CN108264525B - 一类大张力氧取代的四元磷衍生物、合成方法及其催化应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一类作为有机磷试剂的大张力氧取代的四元磷衍生物,所述化合物化学结构式为:
Description
技术领域
本发明涉及有机化工技术领域,特别是一类大张力氧取代的四元磷衍生物、合成方法及其催化应用。
背景技术
近年来,由于有机磷试剂非常特殊的化学性质,受到了有机合成化学家们的广泛关注。目前有机膦催化剂的种类还比较少,目前报道较多的膦试剂一般都是三苯基膦、三丁基膦,发展结构新颖,性能优良的新型有机膦催化剂也就显得尤为迫切。由于氧元素的电负性较大,且氧原子最外层有两对孤对电子,当氧原子与膦原子相连时会很大层度上改变膦原子的电子结构;同时四元小环的结构特点,使得其具有较大环张力,两点的相互结合使得活性中心膦原子的膦氧双键的键能大大降低,该膦氧双键更易被还原,易于五价膦和三价膦之间的互相转化,从而很容易实现基于三价膦和五价催化循环的有机膦催化反应的应用研究。在本专利中,我们发展了一类结构新颖的大张力氧取代的四元磷衍生物。该大张力氧取代的四元磷衍生物具有良好的催化活性。同时,合成该大张力氧取代的四元磷衍生物的所有实验步骤都是常规的方法,具有较高的可操作性,易于实现该膦催化剂的在其他领域的应用。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一类大张力氧取代的四元磷衍生物、合成方法及其催化应用。
本发明的技术方案如下:
一类大张力氧取代的四元磷衍生物,所述化合物的化学结构式为:
其中,取代基R1,R2,R5和R6为氢、烷基、烷氧基、或芳基中的任意一种;R3和R4为氢、烷基、或芳基中的任意一种;R7为烷基、或芳基。
所述的大张力氧取代的四元磷衍生物的合成方法,所述方法包括以下合成路径:
(1)氮气保护下,在反应器中依次加入原料1,CH2Cl2,PCl3,AlCl3,搅拌使其溶解之后,降温至-5~5℃反应1-10h得到四元磷氯盐2;
(2)在氮气保护下继续向反应器内加水猝灭,该加水猝灭过程为15-30min,之后分离出有机相并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到白色晶体3;
(3)将白色晶体3置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯,三乙胺和羟基化合物,继续于30-90℃下反应1-24h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,抽滤出去反应体系中的固体,再滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4。
完成大张力氧取代的四元磷衍生物的合成。
进一步优选为包括如下步骤:
(1)氮气保护下,在反应器中依次加入原料1,CH2Cl2,PCl3,AlCl3,搅拌使其溶解之后,降温至0℃反应3h得到四元磷氯盐2;
(2)在氮气保护下继续向反应器内加水猝灭,该加水猝灭过程为20min,之后分离出有机相并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到白色晶体3;
(3)将白色晶体3置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯,三乙胺和羟基化合物,继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,抽滤出去反应体系中的固体,再滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4。
所述步骤(1)化合物1与PCl3与AlCl3的投料摩尔比为1:0.1-2:0.1-2;改变投料比或投料顺序,化合物2的收率会受到影响。
所述步骤(1)反应时间1-10小时。时间过短则反应不完全;反应温度为0℃,在此反应温度下有利于反应平稳进行,减少副产物生成。
所述步骤(2)化合物2与H2O的投料摩尔比为1:1-10;改变投料比或投料顺序,化合物3的收率会受到影响。
所述步骤(3)化合物3与三乙胺与羟基化合物的投料质量比为1:0.1-6:0.1-2;改变投料比或投料顺序,化合物4的收率会受到影响。
所述步骤(3)反应时间为1-24小时,时间过短则反应不完全;反应温度为30-90℃。在此反应温度下有利于反应平稳进行,减少副产物生成。
本发明有益效果如下:
1、本发明合成了一类新型大张力氧取代的四元磷衍生物,可有效地替代普通的膦催化剂,作为一种新型有机催化剂广泛运用于众多催化循环的反应体系中,并较大的应用前景。
2、本发明设计了一条作为有机催化剂的大张力氧取代的四元磷衍生物的合成路线。该路线以多取代丙烯衍生物为原料,在路易氏酸的催化下与三价磷反应,再经过取代合成一系列大张力氧取代的四元磷衍生物。该方法产率高,副产物少,有较高的使用价值。
3、本发明所合成一类新型大张力氧取代的四元磷衍生物,具有很好的催化活性,在催化分子内氮杂Wittig反应是表现出了良好的催化性能。
具体实施方式
下面结合实施例来进一步说明本发明,但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表述的范围。
仪器及试剂:
SHZ-E型循环水式真空泵(上海荣亚生化学仪器厂);DZE-6120型真空干燥箱(上海恒天科学仪器制造公司);WRS-1A数字熔点仪(上海索光光电技术有限公司);EB2005A电子天平;ZF-I型三用紫外分析仪;DE-102J集热式恒温加热磁力搅拌器(巩义市华发化学仪器厂);DFX-5L/30低温恒温反应浴(无锡市百川仪器厂);2YZ-4A型旋片式真空油泵(临海市永昊真空设备厂)。三甲基戊烯(AR),二氯甲烷(AR),苯酚(AR),三乙胺(AR),甲苯(AR),三氯化磷(AR),石油醚(AR),乙酸乙酯(AR),去离子水(自制),工业用氮气(AR)。
实施例1
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-phenoxyphosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.146g,1.1mmol.),CH2Cl2(10mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.151g,1.1mmol.),三甲基戊烯1a(0.112g,1mmol.),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为25min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a(0.135g,0.69mmol,69%)。将3a(0.135g,0.69mmol)置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(3ml),三乙胺(0.153g,1.52mmol.)和苯酚(0.078g,0.83mmol.),继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4a,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4a(0.081g,0.32mmol,47%)。
实施例2
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(octyloxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.146g,1.1mmol.),CH2Cl2(10mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.151g,1.1mmol.),三甲基戊烯1a(0.112g,1mmol.),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为20min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a(0.135g,0.69mmol,69%)。将3a(0.135g,0.69mmol)置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(3ml),三乙胺(0.153g,1.52mmol.)和正辛醇(0.108g,0.83mmol.),继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4b,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4b(0.121g,0.42mmol,61%)。
实施例3
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(4-(6-methylheptyl)phenoxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.146g,1.1mmol.),CH2Cl2(10mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.151g,1.1mmol.),三甲基戊烯1a(0.112g,1mmol.),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为20min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a(0.135g,0.69mmol,69%)。将3a(0.135g,0.69mmol)置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(3ml),三乙胺(0.153g,1.52mmol.)和对异辛基苯酚(0.171g,0.83mmol.),继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4c,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4c(0.123g,0.34mmol,49%)。
实施例4
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(octyloxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(1.46g),CH2Cl2(100mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(1.51g),三甲基戊烯1a(1.12g),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为25min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a。将3a置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(30ml),三乙胺(1.53g)和正辛醇(1.08g),继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4b,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4b(63%)。
实施例5
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(octyloxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.0146g),CH2Cl2(1mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.0151g),三甲基戊烯1a(0.0112g),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水0.3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为20min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a。将3a置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(0.3ml),三乙胺(0.0153g)和正辛醇(0.0108g),继续于60℃下反应12h得到大张力氧取代的四元磷衍生物4b,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后得到最终产物4b(55%)。
实施例6
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(octyloxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.146g,1.1mmol.),CH2Cl2(10mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.151g,1.1mmol.),三甲基戊烯1a(0.112g,1mmol.),并在此温度下反应3h,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到固体物质。将固体物质置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(3ml)猝灭,该滴加水猝灭过程为20min,三乙胺(0.153g,1.52mmol.)和正辛醇(0.108g,0.83mmol.),继续于60℃下反应12h得到产品,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后并没有检测到产品大张力氧取代的四元磷衍生物4b,即收率为0%。
实施例7
一种合成2,2,3,4,4-pentamethyl-1-(octyloxy)phosphetane 1-oxide的方法,包括以下实验步骤:
氮气保护下,在反应器中依次加入AlCl3(0.146g,1.1mmol.),CH2Cl2(10mL),搅拌使其溶解之后,降温至0℃,用注射器滴加PCl3(0.151g,1.1mmol.),三甲基戊烯1a(0.112g,1mmol.),并在此温度下反应3h,之后用注射器滴加去离子水3mL猝灭,该滴加水猝灭过程为20min,待混合均匀后,分离出有机相,用无水硫酸钠干燥并旋干得到白色固体3a(0.135g,0.69mmol,69%)。将3a(0.135g,0.69mmol)置于反应瓶内用氮气保护,依次滴加加入甲苯(3ml)和正辛醇(0.108g,0.83mmol.),继续于60℃下反应12h得到产品,TLC监测,反应完毕后,降温至室温,滴加碳酸氢钠溶液进行猝灭,将有机相用水萃取两次并用无水硫酸钠干燥,减压除去溶剂后并没有检测到产品大张力氧取代的四元磷衍生物4b,即收率为0%。
实施例8
催化活性实验(催化分子内氮杂Wittig反应)
我们对所合成的新型大张力氧取代的四元磷衍生物的催化活性进行了测试,主要测试了我们制备的新型大张力氧取代的四元磷衍生物催化分子内氮杂Wittig反应的活性。测试结果如下:
反应条件:原料叠氮二酰胺1mmol,溶剂10ml,TMDS 3mmol,Ti(i-Pr)4 0.2mmol磷化合物用量0.3mmol,反应时间为12小时。
此实验很好的说明了我们所制备的新型大张力氧取代的四元磷衍生物对催化分子内氮杂Wittig是有效的。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案,而不应视为对于本发明的限制,本申请中的实施例及实施例中的特征在不冲突的情况下,可以相互任意组合。本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案,包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进,也在本发明的保护范围之内。
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A Biphilic Phosphetane Catalyzes N-N Bond-Forming Cadogan Heterocyclization via PIII/PV=O Redox Cycling;Trevor V.Nykaza等;《J.Am.Chem.Soc.》;20170310;第139卷;第6839-6842页 * |
Catalytic Intramolecular Wittig Reaction Based on a Phosphine/Phosphine Oxide Catalytic Cycle for the Synthesis of Heterocycles;Wang, Long et al.;《European Journal of Organic Chemistry》;20171231;第17卷;第2568-2578页 * |
Preparation and Characterisation of Alkylthio- and Phenylthio-phosphetan 1 -Qxide Derivatives. Mass Spectrometric Investigations of 40 Phosphetan I -Oxide Compounds. Differentiation of cis- and trans-Ring Methyl Groups by Aromatic Shielding;Robert E. Ardrey et al.;《 J.C.S. Dalton》;19731231;page:2641-2646 * |
Robert E. Ardrey et al..Preparation and Characterisation of Alkylthio- and Phenylthio-phosphetan 1 -Qxide Derivatives. Mass Spectrometric Investigations of 40 Phosphetan I -Oxide Compounds. Differentiation of cis- and trans-Ring Methyl Groups by Aromatic Shielding.《 J.C.S. Dalton》.1973,page:2641-2646. * |
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