CN103980086A

CN103980086A - 一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法

Info

Publication number: CN103980086A
Application number: CN201410209072.7A
Authority: CN
Inventors: 钱存卫; 黄海军
Original assignee: YANCHENG LIMIN CHEMICAL CO Ltd; Yancheng Teachers University
Current assignee: YANCHENG LIMIN CHEMICAL CO Ltd; Yancheng Teachers University
Priority date: 2014-05-16
Filing date: 2014-05-16
Publication date: 2014-08-13

Abstract

本发明涉及一种制备1,3-丁二炔的催化体系，本发明中使用氯化铜、空气、8-羟基喹啉分别作为催化剂、氧化剂和辅助配体，而且反应温度只有100℃；仅采用了催化量的无机碱。

Description

一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法

技术领域

本发明专利涉及一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法。

背景技术

许多天然联炔属物质是具有生物活性的，它们在医学和生物学研究中获得了很大的关注.由于联炔化合物(包含对称和不对称两种结构)的重要性，许多化学家投入了足够的精力来探索它们的合成，一系列非常有用的合成方法呈现在我们面前。联炔的合成大体可以分为以下几种方式：炔基金属物或炔基类金属物的自偶联；末端炔，炔金属物或炔类金属物与炔卤(或其它杂原子)的交叉偶联；炔烯卤的脱卤化氢得联炔键；FWE重排；末端炔烃的自偶联；其他方式等。

Liu等人在1997年给我们提供了Pd(Ph₃P)₂Cl₂/CuI体系催化的末端炔烃偶联反应研究结果。他们以I₂为氧化剂，使用了有机胺iPrNH₂作为碱(Scheme1)，还探索了几种底物的反应性，产率较好。溴代乙酸乙酯代替碘作为氧化剂，也非常高产率地得到了相应的二炔化合物(Scheme2)。Fairlamb等人对前人的条件进行了进一步改进，用空气代替碘或溴乙酸乙酯来实现氧化过程，获得了满意结果(Scheme3)。

Scheme1

Scheme2

Scheme3

施敏课题组报道了手性的NHC(氮杂卡宾)配位的Pd络合物与CuI共催化的末端炔烃偶联，反应还使用了有机碱(TMEDA)(scheme4)。

Scheme4

Tsai与合作者也报道过Pd-CuI共催化的端炔偶联反应，他们除了使用有机碱三乙胺外还用了联吡啶类有机盐相转移催化剂，但是溶剂是比较绿色和环保的水，这是符合可持续发展要求的溶剂选择趋势的(Scheme5)。

Scheme5

以二醋酸碘苯PhI(OAc)₂为氧化剂的PdCl₂-CuI催化体系能实现端炔偶联，反应可以得到较好的产率(Scheme6).

Scheme6

Li等人发现了硝酮(Me₃NO)为氧化剂的PdCl₂-CuI端炔偶联催化体系，他们发展了NaOAc代替有机胺和有机膦的过程(Scheme7)。但NaOAc在Pd(OAc)₂/CuI/DABCO时，不是利于此反应的优良碱(Scheme8)。

Scheme7

Scheme8

钯试剂是有效和常用的端炔偶联试剂，令人欣喜的是其它过渡金属如钻、镍、钛等也被发现可促进或催化端炔的偶联反应。这些金属试剂的开发和应用丰富了有机反应特别是端炔的偶联反应策略，对金属有机化学也具有重要的实例意义和理论价值。Krafft与合作者于2001年报道了一例C0₂(CO)s与配体现场生成有机钴络合物催化的端炔偶联反应(Scheme9)。

Scheme9

TiCl₄/Et₃N体系促进的端炔偶联反应，虽然只得到中等产率，但是反应可以在室温下进行，对于强路易斯酸来说TiCl₄这个反应的成功让我们看到了它的多面手角色，也开阔了我们有关路易斯酸应用的视野。对于研究金属有机和路易斯酸化学的研究者们来说，这是一个很有意思的现象(schcme10)。

Scheme10

雷爱文课题组首次报道了Ni/CuI共催化的端炔偶联反应。他们成功实现了端炔的交叉偶联，从而得到一些列不对称的共轭二炔化合物。虽然，底物有所限制，产率也不是非常的高，但该反应在常温下以氧气(或空气)为氧化剂相对温和。重要的是他们开拓了一种新的端炔偶联金属催化体系，特别对端炔出发的不对称联炔的合成具有重要的意义(Scheme11)。

Scheme11

上面我们列举了大量的端炔偶联反应实例，它们的反应条件中或者使用了较为昂贵的金属试剂(如钯、镍、钴等络合物)或者一些试剂相对较难保存和操作(如TiCl₄对环境的干燥度要求比较高)以及这些试剂反应后较难处理，因此开发较廉价和较为温和的端炔偶联试剂成为一种挑战和热点，引起了广大化学家的关注和热情。作为一种常用的金属试剂，铜化合物既能像其它优良过渡金属物有配位空穴又能很好地促进自由基的生成和稳定自由基，同时它还是一种很好的路易斯酸，因而被广泛应用为钯、钴、镍等贵金属的共催化剂。经济性和可操作性的考虑加上铜试剂本身的这些性能，使得铜试剂单独促进或催化端炔偶联成为人们的兴趣点。许多铜试剂促进和催化的端炔偶联反应被化学家广泛地研究，许多实例呈现在我们面前。

以NBS作为氧化齐UDIPEA为碱，Zhang等人探索了CuI对端炔偶联反应促进的情况，实验结果表明脂肪族和芳香族炔烃都能温和地进行(Scheme12)。以[bmim]PF₆或[bmim]BF₄为溶剂,Yadav等人实现了端炔偶联，这类溶剂的使用使得相应的反应体系具有一定的经济性，因为离子液体是一种可以回收利用且污染小的盐类，它们被认为是环境友好的(Scheme13)。Beifuss等人在也改进和发展了Hay条件，他们在同时使用DBU为碱的情况下，只用了2mol％的CuCl催化剂，反应在乙腈中室温下就能得到较为满意的结果。

Scheme12

Scheme13

最新的研究表明CuCI催化体系在添加适量的有机碱哌啶作为辅助剂时可以有效地实现端炔偶联，但无哌啶时反应效率就急剧降低了(Scheme14)。

Scheme14

硅酸盐由于包含硅和铝的盐基具有配位性和稳定铜离子的性能，因而硅酸盐铜混合物也是较为经济的催化体系，因为这种固体催化剂能够回收利用，对环境是友好的。Louis等人和Jean等分别报道了这种硅酸盐在无溶剂条件下催化的端炔偶联的成果，Noritaka等人的类似体系则需要苯甲腈做溶剂。

二价铜盐由于比一价铜盐更易得和廉价也是端炔偶联反应的优良试剂。由于其效率要比一价铜盐差，往往它们的用量都是当量级的并需要当量的无机碱或适量的有机碱。Eglinton与合作者在1956年首先报道了醋酸铜在吡啶溶剂中促进的端炔偶联。几十年后，Li等人报道了超l临界二氧化碳(mC0₂)溶剂里当量的氯化铜促进的端炔均相偶联(Scheme15)。由于氯化铜在超临界二氧化碳中是非溶解性的，他们尝试许多试剂配伍后最终发现了CuCl₂/NaOAc在MeOH中是可溶的，因而将scC0₂反加入到这个可溶体系中，使反应获得了成功。

Scheme15

Cu(OAc)₂﹒H₂0/NaOAc/PEG体系也能很好地实现端炔偶联，由于长链的PEG为固相，需要加热到熔点，而且醋酸铜和NaoAc都是超量的(scheme16)。

Scheme16

Sharifi等人也研究了醋酸铜对端炔偶联反应的促进情况，他们发展了固相研磨措施。除了使用当量的有机碱吗啉外，还添加了氟化钾和氧化铝无机固体碱，这些无机碱和有机碱的使用使得醋酸铜的投料实现了催化量。这也是第一例二价铜盐催化的端炔偶联(Scheme17)。催化量氯化铜和三乙胺在无溶剂条件下可以使得端炔在60oC高效地发生均相偶联(Scheme18)。

Scheme17

Scheme18

非常有趣的是纳米铜粉和纳米氧化铜也能促使端炔在沸腾的DMF中偶联得到二炔类化合物，催化体系比较廉价，但反应过程较为缓慢操作较为繁琐。

联炔的发展概况并发现已经报道的合成方法具有各自的优点和意义，然而它们却也存在着很大的不足或迫切需要改进和完善的地方。非端炔合成联炔的策略中应用到了较为昂贵或复杂的试剂，同时反应过程相对复杂。因而从端炔得到联炔成为便易的方式，但这类方法也存在不足之处，主要体现在以下方面中的一个或多个部分：1.使用了昂贵的重金属及其化合物，如Pd等；2.使用了有机胺类和有机膦类配体，如Dipyridyl和R₃P等；3.使用了有机碱，如Et₃N，Pyrrole，Piperidine和TMEDA等；4.复杂的氧化剂，如Me₃NO，PhIO，NBS，BrCH₂C0₂Et，苯醌等；5.铜催化的部分反应中也有不足，如使用超量的催化剂和超量的碱及非常规的溶剂(如scC0₂等)，一些铜盐如硅酸盐混合铜盐等需要复杂过程的制备。因此，改进或优化已有的反应体系，更重要的是发展更经济的反应体系是迫切的和具有挑战的。我们对这个任务很感兴趣，在研究过程中我们循序渐进地探究了几种铜盐促进或催化的端炔偶联过程并尝试发展反应新条件。令人兴奋的是，我们获得了不同程度的成功，发展了四种新条件体系，丰富了端炔偶联方法学，对合成也有相应的意义。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，该方法采用如下技术方案：

一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，原材料准备：

选用端基炔烃为反应物，催化剂和溶剂，所述端基炔烃和催化剂的摩尔比为＝20：1，将上述配比的端基炔烃和催化剂加入溶剂中，所得到的浓度为1mol/mL的溶液。

步骤二，将步骤一中所述的制得的溶液在温度为90-110℃下反应24小时，既得1,3-丁二炔。

步骤三，分离

将步骤二所制的1,3-丁二炔，经柱分离，制得1,3-丁二炔催化体系，该体系的产出率大于80％，所述柱分离采用石油醚为洗脱剂。

所述催化剂包含铜盐、配体和无机碱，所述铜盐、配体和无机碱的摩尔比约为1:2:2。

所述铜盐选自碘化亚铜、乙酰丙酮酸铜、溴化亚铜、硫酸铜、氯化铜、铜粉中的一种或者其一种以上的混合物；配体选自六次甲基四胺、喹啉、TMEDA、8-羟基喹啉、三乙胺、邻菲罗啉中的一种或者其一种以上的混合物；无机碱选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、磷酸钾、氢氧化钠中的一种或一种以上的混合物。

所述步骤二中所述反应温度为100℃。

有益效果：

现在合成1,3丁二炔的方法大多使用纯氧、碘等作为氧化剂，只有少数使用空气作为氧化剂，本研究中使用空气作为氧化剂，而且反应温度只有100oC；在现在合成1,3丁二炔的方法中往往要大量使用碱(100-300％)，本研究中只是用了催化量的碱。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

实施例一:在反应瓶中加入2mmol苯乙炔,0.1mmolCuCl₂,0.2mmolK₂CO₃和1mLDMF,然后在100℃下反应M小时,反应混合物经过简单的分离得1,4-二苯基-1,3-丁二炔0.196g,产率97％。其核磁数据为：¹HNMR(CDCl₃,400MHz)(δ,ppm)：7.32-7.40(m,6H,ArH),7.52-7.54(m,4H,ArH)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)(δ,ppm)132.5,129.2，128.4,121.7,81.5,73.9；低分辨质谱[LRMS(ESI+)]数据为：m/z＝202.08(计算值202.25)。

实施例二:在反应瓶中加入2mmol4-丁基苯乙炔,0.1mmolCuCl₂,0.2mmolK₂CO₃和1mLDMF,然后在100℃下反应M小时,反应混合物经过简单的分离得1,4-二(4’-丁基苯基-1,3-丁二炔0.283g,产率90％。其核磁数据为：¹HNMR(CDCl₃,400MHz)(δ,ppm)：0.92(t,J＝7.6Hz,6H,CH₃),1.29-1.39(m,4H,CH₂),1.55-1.62(m,2H,CH₂),2.61(t,J＝7.6Hz,4H,CH₂),7.14(d,J＝8Hz,4H,ArH),7.43(d,J＝8Hz,4H,ArH)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)(δ,ppm)144.4,132.4，128.5,118.9,81.5,73.4,35.5,33.3,22.3,13.9；低分辨质谱[LRMS(ESI+)]数据为：m/z＝314.20(计算值为314.46)。

实施例三:在反应瓶中加入2mmol4-乙基苯乙炔,0.1mmolCuCl₂,0.2mmolK₂CO₃和1mLDMF,然后在100℃下反应M小时,反应混合物经过简单的分离得1,4-二(4’-乙基苯基-1,3-丁二炔0.214g,产率83％。其核磁数据为：¹HNMR(CDCl₃,400MHz)(δ,ppm)：1.23(t,J＝7.6Hz,6H,CH₃),2.63-2.68(t,J＝7.6Hz,4H,CH₂),7.16(d,J＝8Hz,4H,ArH),7.44(d,J＝8Hz,4H,ArH)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)(δ,ppm)145.7,132.5，128.0,119.0,81.5,73.4,28.9,15.3；低分辨质谱[LRMS(ESI+)]数据为：m/z＝258.14(计算值258.36)。

实施例四:在反应瓶中加入2mmol4-甲氧基苯乙炔,0.1mmolCuCl₂,0.2mmolK₂CO₃和1mLDMF,然后在100℃下反应M小时,反应混合物经过简单的分离得1,4-二(4’-甲氧基苯基-1,3-丁二炔0.244g,产率93％。其核磁数据为：¹HNMR(CDCl₃,400MHz)(δ,ppm)：3.82(s,6H,CH₃),6.85(d,J＝8.8Hz,4H,ArH),7.46(d,J＝8Hz,4H,ArH)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)(δ,ppm)55.3,72.9，81.2,113.9,114.1,134.0,160.2；低分辨质谱[LRMS(ESI+)]数据为:m/z＝262.10(计算值262.30)。

实施例五:在反应瓶中加入2mmol4-甲基苯乙炔,0.1mmolCuCl₂,0.2mmolK₂CO₃和1mLDMF,然后在100℃下反应M小时,反应混合物经过简单的分离得1,4-二(4’-甲基苯基-1,3-丁二炔0.200g,产率87％。其核磁数据为：¹HNMR(CDCl₃,400MHz)(δ,ppm)：2.37(s,6H,CH₃),7.14(d,J＝8Hz,4H,ArH),7.42(d,J＝7.6Hz,4H,ArH)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)(δ,ppm)21.6,73.4，81.5,118.7,129.2,132.4,139.5；低分辨质谱[LRMS(ESI+)]数据为：m/z＝230.14(计算值230.30)。

应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，原材料准备：

选用端基炔烃、氯化铜、DMF为反应物，催化剂和溶剂，所述反应物和催化剂的摩尔比为＝20：1，将上述反应物和催化剂加入溶剂中，所得到的反应物的浓度为1mol/mL的溶液，所述反应物中端基炔烃、氯化铜、DMF的摩尔比为1：0.05：13；

步骤二，将步骤一中所述的制得的溶液在温度为90-110℃下反应24小时，既得1,3-丁二炔；

步骤三，分离

2.如权利要求1所述的一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，其特征在于所述催化剂包含铜盐、配体和无机碱，所述铜盐、配体和无机碱的摩尔比约为1:2:2。

3.如权利要求2所述的一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，其特征在于所述铜盐选自碘化亚铜、乙酰丙酮酸铜、溴化亚铜、硫酸铜、氯化铜、铜粉中的一种或者其一种以上的混合物；配体选自六次甲基四胺、喹啉、TMEDA、8-羟基喹啉、三乙胺、邻菲罗啉中的一种或者其一种以上的混合物；无机碱选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、磷酸钾、氢氧化钠中的一种或一种以上的混合物。

4.如权利要求1所述的一种1,3-丁二炔催化体系的制备方法，其特征在于所述步骤二中所述反应温度为100℃。