CN105237461A - 一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，催化剂Pd/C经非卤代烃能与水共沸的有机溶剂回流分水后加入有机膦配体进行络合得到催化剂有机膦配体络合Pd/C，以卤代物为初始原料，使其在10～90℃下与镁发生格氏反应得格氏试剂，再加入催化剂，与卤代物发生偶联反应，得到偶联产物杂环化合物，本发明采用一步法反应，合成成本低，绿色环保，工艺简单，是一条更加高效清洁的杂环化合物的合成工艺，适宜工艺放大。

Description

一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法
技术领域
本发明属于OLED材料、液晶中间体和精细化工产品技术领域，尤其是涉及一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法。
背景技术
杂环化合物作为新型材料在OLED领域得到重要的应用，在小尺寸屏幕显示得到上市，市场火热，大尺寸也在实验室研制成功，上市计日可待。杂环化合物的合成具有重要的实际应用价值。在OLED领域得偶联反应主要有Suzuk偶联反应和格式偶联反应。Suzuk偶联的有点是选择性好，杂质少。缺点是反应步骤多，需要制备硼酸，设备特殊，成本高，元素利用率低下，如合成路线1，是合成目标产物的经典方法。格式偶联反应早在20世纪70年代，Kochi和Tamura就研究了一系列的卤代烃与格氏试剂在过渡金属催化下进行偶联，由此开始深入研究，近几年来人们对偶联反应做了多方面的探索与研究，并取得了一些进展。
合成路线1
合成路线1存在的问题有，合成路线长，两步反应，需要超低温的特殊设备，第一步生成的化合物Ⅶ需要用盐酸水解，分液萃取，干燥浓缩，重结晶才能得到满足第二步反应的原料，后处理产生废酸、废水，环境污染大，第二步反应所用的Pd类催化剂为四三苯基膦钯、氯化钯、PdCO3等合成，价格昂贵，不易保存，且不能回收利用，生成的化合物Ⅵ收率低，成本高，且对环境不友好。这种合成路线是当前铃木反应的经典主流路线。
发明内容
本发明的目的在于改进已有技术的不足而提供一种便利、可操作性强、合成周期短、合成环境友好、元素利用率高的可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法。
本发明的目的是这样实现的，一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特点是合成路线如下：
a、有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的制备：
其中:有机膦配体为三苯基膦、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、正丁基二(1-金刚烷基)膦；
b、可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代烃格氏试剂直接偶联卤代烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的合成：
。
为了进一步实现本发明的目的，可以是所述的有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的制备如下所示：
其中:有机膦配体为三苯基膦、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、正丁基二(1-金刚烷基)膦；
催化剂Pd/C（Ⅰ）为工业含水40～70%的Pd/C，钯的有效含量0.5～10%，有惰性气体保护下，在非卤代烃能与水共沸的有机溶剂回流共沸脱水，当水分小于500ppm后加入有机膦配体是钯的1mol~6mol当量，与10℃~150℃进行络合反应10min~120min，得到催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），可以直接带溶剂进行使用，也可以分离出后使用。
为了进一步实现本发明的目的，可以是是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代杂环烃格氏试剂直接偶联卤代烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代杂环烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代杂环烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
为了进一步实现本发明的目的，可以是是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代烃格氏试剂直接偶联卤代杂环烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代杂环烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
为了进一步实现本发明的目的，可以是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代杂环烃格氏试剂直接偶联卤代杂环烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代杂环烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代杂环烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代杂环烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
本发明与已有技术相比具有以下显著特点和效果：本发明在现有合成路线的基础上，提供了一条更为便利、可操作强、合成周期短、环境友好、元素利用率高的合成路线。本发明合成方法采用一步法，操作简单，由于反应步骤减少，可有效提高反应收率、元素利用率提高、降低能耗和人工；另一方面采用巧妙的解决钯碳进行有机磷络合得到新催化剂，解决了偶联反应水分问题和催化剂回收问题，以得到的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）进行偶联反应，反应速度快，生成目标产物的选择性高，几乎没有副反应的发生，且使用的催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）价格低廉，可以多次回收套用，与原文献工艺相比，本专利路线是思路新颖的合成方法，实用性强，完全可以工业化，合成路线如下：
其中:有机膦配体=三苯基膦、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、正丁基二(1-金刚烷基)膦。
上述合成路线与合成路线1的经典方法相比，具有在以下优点：
1、缩短了反应步骤和周期，由原来的2步反应变为1步完成；
2、其次使用新的催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），制备简单，价格低廉，环境友好，可以多次套用，活性高，偶联反应时间短，选择性高，生成的产品化合物偶联杂环化合物（Ⅵ）纯度高，所以总收率高。
3、一步法反应省去传统工艺中的硼酸酯化水解过程，使得该反应整体对环境友好，元素利用率提高，合成周期缩短。
附图说明
图1为本发明3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑的1HNMR图。
图2为本发明3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑的1HNMR图。
图3为本发明3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑的1HNMR图。
图4为本发明3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑的1HNMR图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
实施例1，一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其合成路线如下：
其中催化剂有膦配体络合Pd/C（Ⅱ）制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管的100ml三口反应瓶中，依次加入含水56%的Pd/C0.3g，甲苯80ml，升温至110℃，回流分水120min，降温至90℃，加入有机膦配体三苯基膦0.0008mol，升温至110℃，搅拌80min，降温至30℃，得催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系待用；
3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑的制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的100ml反应瓶中，加入镁粉0.0500mol，THF18ml，加入碘一粒，滴加卤代杂环烃（Ⅲ）3-溴-9-苯基咔唑0.0433mol、THF30ml的混液，滴加完毕，回流反应1h，得格氏试剂（Ⅳ）3-溴化镁-9-苯基咔唑待用。
在惰性气体的保护下，向另一装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的250ml反应瓶中加入4-溴碘苯0.0432mol，加入上述待用催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系，再将上述待用格氏试剂（Ⅳ）滴加进入反应体系，控制50～85℃反应16h，停止反应，过滤催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收下次使用，有机相水洗至中性，干燥、过柱、浓缩、升华、重结晶得产品3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑（Ⅵ），LC分析主含量99.9%，收率75.3%。元素分析：实测值（计算值）C：64.74（64.73）;H：3.61（3.62）;I:28.48（28.50）;N:3.14（3.15）和1HNMR(400MHz,CDCl3)确认。
实施例2，一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其合成路线如下：
其中催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管的100ml三口反应瓶中，依次加入Pd/C0.3g(含水56%)，甲苯80ml，升温至110℃，回流分水120min，降温至90℃，加入有机膦配体2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯0.0005mol，升温至110℃，搅拌60min，降温至30℃，得催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系待用。
3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑的制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的100ml反应瓶中，加入镁粉0.0503mol，THF10ml，加入碘一粒，滴加卤代芳香烃（Ⅲ）对溴碘苯0.0440mol、THF26ml的混液，滴加完毕，回流反应2h，得到格氏试剂（Ⅳ）碘化镁溴苯待用。
在惰性气体的保护下，向另一装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的250ml反应瓶中加入3-溴-9-苯基咔唑0.0433mol，加入待用催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系，将上述待用格氏试剂（Ⅳ）滴加进入反应体系，与50～85℃反应16h，停止反应，过滤催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收下次使用，有机相水洗至中性，干燥、过柱、浓缩、升华、重结晶得产品3-(4-溴苯基)-9-苯基咔唑（Ⅵ），LC分析主含量99.9%，收率77.4%。元素分析：实测值（计算值）C：64.75（64.73）;H：3.61（3.62）;I:28.51（28.50）;N:3.14（3.15）和1HNMR(400MHz,CDCl3)确认。
实施例3，一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其合成路线如下：
其中催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管的100ml三口反应瓶中，依次加入Pd/C0.3g(含水56%)，甲苯80ml，升温至110℃，回流分水120min，降温至90℃，加入有机膦配体4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽0.0006mol，升温至110℃，搅拌60min，降温至30℃，得催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系待用。
3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑的制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的100ml反应瓶中，加入镁粉0.0551mol，THF60ml，加入碘一粒，滴加卤代杂环烃（Ⅲ）2-溴二苯并呋喃0.0481mol、THF40ml的混液，滴加完毕，回流反应2h，格氏试剂（Ⅳ）1-溴化镁萘待用。
在惰性气体的保护下，向另一装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的250ml反应瓶中加入卤代杂环烃（Ⅴ）3-溴-9-苯基咔唑0.0432mol，加入待用催化剂Ⅱ体系，将上述待用格氏试剂（Ⅳ）滴加进入反应体系，与50～85℃反应20h，停止反应，过滤催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收下次使用，有机相水洗至中性，干燥、过柱、浓缩、升华、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ）3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑，LC分析主含量99.0%，收率76.1%。元素分析：实测值（计算值）C：88.03（88.00）;H：4.66（4.68）;N：3.41（3.42）;O：3.90（3.91）和1HNMR(400MHz,CDCl3)确认。
实施例4，一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其合成路线如下：
其中催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管的100ml三口反应瓶中，依次加入Pd/C0.3g(含水56%)，甲苯90ml，升温至110℃，回流分水120min，降温至90℃，加入有机膦配体正丁基二(1-金刚烷基)膦0.0006mol，升温至110℃，搅拌60min，降温至30℃，得催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）体系待用。
3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑的制备是：在惰性气体的保护下，向装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的100ml反应瓶中，加入镁粉0.0551mol，THF20ml，加入碘一粒，滴加卤代杂环烃（Ⅲ）3-溴-9-苯基咔唑0.0481mol、THF55ml的混液，滴加完毕，回流反应2h，格氏试剂（Ⅳ）1-溴化镁萘待用。
在惰性气体的保护下，向另一装有机械搅拌、回流冷凝干燥管、加料漏斗的250ml反应瓶中加入卤代杂环烃（Ⅴ）2-溴二苯并呋喃0.0442mol，加入待用催化剂Ⅱ体系，将上述待用格氏试剂（Ⅳ）滴加进入反应体系，与50～85℃反应19h，停止反应，过滤催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收下次使用，有机相水洗至中性，干燥、过柱、浓缩、升华、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ）3-(2-二苯并呋喃基)-9-苯基咔唑，LC分析主含量99.5%，收率75.8%。元素分析：实测值（计算值）C：88.04（88.00）;H：4.65（4.68）;N：3.41（3.42）;O：3.90（3.91）和1HNMR(400MHz,CDCl3)确认。

Claims (5)

1.一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特征是合成路线如下：
a、有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的制备：
其中:有机膦配体为三苯基膦、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、正丁基二(1-金刚烷基)膦；
b、可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代烃格氏试剂直接偶联卤代烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的合成：
。
2.根据权利要求1所述的一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特征是所述的有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的制备如下所示：
其中:有机膦配体为三苯基膦、2-二环己基膦-2',4',6'-三异丙基联苯、4,5-双二苯基膦-9,9-二甲基氧杂蒽、正丁基二(1-金刚烷基)膦；
催化剂Pd/C（Ⅰ）为工业含水40～70%的Pd/C，钯的有效含量0.5～10%，有惰性气体保护下，在非卤代烃能与水共沸的有机溶剂回流共沸脱水，当水分小于500ppm后加入有机膦配体是钯的1mol~6mol当量，与10℃~150℃进行络合反应10min~120min，得到催化剂有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ），可以直接带溶剂进行使用，也可以分离出后使用。
3.根据权利要求1所述的一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特征是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代杂环烃格氏试剂直接偶联卤代烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代杂环烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代杂环烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
4.根据权利要求1所述的一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特征是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代烃格氏试剂直接偶联卤代杂环烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代杂环烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
5.根据权利要求1所述的一种可再回收改性钯碳对卤代物格氏试剂直接偶联卤代物合成杂环化合物的方法，其特征是所述的可再回收改性钯碳有机膦配体络合Pd/C（Ⅱ）对卤代杂环烃格氏试剂直接偶联卤代杂环烃（Ⅴ）合成偶联杂环化合物（Ⅵ）的路线如下所示：
该反应为一步法连续格氏偶联反应，化合物卤代杂环烃（Ⅲ）是在THF、乙醚或其它醚类溶剂中，与10～90℃下发生格氏反应得到化合物卤代杂环烃格氏试剂（Ⅳ），将格氏试剂滴加入装有卤代杂环烃（Ⅴ）的混液，混液提前加有0.05%～8.0%的催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ）的体系中发生偶联反应，滴加时间10min~200min，反应温度40℃~150℃，反应时间4~20h，停止反应，过滤催化剂膦配体络合Pd/C（Ⅱ），催化剂可以回收使用，有机相水洗至中性，然后干燥、过柱、浓缩、精馏、重结晶得产品偶联杂环化合物（Ⅵ），GC、LC分析，反应转化率90.0%～98.0%，合成收率70.0～85.0%。
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