CN109678901A - 一种三取代氧膦化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三取代氧膦化合物的合成方法。该方法使用廉价易得、来源广泛、稳定低毒的一元醇或二元醇为烷基化试剂，使用廉价易得的卤硅烷作为催化剂，经过高选择性反应直接得到三取代氧膦化合物。该反应方法简单，条件温和、无需溶剂、易于操作，反应副产物是水。本方法对反应条件的要求较低，可利用苄基型、烯丙基型和脂肪型醇类为烷基化试剂，可实现目标氧膦化合物的合成，具有较广的适用范围。本方法也可以很方便地放大20倍生产，进行产物的克级制备，因此也应具有一定的研究和工业应用前景。
Description
技术领域
本发明属于化学合成领域，具体涉及一种三取代氧膦化合物的合成方法。
背景技术
三取代氧膦化合物可以非常方便的还原为三取代膦化合物，可作为配体广泛地应用于过渡金属催化的偶联反应、不对称催化合成中，并且三取代氧膦或三取代膦化合物也可以直接作为催化剂催化某些有机反应。三取代氧膦结构存在于天然产物和药理活性化合物中。因此，三取代氧膦化合物的合成也引起了有机化学家们的重视。
已有的制备三取代氧膦化合物的方法主要有通过卤代烃和烷氧基膦在高温条件下的阿尔布佐夫来合成，但是反应需采用毒性大、稳定性差的卤代烃作为烷基化试剂，且反应会产生活性高、沸点低的小分子卤代烃为副产物，产生污染。近年来也有过渡金属催化偶联的方法(Org.Biomol.Chem.2012,10,7859；Adv.Synth.Catal.2012,354,2659；J.Org.Chem.2013,78,6599)，但是过渡金属催化剂比较昂贵，同时反应中还需添加配体及大量的碱，反应的副产物多、污染大。也有文献报道了分步方法，预先制备烷基氧膦，然后在路易斯酸催化下发生分子内的重排反应来实现三取代氧膦的合成，但是分步反应周期长，需要大量的分离纯化工作，效率低下，而且在此过程会产生大量的副产物，造成原子经济性低和污染。因此这些方法仍是有不少的缺点，亟待改进。
最近，发明人所在课题组研究了四丁基碘化铵催化下醇和烷氧基膦在无溶剂条件下制备三取代氧膦化合物的新方法(Ma X,Xu Q,Li H,et al.Alcohol-based Michaelis–Arbuzov reaction:an efficient and environmentally-benign method for C–P(O)bond formation[J].Green Chemistry,2018,20,3055.)。该方法虽然和传统方法相比具有极大的优势，但是烷氧基膦试剂对水和空气十分敏感，且在反应过程中发现有烷氧基膦自身直接重排的产物生成。
发明内容
本发明要解决的问题在于提供一种方法：使用来源广泛、廉价易得、稳定低毒的一元醇或二元醇为烷基化试剂，在卤硅烷催化条件下，实现二烷基氧磷化合物与一元醇或二元醇进行高选择性反应制备三取代氧膦化合物的绿色方法。
本发明采用以下技术方案：
一种三取代氧膦化合物的合成方法，在有机溶剂中或无溶剂条件下，二烷基氧磷与一元醇或二元醇在卤硅烷催化下直接发生脱水反应得到三取代氧膦化合物，反应温度为50～150℃，反应时间为1～24小时，反应式为：
其中：
R1是各种官能团取代2-、3-、4-、5-或6-位的苯基或其他取代芳基、稠环或杂芳基，或者是各种碳链长度的官能团取代的烷基；
R2是各种直链或支链官能团取代的烷基、苯环等各类取代基；
TMSX为卤硅烷。
进一步地，所述有机溶剂为甲苯。
进一步地，所述二元醇是碳数大于等于2的脂肪二元醇，或者是各种取代的苯二甲醇。
进一步地，所述卤硅烷为三烷基卤硅烷。
进一步地，所述卤硅烷为三甲基溴硅烷或三甲基碘硅烷。
进一步地，所述催化剂的用量为2～100mol％。
进一步地，所述催化剂的用量为5～60mol％。
进一步地，所述反应的温度为80～120℃，反应时间为6～12小时。
进一步地，所述反应在惰性气体或空气保护下进行。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本方法可使用廉价易得、来源广泛、稳定低毒、绿色的一元醇或二元醇化合物为烷基化试剂，不使用过渡金属催化剂和配体，副产物为水，绿色环保无污染。因此，本方法对反应条件的要求较低、适用范围较广，与已知方法相比优势明显，具有潜在广泛的应用前景。
2、本发明可利用苄基型、烯丙基型和脂肪型等醇类为烷基化试剂，可实现目标氧膦化合物的合成，具有较广的适用范围。本方法也可以很方便地放大20倍生产，进行产物的克级制备，因此也应具有一定的研究和工业应用前景。
3、与烷氧基膦相比，二烷基膦氧试剂对空气和水较为稳定，且不会存在自身重排的副产物。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限定本发明的保护范围。若未特别指明，实施例中所用技术手段为本领域技术人员所熟知的常规手段。
实施例1
二苯基氧膦和苯甲醇制备苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，苯甲醇(64.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基氯硅烷(5.4mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率25％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.73–7.65(m,4H),7.55–7.38(m,6H),7.21–7.13(m,3H),7.13–7.00(m,2H),3.64(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.29(d,J＝98.9Hz),131.91(d,J＝2.8Hz),131.19(d,J＝9.1Hz),130.24(d,J＝5.2Hz),128.61(d,J＝11.7Hz),128.48(d,J＝2.2Hz),126.87(d,J＝2.9Hz),38.17(d,J＝66.5Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.5(s)。
实施例2
二苯基氧膦和苯甲醇制备苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，苯甲醇(64.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基溴硅烷(7.7mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率75％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.73–7.65(m,4H),7.55–7.38(m,6H),7.21–7.13(m,3H),7.13–7.00(m,2H),3.64(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.29(d,J＝98.9Hz),131.91(d,J＝2.8Hz),131.19(d,J＝9.1Hz),130.24(d,J＝5.2Hz),128.61(d,J＝11.7Hz),128.48(d,J＝2.2Hz),126.87(d,J＝2.9Hz),38.17(d,J＝66.5Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.5(s)。
实施例3
二苯基氧膦和苯甲醇制备苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，苯甲醇(64.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率95％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.73–7.65(m,4H),7.55–7.38(m,6H),7.21–7.13(m,3H),7.13–7.00(m,2H),3.64(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.29(d,J＝98.9Hz),131.91(d,J＝2.8Hz),131.19(d,J＝9.1Hz),130.24(d,J＝5.2Hz),128.61(d,J＝11.7Hz),128.48(d,J＝2.2Hz),126.87(d,J＝2.9Hz),38.17(d,J＝66.5Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.5(s)。
实施例4
二苯基氧膦和苯甲醇制备苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，苯甲醇(64.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)，三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)和甲苯(1.0mL)，然后加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率52％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.73–7.65(m,4H),7.55–7.38(m,6H),7.21–7.13(m,3H),7.13–7.00(m,2H),3.64(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.29(d,J＝98.9Hz),131.91(d,J＝2.8Hz),131.19(d,J＝9.1Hz),130.24(d,J＝5.2Hz),128.61(d,J＝11.7Hz),128.48(d,J＝2.2Hz),126.87(d,J＝2.9Hz),38.17(d,J＝66.5Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.5(s)。
实施例5
二苯基氧膦和苯甲醇制备苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(2020mg,10.0mmol)，苯甲醇(1296mg,12.0mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(200.0mg,1.0mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应24h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率90％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.73–7.65(m,4H),7.55–7.38(m,6H),7.21–7.13(m,3H),7.13–7.00(m,2H),3.64(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.29(d,J＝98.9Hz),131.91(d,J＝2.8Hz),131.19(d,J＝9.1Hz),130.24(d,J＝5.2Hz),128.61(d,J＝11.7Hz),128.48(d,J＝2.2Hz),126.87(d,J＝2.9Hz),38.17(d,J＝66.5Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.5(s)。
实施例6
二苯基氧膦和4-甲氧基苯甲醇制备4-(甲氧基)苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，4-甲氧基苯甲醇(82.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率95％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.72–7.64(m,4H),7.50(td,J＝7.8,1.2Hz),7.42(td,J＝7.8,2.4Hz),6.99(dd,J＝8.4,2.4Hz,2H),6.71(d,J＝8.4Hz,2H),3.73(s,3H),3.59(d,J＝13.2Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ158.55,132.39(d,J＝98.4Hz),131.86,131.27(d,J＝9.2Hz),131.21(d,J＝5.8Hz),128.57(d,J＝11.6Hz),122.94(d,J＝8.2Hz),113.95,55.28,37.16(d,J＝67.2Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ30.4。
实施例7
二苯基氧膦和4-氯苯甲醇制备4-(氯)苄基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，4-氯苯甲醇(85.2mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率85％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.70(d,J＝7.5Hz,2H),7.67(d,J＝8.0Hz,2H),7.55–7.42(m,6H),7.15(d,J＝8.5Hz,2H),7.04(d,J＝8.0Hz,2H),3.61(d,J＝13.5Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.86(d,J＝3.6Hz),132.02(d,J＝98.9Hz),131.96(d,J＝2.7Hz),131.38(d,J＝5.3Hz),131.11(d,J＝9.2Hz),129.72(d,J＝8.1Hz),128.60(d,J＝11.9Hz),128.54(d,J＝3.6Hz),37.48(d,J＝66.2Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.07(s)。
实施例8
二苯基氧膦和2-萘甲醇制备2萘甲基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，2-萘甲醇(94.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率85％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.80–7.62(m,7H),7.55(s,1H),7.50(t,J＝7.2Hz,2H)7.46–7.35(m,6H),7.21(d,J＝7.8Hz,1H),3.81(d,J＝14.4Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ133.37(s),132.45(d,J＝41.7Hz),131.97(d,J＝1.9Hz),131.55(d,J＝39.6Hz),131.29(d,J＝9.0Hz),129.11(d,J＝6.3Hz),128.81(d,J＝7.8Hz),128.63(d,J＝11.7Hz),128.30(s),128.04(s),127.69(d,J＝13.1Hz),125.92(d,J＝46.3Hz),38.40(d,J＝66.4Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ30.2。
实施例9
二苯基氧膦和2-噻吩甲醇制备2-噻吩甲基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，2-噻吩甲醇(68.4mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率92％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.81–7.69(m,4H),7.57–7.40(m,6H),7.06(dd,J＝6.6,1.2Hz,1H),6.87–6.82(m,2H),3.86(d,J＝13.2Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.1,131.97(d,J＝8.6Hz),131.85(d,J＝98.9Hz),131.3(d,J＝9.4Hz),128.7(d,J＝11.6Hz),127.9(d,J＝6.4Hz),127.1(d,J＝2.0Hz),125.0,32.67(d,J＝68.7Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ29.1(s)。
实施例10
二苯基氧膦和肉桂醇制备肉桂基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，肉桂醇(80.4mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率80％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.76(dd,J＝11.5,8.0Hz,4H),7.63–7.37(m,6H),7.30–7.06(m,5H),6.42(dd,J＝16.0,4.0Hz,1H),6.29–5.98(m,1H),3.29(dd,J＝15.0,7.5Hz,2H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ136.79(d,J＝3.1Hz),135.64(d,J＝12.1Hz),132.47(d,J＝98.3Hz),131.91(d,J＝2.7Hz),131.09(d,J＝9.2Hz),128.64(d,J＝11.7Hz),128.47,127.57,126.24(d,J＝1.6Hz),118.45(d,J＝9.7Hz),35.60(d,J＝68.7Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ30.06(s)。
实施例11
二苯基氧膦和乙醇制备乙基二苯基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(101.0mg,0.50mmol)，乙醇(27.6mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(50.0mg,0.25mmol,50mol％)，然后在无溶剂条件下加热到120℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率95％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.17–7.61(m,8H),7.48–7.28(m,2H),3.26(dd,J＝12.0,7.2Hz,2H),1.57–1.02(m,3H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ133.36(d,J＝9.3Hz),131.26(d,J＝10.5Hz),130.53(d,J＝12.1Hz),128.40(d,J＝13.2Hz),15.99(d,J＝50.6Hz),15.82(s),6.45(d,J＝4.8Hz).31PNMR(202MHz,CDCl3)δ31.64(s)。
实施例12
二苯基氧膦和邻苯二甲醇制备邻苯二甲基(二苯基)氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(242.4mg,1.2mmol)，邻苯二甲醇(69.0mg,0.50mmol,1.0equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到80℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率93％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.68(t,J＝9.0Hz,8H),7.52–7.38(m,12H),6.90–6.83(m,2H),6.75–6.68(m,2H),3.96(d,J＝12.5Hz,4H).13C NMR(125.4MHz,CDCl3)δ132.61(d,J＝98.9Hz),131.87,131.76,131.28(d,J＝8.9Hz),128.59(d,J＝12.0Hz),126.72,35.46(d,J＝66.2Hz).31PNMR(202MHz,CDCl3)δ31.6(s)。
实施例13
二苯基氧膦和1,2-乙二醇制备1,2-二(二苯基)氧膦乙烷
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二苯基氧磷(242.4mg,1.2mmol)，乙二醇(31.0mg,0.50mmol,1.0equiv.)和三甲基碘硅烷(50.0mg,0.5mmol,50mol％)，然后在无溶剂条件下加热到120℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率42％。。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.75–7.67(m,8H),7.55–7.40(m,12H),2.55(s,4H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ132.03,131.99(d,J＝100.4Hz)130.80(t,J＝4.7Hz),128.83(t,J＝5.8Hz),21.72(t,J＝32.6Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ32.70(s)。
实施例14
二环己基氧膦和苯甲醇制备苄基二环己基氧膦
氮气保护下，向10mL管形反应器中依次加入二环己基氧磷(107.0mg,0.50mmol)，苯甲醇(64.8mg,0.60mmol,1.2equiv.)和三甲基碘硅烷(10.0mg,0.05mmol,10mol％)，然后在无溶剂条件下加热到120℃反应12h。产物用柱色谱分离提纯，分离收率75％。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.47–7.09(m,5H),3.06(d,J＝12.6Hz,2H),1.96–1.56(m,12H),1.48–1.07(m,10H).13C NMR(125MHz,CDCl3)δ133.03(d,J＝6.9Hz),129.87(d,J＝4.9Hz),128.70,126.70,36.22(d,J＝63.7Hz),32.21(d,J＝55.4Hz),26.70(dd,J＝12.3,6.0Hz),26.04,25.84(dd,J＝14.4,2.0Hz).31P NMR(202MHz,CDCl3)δ49.1。
以上所述之实施例，仅仅用以解释本发明，并非限制本发明实施范围，对于本技术领域的技术人员来说，当然可根据本说明书中所公开的技术内容，通过置换或改变的方式轻易做出其它的实施方式，故凡在本发明的原理及工艺条件所做的变化和改进等，均应包括于本发明申请专利范围内。
Claims (9)
1.一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，在有机溶剂中或无溶剂条件下，二烷基氧磷与一元醇或二元醇在卤硅烷催化下直接发生脱水反应得到三取代氧膦化合物，反应温度为50～150℃，反应时间为1～24小时，反应式为：
其中：
R1是各种官能团取代2-、3-、4-、5-或6-位的苯基或其他取代芳基、稠环或杂芳基，或者是各种碳链长度的官能团取代的烷基；
R2是各种直链或支链官能团取代的烷基、苯环；
TMSX为卤硅烷。
2.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲苯。
3.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述二元醇是碳数大于等于2的脂肪二元醇，或者是各种取代的苯二甲醇。
4.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述卤硅烷为三烷基卤硅烷。
5.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述卤硅烷为三甲基溴硅烷或三甲基碘硅烷。
6.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述催化剂的用量为2～100mol％。
7.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述催化剂的用量为5～60mol％。
8.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述反应的温度为80～120℃，反应时间为6～12小时。
9.根据权利要求1所述的一种三取代氧膦化合物的合成方法，其特征在于，所述反应在惰性气体或空气保护下进行。
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