CN108610225B - 一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法 - Google Patents

一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，该方法是在保护气氛下，硝基芳烃与末端芳基炔烃在含钯催化剂、含铜催化剂、膦配体和胺配体的溶液体系中进行交叉偶联反应，即得芳香炔烃产物。该合成方法以廉价易得且极性的硝基芳烃为亲电试剂合成芳香炔烃，可弥补传统Sonogashira偶联的系列不足，具有以下优点：(1)可避免使用难制备较昂贵的卤代烃；(2)多偶联反应时，硝基的极性可使偶联产物与原料及副产物具有不同极性而易通过柱层析分离；(3)采用过渡金属均相催化，可望在温和条件下顺利进行，官能团耐受范围广。

Description

一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳 香炔烃的方法
技术领域
本发明涉及一种芳香炔烃的合成方法，特别涉及一种以硝基芳烃为亲电试剂合成子，在过渡金属催化下与末端芳基炔烃进行交叉偶联，合成芳香炔烃的方法，属于有机合成中的领域。
背景技术
炔键两个碳原子采取sp杂化形成两个相互垂直且均和分子轴垂直的π键，分子结构呈线性，是众多天然产物如：卡奇霉素、镰叶芹醇及毛蒿素等的组成部分。炔烃是一类含炔键的化合物，具有独特直线刚性结构及共轭体系，在药物及光电材料等领域有广泛应用，如：刚性直线型亲脂性炔烃类衍生物具有一定的生物活性可用于抗菌抗癌等；π共轭芳香炔烃具有刚性骨架和丰富的π电子常用于有机光电材料领域，在药物及材料等领域有重要应用；环芳香多炔烃具有π共轭体系、刚性平面结构和丰富的碳原子，是多碳功能分子和聚合物分子的合成前体，在液晶材料、有机光电材料及高分子材料等领域有广泛的应用。
过渡金属钯铜(Pd/Cu)催化末端炔烃与卤代芳烃的Sonogashira偶联反应是制备芳香炔烃最有效方法之一，具有产率高及反应条件温和等优点，具有以下不足：(1)卤代烃常需在苛刻条件下经多步反应制备，价格较昂贵且其中的卤素污染环境；(2)有多个偶联位点反应时，偶联产物与卤代烃原料及副产物具有相似极性而难以通过柱层析分离；(3)构建环苯基多炔烃结构时，需通过反复Sonogashira偶联/脱保护、碘化及脱硅基/偶联反应，需使用活泼不稳定试剂及高压反应条件，总产率低且产物难以分离。
硝基芳烃是工业上简单易得和廉价的原料且稳定性较好，可通过芳烃硝化高选择性高产率制备，且工业上很多芳香化合物的合成都以芳烃硝化为起点。近年来，过渡金属铑(Rh)、环钯配合物、钯碳(Pd/C)及纳米氧化铜(CuO)等催化硝基芳烃与硼酸或芳香醇的交叉偶联可构筑C-O键，类似反应亦可构筑C-S键。二(乙酰丙酮)钯(Ⅱ)(Pd(acac)2)和BuBrettPhos可催化硝基芳烃与硼酸的Suzuki-Miyaura偶联构筑C-C键，Pd(acac)2/BuBrettPhos亦可催化硝基芳烃与芳胺的Buchwald-Hartwig偶联构筑C-N键。
发明内容
针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种以硝基芳烃为亲电试剂合成子，在过渡金属催化下与末端芳基炔烃进行交叉偶联，高产率、低成本合成芳香炔烃的方法，以廉价易得且极性的硝基芳烃为亲电试剂合成芳香炔烃可弥补传统Sonogashira偶联的系列不足。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种芳香炔烃的合成方法，该方法是在保护气氛下，硝基芳烃与末端芳基炔烃在含钯催化剂、含铜催化剂、膦配体和胺配体的溶液体系中进行交叉偶联反应，即得芳香炔烃产物；
所述硝基芳烃的结构式为：ArNO2；
所述末端芳基炔烃的结构式为：
Figure BDA0001594796070000021
所述芳香炔烃产物的结构式为：
Figure BDA0001594796070000022
其中，Ar和Ar1独立选择芳基取代基。
上述合成方法中，含Pd催化剂是以下Pd(Ⅱ)化合物之一：三苯基膦醋酸钯(II)(Pd(OAc)2(PPh3)2)、(1,5-环辛二烯)双(三甲基硅基甲基)钯(II)((cod)Pd(CH2TMS)2)、二(乙酰丙酮)钯(II)(Pd(acac)2)、二(氰基苯)二氯化钯(II)((C6H5CN)2PdCl2)、双(乙腈)二氯钯(II)((CH3CN)2PdCl2)、[1,1′-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯(II)(Pd(dppf)Cl2)、双(三苯基膦)二氯化钯(II)(PdCl2(PPh3)2)、1,1’-双(二-环己基膦基)二茂铁二氯化钯(II)([(C5H4P(C6H11)2)2Fe]PdCl2)。
上述合成方法中，含Cu催化剂是以下Cu(Ⅰ)化合物之一：碘化亚铜(CuI)、溴化亚铜(CuBr)、氯化亚铜(CuCl)。
上述合成方法中，膦配体是以下膦化合物之一：2-(二叔丁基膦)-3,6-二甲氧基-2'-4'-6'三-1-丙基-1,1'-双苯基(t-BuBrettPhos)、2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2'-4'-6'-三-I-丙基-11'-联苯(BrettPhos)、2-双环己基膦-2',6'-二甲氧基联苯(SPhos)、2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯(RuPhos)、2'-(二环己基膦基)-N2,N2,N6,N6-四甲基[1,1'-联苯]-2,6-二胺(CPhos)、2-二环己膦基-2'-(N,N-二甲胺)-联苯(DavePhos)。
上述合成方法中，胺配体是以下胺化合物之一：二异丙胺(i-Pr2NH)、四甲基乙二胺(TMEDA)、三乙胺(Et3N)、N,N-二异丙基乙胺(DIPEA)、吡啶(pyridine)、哌啶(piperidine)。
上述合成方法中，溶剂是以下溶剂之一：THF、乙醇、DMF、DMSO、甲苯。
上述合成方法中，含Pd催化剂相对硝基芳烃的摩尔添加量为5～15％，含Cu催化剂相对硝基芳烃的摩尔添加量为5～20％，膦配体相对硝基芳烃的摩尔添加量为15～30％，胺配体相对硝基芳烃的摩尔添加量为300～600％。
上述合成方法中，硝基芳烃与末端芳基炔烃的摩尔比0.9:1～1:1.5。
上述合成方法中，所述交叉偶联反应的温度为60～120℃。
上述合成方法中，所述交叉偶联反应的时间为5～28h。
上述合成方法中，所述硝基芳烃(Ar-NO2)优选硝基苯(Ar＝Ph)、对硝基甲苯(Ar＝p-MePh)、对硝基苯甲醚(Ar＝p-MeOPh)、对氟硝基苯(Ar＝p-FPh)、对硝基苯腈(Ar＝p-CNPh)、2-硝基噻吩(Ar＝thienyl)、1-硝基萘(Ar＝naphthyl)。
上述合成方法中，所述末端芳基炔烃
Figure BDA0001594796070000031
优选苯乙炔(R＝Ph)、4-甲基苯乙炔(R＝p-MePh)、4-甲氧基苯乙炔(R＝p-MeOPh)、4-三氟甲基苯乙炔(R＝p-CF3Ph)、4-氯苯乙炔(R＝ClPh)。
上述合成方法中，反应结束后萃取溶剂为正己烷、二氯甲烷、乙醚、乙酸乙酯、甲苯中的一种。
本发明所提供的合成方法为过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃，开辟了芳香炔烃新的合成途径，其优点在于：(1)以简单易得廉价的硝基芳烃为偶联合成子，可避免使用难制备较昂贵的卤代烃；(2)多偶联反应时，硝基的极性可使偶联产物与原料及副产物具有不同极性而易通过柱层析分离；(3)本交叉偶联通过过渡金属均相催化，可望在温和条件下顺利进行，官能团耐受范围广。
附图说明
【图1】所示是本发明提供的硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的合成路径图。
具体实施方式
为使本发明的上述特征、优点和目的能够更加明了易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了许多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
实施例1
室温下，在50mL双口烧瓶中加入0.5mmol硝基苯、0.6mmol苯乙炔、0.05mmol Pd(acac)2、0.05mmol CuI、0.1mmol BrettPhos、2.0mmol i-Pr2NH及10mL甲苯，然后将烧瓶置于带磁力搅拌的油浴反应器中，在100℃下进行反应18h。反应完毕后，加入10mL正己烷萃取分离，通过柱层析得到产物二苯基乙炔，产率为93％。
二苯基乙炔为白色粉末
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.32-7.37(m,6H),7.52-7.56(m,4H).
实施例2
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000041
步骤同实施例1，以硝基苯和4-甲基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率92％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ2.36(s,3H),7.16(d,J＝7.9Hz,2H),7.30-7.35(m,3H),7.43(d,J＝7.9Hz,2H),7.52-7.54(m,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ21.49,88.67,89.52,120.10,123.39,128.05,128.29,129.08,131.45,131.50,138.35.
实施例3
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000042
步骤同实施例1，以对硝基苯甲醚和苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率88％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ3.83(s,3H),6.87(d,J＝8.8Hz,2H),7.29-7.36(m,3H),7.46-7.48(m,2H),7.50-7.52(m,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ55.26,88.04,89.35,113.96,115.34,123.56,127.92,128.25,131.42,133.03,159.58.
实施例4
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000051
步骤同实施例1，以对硝基甲苯和4-甲氧基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率89％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ2.36(s,3H),3.80(s,3H),6.86(d,J＝8.8Hz,2H),7.15(d,J＝7.2Hz,2H),7.42(d,J＝8.0Hz,2H),7.46(d,J＝8.0Hz,2H)；13C NMR(125.65MHz,CDCl3):21.6,55.3,88.1,88.7,113.8,115.6,120.4,129.2,131.2,132.8,137.9,159.5.
实施例5
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000052
步骤同实施例1，以对氟硝基苯和4-三氟甲基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率82％。
1H NMR(300MHz,CDCl3):δ7.04-7.10(m,2H),7.51-7.57(m,2H),7.62(bs,4H)；19FNMR(282MHz,CDCl3):δ-110.42,-63.28；13C NMR(75MHz,CDCl3):δ87.65,90.63,115.79(d,J＝22.3Hz),118.64(d,J＝3.4Hz),123.92(q,J＝272.0Hz),125.29(q,J＝3.8Hz),126.92,129.95(d,J＝32.5Hz),131.73,133.63(d,J＝8.4Hz),162.79(d,J＝250.1Hz).
实施例6
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000053
步骤同实施例1，以对硝基苯腈和4-甲基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率86％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ2.39(s,3H),7.19(d,J＝8.0Hz,2H),7.45(d,J＝8.2Hz,2H),7.58-7.64(m,4H)；13C NMR(75MHz,CDCl3):δ21.57,87.17,94.07,111.16,118.58,119.06,128.42,129.25,131.65,131.94,131.98,139.43.
实施例7
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000061
步骤同实施例1，以2-硝基噻吩和4-甲基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率80％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ2.37(s,3H),7.01(t,J＝3.7Hz,1H),7.16(d,J＝8.0Hz,2H),7.26-7.28(m,2H),7.42(d,J＝8.0Hz,2H)；13C NMR(75MHz,CDCl3):δ21.51,81.89,93.17,119.75,123.48,126.98,127.03,129.13,131.26,131.61,138.57.
实施例8
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000062
步骤同实施例1，以1-硝基萘和4-甲氧基苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率83％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ3.86(s,3H),6.93(d,J＝8.8Hz,2H),7.45(t,J＝7.3Hz,1H),7.52-7.55(m,1H),7.58-7.61(m,3H),7.73-7.75(m,1H),7.85(d,J＝8.2Hz,1H),7.86(d,J＝7.9Hz,1H),8.44(d,J＝8.2Hz,1H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ55.29(d),86.18,94.33,114.02,115.44,121.18,125.27,126.25,126.34,126.62,128.26,128.37,130.02,133.08,133.16,159.66.
实施例9
目标产物结构式如下：
Figure BDA0001594796070000063
步骤同实施例1，以对硝基苯甲醚和4-氯苯乙炔为原料。
目标产物为白色固体，产率87％。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ3.83(s,3H),6.88(d,J＝8.4Hz,2H),7.32(d,J＝7.6Hz,2H),7.46(q,J＝8.4Hz,4H)；13C NMR(125.65MHz,CDCl3):δ55.35,87.03,90.40,114.08,115.04,122.16,128.67,132.67,133.12,133.89 159.81。

Claims (6)

1.一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：硝基芳烃与末端芳基炔烃在含钯催化剂、含铜催化剂、膦配体和胺配体的溶液体系中进行交叉偶联反应，即得芳香炔烃产物；
所述硝基芳烃的结构式为：Ar-NO2；
所述末端芳基炔烃的结构式为：
Figure FDA0002883221680000011
所述芳香炔烃产物的结构式为：
Figure FDA0002883221680000012
其中，Ar和Ar1独立选择芳基取代基；
所述含钯催化剂包括三苯基膦醋酸钯(II)、(1,5-环辛二烯)双(三甲基硅基甲基)钯(II)、二(乙酰丙酮)钯(II)、二(氰基苯)二氯化钯(II)、双(乙腈)二氯钯(II)、[1,1′-双(二苯基膦)二茂铁]二氯化钯(II)、双(三苯基膦)二氯化钯(II)、1,1’-双(二-环己基膦基)二茂铁二氯化钯(II)中至少一种；所述含铜催化剂包括碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜中至少一种；所述膦配体包括2-(二叔丁基膦)-3,6-二甲氧基-2'-4'-6'三-1-丙基-1,1'-双苯基、2-(二环己基膦)-3,6-二甲氧基-2'-4'-6'-三-I-丙基-11'-联苯、2-双环己基膦-2',6'-二甲氧基联苯、2-二环己基磷-2',6'-二异丙氧基-1,1'-联苯、2'-(二环己基膦基)-N2,N2,N6,N6-四甲基[1,1'-联苯]-2,6-二胺、2-二环己膦基-2'-(N,N-二甲胺)-联苯中至少一种；所述胺配体包括二异丙胺、四甲基乙二胺、三乙胺、N,N-二异丙基乙胺、吡啶、哌啶中至少一种；
所述交叉偶联反应的温度为60～120℃，时间为5～28h。
2.根据权利要求1所述的一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：所述溶液体系中包含THF、乙醇、DMF、DMSO、甲苯中至少一种。
3.根据权利要求1所述的一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：所述含钯催化剂相对硝基芳烃的摩尔添加量为5～15％；所述含铜催化剂相对硝基芳烃的摩尔添加量为5～20％；所述膦配体相对硝基芳烃的摩尔添加量为15～30％；所述胺配体相对硝基芳烃的摩尔添加量为300～600％。
4.根据权利要求1所述的一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：硝基芳烃与末端芳基炔烃的摩尔比0.9:1～1:1.5。
5.根据权利要求1所述的一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：所述硝基芳烃为硝基苯、对硝基甲苯、对硝基苯甲醚、对氟硝基苯、对硝基苯腈、2-硝基噻吩或1-硝基萘。
6.根据权利要求1所述的一种过渡金属催化硝基芳烃与末端芳基炔烃交叉偶联制备芳香炔烃的方法，其特征在于：所述末端芳基炔烃为苯乙炔、4-甲基苯乙炔、4-甲氧基苯乙炔、4-三氟甲基苯乙炔或4-氯苯乙炔。
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