CN114014895A - 一种二茂铁基膦配体化合物及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二茂铁基膦配体化合物及其合成方法，该方法以二茂铁为起始原料，通过和正丁基锂发生锂化反应生成1,1’‑二锂代二茂铁，再和不同的卤代膦配体生成相应的二茂铁基膦配体化合物。根据本发明提供的合成方法，产物纯度和收率高，合成步骤少，分离纯化简单，无污染，适合工业化生产。制备得到的目标产物是一系列二茂铁基膦配体化合物，在烯烃的烷氧羰基化反应中具有高效的催化活性，在医药、化工合成以及天然产物合成领域也具有广阔的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于有机化学合成领域，涉及一种二茂铁基膦配体化合物及其合成方法，尤其是1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁膦配体化合物及其合成方法。
背景技术
膦化合物配体是一类重要的催化剂配体，新型配体和相应金属配合物的发展，为催化、有机合成以及大规模化工生产奠定了基础。
在钯催化领域，钯/膦配合物在烷氧羰基化反应中比其他金属配合物起到了更好的催化效果。目前工业上发展最成熟，最先进的钯/膦配合物催化体系是Whiston课题组开发了1，2-双((二叔丁基膦)苄基)苯催化体系(如文献Chem.Commun.1999,1877-1878中记载)，其最大的优势是可以在较温和的反应条件下，高效催化烯烃的烷氧羰基化反应。
有机膦配体的相关性质主要由位阻效应和电子效应所决定。参考Cole-Hamilton课题组的工作(如文献Chem.Commun.2004,1720–1721中记载)，与传统三苯基膦修饰的钯催化剂体系相比，富电子的双齿状膦配体修饰的钯催化剂体系由于其更大的空间位阻效应而表现出更好的钯催化性能。近些年来，二茂铁基膦配体化合物因其结构稳定、配体可调控，其双齿状的双膦骨架也对催化剂的活性和反应产物的选择性起到了关键的作用等特性，吸引了科研界和工业界的很多关注。同时，它的发展促进了很多钯催化反应的突破，在合成功能材料、天然产物及生物活性材料中有着广泛的用途。
鉴于二茂铁基膦配体化合物独特的催化性质以及广阔的市场前景，因此本发明提供了一种新的二茂铁基膦配体化合物的合成方法，并在烯烃的烷氧羰基化反应中具有高效的催化活性。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种二茂铁基膦配体化合物及其合成方法。该合成方法条件温和、后处理简单、适合工业化生产二茂铁基膦配体化合物。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其具体如下：
将三氯代磷经过有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物取代反应后得到的二氯代膦配体，与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物在第一有机溶剂中进行取代反应，分离得到一氯代膦配体；这里的分离方法可以采用蒸馏法。随后将所述一氯代膦配体和1,1’-二锂代二茂铁在第二有机溶剂中进行取代反应，经过分离得到二茂铁基膦配体化合物；这里的分离方法可以通过柱层析或重结晶实现。
在实际应用时，可以首先将1,1’-二锂代二茂铁溶解在第二有机溶剂中，随后在-78℃以下温度滴加一氯代膦配体，滴加结束后，反应3～9小时。
所述二茂铁基膦配体化合物的化学结构式如下：
其中，R1、R2、R3和R4包括但不限于叔丁基，吡啶基，N-甲基吡咯基，N-甲基咪唑基，喹啉基，呋喃基，硫代呋喃基，金刚烷基等有机配体。
作为优选，所述二茂铁基膦配体化合物为Fc-1至Fc-10中的任一种，具体化学结构式分别为：
进一步的，所述有机卤化镁金属化合物的化学结构式为
中的一种；所述有机锂金属化合物的化学结构式为
中的一种。
作为优选，所述二氯代膦配体可以通过商业途径直接购买，也可以通过如下方法自行制备得到：将三氯化磷与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物在第一有机溶剂中进行取代反应并进行分离后所得；作为优选，所述三氯化磷与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物的摩尔比均为0.9～1.3:1；；第一有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、正己烷和正庚烷中的一种或两种以上的混合。。
作为优选，所述有机卤化镁金属化合物(即配体格氏试剂)可以通过商业途径直接购买，也可以通过如下方法自行制备得到，制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将干燥镁屑与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为2～3.5:1在第三有机溶剂中反应，或者将格氏试剂与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为0.9～1.5:1在有机溶剂中反应，分离后得到有机卤化镁金属化合物；所述格氏试剂为甲基格氏试剂、乙基格氏试剂和异丙基格氏试剂中的一种或两种以上的混合；所述第三有机溶剂为四氢呋喃和乙醚中的一种或混合物。这里的分离方法可以采用蒸馏。
作为优选，所述有机锂金属化合物可以通过商业途径直接购买，也可以通过如下方法自行制备得到，制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将正丁基锂与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为0.9～1.5:1在第四有机溶剂中反应，分离后得到有机锂金属化合物；所述第四有机溶剂为四氢呋喃和乙醚中的一种或混合物。在制备过程中，可以首先将卤代烃或卤代芳烃溶解于第四有机溶剂中，随后在-78℃以下的温度滴加正丁基锂，滴加结束后，在室温条件下反应2小时，随后通过蒸馏进行分离并得到有机锂金属化合物。
作为优选，所述第一有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、正己烷和正庚烷中的一种或两种以上的混合；第二有机溶剂为正己烷和正庚烷中的一种或混合物。
作为优选，所述1,1’-二锂代二茂铁可以通过商业途径直接购买，也可以通过如下方法自行制备得到，制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将二茂铁、四甲基乙二胺和正丁基锂按照摩尔比为1:2.3～2.5:2.3～2.5在第五有机溶剂中室温条件下反应过夜，分离后得到1,1’-二锂代二茂铁；所述第五有机溶剂为正己烷和正庚烷中的一种或混合物。这里的分离可以采用过滤的方法。在实际操作中，可以先将二茂铁和四甲基乙二胺溶解于第五有机溶剂中，随后在0℃以下温度滴加正丁基锂，滴加结束后，在室温条件下反应过夜。
作为优选，所述二氯代膦配体与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物的摩尔比均为0.9～1.3:1；所述1,1’-二锂代二茂铁和一氯代膦配体的摩尔比为0.9～1.5:1。
在制备二茂铁基膦配体化合物的时候，上述步骤均可以在圆底烧瓶或Schlenk瓶中进行，所选用的惰性体为氩气和氮气一种或者多种。
作为优选，卤代烃或卤代芳烃可以采用2-溴-2-甲基丙烷，1-溴代金刚烷，2-溴代吡啶，2-溴代喹啉。
第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述合成方法合成的二茂铁基膦配体化合物。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本方法提供的合成方法在室温或低温条件下，利用1,1’-二锂代二茂铁和一氯代膦配体制得相应的二茂铁膦配体化合物。实验结果表明，本发明提供的方法合成二茂铁膦配体化合物，收率在78％～92％之间，纯度大于98％，并且本发明中合成步骤少，反应成本低，后处理分离纯化简单，无污染，使其工业化生产成为可能。
附图说明
图1为实施例1所得1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁的核磁氢谱；
图2为实施例1所得1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁的核磁磷谱；
图3为实施例1所得1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁的核磁碳谱。
具体实施方式
本发明公开一种二茂铁基膦配体化合物及其合成方法，本领域技术人员可以借鉴本发明内容，根据实际实验环境，优化相关实验参数实现。特别指出的是，本发明的许多改变和变化对本领域的技术人员来说都是显而易见的，它们都应被视为包含在本发明当中。本发明的合成路线及方法已经通过较佳的实施案例进行详细描述，这些描述仅是示范性描述，不构成对本发明范围的限制。相关技术领域的技术人员明显可以在不脱离本发明的内容和范围内对本发明所述的方法进行适当改变和组合，来实现本发明的相关技术。下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
本发明提供了一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，该方法通过1,1’-二锂代二茂铁与卤代膦配体反应，生成相应的二茂铁膦配体化合物。
实施例1
本实施例制备了一种1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁膦配体(Fc-1)，合成方法具体如下：
a)制备吡啶基格氏试剂(即有机卤化镁金属化合物)：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，依次加入20mL异丙基氯化镁氯化锂络合物溶液(1.3M)和2.35mL 2-溴吡啶，温度不超过-70℃。在这个温度下反应3小时，之后回到室温反应3小时，反应颜色从黄绿色逐渐变化成红黑色。待反应结束后，不需要额外处理，直接投到下一步反应。
b)制备2-(叔丁基氯化磷基)吡啶(即一氯代膦配体)：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，将4.35g叔丁基二氯化膦(直接购买得到的二氯代膦配体)溶解在20mL无水四氢呋喃溶解中，温度不超过-40℃。在这个温度下，缓慢滴加上一步制得的吡啶基格氏试剂，低温反应12小时，反应温度不超过-30℃。待反应结束后，除去有机溶剂，将剩下的黄色固体分散在20mL脱气无水正庚烷中，将悬浊液过滤，滤渣用正庚烷清洗两次，合并，并浓缩有机相，得到黄色油状粗产品。可通过减压蒸馏进一步纯化，在5mbar条件下，取100℃的馏分，得到2-(叔丁基氯化磷基)吡啶，收率为72％。
c)制备1,1’-二锂代二茂铁：在惰性气体氛围下，在100mL三口瓶中，将0.98g二茂铁和1.88mL四甲基乙二胺分散在10mL无水正己烷后，缓慢滴加4.42mL正丁基锂(2.5M)。室温反应过夜，大量橘黄色沉淀在三口瓶底部生成。舍弃有机相，用脱气无水正庚烷清洗两次。不进行进一步纯化，直接投到下一步反应。
d)制备1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁：在惰性气体氛围下，在100mL三口瓶中，将上一步得到的1,1’-二锂代二茂铁分散在20mL无水正庚烷中，缓慢滴加2-(叔丁基氯化磷基)吡啶，少量白色沉淀生成，室温搅拌3小时。待反应结束后，有机相用少量蒸馏水清洗三次。用脱气无水硫酸镁干燥有机相后，减压除去有机相溶剂，以石油醚为展开剂进行柱层析，得到1,1’-二((叔丁基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁，收率为91％。
图1～图3分别为根据实施例1制备的1,1’-二(叔丁基吡啶基膦基)-二茂铁的氢、磷和碳的核磁共振谱图，其中使用的氘代试剂为氘代甲苯(C7D8)。从图中可以看出，核磁数据与预设计产物结构一致，说明成功合成高纯度1,1’-二(叔丁基吡啶基膦基)-二茂铁。
实施例2
本实施例制备了一种1,1’-二((1-金刚烷基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁膦配体(Fc-2)，合成方法具体如下：
a)制备吡啶基格氏试剂(即有机卤化镁金属化合物)：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，依次加入10mL异丙基氯化镁氯化锂络合物溶液(1.3M)和1mL 2-溴吡啶，温度不超过-70℃。在这个温度下反应3小时，之后回到室温反应3小时，反应颜色从黄绿色逐渐变化成红黑色。待反应结束后，不需要额外处理，直接投到下一步反应。
b)制备2-(金刚烷基氯化磷基)吡啶(即一氯代膦配体)：惰性气体氛围下，在50mL的三口瓶中，将2.63g金刚烷基二氯化磷(直接购买得到的二氯代膦配体)溶解在10mL无水四氢呋喃溶液中，温度不超过-30℃。在这个温度下，缓慢滴加上一步得到的吡啶基格氏试剂，待恢复至室温后，搅拌过夜，之后回流1小时。待反应结束后，减压除去有机相溶剂，将悬浊液过滤，滤渣用正庚烷清洗两次，合并，并浓缩有机相，得到油状粗产品。可通过减压蒸馏进一步纯化，在5mbar条件下，取100℃的馏分，得到2-(金刚烷基氯化磷基)吡啶，收率为58％。
c)制备1,1’-二锂代二茂铁：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，500mg二茂铁和1mL四甲基乙二胺分散在10mL无水正己烷中，之后缓慢滴加2.36mL正丁基锂(2.5M)。室温反应过夜，大量橘黄色沉淀在三口瓶底部生成。舍弃有机相，用脱气无水正庚烷清洗两次。不进行进一步纯化，直接投到下一步。
d)制备1,1’-二((1-金刚烷基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，将上一步得到的1,1’-二锂代二茂铁分散在10mL甲苯中，低温缓慢滴加2-(金刚烷基氯化磷基)吡啶的无水甲苯溶液，温度不要超过-78℃。待恢复至室温后，搅拌3小时，之后90℃反应2小时。待反应结束后，有机相用少量蒸馏水清洗三次。用脱气无水硫酸镁干燥有机相后，减压除去有机相溶剂，以石油醚和乙醚9：1为展开剂进行柱层析，得到1,1’-二((1-金刚烷基)(2-吡啶基)膦基)-二茂铁，收率为78％。
实施例3
本实施例制备得到了一种1,1’-二(二(2-吡啶基膦基))-二茂铁膦配体(Fc-10)，其合成方法具体如下：
a)制备吡啶基格氏试剂(即有机卤化镁金属化合物)：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，依次加入20mL异丙基氯化镁氯化锂络合物溶液(1.3M)和2mL 2-溴吡啶，温度不超过-70℃。在这个温度下反应3小时，之后回到室温反应3小时，反应颜色从黄绿色逐渐变化成红黑色。待反应结束后，不需要额外处理，直接投到下一步反应。
b)制备二(2-吡啶基)膦配体：惰性气体氛围下，在50mL的三口瓶中，将1.18mL三氯化磷分散在10mL无水四氢呋喃溶液中，温度不超过-30℃。在这个温度下，缓慢滴加上一步得到的吡啶基格氏试剂(配体格氏试剂)，待恢复至室温后，搅拌过夜，之后回流1小时。待反应结束后，减压除去有机相溶剂，将悬浊液过滤，滤渣用正庚烷清洗两次，合并，并浓缩有机相，得到油状粗产品。可通过减压蒸馏进一步纯化，在5mbar条件下，取100℃的馏分，得到二(2-吡啶基)膦配体，收率为75％。
这一步利用三氯化磷和配体格氏试剂，通过一步反应实现了三氯化磷-二氯代膦配体-一氯代膦配体的转化。
c)制备1,1’-二锂代二茂铁：在惰性气体氛围下，在50mL三口瓶中，将1g二茂铁和1.96mL四甲基乙二胺分散在15mL无水正己烷中，之后缓慢滴加4.5mL正丁基锂(2.5M)。室温反应过夜，大量橘黄色沉淀在三口瓶底部生成。舍弃有机相，用脱气无水正庚烷清洗两次。不进行进一步纯化，直接投到下一步。
d)制备1,1’-二(二(2-吡啶基膦基))-二茂铁膦配体：在惰性气体氛围下，在100mL三口瓶中，将上一步得到的1,1’-二锂代二茂铁分散在15mL甲苯中，低温缓慢滴加二(2-吡啶基)膦配体(一氯代膦配体)的无水甲苯溶液，温度不要超过-78℃。待恢复至室温后，搅拌3小时，之后90℃反应2小时。待反应结束后，有机相用少量蒸馏水清洗三次。用脱气无水硫酸镁干燥有机相后，减压除去有机相溶剂，以石油醚和乙醚20：1为展开剂进行柱层析，得到1,1’-二(二(2-吡啶基膦基))-二茂铁膦配体，收率为78％。
本发明以二茂铁为起始原料，通过和正丁基锂发生锂化反应生成1,1’-二锂代二茂铁，再和不同的卤代膦配体生成相应的二茂铁基膦配体化合物。根据本发明提供的合成方法，产物纯度和收率高，合成步骤少，分离纯化简单，无污染，适合工业化生产。制备得到的目标产物是一系列二茂铁基膦配体化合物，在烯烃的烷氧羰基化反应中具有高效的催化活性，在医药、化工合成以及天然产物合成领域也具有广阔的应用前景。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，具体如下：
将三氯代磷经过有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物取代反应后所得的二氯代膦配体，与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物在第一有机溶剂中进行取代反应，分离得到一氯代膦配体；将所述一氯代膦配体和1,1’-二锂代二茂铁在第二有机溶剂中进行取代反应，经过分离得到二茂铁基膦配体化合物；
所述二茂铁基膦配体化合物的化学结构式如下：
2.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述二茂铁基膦配体化合物为Fc-1至Fc-10中的任一种，具体化学结构式分别为：
3.根据权利要求2所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述有机卤化镁金属化合物的化学结构式为
中的一种；所述有机锂金属化合物的化学结构式为
中的一种。
4.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述二氯代膦配体是将三氯化磷与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物在第一有机溶剂中进行取代反应并进行分离后所得；作为优选，所述三氯化磷与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物的摩尔比均为0.9～1.3:1；第一有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、正己烷和正庚烷中的一种或两种以上的混合。
5.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述有机卤化镁金属化合物的制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将干燥镁屑与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为2～3.5:1在第三有机溶剂中反应，或者将格氏试剂与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为0.9～1.5:1在有机溶剂中反应，分离后得到有机卤化镁金属化合物；所述格氏试剂为甲基格氏试剂、乙基格氏试剂和异丙基格氏试剂中的一种或两种以上的混合；所述第三有机溶剂为四氢呋喃和乙醚中的一种或混合物。
6.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述有机锂金属化合物的制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将正丁基锂与卤代烃或卤代芳烃按照摩尔比为0.9～1.5:1在第四有机溶剂中反应，分离后得到有机锂金属化合物；所述第四有机溶剂为四氢呋喃和乙醚中的一种或混合物。
7.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述第一有机溶剂为四氢呋喃、乙醚、正己烷和正庚烷中的一种或两种以上的混合；第二有机溶剂为正己烷和正庚烷中的一种或混合物。
8.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述1,1’-二锂代二茂铁的制备方法如下：
在惰性气体氛围下，将二茂铁、四甲基乙二胺和正丁基锂按照摩尔比为1:2.3～2.5:2.3～2.5在第五有机溶剂中室温条件下反应过夜，分离后得到1,1’-二锂代二茂铁；所述第五有机溶剂为正己烷和正庚烷中的一种或混合物。
9.根据权利要求1所述一种二茂铁基膦配体化合物的合成方法，其特征在于，所述二氯代膦配体与有机卤化镁金属化合物或有机锂金属化合物的摩尔比均为0.9～1.3:1；所述1,1’-二锂代二茂铁和一氯代膦配体的摩尔比为0.9～1.5:1。
10.一种利用权利要求1～9任一所述合成方法合成的二茂铁基膦配体化合物。
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| KAIWU DONG ET AL.,: "Efficient Palladium-Catalyzed Alkoxycarbonylation of Bulk Industrial Olefins Using Ferrocenyl Phosphine Ligands supporting information", 《 ANGEW.CHEM.INT.ED.》 * |
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