加入6.3g 4，4′-二硝基-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(21mmol)及100ml冰乙酸，开动搅拌器搅拌均匀；将制备好的40ml乙酰溴(490mmol)缓慢滴加入反应液中，加热至100℃-105℃回流反应20小时；反应停止后冷却至室温，将反应液缓慢倒入200g冰中，使用4mol/L的氢氧化钠溶解将其中和至PH＝7，真空过滤并用水润洗3次；干燥后得到5.7g灰白色固体，产率为80％。¹H-NMR(300MHz，DMSO)δ7.72(dd，2H，5，5′-H)，8.01(d，2H，3，3′-H)，8.23(d，2H，6，6′-H)。

4.脱氧反应

在250ml三口烧瓶中加入5.3g 4，4′-二溴-2，2′-联吡啶-N，N′-氧化物(15mmol) 及70ml无水氯仿，开启搅拌器搅拌溶解；使用冰盐浴冷却至-3℃以下，滴加30ml三溴化磷，结束后加热至回流(70℃)；反应时间为10小时，反应停止后冷却至室温，将其倒入100g冰中，待其融化后分液，收集水相，使用水对油相进行萃取(3×20ml)；合并水相并使用4mol/L的氢氧化钠溶液对其进行中和，至PH＝13，真空抽滤并干燥；将固体磨碎，使用50ml乙酸乙酯对其进行萃取，回流搅拌30分钟后立即热过滤，收集滤液，通过旋转蒸发仪将滤液旋干，用石油醚对其进行重结晶，得到白色细针状晶体，干燥后称重为3.2g，产率为68％。¹H-NMR(300MHz，CDCl₃)δ7.50(dd，2H，5，5′-H)，8.56(dd，2H，6，6′-H)，8.68(d，2H，3，3′-H)。

5.三甲基硅化反应

在100ml三口烧瓶中加入0.5g金属钠(22mmol)及15ml甲醇，开动搅拌，待钠全部反应结束后蒸馏掉多余的甲醇，再用减压蒸馏将其蒸干，得到白色粉末状固体1.03g，即为甲醇钠，待用；称取50mg已制备的甲醇钠(0.8mmol)，加入25ml单口烧瓶，放入搅拌子后用橡胶塞密封，封口处涂上凡士林；用注射器量取2.5ml六甲基磷酰三胺(HMPT)后注入烧瓶中，开动搅拌器搅拌；安装好排气装置，利用油泵及双排管排除掉烧瓶中的空气及溶剂中的溶解氧并通入氮气，前后重复3次后即实现除水除氧，接通氮气球，完成氮气保护；利用注射器量取0.4ml六甲基二硅烷(1.6mmol)并缓慢滴加入烧瓶中，常温搅拌反应30分钟；称取50mg 4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(0.16mmol)并将其溶解于2.5mlHMPT中，利用注射器缓慢滴加如烧瓶中，通过锡箔纸遮光，常温反应30分钟；反应结束后，取5ml水缓慢滴加入烧瓶中淬灭反应，分液，利用正己烷萃取水相(3×10ml)，合并有机相并用50ml水洗两次，有机相中加入无水硫酸钠干燥；过滤，在滤液中加入5g硅胶后将其旋干，所得固体做柱层析(流动相：乙酸乙酯/石油醚＝1/10，v/v)分离得到较纯的白色粉末状固体，通过正己烷进行重结晶，得到白色片状晶体13mg，产率为26％。¹H-NMR(CDCl₃)δ0.35(s，18H，Si(CH₃)₃)，7.42(dd，2H，Sibpy-5，5′-H)，8.48(s，2H，Sibpy-6，6′-H)，8.66(dd，2H，Sibpy-3，3′-H)。

实施例2：化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成

合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶方法如实施例1中所述。

在50ml三口烧瓶中加入0.5g金属钠(22mmol)及15ml甲醇，开动搅拌，待钠全部反应结束后蒸馏掉多余的甲醇，再用减压蒸馏将其蒸干，得到白色粉末状固体1g，即为甲醇钠，待用；称取200mg已制备的甲醇钠(4mmol)，加入25ml单口烧瓶，放入搅拌子后用橡胶塞密封，封口处涂上凡士林；用注射器量取2.5ml六甲基磷酰三胺(HMPT)后注入烧瓶中，开动搅拌器搅拌；安装好排气装置，利用油泵及双排管排除掉烧瓶中的空气及溶剂中的溶解氧并通入氮气，前后重复3次后即实现除水除氧，接通氮气球，完成氮气保护；利用注射器量取0.5ml六甲基二硅烷(2.5mmol)并缓慢滴加入烧瓶中，搅拌反应30分钟；称取50mg 4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(0.16mmol)并将其溶解于2.5mlHMPT中，利用注射器缓慢滴加如烧瓶中，通过锡箔纸遮光，在0℃条件下反应30分钟；反应结束后，取5ml水缓慢滴加入烧瓶中淬灭反应，分液，利用正己烷萃取水相(3×10ml)，合并有机相并用50ml水洗两次，有机相中加入无水硫酸钠干燥；过滤，在滤液中加入5g硅胶后将其旋干，所得固体做柱层析(流动相：乙酸乙酯/石油醚＝1/10，v/v)分离得到较纯的白色粉末状固体，通过正己烷进行重结晶，得到白色片状晶体10mg，产率为20％。

实施例3：化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成

合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶方法如实施例1中所述。

在50ml三口烧瓶中加入0.5g金属钠(22mmol)及15ml乙醇，开动搅拌，待钠全部反应结束后蒸馏掉多余的乙醇，再用减压蒸馏将其蒸干，得到白色粉末状固体1.15g，即为乙醇钠，待用；称取163mg已制备的乙醇钠(2.4mmol)，加入25ml单口烧瓶，放入搅拌子后用橡胶塞密封，封口处涂上凡士林；用注射器量取5ml六甲基磷酰三胺(HMPT)后注入烧瓶中，开动搅拌器搅拌；安装好排气装置，利用油泵及双排管排除掉烧瓶中的空气及溶剂中的溶解氧并通入氮气，前后重复3次后即实现除水除氧，接通氮气球，完成氮气保护；利用注射器量取1ml六甲基二硅烷(5mmol)并缓慢滴加入烧瓶中，搅拌反应30分钟；称取50mg4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(0.16mmol)并将其溶解于5mlHMPT中，利用注射器缓慢滴加如烧瓶中，通过锡箔纸遮光，常温反应1小时；反应结束后，取10ml水缓慢滴加入烧瓶中淬灭反应，分液，利用正己烷萃取水相(3×10ml)，合并有机相并用50ml水洗两次，有机相中加入无水硫酸钠干燥；过滤，在滤液中加入5g硅胶后将其旋干，所得固体做柱层析(流动相：乙酸乙酯/石油醚＝1/10，v/v)分离得到较纯的白色粉末状固体，通过正己烷进行重结晶，得到白色片状晶体17mg，产率为18.1％。

实施例4：化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成

合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶方法如实施例1中所述。

在50ml三口烧瓶中加入0.5g金属钠(22mmol)及15ml甲醇，开动搅拌，待钠全部反应结束后蒸馏掉多余的甲醇，再用减压蒸馏将其蒸干，得到白色粉末状固体1.01g，即为甲醇钠，待用；称取100mg已制备的甲醇钠(1.6mmol)，加入25ml单口烧瓶，放入搅拌子后用橡胶塞密封，封口处涂上凡士林；用注射器量取5ml N-甲基吡咯烷酮(NMP)后注入烧瓶中，开动搅拌器搅拌；安装好排气装置，利用油泵及双排管排除掉烧瓶中的空气及溶剂中的溶解氧并通入氮气，前后重复3次后即实现除水除氧，接通氮气球，完成氮气保护；利用注射器量取0.8ml六甲基二硅烷(3.2mmol)并缓慢滴加入烧瓶中，搅拌反应30分钟；称取100mg4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(3.2mmol)并将其溶解于5ml N-甲基吡咯烷酮(NMP)中，利用注射器缓慢滴加如烧瓶中，通过锡箔纸遮光，常温反应2小时；反应结束后，取10ml水缓慢滴加入烧瓶中淬灭反应，分液，利用正己烷萃取水相 (3×10ml)，合并有机相并用50ml水洗两次，有机相中加入无水硫酸钠干燥；过滤，在滤液中加入5g硅胶后将其旋干，所得固体做柱层析(流动相：乙酸乙酯/石油醚＝1/10，v/v)分离得到较纯的白色粉末状固体，通过正己烷进行重结晶，得到白色片状晶体26mg，产率为27.8％。

实施例5：化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的合成

合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶方法如实施例1中所述。

在50ml三口烧瓶中加入0.5g金属钠(22mmol)及15ml甲醇，开动搅拌，待钠全部反应结束后蒸馏掉多余的甲醇，再用减压蒸馏将其蒸干，得到白色粉末状固体1.05g，即为甲醇钠，待用；称取1g已制备的甲醇钠(16mmol)，加入100ml单口烧瓶，放入搅拌子后用橡胶塞密封，封口处涂上凡士林；用注射器量取20ml六甲基磷酰三胺(HMPT)后注入烧瓶中，开动搅拌器搅拌；安装好排气装置，利用油泵及双排管排除掉烧瓶中的空气及溶剂中的溶解氧并通入氮气，前后重复3次后即实现除水除氧，接通氮气球，完成氮气保护；利用注射器量取8ml六甲基二硅烷(32mmol)并缓慢滴加入烧瓶中，搅拌反应30分钟；称取1g 4，4′-二溴-2，2′-联吡啶(3.2mmol)并将其溶解于20mlHMPT中，利用注射器缓慢滴加如烧瓶中，通过锡箔纸遮光，常温反应12小时；反应结束后，取30ml水缓慢滴加入烧瓶中淬灭反应，分液，利用正己烷萃取水相(3×20ml)，合并有机相并用100ml水洗两次，有机相中加入无水硫酸钠干燥；过滤，在滤液中加入20g硅胶后将其旋干，所得固体做柱层析(流动相∶乙酸乙酯/石油醚＝1/10，v/v)分离得到较纯的白色粉末状固体，通过正己烷进行重结晶，得到白色片状晶体290mg，产率为29.1％。

Claims

1.一种合成新型化合物4，4′-二(三甲基硅基)-2，2′-联吡啶的方法，以4，4′-二溴-2，2′-联吡啶为底物通过三甲基硅化反应得到，以2，2′-联吡啶为起始原料合成4，4′-二溴-2，2′-联吡啶底物的方法路线如下：

。

2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的三甲基硅化反应条件为在氮气保护下，以六甲基二硅烷为硅化试剂，以醇钠为离子化试剂，反应温度为0℃-30℃。

3.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于所述的醇钠可选用甲醇钠或乙醇钠中的一种。

4.如权利要求2所述的合成方法，其特征在于有机溶剂选用六甲基磷酰三胺(HMPT)或N-甲基吡咯烷酮(NMP)中的一种。