CN105693726B - 一种吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物及其合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物及其合成方法。以吡啶基亚胺甲酯和二对甲苯磺酰胺苯二胺反应，经浓硫酸脱去对甲苯磺酰基，再与吡啶基亚胺甲酯反应生成吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物。该配体可用于合成高效的双金属催化剂。本发明具有原料廉价易得、操作简便、合成反应条件温和以及效率高等优点。

Description

一种吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物及其合成方法

技术领域

本发明涉及一种吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物及其合成方法。以吡啶基亚胺甲酯和二对甲苯磺酰胺苯二胺反应，经质量浓度98％浓硫酸脱去对甲苯磺酰基，再与吡啶基亚胺甲酯反应生成吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物。该化合物可用于合成高效的双金属催化剂。本发明具有原料廉价易得、毒性低、操作简便、合成反应条件温和以及效率高等优点。

背景技术

三齿NNN化合物作为一类用途广泛的N-杂环化合物，不仅具有潜在的生物活性，也可用于制备配合物发光材料或高活性配合物催化剂。2006年专利(PCT Int.Appl.,WO2006098505)报导了这类物质在有机电致发光材料中的潜在应用。2008年，余正坤研究组报导了一类NNN作为配体的金属钌配合物，在催化酮的氢转移反应中表现出了较高的催化活性(Yu,Z.K.et al.Organometallics 2008,27,2898；Organometallics 2009,28,1855.)。

近年来，双NNN化合物也引起了人们的重视，它可作为双金属的载体，通过金属与金属之间的协同作用，制备出比单金属催化活性更高的双金属配合物。2014年，DaisukeTakeuchi小组报导了一种基于吡啶基的大环双NNN化合物，合成了对应的双金属铁或镍的配合物，该配合物可应用于催化烯烃的聚合反应，并表现出比单金属更高的催化活性、更好的稳定性和更长的催化寿命(Takeuchi,D.et al.Organometallics 2014,33,5316.)。双NNN化合物也可作为载体与镧系元素结合，利用超分子作用及自组装的原理形成三螺旋结构。Piguet小组和Albrecht-Gary小组分别报导了该化合物的制备方法，他们利用双NNN化合物与镧系金属Eu的配位及分子间的静电作用形成了一种三螺旋的结构，并研究了他们自组装的原理(Piguet,C.et al.J.Am.Chem.Soc.1993,115,8197；Albrecht-Gary,A.etal.J.Am.Chem.Soc.2003,125,1541.)。

迄今为止，这类含有苯并咪唑化合物的制备方法主要是利用PPA缩合，该法反应温度高，条件苛刻，产生大量酸性废液。本发明以吡啶基亚胺甲酯和二对甲苯磺酰胺苯二胺反应，经浓硫酸脱去对甲苯磺酰基，再与吡啶基亚胺甲酯反应生成吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物。本发明具有原料廉价易得、操作简便、合成反应条件温和及效率高等优点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种原料易得、反应条件温和、适应性广、能高效地合成吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物的方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

吡啶基亚胺甲酯2和二对甲苯磺酰胺苯二胺3在有机溶剂中发生缩合反应生成化合物4(反应式1)，然后4在质量浓度98％浓硫酸作用下脱去对甲苯磺酰基生成双氨基化合物5(反应式2)，5再与2进一步缩合得到目标化合物1(反应式3)。

技术方案的特征在于：

1、吡啶基亚胺甲酯衍生物2为合成子。

2、二对甲苯磺酰胺苯二胺3为已知化合物，可参考文献方法制备。

3、吡啶基亚胺甲酯2与二对甲苯磺酰胺苯二胺3或化合物5发生缩合反应制备化合物4或吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1，反应溶剂为冰醋酸、甲醇、正丁醇、甲苯、1,4-二氧六环中的一种或二种，最好在冰醋酸或甲醇中进行。

4、吡啶基亚胺甲酯2与二对甲苯磺酰胺苯二胺3或化合物5摩尔比为1:1-1:4；反应温度为20-150℃；反应时间为1-24小时。

5、化合物4在质量浓度98％浓硫酸作用下脱去对甲苯磺酰基得到化合物5。化合物4与浓硫酸的摩尔比为1:50-1:100；反应温度为50-180℃；反应时间为2-10小时。该配体可用于合成高效的双金属催化剂。

本发明具有以下优点：

1)原料来源广泛，便宜易得或者易于制备。

2)吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1合成方法简单、制备效率高、产物用途广泛、易于衍生化。

3)吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1用途较广，可用于制备高活性配合物催化剂或配合物发光材料的配体。

总之，本发明利用三步合成方法制备吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物，合成方法简便、制备效率高且产物易于衍生化。

具体实施方式

本发明以吡啶基亚胺甲酯衍生物2和二对甲苯磺酰胺苯二胺3为起始原料，经浓硫酸脱去对甲苯磺酰基，再与吡啶基亚胺甲酯反应，高效合成吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1。通过下述实施例有助于进一步理解本发明，但本发明的内容并不仅限于此。

原料吡啶基亚胺甲酯衍生物2(Yu,Z.K.et al.Chem.Eur.J.2012,18,10843.)与二对甲苯磺酰胺苯二胺3(Cheeseman,G.W.H.J.Chem.Soc.(Resummed),1962,1170.)按文献方法制备。

实施例1

吡啶基亚胺甲酯2a(377mg,1.6mmol)、二对甲苯磺酰胺苯二胺3(730mg,1.6mmol)与15mL甲酸的混合物在120℃搅拌反应12小时。冷至室温后加入浓氨水中和羧酸，抽滤，固体用3×5mL水洗，得到黄色固体4a为目标产物(890mg，收率86％)。目标产物通过核磁共振谱和高分辨质谱测定得到确认。

实施例2

化合物4a(630mg,1.0mmol)与5mL质量浓度98％浓硫酸的混合物在80℃搅拌反应10小时。冷至室温后先稀释浓硫酸，再逐渐加入饱和碳酸钠中和至pH＝7。静置，过滤，得到黄绿色固体5a(300mg，收率90％)。目标产物通过核磁共振谱和高分辨质谱测定得到确认。

实施例3

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，反应体系中加入的是化合物5a(230.5mg,0.63mmol)，另外加入化合物2a(160.0mg,0.63mmol)，冰醋酸15mL，停止反应后，经同样后处理得到棕黄色固体1a为目标产物(300mg,收率95％)。目标产物通过核磁共振谱和高分辨质谱测定得到确认。

实施例4

反应步骤与操作同实施例1，与实施例1不同之处在于，反应时间24小时。停止反应，经同样后处理得到目标产物4a(890mg，收率86％)。说明延长反应时间对增加目标产物收率无益。

实施例5

反应步骤与操作同实施例2，与实施例2不同之处在于，反应温度为40℃。停止反应，经同样后处理得到目标产物5a(250mg,收率75％)，说明温度降低不利于目标产物生成。

实施例6

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，反应时间24小时。停止反应，经同样后处理得到目标产物1a(298mg,收率94％)。说明延长反应时间对增加目标产物收率无益。

实施例7

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，反应溶剂为甲苯。停止反应，经同样后处理得到目标产物1a(147mg,收率47％)。说明使用非质子性溶剂不利于目标产物生成。

实施例8

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，反应温度为30℃。停止反应，经同样后处理得到目标产物1a(173mg,收率55％)。说明反应温度过低不利于目标产物生成。

实施例9

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，反应温度为50℃。停止反应，经同样后处理得到目标产物1a(270mg,收率85％)，说明温度降低不利于目标产物生成。

实施例10

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，反应溶剂为1,4-二氧六环，反应温度100℃。停止反应，经同样后处理得到目标产物1a(270mg,收率85％)。说明1,4-二氧六环也可以用做反应溶剂，但不是最佳反应溶剂。

实施例11

反应步骤与操作同实施例3，与实施例3不同之处在于，加入的是化合物2b(153.90mg,0.63mmol)，停止反应，经同样后处理得到浅黄色固体目标产物1b(317mg,收率95％)。目标产物通过核磁共振谱和高分辨质谱测定得到确认。

应用例1

在氮气保护下，往25mL Schlenk反应瓶中依次加入配体1a(25mg,0.05mmol)、RuCl₂(PPh₃)₃(99mg,0.1mmol)和10mL异丙醇，回流反应7h。冷至室温后，过滤，固体用乙醚洗涤(3×20mL)。真空干燥后得到砖红色固体产品6a(83mg，收率85％)。目标产物通过核磁共振谱与元素分析测定得到确认。

在氮气保护下，将催化剂6a(11.7mg,0.06mmol)溶于60.0mL异丙醇中配成催化剂溶液。在氮气保护下，把苯乙酮(2.0mmol)，10.0mL催化剂溶液和9.8mL异丙醇在82℃搅拌5分钟。然后将0.2mLiPrOK的异丙醇溶液(0.1M)注入反应体系中，在指定的时间内，抽取0.1mL的反应液，并立即用0.5mL异丙醇稀释后做气相色谱分析。在所述条件下，30s时苯乙酮以98％的转化率还原为对应的醇产物，说明本发明的吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物可作为潜在的酮还原催化剂使用。

典型化合物表征数据

化合物4a，黄色固体，熔点168-169℃。¹H NMR(DMSO-d₆,400MHz):δ12.48(s,1H),9.21(br,2H),8.11and 7.81(d each,1:1H),8.04(t,1H),7.39and 7.19(s each,1:1H),7.62(m,4H),7.34(d,4H),6.14(s,1H),2.68(s,3H),2.21(s,3H),2.33(s,6H).¹³C{¹H}NMR(DMSO-d₆,100MHz)δ152.6,151.4,149.3,141.2,146.1,143.6,135.9,140.0,135.6,125.2,133.0,127.7,129.7,127.1,118.9,117.1,115.4,107.1,109.0,20.1,14.0,13.3.HRMScalcd for C₃₁H₂₉N₇O₄S₂627.1708,found 627.1702。

化合物5a，黄绿色固体，>120℃变质。¹H NMR(DMSO-d₆,400MHz):δ11.74(s,1H),8.01(m,2H),7.66(d,1H),6.83and 6.74(s each,1:1H),6.16(s,1H),4.68and 4.37(seach,2:2H),2.71(s,3H),2.23(s,3H).¹³C{¹H}NMR(DMSO-d₆,100MHz)δ152.6,148.9,147.7,145.9,141.1,139.5,137.4,135.5,133.3,129.0,117.6,115.1,108.6,102.3,95.4,14.0,13.4.HRMS calcd for C₁₇H₁₇N₇319.1545,found 319.1542。

化合物1a，黄色固体，熔点>300℃。¹H NMR(DMSO-d₆,400MHz):δ12.43(s each,4H),8.28(d,4H),8.14(d,4H),8.03(s,1H),7.85(d,4H),7.77(s,1H),6.21(s,4H),2.78(s,12H),2.26(s,12H).HRMS calcd for C₂₈H₂₄N₁₀ 500.2185,found 500.2187。

化合物6a，砖红色固体，熔点>300℃。¹H NMR(CDCl₃/CD₃OD,400MHz):δ8.49(s,2H),7.54(t,2H),7.34and 7.30(d each,2:2H),7.14,7.07and 6.97(m each,24:12:24H,4×PPh₃),6.11(s,2H),2.73and2.19(s each,6:6H),³¹P{¹H}NMR(CDCl₃,162MHz):δ21.4(s,4×PPh₃).Anal.calcd for C₁₀₄H₉₅Cl₄N₁₀P₄Ru₂:C,63.97；H,4.90；N,7.17.Found:C,63.94；H,4.87；N,7.20。

Claims (5)

1.一种吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物，其结构式如下式1所示，

取代基R为甲基，取代基R'为氢或甲基。

2.一种权利要求1所述吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物的合成方法，其特征在于：以吡啶基亚胺甲酯衍生物2和二对甲苯磺酰胺苯二胺3为起始原料，通过缩合反应得到化合物4，化合物4在浓硫酸作用下脱掉对甲苯磺酰基得到化合物5，化合物5进一步与吡啶基亚胺甲酯衍生物2反应得到吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1；

其中，吡啶基亚胺甲酯衍生物2的结构如下，

合成路线如下述反应式所示，分为三步进行，

取代基R为甲基，取代基R'为氢或甲基，所述浓硫酸为质量浓度为98％的硫酸。

3.按照权利要求2所述的合成方法，其特征在于：

其中：吡啶基亚胺甲酯衍生物2与二对甲苯磺酰胺苯二胺3或化合物5发生缩合反应制备化合物4或吡啶基桥联双吡唑苯并二咪唑化合物1，反应溶剂为冰醋酸、甲醇、正丁醇、甲苯、1,4-二氧六环中的一种或二种；第一步和第三步反应过程中吡啶基亚胺甲酯衍生物2与二对甲苯磺酰胺苯二胺3或化合物5的摩尔比1:1-1:4；反应温度为20-150℃；反应时间为1-24小时。

4.按照权利要求3所述的合成方法，其特征在于：吡啶基亚胺甲酯衍生物2与二对甲苯磺酰胺苯二胺3或化合物5反应的反应溶剂为冰醋酸或甲醇。

5.按照权利要求2所述的合成方法，其特征在于：化合物4在所述浓硫酸作用下脱去对甲苯磺酰基得到化合物5；化合物4与所述浓硫酸的摩尔比为1:50-1:100；反应温度为50-180℃；反应时间为2-10小时。