CN110143982B - 一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法 - Google Patents
一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种二芳基膦氧化合物、苯甲醛类衍生物制备二芳基苄基膦氧化合物的方法。该方法具有原料廉价易得、反应体系简单、所得目标产物易分离、反应操作简便、安全可靠等特点。该方法主要实现了二芳基苄基膦氧化合物更为绿色高效的合成方法，同时反应仅生成可提纯的、有应用价值的二芳基磷酸作为化学计量副产物。
Description
【技术领域】
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法。
【背景技术】
有机膦化合物在有机合成、阻燃剂和生物化学中发挥着至关重要的作用，其研究一直引起相当大的关注。有机膦化合物的合成中通常使用膦氧化物、次膦酸酯和膦酸酯等作为底物，主要是由于磷(III)化合物具有强亲核性，P＝O键的氧原子可用作磷的保护基团。一方面，有机磷化合物相对稳定，通常不易被酶所水解，非常适合用作各种生物过程的靶特异性调节剂，例如：杀虫剂和治疗药物；另一方面，烷基膦氧还是一种非常关键的中间体，其已被广泛应用于各种材料主要前体，以及Horner-Wadsworth-Emmons反应中烯烃直接前体的合成。形成P-C(sp3)键的传统方法主要有Michaelis-Arbuzov和Michaelis-Becker反应。尽管其极大地满足了人类对构建有机膦化合物的需求，但仍然存在一些问题，例如：Michaelis-Arbuzov反应中，三价磷化合物通常稳定性低，并且散发出难闻的气味；Michaelis-Becker反应需要强碱且反应时间较长；这些缺点限制了底物的范围和产物的产率。近些年来，化学家们对P-C(sp3)键形成反应展开了广泛研究，实现了由苄基卤化物、苄醇和羧酸为底物，Pd、Cu和路易斯酸等催化剂催化下烷基膦氧的构建。
醛类化合物广泛存在于自然界及工农业生产生活中，其具有很高的反应活性，可以参与缩合、还原、氧化、亲核加成等众多类型的化学反应，备受化学工作者的广泛青睐，为许多天然产物、药物分子、药物分子中间体及精细化工产品的合成提供了简单、经济、有效的合成思路。2012年，赵课题组报道了一种铜催化P(O)H化合物直接构建P-C(sp3)键化合物的新方法。该工作同时证明了苯甲醛与P(O)H化合物可在铜催化对甲苯磺酰肼化合物作用下一锅法合成苄基膦氧化合物。但是该反应条件会造成对甲苯磺酰肼化合物的损失、不可避免的铜残留等问题，影响产品的纯度，降低产品继续转化的转化率。【参考文献：(a)MiaoW,Gao Y,Li X,et al.Adv.Synth.Catal.2012,354,2659.(b)Laven G,StawinskiJ.Synlett 2009,2009,225.(c)Rajeshwaran G G,Nandakumar M,Sureshbabu R,etal.Org.lett.2011,13,1270.(d)Barney R J,Richardson R M,Wiemer DF.J.Org.Chem.2011,76,2875.(e)Rout L,Regati S,Zhao C G.Adv.Synth.Catal.2011,353,3340.(f)Gao Y,Wang G,Chen L,et al.J.Am.Chem.Soc.2009,131,7956.(g)Pan J,Zhao R,Guo J,et al.Green Chem.2019,21,792.(h)Barney R J,Richardson R M,WiemerD F.J.Org.Chem.2011,76,2875.(i)Ma X,Xu Q,Li H,et al.Green Chem.2018,20,3408.(k)Zhang J S,Chen T,Zhou Y,et al.Org.lett.2018,20.6746.】。
针对上述方法的不足，开发以易得的苯甲醛类化合物、P(O)H化合物为原物合成二芳基苄基膦氧类化合物，该方法反应时间短、选择性高、操作简便、适用范围广，具有一定的工业应用价值。
【发明内容】
本发明的目的是开发一种在氮气氛围下，以苯甲醛衍生物、二芳基膦氧为原料、碳酸铯为碱、二氧六环溶剂中高转化率和高选择性地合成二芳基苄基膦氧化合物的方法，二芳基苄基膦氧化合物可以作为荧光增白剂前体。
本发明的发明目的是通过如下技术方案实现的：
一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，所述二芳基苄基膦氧化合物的制备原料包括：苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)。
所述二芳基苄基膦氧化合物的结构式如式(1)所示，
所述式(1)中，R是H、甲基、甲氧基中的一种，R1是H、甲基、丙基、叔丁基、甲氧基、F、Cl、Br、氰基、三氟甲基中的一种。
所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：(0.8～1.2)：(0.8～1.4)。
优选的，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)。
更优选的，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：1：(1～1.2)。
所述苯甲醛衍生物选自苯甲醛、对甲基苯甲醛、对丙基苯甲醛、对叔丁基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对氟基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对氰基苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛中的至少一种。
所述二芳基膦氧类化合物选自二苯基膦氧、双(4-甲基苯基)膦氧、双(3,5-二甲基苯基)膦氧、双(4-甲氧基苯基)膦氧中的至少一种。
上述合成方法中，所述反应过程中二芳基膦氧既做偶联试剂，又做还原试剂。
优选的，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，反应，得到二芳基苄基膦氧化合物。
进一步优选的，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离，即得二芳基苄基膦氧化合物。
更优选的，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)置于反应容器中，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离，即得二芳基苄基膦氧化合物。
所述溶剂为1,4-二氧六环和/或四氢呋喃。
所述反应的温度为100～180℃。
优选的，所述反应的温度为120～160℃。
所述反应的时间为10～30h。
优选的，所述反应的时间为12～24h。
所述惰性气体为氮气、氩气与氦气中的任意一种或多种的组合。
根据实验研究，本发明提供了一种由苯甲醛类化合物、P(O)H化合物制备苄基膦氧化合物的方法。该方法具有原料廉价易得、应体系简单、所得目标产物易分离、立体和位置选择性高、反应操作简便、安全可靠等特点。该方法主要解决了苄基膦氧化合物合成中副产物多，金属残留的难题，同时P(O)H化合物在同一体系中既做偶联试剂，又做还原试剂。
【附图简要说明】
图1为合成例1制备苄基膦氧化合物的反应式。
【具体实施方式】
下面结合本发明的合成例对本发明所述的合成方法作进一步说明，需要说明的是，实施例并不构成对本发明要求保护范围的限制。
一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，所述二芳基苄基膦氧化合物的制备原料包括：苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)。
所述二芳基苄基膦氧化合物的结构式如式(1)所示，
在一种实施方式中，所述式(1)中，R是H、甲基、甲氧基中的一种，R1是H、甲基、丙基、叔丁基、甲氧基、F、Cl、Br、氰基、三氟甲基中的一种。
在一种实施方式中，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：(0.8～1.2)：(0.8～1.4)。
在一种实施方式中，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：(0.8～1.2)：(0.8～1.2)
在一种实施方式中，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：1：(1～1.2)。
在一种实施方式中，所述苯甲醛衍生物选自苯甲醛、对甲基苯甲醛、对丙基苯甲醛、对叔丁基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对氟基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对氰基苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛中的至少一种。
在一种实施方式中，所述二芳基膦氧类化合物选自二苯基膦氧、双(4-甲基苯基)膦氧、双(3,5-二甲基苯基)膦氧、双(4-甲氧基苯基)膦氧中的至少一种。
上述合成方法中，所述反应过程中二芳基膦氧既做偶联试剂，又做还原试剂。
在一种实施方式中，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、Cs2CO3，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，反应，得到二芳基苄基膦氧化合物。
在一种实施方式中，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯(Cs2CO3)，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离，即得二芳基苄基膦氧化合物。
在一种实施方式中，一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、Cs2CO3置于反应容器中，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离，即得二芳基苄基膦氧化合物。
在一种实施方式中，所述溶剂为1,4-二氧六环和/或四氢呋喃。
在一种实施方式中，所述反应的温度为100～180℃。
在一种实施方式中，所述反应的温度为120～160℃。
在一种实施方式中，所述反应的时间为10～30h。
在一种实施方式中，所述反应的时间为12～24h。
在一种实施方式中，所述惰性气体为氮气、氩气与氦气中的任意一种或多种的组合。
根据实验研究，本发明提供了一种由苯甲醛类化合物、P(O)H化合物制备苄基膦氧化合物的方法。该方法具有原料廉价易得、反应体系简单、所得目标产物易分离、立体和位置选择性高、反应操作简便、安全可靠等特点。该方法主要解决了苄基膦氧化合物合成中副产物多，金属残留的难题，具体表现为：(1)避免了“一锅法”造成的原料损失严重、底物范围窄、步骤繁琐及产率低等问题。(2)之前的方法中金属的引入会造成产品中不可避免的金属残留，影响产品纯度的同时，降低产品继续转化的效果，造成产品色泽的偏差。本方法仅需加入Cs2CO3作为唯一添加剂，便可以实现苄基膦氧化合物高效绿色的合成，具备潜在的工业应用价值。同时二芳基膦氧在同一体系中既做偶联试剂，又做还原试剂。本反应可能通过以下途径实现：
下面是具体的合成例。
合成例1
如图1所示，苄基二苯基氧化膦的合成
在反应器中加入0.2mmol苯甲醛、0.4mmol二苯基膦氧、0.2mmol碳酸铯、2.0mL1,4-二氧六环。在氮气氛围下，加热到140℃，持续搅拌15h，停止反应，冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离即得目标产物，收率95％，纯度98％以上。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.72–7.68(m,4H),7.53–7.12(m,11H),3.66(d,J＝13.6Hz,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3):δ132.2(d,J＝98.0Hz),131.6(d,J＝2.7Hz),131.0(d,J＝9.2Hz),130.0(d,J＝5.2Hz),128.3(d,J＝11.6Hz),128.2(d,J＝2.6Hz),126.6(d,J＝2.9Hz),38.0(d,J＝66.0Hz)；31P NMR(162MHz,CDCl3)δ29.6.
合成例2
(4-甲基苄基)二苯基氧化膦的合成
在反应器中加入0.2mmol对甲基苯甲醛、0.4mmol二苯基膦氧、0.2mmol碳酸铯、2.0mL1,4-二氧六环。在氮气氛围下，加热到140℃，持续搅拌15h，停止反应，冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离即得目标产物，收率97％，纯度98％以上。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.67(dd,4H,J＝7.5Hz,J＝11.1Hz),7.39-7.49(m,6H),7.96(b,4H),3.58(d,2H,J＝13.4Hz),2.23(s,3H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ136.4(d,JP-C＝3.0Hz),132.1(d,JP-C＝98.1Hz),131.8(d,JP-C＝2.8Hz),131.3(d,JP-C＝9.1Hz),130.1(d,JP-C＝5.4Hz),129.2(d,JP-C＝2.6Hz),128.7(d,JP-C＝11.7Hz),127.9(d,JP-C＝8.1Hz),37.8(d,JP-C＝66.7Hz),21.1；31P NMR(162MHz,CDCl3):δ29.6.
合成例3
(4-氯苄基)二苯基氧化膦的合成
在反应器中加入0.2mmol对氯苯甲醛、0.4mmol二苯基膦氧、0.2mmol碳酸铯、2.0mL1,4-二氧六环。在氮气氛围下，加热到140℃，持续搅拌15h，停止反应，冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，然后用乙酸乙酯萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离即得目标产物，收率94％，纯度98％以上。1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.66(dd,4H,J＝8.1Hz,J＝11.3Hz),7.50(dd,2H,J＝7.3Hz,J＝7.3Hz),7.41-7.44(m,4H),7.13(d,2H,J＝8.5Hz),7.02(d,2H,J＝7.5Hz),3.59(d,2H,J＝3.2Hz)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ132.9(d,JP-C＝3.6Hz),132.1(d,JP-C＝99.1Hz),132.0(d,JP-C＝2.8Hz),131.5(d,JP-C＝5.3Hz),131.2(d,JP-C＝9.2Hz),129.8(d,JP-C＝8.2Hz),128.7(d,JP-C＝12.0Hz),128.6(d,JP-C＝3.0Hz),37.6(d,JP-C＝65.9Hz)；31P NMR(162MHz,CDCl3)δ29.3。
Claims (8)
1.一种二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述二芳基苄基膦氧化合物的制备原料包括：苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯；
所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法如反应式1所示，
所述式1中，R是H、甲基、甲氧基中的一种，R1是H、甲基、丙基、叔丁基、甲氧基、F、Cl、Br、氰基、三氟甲基中的一种；
所述式1中，苯甲醛衍生物选自苯甲醛、对甲基苯甲醛、对丙基苯甲醛、对叔丁基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对氟基苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对氰基苯甲醛、对三氟甲基苯甲醛中的至少一种；
所述式1中，二苯基膦氧类化合物选自二苯基膦氧、双(4-甲基苯基)膦氧、双(4-甲氧基苯基)膦氧中的至少一种；
所述式1中，碳酸铯是唯一的添加剂。
2.如权利要求1所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述二芳基膦氧类化合物、苯甲醛衍生物、碳酸铯的摩尔比为2：(0.8～1.2)：(0.8～1.4)。
3.如权利要求1所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二苯基膦氧类化合物、碳酸铯，混合；碳酸铯是唯一的添加剂；在惰性气体氛围下，加入溶剂，反应，得到二苯基苄基膦氧化合物。
4.如权利要求3所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，包含以下步骤：取苯甲醛衍生物、二芳基膦氧类化合物、碳酸铯，混合；在惰性气体氛围下，加入溶剂，搅拌反应，反应结束后冷却至室温，用饱和NaCl洗涤，萃取，干燥，减压蒸馏浓缩除去溶剂，粗产品经柱色谱分离，即得二芳基苄基膦氧化合物。
5.如权利要求3或4所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述溶剂为1,4-二氧六环和/或四氢呋喃。
6.如权利要求3或4所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述反应的温度为100～180℃。
7.如权利要求3或4所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述反应的时间为10～30h。
8.如权利要求3或4所述二芳基苄基膦氧化合物的合成方法，其特征在于，所述惰性气体为氮气、氩气与氦气中的任意一种或多种的组合。
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