CN114409493B - 一种合成9-芳基芴类化合物的方法 - Google Patents

一种合成9-芳基芴类化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合成9‑芳基芴类化合物的方法，它以式（I）所示的二苯甲胺类化合物和式（II）所示的芳基化试剂为反应原料，与钯催化剂、添加剂和有机溶剂一并加入至密闭反应容器，在110~150℃温度下搅拌反应，反应结束后反应液经后处理即得到式（III）所示的9‑芳基芴类化合物，其反应式如下：式（I）、（II）和（III）中，取代基R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1‑C4烷基、C1‑C4烷氧基、具有2~10个C原子的酯基、卤素或芳香族基团，取代基X表示卤素；所述添加剂为银盐，钯催化剂选自二价钯盐。本发明提供了一种一步构建9‑芳基芴类化合物新方法，本发明的合成方法具有反应条件温和、操作简单、底物适应性好、选择性高等优点，具有一定的工业化前景。

Description

一种合成9-芳基芴类化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种合成9-芳基芴类化合物的方法。
背景技术
芴在各个领域都有广泛的应用，特别是在材料科学方面。它们能够赋予材料独特的光学和电子特性，是一系列有机材料的重要的基本组成部分，包括光电、半导体和太阳能电池。芴及其衍生物的聚合物是一类极具光、电活性的重要有机聚合物，通过对芴的取代基或共聚物的结构的调整，有望制备出热稳定性好、发光效率高的红蓝绿三原色发光材料。
芴中亚甲基桥的C-H键具有较强的酸性和活性。因此，9,9-二取代芴衍生物通常被应用于材料科学中。目前，9,9-二烷基芴是最常见的一种，这主要是因为9-烷基化芴相对容易。然而，烷基容易在光化学或电氧化中被裂解。相反，在C-9碳上引入芳基可以使其具有良好的形态和热稳定性。但是，芴的9-芳基化相对来说是一个挑战。虽然9-芳基芴衍生物的合成方法有很多，但它们通常需要更加复杂的合成步骤。此外，大多数反应引入一个芳基，9-芳基芴中的亚甲基C-H键仍可以被其他反应功能化。因此，研究9-芳基芴的直接合成方法是十分必要的。
发明内容
针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种合成9-芳基芴类化合物的方法。在本发明的合成方法中，二苯甲胺类化合物在钯催化剂的催化下，实现C-H键活化/脱氨环化，从而一步构建得到9-芳基芴类化合物。
具体的，本发明采用的技术方案如下：
一种合成9-芳基芴类化合物的方法，以式(I)所示的二苯甲胺类化合物和式(II)所示的芳基化试剂为反应原料，与钯催化剂、添加剂和有机溶剂一并加入至密闭反应容器，在110～150℃温度下搅拌反应，反应结束后反应液经后处理即得到式(III)所示的9-芳基芴类化合物，其反应式如下：
式(I)、(II)和(III)中，取代基R1、R2和R3各自独立地选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、具有2～10个C原子的酯基、卤素或芳香族基团，取代基X表示卤素；
二苯甲胺类化合物与芳基化试剂的投料摩尔比为1：1.0～2.0，优选为1：1.2～1.5，更优选为1：1.2～1.3；
二苯甲胺类化合物与钯催化剂的投料摩尔比为1：0.01～0.12，优选为1：0.05～0.1，更优选为1：0.08～0.1；
二苯甲胺类化合物与添加剂的投料摩尔比为1：1.0～2.5，优选为1：1.2～2.0，更优选为1：1.3～1.5。
所述钯催化剂为醋酸钯、二氯化钯、三氟乙酸钯、双乙腈二氯化钯、硝酸钯、三(二亚苄基丙酮)二钯、双(二亚苄基丙酮)钯、四(三苯基膦)钯或二(三苯基膦)二氯化钯；优选为双乙腈二氯化钯或二氯化钯，更优选为双乙腈二氯化钯。
所述芳基化试剂为碘苯、氯苯或溴苯，优选为碘苯。
所述添加剂为硝酸银、三氟乙酸银、膦酸银、硫酸银或亚硝酸银，优选为膦酸银、硫酸银、三氟乙酸银，更优选三氟乙酸银。
进一步地，搅拌反应的温度为120～150℃。所述密闭反应容器一般为耐压密闭反应器，能够承受密闭加热时的加压。
反应过程的时间范围较宽，在1-24小时之间，优选反应时间为12-24小时，更优选12-18小时。
所述有机溶剂为三氟乙醇、六氟异丙醇、甲苯、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合，优选六氟异丙醇。
所述有机溶剂的体积用量通常以式I所示二苯甲胺类化合物的物质的量计为0.5～100mL/mmol，优选为1～50mL/mmol，更优选为5～30mL/mmol，最优选5～6mL/mmol。
所述反应液后处理的方法为：反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比1～40：1(优选20：1)的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得式III所示的9-芳基芴类化合物。
在本发明中，各物质的比例和温度对反应均起着至关重要的作用。按照芳基化试剂或添加剂与二苯甲胺类化合物的投料摩尔比，若芳基化试剂的比例过多，将会使部分产物过度芳基化，导致产率的下降；而添加剂对于芳基化有着促进作用，添加剂的比例过高，容易导致部分产物过度芳基化，比例过低，会导致产物芳基化不彻底，均会导致产率降低。所以芳基化试剂、添加剂的投料比例控制需要十分严格。综上所述，对于不同的底物都应该对其进行反应比例筛选以达到反应在转化率及选择性两方面的协调。
本发明合成的9-芳基芴类化合物底物适应性广，原料中的取代基包括氢、甲基、叔丁基、三氟甲氧基、苯基、氟、氯、溴或三氟甲基等，还可以是多取代的取代复杂芳基以及杂环化合物等。
本发明取得的有益效果是：本发明提供了一种一步构建9-芳基芴类化合物新方法，本发明的合成方法具有反应条件温和、操作简单、底物适应性好、选择性高等优点，具有一定的工业化前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离(柱层析分离根据有机物极性进行分离，将极性杂质截留下来)，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得9-苯基芴，反应收率75％。
重复上述实验过程，将钯催化剂由双乙腈二氯化钯替换为同等摩尔量的其他钯盐时，反应结果如1所示。
表1
重复上述实验过程，将银添加剂由三氟乙酸银替换为同等摩尔量的其他银盐时，反应结果如2所示(表2中，实验6表示不添加银添加剂作为对照实验)。
表2
分组 银添加剂 反应收率(％)
实验1 三氟乙酸银 75
实验2 AgPO4 16
实验3 AgNO2 未见产物
实验4 AgNO3 未见产物
实验5 Ag2SO4 18
实验6 ---- 未见产物
从表1和表2中可以看出，钯催化剂以及银添加剂的具体筛选，对于合成9-芳基芴类化合物的反应至关重要。
实施例2
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、对甲基碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得2-甲基-9-苯基芴，反应收率64％
实施例3
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、对氟碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得2-氟-9-苯基芴，反应收率63％
实施例4
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、对苯氧基碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得2苯氧基-9-苯基芴，反应收率68％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.77(d,J＝8.3Hz,2H),7.40(t,J＝7.4Hz,1H),7.35–7.31(m,3H),7.30–7.27(m,2H),7.25(t,J＝6.1Hz,2H),7.11(d,J＝6.7Hz,2H),7.09(d,J＝7.5Hz,1H),7.06(d,J＝8.2Hz,1H),7.04(s,1H),7.01(d,J＝7.5Hz,2H),5.05(s,1H)。
实施例5
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、间甲基碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得1-甲基-9-苯基芴，反应收率65％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.79(d,J＝7.6Hz,1H),7.70(d,J＝7.5Hz,1H),7.36(td,J＝7.5,4.6Hz,1H),7.29–7.20(m,6H),7.12–7.06(m,3H),5.03(s,1H),2.08(s,3H)。
实施例6
将二苯甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、间氟碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得1-氟-9-苯基芴，反应收率55％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.78(d,J＝7.6Hz,1H),7.49(dd,J＝8.8,2.5Hz,1H),7.42(t,J＝6.6Hz,1H),7.35–7.24(m,6H),7.10(d,J＝6.8Hz,2H),7.00–6.95(m,1H),5.04(s,1H)。
实施例7
将4-甲苯氢胺树脂(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得3-甲基-9-(4-甲苯基)芴，反应收率45％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.79(d,J＝7.6Hz,1H),7.63(s,1H),7.38(t,J＝7.4Hz,1H),7.31(d,J＝7.4Hz,1H),7.25(t,J＝7.5Hz,1H),7.21(d,J＝7.6Hz,1H),7.09(d,J＝7.9Hz,3H),6.99(d,J＝7.8Hz,2H),5.00(s,1H),2.47(s,3H),2.33(s,3H)。
实施例8
将二(4-氟苯基)甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得3-氟-9-(4-氟苯基)芴，反应收率45％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.78(d,J＝7.6Hz,1H),7.48(d,J＝8.9Hz,1H),7.43(t,J＝7.1Hz,1H),7.32(d,J＝6.8Hz,2H),7.24(dd,J＝8.3,5.0Hz,1H),7.10–7.03(m,2H),6.99(t,J＝8.6Hz,3H),5.01(s,1H)。
实施例9
将苯基(邻氟苯基)甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得9-(2-氟苯基)芴，反应收率69％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.86(d,J＝7.6Hz,2H),7.49–7.38(m,4H),7.32(t,J＝7.5Hz,2H),7.24(t,J＝6.2Hz,1H),7.20(t,J＝9.8Hz,1H),6.96(t,J＝7.5Hz,1H),6.74(d,J＝7.6Hz,1H),5.54(s,1H)。
实施例10
将苯基(2-萘基)甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得9-萘基芴，反应收率50％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.87(d,J＝7.6Hz,2H),7.84(d,J＝7.4Hz,2H),7.81(d,J＝8.0Hz,1H),7.70(d,J＝8.5Hz,1H),7.52–7.45(m,2H),7.44(t,J＝7.4Hz,2H),7.35(d,J＝7.6Hz,2H),7.29(t,J＝7.4Hz,2H),6.93(d,J＝8.4Hz,1H),5.24(s,1H)。
实施例11
将苯基(4-甲苯基)甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得9-(4-甲苯基)芴，反应收率67％
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.82(d,J＝7.6Hz,2H),7.40(t,J＝7.4Hz,2H),7.34(d,J＝8.7Hz,2H),7.30–7.26(m,2H),7.11(d,J＝7.9Hz,2H),7.01(d,J＝8.0Hz,2H),5.05(s,1H),2.34(s,3H)。
实施例12
将苯基(4-氯苯基)甲胺(0.2mmol)与双乙腈二氯化钯(0.02mmol)、碘苯(0.25mmol)、三氟乙酸银(0.3mmol)、六氟异丙醇(1mL)加入密闭反应容器，在120℃温度下搅拌进行反应12小时，所得反应液加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，以体积比20：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂制得9-(4-氯苯基)芴，反应收率33％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.84(d,J＝7.6Hz,2H),7.43(t,J＝6.3Hz,2H),7.34–7.22(m,6H),7.05(d,J＝8.4Hz,2H),5.05(s,1H)。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。

Claims (13)

1.一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：以式（I）所示的二苯甲胺类化合物和式（II）所示的芳基化试剂为反应原料，与钯催化剂、添加剂和有机溶剂一并加入至密闭反应容器，在110~150℃温度下搅拌反应，反应结束后反应液经后处理即得到式（III）所示的9-芳基芴类化合物，其反应式如下：
式（I）、（II）中，取代基R1、R2各自独立地选自氢、C1-C4烷基、C1-C4烷氧基、具有2~10个C原子的酯基、卤素或芳香族基团，芳香族基团为苯氧基，卤素为F或Cl；
式（III）中，取代基R3为氢、C1-C4烷基、卤素或芳香族基团，芳香族基团为苯氧基，卤素为F，取代基X表示I、Br或Cl；
所述添加剂为银盐，银盐为三氟乙酸银，钯催化剂选自PdCl2 (MeCN)2、Pd(dba)2或Pd(PPh3)2Cl2；
二苯甲胺类化合物与芳基化试剂的投料摩尔比为1：1.0~2.0；
二苯甲胺类化合物与钯催化剂的投料摩尔比为1：0.01~0.12；
二苯甲胺类化合物与添加剂的投料摩尔比为1：1.0~2.5。
2.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：二苯甲胺类化合物与芳基化试剂的投料摩尔比为1：1.2~1.5。
3.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：二苯甲胺类化合物与钯催化剂的投料摩尔比为1：0.05~0.1。
4.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：二苯甲胺类化合物与添加剂的投料摩尔比为1：1.2~2.0。
5.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：芳基化试剂为碘苯、氯苯或溴苯。
6.如权利要求5所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：芳基化试剂为碘苯。
7.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为三氟乙醇、六氟异丙醇、甲苯、乙酸乙酯中的一种或两种以上的混合。
8.如权利要求7所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为六氟异丙醇。
9.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂的体积用量以二苯甲胺类化合物的物质的量计为5~50 mL/mmol。
10.如权利要求9所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂的体积用量以二苯甲胺类化合物的物质的量计为5~6mL/mmol。
11.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：二苯甲胺类化合物、芳基化试剂、钯催化剂、添加剂的物质的量之比为1：1.2~1.3：0.08~0.1:1.3~1.5。
12.如权利要求1所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：反应液经后处理的步骤为：反应液中加入乙酸乙酯稀释后过滤、滤液减压蒸馏除去溶剂，蒸馏剩余物经柱层析分离，以体积比1~40：1的石油醚和乙酸乙酯的混合液为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂即得到式（III）所示的9-芳基芴类化合物。
13.如权利要求12所述的一种合成9-芳基芴类化合物的方法，其特征在于：所述洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为20：1。
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