CN102744106B

CN102744106B - 催化Suzuki偶联反应的钯催化剂、合成方法、应用及配位体

Info

Publication number: CN102744106B
Application number: CN201210264089.3A
Authority: CN
Inventors: 董育斌; 赵朝委
Original assignee: Shandong Normal University
Current assignee: Shandong Normal University
Priority date: 2012-07-27
Filing date: 2012-07-27
Publication date: 2014-08-06
Anticipated expiration: 2032-07-27
Also published as: CN102744106A

Abstract

本发明公开了一种催化Suzuki偶联反应的钯催化剂、合成方法、应用及配位体，其化学结构式为Pd₆(L₁₁)₈(NO₃)₁₂。合成方法步骤如下：A．以2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸和回流体积的SOCl₂，加热回流反应至体系澄清；B．向反应体系中加入5-（4-吡啶基）四唑，在无水吡啶中回流反应2～3小时，分离纯化得到配体L；C．配体L和硝酸钯在DMSO中加热60-70℃回流反应2～3小时，分离纯化得到催化剂Pd₆L₈(NO₃)₁₂。上述钯催化剂在催化Suzuki偶联反应中的应用。还提供一种配位体。本发明提供的新型钯催化剂不需要无氧操作，避免了甲苯等毒性较大试剂，反应温度和时间也大大降低，催化剂活性更高。该项发明在需要采用Suzuki偶联技术的药物小分子及配位体的清洁生产方面有望得到广泛的应用。

Description

催化Suzuki偶联反应的钯催化剂、合成方法、应用及配位体

技术领域

本发明涉及一种催化Suzuki偶联反应的钯催化剂、合成方法、应用及配位体。

背景技术

Suzuki偶联反应是形成碳碳单键的重要反应。该方法简单，易于操作，产率高，而且所用试剂毒性小，污染少，是一个比较绿色的反应。该反应已经成为制备许多医药配位体的得力方法。传统的催化剂以Pd（PPh₃）₄最为常见，但是该催化剂中的Pd为零价钯，容易被空气中的O₂氧化，所以必须采用无氧操作。溶剂一般需要催化剂溶解度较高的甲苯，而甲苯的毒性较大。此外，该反应常见的催化剂还有Pd(PPh₃)₂Cl₂、Pd(OAc)₂等。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种更高效的催化Suzuki偶联反应的钯催化剂、合成方法、应用及配位体。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种钯催化剂，其结构式是：Pd₆(L₁₁)₈(NO₃)₁₂，其分子式为Pd₆C₂₆₄H₂₁₆N₈₄O₆₀其分子几何构形如图

Pd₆(L₁₁)₈(NO₃)₁₂L₁₁ Pd

其中几何构形图中每个面表示L₁₁，每个顶点表示Pd，L₁₁与Pd的配位点是吡啶端基上的N与Pd形成配位键。

其中L₁₁的化学结构式如下：

上述的钯催化剂的合成方法，步骤如下：

A．以2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸和回流体积的SOCl₂，加热回流反应至体系澄清，蒸去SOCl₂，得中间产物；

B．向中间产物中加入5-（4-吡啶基）四唑，在无水吡啶中回流反应2～3小时，分离纯化得到配体L；

C．配体L和硝酸钯在DMSO中加热60-70℃回流反应2～3小时，分离纯化得到催化剂Pd₆L₈(NO₃)₁₂。

优选的，所述步骤B中分离纯化的步骤为：待体系冷却后，加入水，抽滤得深色粗品，干燥，柱层析得淡黄色粉末即为配体L。

优选的，所述步骤C中分离纯化的步骤为：反应后冷却至室温，加入体积比例为(4-6):(20-30)的二氯甲烷和乙醚，析出白色固体，然后离心分离即得目标化合物。

优选的，所述步骤A中回流后不分离中间体直接进行下一步反应。

优选的，所述步骤B中5-（4-吡啶基）四唑与2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸的摩尔比为3:1。

优选的，所述步骤C中硝酸钯与2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸的摩尔比为(1-1.2):1。

在上述配体和催化剂的制备中都采用非质子溶剂，如吡啶、二甲基亚砜等。

本发明还提供了上述钯催化剂在催化Suzuki偶联反应中的应用。

该应用该催化剂催化Suzuki偶联反应所用溶剂为乙醇或水，回避了其他毒性较大的有机溶剂，但是不限于这两种溶剂。该催化剂催化Suzuki偶联反应的条件是时间1h，催化剂用量为100ppmol。

催化剂对Suzuki偶联反应的催化研究。实验步骤如下：

R＝H/CN/COMe/OMe X=Br/I

25ml单口圆底烧瓶中加入Ar-Br或Ar-I（10mmol），PhB（OH）₂（12-14mmol），K₂CO₃（10-12mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5-8ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品。

相对的，本发明还提供一种配位体L₁₁，其化学结构式如下：

本发明的有益效果是，本发明提供的新型钯催化剂不需要无氧操作，而且溶剂只用没有污染的水和乙醇，避免了甲苯等毒性较大试剂，反应温度和时间也大大降低，碱的用量更少，无其他添加剂。总之，该催化剂比传统的Pd（PPh₃）₄催化剂活性更高。该项发明在需要采用Suzuki偶联技术的药物小分子及配位体的清洁生产方面有望得到广泛的应用。

附图说明

图1是本发明实施例1配体L的H NMR。

图2是本发明的Pd催化剂的的H NMR。

图3是本发明的Pd催化剂的DOSY-NMR结果。

图4是本发明的Pd催化剂的CSI-MS结果。

图5是本发明的Pd催化剂的红外谱图。

图6是本发明的Pd催化剂的TGA谱图。

图7是本发明所述的实验实例1产物联苯的H NMR。

图8是本发明所述的实验实例1产物联苯的红外谱图。

图9是本发明所述的实验实例2产物联苯的H NMR。

图10是本发明所述的实验实例2产物联苯的红外谱图。

图11是本发明所述的实验实例3产物4-联苯乙酮的H NMR。

图12是本发明所述的实验实例3产物4-联苯乙酮的红外谱图。

图13是本发明所述的实验实例4产物4-联苯腈的H NMR。

图14是本发明所述的实验实例4产物4-联苯腈的红外谱图。

图15是本发明所述的实验实例5产物4-甲氧基联苯的H NMR。

图16是本发明所述的实验实例5产物4-甲氧基联苯的红外谱图。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明进行具体描述，有必要在此指出的是：本实施例只用于对本发明进行进一步说明，但不局限其范围。本领域专业人员在阅读本发明之后在不违背本发明实质所作出的各种改进都是显而易见的，都属于本发明要求保护范围。

实施例1

本发明合成的催化剂的合成路线如下所示：

1、配体L的制备：

向100ml圆底烧瓶中称取中间体A2.94g（10mmol），加入氯化亚砜20ml，回流至体系澄清。先常压蒸去大多数氯化亚砜，再加入两滴管苯，减压蒸干，重复三次，最后加入两滴管无水乙醚，减压蒸干，得黄色固体于烧瓶内备用，为中间体B。中间体A参考文献Sather,A.C.,Berryman,O.B.,Rebek,J.Jr.J.AM.Chem Soc,2010,132,13572-13574;Kolotuchin,V.S.,Thiessen,A.P.,Fenlon,E.T.,Wilson,R.S.,Loweth,J.C.,Zimmerman,C.S.Chem.Eur.J.1999,5,2537-2547.

向已制备好的中间体B中加入5-（4-吡啶基）四唑4.41g，无水吡啶10ml，120℃反应2h。待体系冷却后，加入60ml水，抽滤得深色粗品，干燥，柱层析（乙酸乙酯）得淡黄色粉末3.4g,产率56%。配体L的H NMR如图1所示。

2、Pd₆L₈(NO₃)₁₂的合成

向25ml圆底烧瓶中加入配体L79.6mg（10mmol），硝酸钯23.0mg（10-12mmol），DMSO4-6ml，70℃反应2h。冷却至室温，向体系中加入4-6ml二氯甲烷，20-30ml乙醚，析出大量白色固体。离心，分别用二氯甲烷，乙腈，乙醚洗涤EP管内的固体，晾干得白色固体97.5mg，产率95%。目前，我们通过H NMR，CSI-MS，DOSY-NMR，IR，TGA表征了该化合物的结构，结果分别见附图2、3、4、5、6。

实验例1：PhBr与PhB（OH）₂反应生成联苯

25ml单口圆底烧瓶中加入Ph-Br（10mmol），PhB（OH）₂（12mmol），K₂CO₃（10mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品，产率95%。产物的H NMR如图7所示，IR如图8所示。

传统的Pd（PPh₃）₄催化剂在催化此类反应的用量通常在1%～5%,见参考文献Castanet,A.S.;Colobert,F.;Schlama,T.Org.Lett.2000,23,3559-3561.催化10mmol底物，用1mg新催化剂，Pd的用量为0.1mg。而Pd（PPh₃）₄催化剂以1%计需要115.6mg，Pd的用量为10.6mg。

实验例2：PhI与PhB（OH）₂反应生成联苯

25ml单口圆底烧瓶中加入Ph-I（10mmol），PhB（OH）₂（12mmol），K₂CO₃（10mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品，产率96%。产品的H NMR如图9所示，IR如图10所示。

实验例3：4-BrPhCOMe与PhB（OH）₂反应生成4-PhPhCOMe

25ml单口圆底烧瓶中加入4-BrPhCOMe（10mmol），PhB（OH）₂（12mmol），K₂CO₃（10mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品，产率93%。产品的H NMR如图11所示，IR如图12所示。

实验例4：4-BrPhCN与PhB（OH）₂反应生成4-PhPhCN

25ml单口圆底烧瓶中加入4-BrPhCN（10mmol），PhB（OH）₂（12mmol），K₂CO₃（10mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品，产率95%。产品的H NMR如图13所示，IR如图14所示。

实验例5：4-BrPhOMe与PhB（OH）₂反应生成4-PhPhOMe

25ml单口圆底烧瓶中加入4-BrPhOMe（10mmol），PhB（OH）₂（12mmol），K₂CO₃（10mmol），催化剂1mg（100ppm），H₂O/EtOH5ml（1/1），油浴控温60℃，恒温反应1h。停止加热，向体系中加入5ml H₂O，用3×10ml乙酸乙酯萃取，合并有机相，MgSO₄干燥，旋干，用Dichloromethane/Petroleun ether=1:1柱层析得白色产品，产率97%。产品的H NMR如图15所示，IR如图16所示。

Claims

1.一种钯催化剂的合成方法，其特征是，步骤如下：

A.以2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸和回流体积的SOCl₂，加热回流反应至体系澄清，蒸去SOCl₂，得中间产物；

B.向中间产物中加入5-（4-吡啶基）四唑，在无水吡啶中回流反应2～3小时，分离纯化得到配体L₁₁；C.配体L₁₁和硝酸钯在DMSO中加热60-70℃回流反应2～3小时，分离纯化得到催化剂Pd₆（L₁₁）₈(NO₃)₁₂，其分子几何构形如图

其中，所述L₁₁的化学结构式如下

2.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，所述步骤B中分离纯化的步骤为：待体系冷却后，加入水，抽滤得深色粗品，干燥，柱层析得淡黄色粉末即为配体L₁₁。

3.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，所述步骤C中分离纯化的步骤为：反应后冷却至室温，加入体积比例为(4-6):(20-30)的二氯甲烷和乙醚，析出白色固体，然后离心分离即得目标化合物。

4.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，所述步骤A中回流后不分离中间体直接进行下一步反应。

5.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，所述步骤B中5-（4-吡啶基）四唑与2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸的摩尔比为3:1。

6.如权利要求1所述的合成方法，其特征是，所述步骤C中硝酸钯与2,4,6-三乙基-1,3,5-均苯三甲酸的摩尔比为(1-1.2):1。