CN114507109A - 一种光催化合成联苄类化合物的方法 - Google Patents

一种光催化合成联苄类化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种光催化合成联苄类化合物的方法。该方法是在光照和惰性气体条件下,通过光催化剂将卤苄苯类化合物在溶剂中反应,得到光催化合成联苄类化合物。本发明的联苄类化合物的合成方法的经济价值高,对环境污染小,转化率和选择性高,可以用于替代现有的有机合成反应体系,适合工业大规模生产。

Description

一种光催化合成联苄类化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种化合物的合成方法,尤其涉及一种联苄类化合物的合成方法,属于光催化有机合成技术领域。
背景技术
光催化有机合成利用了光生电子空穴对氧化还原反应进行催化,其以光作为能量来源,实现了安全,绿色,高效,环保的新型有机合成,因其耗能低,反应条件温和,污染少等特点,在工业生产等多领域均有价值,在有机合成领域越来越备受关注。
联苄类化合物是工业合成和药物生产的重要中间体。可用于阻燃、皮革加工、漂白等化工行业,和许多重要的药理活性。在自然界中,联苄类化合物广泛存在于苔藓、蕨类等植物中。联苄类化合物来源物种虽多,但植物资源分布于多个种属,许多物种对环境要求较高,植物资源稀少,密度较小,不易区别和分离,难以大量采集,浓缩,大量生产。
在过去的报道中,Li等人使用Cu/TiO2实现溴化苄合成联苄类化合物,本发明扩展了催化剂的使用类型,同时也扩大了光源的选择范围,增加了普适性(LiY,RenP,ZhangD,etal.Rationally Designed Metal Cocatalyst for Selective Photosynthesis ofBibenzyls via Dehalogenative C–C Homocoupling[J].ACS Catal,2021,11(7):4338-48.)。Park等人使用三价铱络合物、Hantzsch酯和K3PO4作为催化剂能够实现卤苄的光氧化还原催化自由基偶联合成联苄,但使用的催化剂含有稀有的贵金属,成本高,不利于大量生产(ParkG,Yi SY,Jung J,et al.Mechanism and Applications of the PhotoredoxCatalytic Coupling of Benzyl Bromides[J].Chemistry–A European Journal,2016,22(49):17790-9.)。专利CN109896919B公开了一种利用ZnxIn2S3+x作为光催化剂以甲苯或甲苯类衍生物为原料制备联苄类化合物。CN101318873B在水相中加入铁粉来复合催化剂铜,与氯化苄反应,生成联苄。CN110803971A在有机钨催化剂和碱以及光照射下,氧化溴苄偶联合成联苄化合物。但以上方法存在催化剂价格贵,依赖贵金属或其合金,需要使用强酸强碱等问题,使得联苄的工业生产比较困难。
因此,高效、绿色、经济的合成联苄类化合物的新方法研究具有非常重要的价值。使用廉价且易制得的光催化剂来合成联苄类化合物有利于方法应用于实际生产中。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明的目的在于提供一种经济价值高,对环境污染小,转化率和选择性高,可以用于替代现有的有机合成反应体系,适合工业大规模生产的联苄类化合物的合成方法。
为了实现上述技术目的,本发明提供了一种光催化合成联苄类化合物的方法,该方法是在光照和惰性气体条件下,通过光催化剂将卤苄苯类化合物在溶剂中反应,得到光催化合成联苄类化合物;该联苄类化合物具有如下式所示的结构:
Figure BDA0003515897240000021
其中,R为连接在苯环上的1、2、3、4或5个取代基,每个所述取代基相互独立地为氢元素、卤素、C1-C10烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(=O)OR’、-NHC(=O)R’和-C(=O)R’中的一种;R’为H、C1-C6烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基或苄基中的任意一种。
在本发明的一具体实施方式中,卤苄苯类化合物具有如下式所示的结构:
Figure BDA0003515897240000022
其中,X为F,Cl,Br,I中的任意一种;
R为连接在苯环上的1、2、3、4或5个取代基,每个所述取代基相互独立地为氢元素、卤素、C1-C10烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(=O)OR’、-NHC(=O)R’和-C(=O)R’中的一种,R’为H、C1-C6烷基、烯基或炔基、C6-C20芳基或苄基中的任意一种。
在本发明的一具体实施方式中,该方法包括以下步骤:
将卤苄苯类化合物和醇以摩尔比0.1-10:1加入溶剂中,配成0.1mM-1000mM的溶液;
加入光催化剂,超声分散,得到混合溶液;
将所述混合溶液在惰性气氛保护下,于0.01-50W/cm2光照下进行搅拌反应1-12h并控制反应温度为0-150℃,得到的有机相干燥、浓缩,得到联苄类化合物。
在本发明的一具体实施方式中,醇为C1-C10的饱和一元醇或二元醇;
其中,C1-C10的饱和一元醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、仲丁醇、正戊醇、异戊醇、叔戊醇、仲戊醇、3-戊醇、正已醇、正庚醇、2-庚醇、正辛醇、异辛醇、仲辛醇和正癸醇中的一种或几种的组合;
其中,C1-C10的饱和二元醇为1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2戊二醇和1,2-辛二醇中的一种或几种的组合。
在本发明的一具体实施方式中,光催化剂为M-C3N4,M为Ni,Cu,Fe,Co中的一种或几种的组合,M在光催化剂中的负载量为0.1-10wt%。
在本发明的一具体实施方式中,惰性气体为He、Ar、N2、CO2、CO或H2
在本发明的一具体实施方式中,混合溶液中卤苄苯类化合物的浓度为1-100mmol/L,光催化剂的浓度为1-100mg/mL。
在本发明的一具体实施方式中,溶剂为水、二甲基亚砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和1,4-二氧六环中的一种或几种的组合。
在本发明的一具体实施方式中,光照强度通过光源功率为0.01-50W/cm2的白色或蓝色LED灯实现。
在本发明的一具体实施方式中,反应温度通过水浴、油浴方式控制到0℃-100℃。
本发明的光催化合成联苄类化合物的方法,通过光催化剂作用实现卤苄类化合物反应得到联苄类化合物,选择性高,转化率高,光催化剂成本低,益于将此反应体系稳定高效的利用于工业有机合成中,以释放其高经济价值。
附图说明
图1为本发明实施例1的光催化合成联苄类化合物的方法的反应机理图。
图2中的(a)为实施例1所得产物的气相色谱图;(b)实施例1所得产物的质谱图与标准NIST1,2-二苯乙烷质谱图。
具体实施方式
本发明光催化合成联苄类化合物的方法,在光照和惰性气体条件下,利用光催化剂使卤苄苯类化合物在有机溶剂中反应得到的联苄类化合物
Figure BDA0003515897240000031
式I中,R为连接在苯环上的1、2、3、4或5个取代基,每个所述取代基相互独立地为氢元素、卤素、C1-C10烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(=O)OR’、-NHC(=O)R’和-C(=O)R’中的任意一种,所述R’为H、C1-C6烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基或苄基中的任意一种。所述卤苄类化合物的结构通式如式Ⅱ所示:
Figure BDA0003515897240000041
式Ⅱ中,X为卤素原子(F,Cl,Br,I)。
上述光催化合成联苄类化合物的方法具体包括以下步骤:(a)将所述卤苄类化合物和醇以摩尔比0.1-10:1加入溶剂配成0.1-1000mM的溶液、加入光催化剂并进行超声分散得混合溶液;(b)将所述混合溶液在惰性气氛保护下,于0.01-50W/cm2光照下进行搅拌反应并控制反应温度为0-150℃;(c)得到的有机相干燥、浓缩得联苄类化合物。上述光催化剂是M-C3N4,金属M为Ni,Cu,Fe,Co中的一种或多种。
所述惰性气体为He、Ar、N2、CO2、CO或H2。所述醇为C1-C10的饱和一元醇或二元醇,其中一元醇为甲醇、乙醇、异丙醇、正丙醇、叔丁醇、正丁醇、异丁醇、乙二醇、仲丁醇、异戊醇、正戊醇、正辛醇、正癸醇、叔戊醇、正已醇、仲辛醇、正庚醇、异辛醇、仲戊醇、正王醇、3-戊醇、2,2-二甲基丙醇或2-庚醇;二元醇为1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2戊二醇或1,2-辛二醇。
步骤(a)中,所述混合溶液中卤苄类化合物的浓度为1~100mmol/L,光催化剂的浓度为1~100mg/mL。步骤(a)中,所述溶剂为水、二甲基亚砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或1,4-二氧六环中的一种或多种混合。根据权利要求3所述光催化合成联苄类化合物的方法,其特征在于:所述光照强度由光源功率为0.01-50W/cm2的白色或蓝色LED灯实现;所述反应温度通过水浴、油浴方式控制到0-150℃。
下面将结合实例对本发明进行进一步说明。
实施例1
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物的方法,机理如图1所示,包括以下步骤:
(a)将20mg的1wt%镍/石墨烯碳氮光催化剂(镍/石墨烯碳氮光催化剂的合成如下:200mg氮化碳、4.4mg无水氯化镍、2ml乙醇和20ml水均匀混合后,在模拟420nm LED灯照射与氮气保护下,室温搅拌2~3h,离心后,60℃真空干燥24h即可),3ml的8mM的溴化苄
Figure BDA0003515897240000042
的异丙醇溶液混合均匀后,超声分散得悬浮液;
(b)将分散好的悬浮液在30W的模拟太阳光的LED灯照射和氮气保护下,室温搅拌反应2h;
(c)将步骤(b)得到的有机相干燥、浓缩得1,2-二苯乙烷
Figure BDA0003515897240000051
通过气相色谱仪测试分析,溴化苄转化率为100%,1,2-二苯乙烷选择性为85%。
图2中的(a)为所得产物的气相色谱图;图2中的(b)为所得产物的质谱图与标准NIST1,2-二苯乙烷质谱图,证明了我们得到的产物是二苯乙烷。
实施例2
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的助催化剂为Fe,反应时间为12h;最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,氯苄转化率为80%,1,2-二苯乙烷选择性为98%。
实施例3
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为4-甲基溴苄
Figure BDA0003515897240000052
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,4-甲基溴苄转化率为93%,1,2-二对甲苯基乙烷
Figure BDA0003515897240000053
选择性为81%.
实施例4
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为3-甲基溴苄
Figure BDA0003515897240000054
通过气相色谱仪测试分析,3-甲基溴苄转化率为97%,1,2-二间甲苯基乙烷
Figure BDA0003515897240000055
选择性为80%.
实施例5
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为3,4-二甲基溴苄
Figure BDA0003515897240000056
通过气相色谱仪测试分析,3,4-二甲基溴苄转化率为99%,1,2-双(3,4-二甲苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000057
选择性为81%.
实施例6
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为3,5-二甲基溴苄
Figure BDA0003515897240000061
通过气相色谱仪测试分析,3,5-二甲基溴苄转化率为99%,1,2-二(3,5-二甲苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000062
选择性为84%.
实施例7
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为2,4,6-三甲基溴化苄
Figure BDA0003515897240000063
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,2,4,6-三甲基溴化苄转化率为99%,1,2-二(2,4,6-三甲基苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000064
选择性为88%。
实施例8
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为1-溴-三氟对二甲苯
Figure BDA0003515897240000065
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,1-溴-三氟对二甲苯转化率为93%,1,2-二对三氟甲苯基乙烷
Figure BDA0003515897240000066
选择性为81%。
实施例9
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为4-甲氧基溴苄
Figure BDA0003515897240000071
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,4-甲氧基溴苄转化率为99%,1,2-双(4-氯苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000072
选择性为64%。
实施例10
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为对溴甲基苯甲酸
Figure BDA0003515897240000073
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,对溴甲基苯甲酸转化率为99%,4,4'-(1,2-乙炔二基)二苯甲酸
Figure BDA0003515897240000074
选择性为88%。
实施例11
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为对溴溴苄
Figure BDA0003515897240000075
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,对溴溴苄转化率为99%,1,2-双(4-溴苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000076
选择性为93%。
实施例12
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为对氯溴苄
Figure BDA0003515897240000077
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,对溴溴苄转化率为99%,1,2-双(4-氯苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000078
选择性为91%。
实施例13
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为间氯溴苄
Figure BDA0003515897240000081
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,对溴溴苄转化率为99%,1,2-双(3-氯苯基)乙烷
Figure BDA0003515897240000082
选择性为91%。
实施例14
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为氯化苄
Figure BDA0003515897240000083
反应时间为20h;最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,氯化苄转化率为99%,1,2-二苯乙烷选择性为67%。
实施例15
本实施例提供一种光催化合成联苄类化合物,它与实施例1中的基本一致,不同的是:步骤(a)中,使用的卤苄类化合物为4-甲基氯苄
Figure BDA0003515897240000084
最终步骤(c)的结果为通过气相色谱仪测试分析,4-甲基氯苄转化率为99%,1,2-二对甲苯基乙烷
Figure BDA0003515897240000085
选择性为78%.
对比例1
本例与实施例1中的基本一致,不同的是:未使用的光催化剂,最终步骤(c)的结果为无法获得联苄类化合物。
对比例2
本例与实施例1中的基本一致,不同的是:未进行光照,最终步骤(c)的结果为无法获得联苄类化合物。

Claims (10)

1.一种光催化合成联苄类化合物的方法,其中,该方法是在光照和惰性气体条件下,通过光催化剂将卤苄苯类化合物在溶剂中反应,得到所述光催化合成联苄类化合物,所述联苄类化合物具有如下式所示的结构:
Figure FDA0003515897230000011
其中,R为连接在苯环上的1、2、3、4或5个取代基,每个所述取代基相互独立地为氢元素、卤素、C1-C10烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(=O)OR’、-NHC(=O)R’和-C(=O)R’中的任意一种;所述R’为H、C1-C6烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基或苄基中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,所述卤苄苯类化合物具有如下式所示的结构:
Figure FDA0003515897230000012
其中,X为F,Cl,Br,I中的任意一种;
R为连接在苯环上的1、2、3、4或5个取代基,每个所述取代基相互独立地为氢元素、卤素、C1-C10烷基或烯基或炔基、C6-C20芳基、-OR’、-OCF3、-NHR’、-C(=O)OR’、-NHC(=O)R’和-C(=O)R’中的一种;所述R’为H、C1-C6烷基、烯基或炔基、C6-C20芳基或苄基中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,该方法包括以下步骤:
将所述卤苄苯类化合物和醇以摩尔比0.1-10:1加入溶剂中,配成0.1mM-1000mM的溶液;
加入光催化剂,超声分散,得到混合溶液;
将所述混合溶液在惰性气氛保护下,于0.01-50W/cm2光照下进行搅拌反应1-12h并控制反应温度为0-150℃,得到的有机相干燥、浓缩,得到所述联苄类化合物。
4.根据权利要求3所述的方法,其中,所述醇为C1-C10的饱和一元醇或二元醇;
优选地,所述C1-C10的饱和一元醇为甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、仲丁醇、正戊醇、异戊醇、叔戊醇、仲戊醇、3-戊醇、正已醇、正庚醇、2-庚醇、正辛醇、异辛醇、仲辛醇和正癸醇中的一种或几种的组合;
优选地,所述C1-C10的饱和二元醇为1,4-丁二醇、2,3-丁二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,2戊二醇和1,2-辛二醇中的一种或几种的组合。
5.根据权利要求1或3所述的方法,其中,所述光催化剂为M-C3N4,M为Ni,Cu,Fe,Co中的一种或几种的组合,M在光催化剂中的负载量为0.1wt%-10wt%。
6.根据权利要求1或3所述的方法,其中,所述惰性气体为He、Ar、N2、CO2、CO或H2
7.根据权利要求3所述的方法,其中,所述混合溶液中卤苄苯类化合物的浓度为1-100mmol/L,光催化剂的浓度为1-100mg/mL。
8.根据权利要求1或3所述的方法,其中,所述溶剂为水、二甲基亚砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和1,4-二氧六环中的一种或几种的组合。
9.根据权利要求1或3所述的方法,其中,所述光照强度通过光源功率为0.01-50W/cm2的白色或蓝色LED灯实现。
10.根据权利要求1或3所述的方法,其中,所述反应温度通过水浴、油浴方式控制到0℃-100℃。
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