CN110054611A - 一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法。本发明提供了一种氰基取代的联芳环衍生物，其结构式如式Ⅰ所示。本发明还提供了一种氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，包括：将式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示化合物溶于惰性溶剂中，在氧化剂和金属催化剂的作用下，加入碱并在碱性条件下进行反应，得到氰基取代的联芳环衍生物；本发明提供了一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法，能有效解决现有的含氰基的联芳环制备方法缺乏、且已有方案兼容性差，步骤繁琐等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，尤其涉及一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法。
背景技术
联芳环是一类广泛存在于重要药物和功能材料分子中的优势骨架，在1996年发布的《综合药物化学数据库》里列举了联芳环表现出不同的药效，如抗坏血酸，抗真菌，抗肿瘤，抗高胆固醇，抗高血脂、抗贫血的，杀筋膜炎的，抗风湿的，镇痛的，抗炎的，抗血栓的，抗尿酸等功效。不仅如此，在已有的药物中，联芳环结构骨架占据4.3％。另一方面，噻吩类化合物如联噻吩、三联噻吩、二噻吩[3,2-B:2′,3′-D]噻吩等是一类光电材料、电子化学品和有机太阳能电池的关键骨架，因此，向芳环中进一步引入噻吩类骨架具有重要的应用潜能。
而芳基腈药物在临床治疗药物中占有相当比重，将氰基基团引入到小分子药物中是药物化学结构改造的重要研究策略之一，氰基的引入可以调节小分子药物的物理化学特性，改变小分子的药代动力学性质，提高药物的生物利用度；通过氢键相互作用、共价相互作用、偶极相互作用以及π-π相互作用增强配体与靶标蛋白的相互结合能力以及对其它靶标蛋白的选择性；氰基还是羰基、卤素等多种官能团的生物电子等排体；将氰基引入到药物小分子当中，可以通过阻断易代谢位点进而提高药物代谢稳定性等。
由于这类化合物具有广阔的潜在应用价值，但是它们在自然界存在的种类不能满足人们的需要，因此探索具有生物活性的此类化合物的合成新策略，特别是原料易得、操作简便和绿色环保的合成氰基取代的联芳环的新方案是有机化学领域的重要课题。
基于氰基取代的联芳环衍生物广阔的应用前景，因此，一直以来开发氰基取代的联芳环化合物合成方法的探索从未停止。然而，高效的直接构建含氰基的联芳环仍然具有极大的挑战，这主要是因为：
1)常规的合成联芳环的方法主要基于Suzuki偶联反应，即钯催化的芳基金属试剂和芳基卤的交叉偶联反应，其具有强大的实用性；然而，该策略需要提前对底物进行预先官能团化反应，因此降低了整个过程的步骤经济性和原子经济性。
2)氰基不仅是一类多功能性的官能团，而且在材料、医药中具有广泛的应用价值。然而，由于氰基的强配位作用而常常在金属催化的碳氢键官能团化反应中难以兼容；更值得一提的是，氰基与金属催化剂常常是线性配位模式，这些特点使得过渡金属催化的芳基腈导向的芳环邻位碳氢键官能团化反应仍有待发展。此外，常规的氰基化试剂的剂量通常过量且有极强的毒性。
因此，人们进而开始研究金属催化的串联反应来进行程序化的组装复杂分子，其中，上述串联反应具有以下特点：1)该类转化具有良好的原子经济性、步骤经济性，符合绿色化学的合成理念；2)该类反应可以在合适的金属催化下进行程序化地组装复杂分子，从而达到由简单易得的原材料，一步实现在材料、医药等领域中具有良好应用潜力的分子的快速构建。
然而现有技术中，基于金属催化的多组分的有序组装，且经历直接的芳环碳氢键官能团化的过程仍然极具挑战性，这主要是因为：1)多组分的有序组装易生成多种副产物，特别是两两组分之间的副反应得到的非目标分子，因此，合理地设计串联反应的组分和催化体系对实现选择性的复杂分子的程序化组装至关重要；2)多组分之间在金属催化体系的兼容性，特别是涉及到芳环碳氢键官能团化反应的串联反应中，相对惰性的碳氢键的转化和其它易发生的副反应之间的调控，具有极大的挑战。
综上，现有的含氰基的联芳环制备方法兼容性差，副产物较多成为了本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法，能有效解决现有的含氰基的联芳环制备方兼容性差，副产物较多的技术问题。
本发明提供了一种氰基取代的联芳环衍生物，其结构式如式Ⅰ所示：
式Ⅰ；
其中，Ar为芳香杂环基、苯基或芳香稠环基；取代基R1为H、卤素、醚基、硝基、氨基、酯基、氰基、三氟甲基、三氟甲磺酸酯或烷基；R2为H、苯基、噻吩或含噻吩的稠环。
优选的，所述Ar为苯基。
优选的，所述烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
本发明还提供了一种氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，包括：
将式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示化合物溶于惰性溶剂中，在氧化剂和金属催化剂的作用下，加入碱并在碱性条件下进行反应，得到氰基取代的联芳环衍生物；
其中，式Ⅱ；式Ⅲ；其中，Ar为芳香杂环基、苯基或芳香稠环基；取代基R1为H、卤素、醚基、硝基、氨基、酯基、氰基、三氟甲基、三氟甲磺酸酯、烷基；R2为H、苯基、噻吩或含噻吩的稠环。
本发明提供了式I所示的氰基取代的联芳环衍生物，基于联芳杂环的重要性，以及氰基作为易转化的有机合成砌块在合成化学的价值，在生物医药及材料领域具有良好的应用前景。
鉴于传统合成含氰基的功能分子主要依赖于事先引入其它官能团如卤素等在反应后期进行转化，但常见的氰基化试剂如氰化物具有剧毒性；而直接以氰基作为导向基团实现的芳环邻位碳氢键官能团化反应，则由于氰基的强配位而毒化过渡金属催化剂以及其线性配位等特点，而大大阻碍了这一领域的发展。
本发明提供的制备方法采用亚胺酯作为氰基的前体，结合其可作为易引入易转化的导向基的特点，通过选择金属催化剂以及催化体系，实现了芳基亚胺酯与噻吩类杂环化合物的两个碳氢键之间的氧化交叉偶联，达到氰基取代的联芳杂环的快速构建。同时，考虑到氰基作为羧酸、酮的前体，以及作为碳-氮多重键参与环加成类型的含氮杂环的构建。因此，目标分子还可以通过简单高效的化学转化如氰基的水解、加成、环化等反应快速增加分子的复杂度和构建具有生物活性的分子库。因此，本发明在药物开发中具有良好的应用前景，并为药物开发提供了新思路。
本发明提供的制备方法中，通过对反应底物的设计、电性的调控，以及金属催化剂的合适选择，我们实现了两种芳环的碳氢键之间的选择性氧化交叉偶联，得到多取代的氰基取代的联芳环衍生物。该制备方法的底物简单易得，反应步骤少，操作简单，一锅法合成，能够实现多种氰基取代的联芳环衍生物的高效合成；产物含有氰基和富电子的噻吩类化合物等，可以进一步衍生化。同时该申请的化学转化具有良好的区域选择性和化学选择性，即在芳环反应的碳氢键位点(亚胺的芳环邻位)以及噻吩化合物的C2的区域选择性，以及可以兼容钯催化Suzuki偶联来合成联芳环中难以兼容的芳基卤等官能团。
本发明提供的制备方法对底物的适用范围非常广，得到的氰基取代的联芳环衍生物易于后续转化，该制备方法还具有良好的原子经济性。并且，该制备方法可直接对具有潜在生物活性的胺类衍生物进行后期修饰。
本发明提供的制备方法中，采用式Ⅱ所示芳基亚胺酯类化合物，式III所示噻吩类化合物，通过利用亚胺酯作为氮原子为sp2杂化的含氮导向基，在相对高价的金属催化剂作用下进行碳氢键活化；另一边，通过芳杂环底物的选择，实现金属催化剂对芳杂环的亲电取代类型的亲电金属化反应，从而实现芳基亚胺酯芳环邻位碳氢键的区域选择性的芳基化反应。进一步地，在催化体系中酸的协助下，亚胺酯在酸促进下原位水解为相应的氰基，最终实现两个芳环碳氢键的区域选择性氧化交叉偶联反应，得到常规方法较难实现的氰基取代的联芳杂环的简捷合成。
本发明通过底物如亚胺酯作为多功能性导向基，以及催化剂的良好选择，是实现两种芳环碳氢键的氧化交叉偶联反应及其应用的关键。
相比于常见的分别使用预先制备的活性较高的芳基卤(如芳基溴、芳基碘)和芳基金属试剂的交叉偶联反应，该反应不仅在底物设计上省去对底物的预官能团等繁琐步骤，从而提高了反应的整体应用价值；更重要的是，该申请应用直接利用“无痕导向基”促进的两种芳杂环碳氢键之间的氧化交叉偶联，将改变传统联芳杂环分子合成的设计思路。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本发明实施例1提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-苯甲腈(1a)的核磁共振1H谱图；
图2为本发明实施例1提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-苯甲腈(1a)的核磁共振13C谱图；
图3为本发明实施例2提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-苯甲腈(1b)的核磁共振1H谱图；
图4为本发明实施例2提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氟苯甲腈(1b)的核磁共振13C谱图；
图5为本发明实施例2提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氟苯甲腈(1b)的核磁共振19F谱图；
图6为本发明实施例3提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氯苯甲腈(1c)的核磁共振1H谱图；
图7为本发明实施例3提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氯苯甲腈(1c)的核磁共振13C谱图；
图8为本发明实施例4提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-溴苯甲腈(1d)的核磁共振1H谱图；
图9为本发明实施例4提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-溴苯甲腈(1d)的核磁共振13C谱图；
图10为本发明实施例5提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-碘苯甲腈(1e)的核磁共振1H谱图；
图11为本发明实施例5提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-碘苯甲腈(1e)的核磁共振13C谱图；
图12为本发明实施例6提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲基苯甲腈(1f)的核磁共振1H谱图；
图13为本发明实施例6提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲基苯甲腈(1f)的核磁共振13C谱图；
图14为本发明实施例6提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲基苯甲腈(1f)的核磁共振19F谱图；
图15为本发明实施例7提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲磺酸酯基苯甲腈(1g)的核磁共振1H谱图；
图16为本发明实施例7提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲磺酸酯基苯甲腈(1g)的核磁共振13C谱图；
图17为本发明实施例7提供的2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲磺酸酯基苯甲腈(1g)的核磁共振9F谱图；
图18为本发明实施例8提供的2-[2-(二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]噻吩)]-苯甲腈(1h)的核磁共振1H谱图；
图19为本发明实施例8提供的2-[2-(二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]噻吩)]-苯甲腈(1h)的核磁共振13C谱图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种氰基取代的联芳环衍生物及其制备方法，能有效解决现有的含氰基的联芳环制备方兼容性差，副产物较多的技术问题。
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
其中，以下实施例采用的原料均为市售或自制。
实施例1
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-苯甲腈(1a)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式Ⅱ所示芳香亚胺酯化合物2a(0.2mmol,30mg)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol，84mg)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至130℃，进行18h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50:1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1a)，46.4mg,产率为87％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-苯甲腈(1a)进行核磁共振检测，请参阅图1至图2，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.74(d,J＝7.2Hz,1H),7.64-7.58(m,3H),7.38(td,J＝1.6Hz,7.6Hz,1H),7.25-7.24(m,2H),7.21(d,J＝3.6Hz,1H),7.05(dd,J＝3.6Hz,1.6Hz,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ139.4,137.9,137.1,136.6,134.5,133.0,129.6,128.3,127.9,127.5,125.1,124.7,124.4,118.8,109.6.
本实施例反应可以通过简单易得的原料经氧化交叉偶联选择性组装得到氰基取代的联芳杂环衍生物。
实施例2
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氟苯甲腈(1b)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式Ⅱ所示芳香亚胺酯化合物2b(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行12h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1b)，46.2mg,产率为81％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氟苯甲腈(1b)进行核磁共振检测，请参阅图3至图5，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.79(d,J＝1.6Hz,1H),7.65-7.58(m,2H),7.52(td,J＝2.4Hz,5.6Hz,14.0Hz,1H),7.29(dd,J＝1.2Hz,5.2Hz,1H),7.26-7.25(m,1H),7.20(d,J＝4.0Hz,1H),7.05(dd,J＝3.6Hz,5.2Hz,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.1,163.5,140.2,140.0,139.9,136.9,136.8,136.5,136.3,129.0,128.0,125.5,124.7,124.6,118.2,116.3,116.1,115.2,114.9,105.6.19FNMR(300MHz,CDCl3)δ-102.4.
本实施例反应可以获得的氰基取代的联芳杂环衍生物，可以兼容在材料、药物分子中常见的氟元素，为其进一步的潜在应用提供可能。
实施例3
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氯苯甲腈(1c)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2c(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行12h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1c)，45.6mg,产率为76％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-氯苯甲腈(1c)进行核磁共振检测，请参阅图6至图7，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.66(d,J＝8.4Hz,1H),7.61-7.60(m,2H),7.47(d,J＝8.8Hz,1H),7.35(dd,J＝2.8Hz,8.4Hz,1H),7.28(d,J＝4.8Hz,1H),7.22(d,J＝4.0Hz,1H),7.06-7.04(m,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ140.2,139.6,138.7,136.3,136.3,135.5,133.4,129.7,129.2,129.1,128.0,127.7,125.5,124.8,124.7,118.2,107.8.
本实施例反应可以简单高效获得氰基取代的联芳杂环衍生物，且兼容常用于金属催化的交叉偶联反应的芳基氯，为其进一步的潜在应用提供可能。
实施例4
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-溴苯甲腈(1d)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2d(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行16h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1d)，50.5mg,产率为73％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-溴苯甲腈(1d)进行核磁共振检测，请参阅图8至图9，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.78(s,1H),7.64-7.58(m,2H),7.53-7.49(m,2H),7.28(d,J＝5.2Hz,1H),7.20(d,J＝5.2Hz,1H),7.05(t,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ140.3,138.8,136.3,136.1,135.4,133.4,132.6,132.1,130.6,129.1,128.0,125.5,124.7,124.7,118.2,108.2.
本实施例反应得到氰基取代的联芳杂环衍生物可以兼容被广泛应用于交叉偶联反应的芳基溴官能团，从而为其简捷修饰提供便利。
实施例5
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-碘苯甲腈(1e)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2e(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行18h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1e)，55.0mg,产率为70％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-碘苯甲腈(1e)进行核磁共振检测，请参阅图10至图11，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.99(s,1H),7.71(d,J＝9.2Hz,1H),7.58(d,J＝3.6Hz,1H),7.41(d,J＝8.0Hz,1H),7.28(d,J＝5.2Hz,1H),7.25-7.20(m,2H),7.06-7.04(m,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ140.2,138.3,138.1,136.5,136.3,136.0,135.1,134.5,133.0,129.0,128.0,127.7,125.5,124.8,124.6,118.4,108.8.
本实施例反应可以简单高效获得氰基取代的联芳杂环衍生物，且兼容常用于金属催化的交叉偶联反应的芳基碘，为其进一步的潜在应用提供可能。需要指出的是，芳基碘在常见的金属催化的碳氢键往往难以兼容。
实施例6
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲基苯甲腈(1f)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2f(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行18h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1f)，48.9mg,产率为73％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲基苯甲腈(1f)进行核磁共振检测，请参阅图12至图14，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.87(d,J＝7.6Hz,2H),7.65-7.61(m,2H),7.31-7.27(m,2H),7.24(d,J＝4.0Hz,1H),7.07(t,J＝4.0Hz,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ140.7,138.1,136.1,135.1,135.0,134.6,132.6,129.3,128.1,125.9,125.6,124.8,123.9,117.7,112.7.19F NMR(300MHz,CDCl3)δ-63.6.
本实施例反应可以获得的氰基取代的联芳杂环衍生物，可以兼容在材料、药物分子中常见的三氟甲基，为其进一步的潜在应用提供可能。
实施例7
本实施例进行2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲磺酸酯基苯甲腈(1g)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2f(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3a(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行12h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1g)，56.4mg,产率为68％。
对2-[5-([2,2′-联噻吩)]-4-三氟甲磺酸酯基苯甲腈(1g)进行核磁共振检测，请参阅图15至图17，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.65(d,J＝8.8Hz,1H),7.84(d,J＝8.4Hz,1H),7.66(d,J＝4.0Hz,1H),7.52-7.50(m,2H),7.31-7.24(m,2H),7.07(t,J＝4.8Hz,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ136.6,135.6,135.4,134.4,131.2,129.6,128.1,125.8,124.9,124.9,121.9,121.8,120.2,117.4,109.5.19F NMR(300MHz,CDCl3)δ-72.5,-72.6.
本实施例反应得到氰基取代的联芳杂环衍生物可以兼容被广泛应用于交叉偶联反应的芳基三氟甲磺酸酯官能团，从而为其简捷修饰提供便利。
实施例8
本实施例进行2-[2-(二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]噻吩)]-苯甲腈(1h)的制备，其反应式如下所示：
在空气氛围下，在反应器中依次加入式II所示芳香亚胺酯化合物2a(0.2mmol)，式III所示噻吩类化合物3b(0.5mmol)，五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体(0.004mmol,2.5mg)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.01mmol,4.0mg)、醋酸钠(0.03mmol,2.5mg)，特戊酸(0.06mmol,6.2mg)的N,N’-二甲基甲酰胺(1.0mL)溶液加到反应器中，将反应器放置到反应装置上同时调温度至140℃，进行12h反应，经薄层色谱分析确定反应结束，将反应液经硅藻土抽滤后用400目硅胶经旋蒸浓缩制成干粉，再采用柱层析分离反应产物，400目硅胶10克，展开剂为体积比为50：1至5：1的石油醚与乙酸乙酯，得到氰基取代的联芳环类衍生物(1g)，36.2mg,产率为61％。
对2-[2-(二噻吩[3,2-b:2′,3′-d]噻吩)]-苯甲腈(1g)进行核磁共振检测，请参阅图18至图19，结果为：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.90(s,1H),7.77(d,J＝7.6Hz,1H),7.69-7.62(m,2H),7.43-7.40(m,2H),7.31(d,J＝5.2Hz,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ142.3,142.1,139.3,137.5,134.5,133.2,131.6,130.7,129.4,127.7,126.9,121.2,120.8,118.8,109.7.
本实施例反应可以通过简单易得的各种噻吩类衍生物，直接两种芳环的碳氢键的氧化偶联，得到多取代的氰基取代的联芳杂环衍生物，为更多的功能材料分子的快速构建。
综上所述，本发明提供了一种氰基取代的联芳环衍生物，所述氰基取代的联芳环衍生物的结构式如式Ⅰ所示；其中，Ar为芳基，包括杂环、苯环或稠环取代基；R1选自H、卤元素、醚基或含官能团的烃基；R2为H、卤素以及稠环噻吩衍生物，包括联噻吩、三联噻吩、二噻吩[3,2-B:2′,3′-D]噻吩等芳环并噻吩等。本发明从简单易得的芳烃出发直接实现氰基取代的联芳杂环衍生物的简捷合成，不仅解决了以往该类化合物合成的困难，还突出了其高效高选择性的两种芳环碳氢键的氧化交叉偶联，鉴于联芳杂环在材料分子如新型液晶分子等领域的广泛应用，以及氰基作为多功能性的官能团，为相关材料分子的模块化合成以及后期衍生开拓了良好的应用前景。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种氰基取代的联芳环衍生物，其特征在于，其结构式如式Ⅰ所示：
其中，Ar为芳香杂环基、苯基或芳香稠环基；取代基R1为H、卤素、醚基、硝基、氨基、酯基、氰基、三氟甲基、三氟甲磺酸酯或烷基；R2为H、苯基、噻吩或含噻吩的稠环。
2.根据权利要求1所述的氰基取代的联芳环衍生物，其特征在于，所述Ar为苯基。
3.根据权利要求1所述的氰基取代的联芳环衍生物，其特征在于，所述烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
4.一种氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，包括：
将式Ⅱ所示化合物、式Ⅲ所示化合物溶于惰性溶剂中，在氧化剂和金属催化剂的作用下，加入碱并在碱性条件下进行反应，得到氰基取代的联芳环衍生物；
其中，其中，Ar为芳香杂环基、苯基或芳香稠环基；取代基R1为H、卤素、醚基、硝基、氨基、酯基、氰基、三氟甲基、三氟甲磺酸酯、烷基；R2为H、苯基、噻吩或含噻吩的稠环。
5.根据权利要求4所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述金属催化剂为醋酸钯、氯化钯、三氯化钌、二氯(对甲基异丙基苯基)钌(II)二聚体、五甲基环戊二烯氯化铑二聚体或三乙腈-五甲基环戊二烯基氯化铑二聚体。
6.根据权利要求4所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为60℃～150℃；
所述反应的时间为12h～24h。
7.根据权利要求4所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述碱为醋酸钠、醋酸铯、醋酸钾、碳酸钠、碳酸钠或磷酸钾。
8.根据权利要求4所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述氧化剂为醋酸银、碳酸银、三氟磺酸银、硝酸银、醋酸铜、卤化亚铜、卤化铜、三卤化铁或硝酸铁。
9.根据权利要求5所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述惰性溶剂选自甲苯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N’-二甲基甲酰胺、N,N’-二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、乙腈、1,2-二氯乙烷、乙醇或水。
10.根据权利要求5所述的氰基取代的联芳环衍生物的制备方法，其特征在于，所述式Ⅱ所示化合物和式Ⅲ所示化合物的摩尔比为1:2～1:4；
所述金属催化剂的用量为所述式Ⅱ所示化合物用量的2％。
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