CN108774272B - 一种二茂铁衍生物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二茂铁衍生物及其制备方法，与现有技术相比，本发明在无催化剂、无添加剂、无保护的状态下，以甲苯为溶剂，在104℃‑114℃由四炔底物与二茂铁反应，反应过程首先由四炔底物自身环化，经过HDDA反应生成苯炔中间体，然后高度活泼的苯炔中间体与二茂铁的环戊二烯发生4+2的环加成反应，从而得到该二茂铁衍生物。该方法突破了以往二茂铁不能发生环加成反应的认识，在化工生产、临床医药中也将表现出更加广阔的用途前景。并且，本发明提供的制备方法简便、高效，反应时间短，效率高。
Description
技术领域
发明属于有机化合物领域,具体涉及一种二茂铁衍生物及其制备方法。
背景技术
二茂铁是一种具有芳香族性质的有机过渡金属化合物。常温下为橙黄色粉末，有樟脑气味。熔点172度-174度，沸点249度，100℃以上能升华；不溶于水，易溶于苯、乙醚、汽油、柴油等有机溶剂。与酸、碱、紫外线不发生作用，化学性质稳定，400度以内不分解。其分子呈现极性，具有高度热稳定性、化学稳定性和耐辐射性，其在工业、农业、医药、航天、节能、环保等行业具有广泛的应用。二茂铁可用作火箭燃料添加剂，汽油的抗爆剂和橡胶及硅树脂的熟化剂，也可作为紫外线吸收剂。二茂铁的乙烯基衍生物能发生烯键聚合，得到碳链骨架的含金属高聚物，可作航天飞船的外层涂料。二茂铁的消烟助燃作用发现较早，无讼是添加在固体燃料、液体燃料或气体燃料中，都能发挥这种效应，尤其对于在燃烧时产生烟大的烃类，其效果更为显著。其添加在汽油中有很好的抗震作用，但是由于氧化铁沉积到火花塞上影响发火而受到限制，为此，也有人使用排铁混合物以减少铁的沉积现象。二茂铁添加在煤油或柴油中，由于该发动机不用点火装置，所以不良的影响较少，在燃烧中除了消烟助燃外，其还有促使一氧化碳较化为二氧化碳的作用。
另外，它在燃烧中可提高燃烧热、增加功率而达到节能和减少大气污染的效果，二茂铁添加到锅炉燃料油中，可减少烟的生成和喷嘴积碳。在柴油中添加0.1％，可消烟30-70％，节油10-14％,功率提高10％。二茂铁用在固体火箭燃料中的使用报道更多，甚至还有掺在煤粉中作减速烟剂使用。在以高分子聚合物废料作燃料时，添加二茂铁后可降烟数倍，还可作塑料的减烟添加剂。除上述用途以外，二茂铁还有其他应用，作为铁肥料，有益于植物吸收，增长率加作物的含铁量，它的衍生物可作杀虫剂。二茂铁的工业和有机合成方面的用途也很多，例如，它的衍生物可作为橡胶或聚乙烯的抗氧剂、聚脲酯的稳定剂、异丁烯痉甲基化催化剂、高分子过氧化物的分解催化剂，增加甲苯氯化中对位氯甲苯的产率，在其他方面又可作为润滑油抗负荷添加剂、研磨材料的促进剂等。
二茂铁衍生物具有疏水性(或亲油性),能顺利通过细胞膜,与细胞内各种酶、DNA、RNA等物质起作用,因而有可能作为治疗某些疾病的药物；二茂铁衍生物具有芳香性,易于发生取代反应,具有一定厚度的夹心结构,能阻止二茂铁衍生物接近某些酶的活性部位,具有较强选择性；二茂铁衍生物稳定性好、毒性较低，基于这些特性,二茂铁衍生物具有抗肿瘤、杀菌、杀虫、治贫血、抗炎、调节植物生长、抗溃疡、酶抑制剂等生理活性,其在生物学、医学、微生物学等领域有广泛的应用前景。
二茂铁在化学、工业及医药等领域中也有着非常广泛和重要的用途,如:可用作燃油消烟剂或燃速调节剂、光敏剂、稳定剂、高分子材料改良剂等,且可用于合成D-丙氨酸、二茂铁青霉素等药物中间体,还可用作补血剂治疗缺铁性贫血症等。
传统观点认为二茂铁不适于催化加氢，也不作为双烯体发生Diels-Alder反应。
发明内容
本发明的目的在于提供一种二茂铁衍生物，利用二茂铁发生环加成反应生成的二茂铁衍生物，推翻了二茂铁也不作为双烯体发生Diels-Alder反应的结论，有广阔的应用前景。
本发明还提供了一种二茂铁衍生物的制备方法，简便、高效，反应时间短，效率高。
本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种二茂铁衍生物，所述二茂铁衍生物结构式为:
其中E1＝E2＝CO2R，R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃基；R1为氢、卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基或其相应的衍生物。
进一步的，所述R为甲基，R1为氢时，其结构式为式Ⅰ；所述R为甲基，R1为对甲基时，其结构式为以下式Ⅱ；所述R为甲基，R1为对乙基时，其结构是为以下式Ⅲ：
本发明提供的一种二茂铁衍生物的制备方法，包括以下步骤：
1)以氢化钠为催化剂，将丙二酸酯与炔丙基溴加入到无水乙腈中，冰水浴条件下，搅拌反应，然后纯化分离，得到白色固体产物，即化合物1，结构式为
2)将化合物1与苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中，以三乙胺作碱，以无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应，纯化分离后，得到浅黄色固体产物，即前体化合物2，结构式为：
R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃基；R1为氢、卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基或其相应的衍生物；
3)步骤2)所制备的前体化合物2在甲苯溶剂中与二茂铁加热条件下反应，反应结束后，自然冷却至室温停止反应；将产物纯化分离，得到白色固体，即多取代二茂铁衍生物。
进一步的，步骤1)中氢化钠、丙二酸酯、炔丙基溴与无水乙腈的摩尔比为4-5：1：2.2-3.2：20-23；所述丙二酸酯选自丙二酸二甲酯。
步骤1)的冰水浴条件下反应温度在0-5℃；搅拌反应时间在8小时以上；
步骤1)中所述纯化分离具体为：产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到黄棕色固体产物，即化合物1。
步骤2)中所述化合物1与苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴、Pd(PPh3)2Cl2/CuI、三乙胺和无水乙腈的物质的量比为1:2.2-3.2：0.03-0.04：4-5：30-45。
步骤2)中所述取代的苯乙炔基溴选自对甲基苯乙炔基溴或对乙基苯乙炔基溴。
步骤2)中所述Pd(PPh3)2Cl2/CuI，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2:CuI＝3:1。
步骤2)所述搅拌反应，时间在10小时以上。
步骤2)中所述纯化分离具体为：产物用水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比为1:60的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得到浅黄色固体产物，即前体化合物2。
步骤3)中所述加热反应是指在104℃-114℃反应12h以上。
步骤(3)中前体化合物2、二茂铁与甲苯的摩尔比的摩尔比为1：1.2：28-66；
步骤3)中所述纯化分离具体为：将所得产物用水洗涤，乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比1:40的乙酸乙酯：石油醚的柱层析分离，得到白色固体，即多取代二茂铁衍生物，柱层析产率约为67.8％。
一般来说二茂铁是不能发生环加成反应的，而本发明反应之所以能够发生是由于在于四炔生成的苯炔是缺电子的中间体，极不稳定，具有高度活泼性。具体为，本发明在无催化剂、无添加剂、无保护的状态下，以甲苯为溶剂，在104℃-114℃由四炔底物与二茂铁反应，反应过程首先由四炔底物自身环化，经过HDDA反应生成苯炔中间体，然后高度活泼的苯炔中间体与二茂铁的环戊二烯发生4+2的环加成反应，从而得到该二茂铁衍生物。产物中Fe可能既与双键配位，又与环戊二烯负离子相连。
与现有技术相比，本发明提供了一系列新的多取代二茂铁衍生物的制备方法。该方法突破了以往二茂铁不能发生环加成反应的认识，在化工生产、临床医药中也将表现出更加广阔的用途前景。并且，本发明提供的制备方法简便、高效，反应时间短，效率高。
附图说明
图1为二茂铁衍生物的结构式；E1＝E2＝CO2R，R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃类基；R1为氢、卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基或其相应的衍生物；
图2为实施例1制备的二茂铁衍生物的结构式；
图3为实施例1制备的二茂铁衍生物的核磁共振氢谱；
图4为实施例1制备的二茂铁衍生物的核磁共振碳谱；
图5为实施例2制备的二茂铁衍生物的结构式；
图6为实施例2制备的二茂铁衍生物的核磁共振氢谱；
图7为实施例2制备的二茂铁衍生物的核磁共振碳谱；
图8为实施例3制备的二茂铁衍生物的结构式；
图9为实施例3制备的二茂铁衍生物的核磁共振氢谱；
图10为实施例3制备的二茂铁衍生物的核磁共振碳谱；
图11为实施例1的反应机理示意图。
具体实施方式
实施例1
一种二茂铁衍生物，所述的二茂铁衍生物结构式为：
上述二茂铁衍生物的制备方法，包括以下步骤：
(1)以830mmol氢化钠为催化剂，将200mmol丙二酸二甲酯与440mmol炔丙基溴加入到210mL无水乙腈中冰水浴，0-5℃条件下，搅拌反应8小时，产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到棕黄色固体产物，即化合物1；
(2)将80mmol化合物1与200mmol苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中(2.56mmol/0.85mmol)，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2:CuI＝3:1，以336mmol三乙胺作碱，以150mL无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应12小时，产物用水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比为1:60的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得到浅黄色固体产物，即前体化合物2。
(3)在110℃的条件下，步骤(2)所制备的1mmol前体化合物2在5mL甲苯溶剂与1.2mmol二茂铁反应12小时，得化合物3，即多取代二茂铁衍生物的粗产物；将制备的多取代二茂铁衍生物的粗产物用水洗涤，乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1:40柱层析分离，得到白色固体产物，即多取代二茂铁衍生物，柱层析产率约为67.8％。
白色固体产物结构通过；1H NMR；13C NMR来测定。
白色固体产物:
1HNMR(500MHz,CDCl3)δ7.48-7.40(m,4H),7.26-7.14(m,6H),6.98-6.77(m,2H),6.56-6.24(m,2H),4.87-4.53(m,2H),3.79-3.71(m,10H),1.93-1.82(m,2H),1.33-1.26(m,2H),0.88-0.83(m,2H)。
13C NMR(125MHz,CDCl3)δ172.56，149.99,146.89，145.35，143.36，140.54，139.71，138.76,131.46，130.78，128.39，127.94，127.37,114.08，95.20，88.21，59.94，53.57，52.35,46.77，46.63,41.37，39.46，29.95，19.89，19.29。
实施例2
一种二茂铁衍生物，结构式为：
一种二茂铁衍生物的合成方法，所述的合成方法包括以下步骤：
(1)以氢化钠830mmol为催化剂，将200mmol丙二酸二甲酯与440mmol炔丙基溴加入到210mL无水乙腈中冰水浴，搅拌反应8小时，产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到棕黄色固体产物，即化合物1；
(2)将80mmol化合物1与200mmol对甲基苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中(2.56mmol/0.85mmol)，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2:CuI＝3:1，以336mmol三乙胺作碱，150ml无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应12小时，产物用水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比为1:40的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得到浅黄色固体产物，即前体化合物4。
(3)在110℃的条件下，步骤(2)所制备的1mmol前体化合物4在5mL甲苯溶剂与1.2mmol二茂铁反应15小时，得化合物5，即二茂铁衍生物的粗产物；将制备的二茂铁衍生物的粗产物用水洗涤，乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1:20柱层析分离，得到白色固体产物，即二茂铁衍生物，柱层析产率约为62.9％。
白色固体产物结构通过；1H NMR；13C NMR来测定。
白色固体产物:
1HNMR(500MHz,CDCl3)
δ7.30-7.26(m,4H),7.09-7.04(m,4H)6.89-6.76(m,2H),6.55-6.21(m,2H),4.88-4.53(m,2H),3.79-3.71(m,10H),2.45-2.31(m,6H),1.92-1.82(m,2H),1.56-1.43(m,2H),1.32-1.26(m,2H)。
13CNMR(125MHz,CDCl3)δ172.08,147.51,145.20,144.77,144.22.141.39,131.40,129.66,128.16,128.00,127.76,127.47,124.32,122.81,111.33,107.37,93.97,88.56,62.29,60.07,41.82,38.14,28.59,24.93,23.59,23.38,14.49。
实施例3
一种二茂铁衍生物，所述的二茂铁衍生物结构式为：
一种二茂铁衍生物的合成方法，所述的合成方法包括以下步骤：
(1)以氢化钠830mmol为催化剂，将200mmol丙二酸二甲酯与440mmol炔丙基溴加入到210mL无水乙腈中冰水浴，搅拌反应8小时，产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到棕黄色固体产物，即化合物1；
(2)将80mmol化合物1与200mmol对乙基苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中(2.56mmol/0.85mmol)，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2:CuI＝3:1，以336mmol三乙胺作碱，150ml无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应12小时，产物用水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比为1:40的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得到浅黄色固体产物，即前体化合物4。
(3)在110℃的条件下，步骤(2)所制备的1mmol前体化合物4在5mL甲苯溶剂与1.2mmol二茂铁反应12小时，得化合物5，即二茂铁衍生物的粗产物；将制备的二茂铁衍生物的粗产物用水洗涤，乙酸乙酯萃取，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1:20柱层析分离，得到白色固体产物，即二茂铁衍生物，柱层析产率约为68.1％。
白色固体产物结构通过；1H NMR；13C NMR来测定。
白色固体产物:
1HNMR(500MHz,CDCl3)
δ7.29-7.21(m,4H),7.14-7.03(m,4H),6.86-6.78(m,2H),6.55-6.23(m,2H),4.86-4.54(m,2H),3.78-3.71(m,10H),2.79-2.56(m,4H),1.92-1.83(m,2H),1.56-1.42(m,2H),1.35-1.14(m，8H)。
13CNMR(125MHz,CDCl3)δ172.63,150.69,144.53,143.21,143.15,140.58,139.97,139.77,139.61,131.58,130.64.127.94,127.49,121.30,109.56,95.30,60.19,53.30,51.97,51.95,46.41,46.30,41.55,39.49,29.99,29.06,20.84,20.00,19.60,15.74,15.53。
Claims (9)
1.一种二茂铁衍生物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)以氢化钠为催化剂，将丙二酸酯与炔丙基溴加入到无水乙腈中，冰水浴条件下，搅拌反应，然后纯化分离，得到白色固体产物，即化合物1，结构式为
R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃基；
2)将化合物1与苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中，以三乙胺作碱，以无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应，纯化分离后，得到浅黄色固体产物，即前体化合物2，结构式为：
R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃基；R1为氢、卤素、直链烷基、支链烷基、酯基或烷氧基；
3)步骤2)所制备的前体化合物2在甲苯溶剂中与二茂铁加热条件下反应，反应结束后，自然冷却至室温停止反应；将产物纯化分离，得到白色固体，即多取代二茂铁衍生物；
所述二茂铁衍生物结构式为:
其中E1＝E2＝CO2R，R为直链烷基、支链烷基或不饱和烃基；R1为氢、卤素、直链烷基、支链烷基、酯基或烷氧基。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述二茂铁衍生物结构式为:
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中前体化合物2、二茂铁与甲苯的摩尔比为1：1.2：28-66。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述加热反应是指在104℃-114℃反应12h以上。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中氢化钠、丙二酸酯、炔丙基溴与无水乙腈的摩尔比为4-5：1：2.2-3.2：20-23。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述丙二酸酯选自丙二酸二甲酯。
7.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)的冰水浴条件下反应温度在0-5℃；搅拌反应时间在8小时以上。
8.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述化合物1与苯乙炔基溴或取代的苯乙炔基溴、Pd(PPh3)2Cl2/CuI、三乙胺和无水乙腈的物质的量比为1:2.2-3.2：0.03-0.04：4-5：30-45。
9.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述取代的苯乙炔基溴选自对甲基苯乙炔基溴或对乙基苯乙炔基溴。
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