CN117362339A - 一种有机膦氧化合物的制备及用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有机膦氧化合物的制备及用途，属于有机合成技术领域。将起始原料α‑羟基膦氧化合物R1R2P(O)‑C(OH)R3R4中加入反应试剂A‑B进行反应，反应完成后经提纯得到有机膦氧化合物R1R2P(0)A，其中R1、R2各自独立地为芳香族或脂肪族取代基，R3、R4各自独立地为脂肪族长链烷基取代基，A‑B为芳基炔烃、烷基炔烃、乙炔，以及芳香族、脂肪族的卤代烷烃，所得的有机膦氧化合物R1R2P(0)A性质稳定、收率高，并具备各种功能性，适用于高效阻燃剂、功能材料、金属萃取剂、医药以及均相催化等领域。
Description
技术领域
本发明设计有机合成技术领域，更具体地说，涉及一种有机膦氧化合物的制备及用途。
背景技术
有机膦氧化合物在高效阻燃剂、功能材料、金属萃取剂、医药以及均相催化等领域中具有广泛的用途。目前制备膦氧化合物，主要依赖氯代膦化物R2PCl和二烷基膦氧化物R2P(0)H(secondary phosphine oxide，简称SPO)为原料。然而，氯代膦化物R2PCl化学性质活泼，对水氧敏感，反应过程中会产生大量的氯化物固废和酸性物质，污染严重并提高了回收处理成本；二烷基膦氧化物R2P(O)H以二苯基氧化膦Ph2P(0)H为例，其结晶性差、不易提纯，且一般条件下储存会吸潮并逐渐发生氧化，导致含有二苯基膦酸Ph2P(0)OH的不纯物形成；更重要的是，二烷基膦氧化合物SPO存在性质不稳定和毒化金属催化剂等问题，由于二烷基膦氧类化合物R1R2P(O)H的互变异构共振体R1R2P-OH为三价态P(III)，磷原子上有孤对电子，容易与具有空d轨道的过渡金属配位，在用作金属催化剂的时候易导致金属催化剂失活，反应式如下式所示。
截至目前为止，仍未出现一种性质稳定、对过渡金属M配位性弱、不毒化过渡金属催化剂，并具备各种功能性的有机膦氧化合物。
发明内容
1.要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够保持高选择和收率并具备各种功能性的有机膦氧化合物的制备，以及其该有机膦氧化合物的用途。
2.技术方案
为解决上述问题，本发明采取如下的技术方案。
一种有机膦氧化合物的制备，包括以下步骤，
第一步，将起始原料α-羟基膦氧化合物R1R2p(0)-C(OH)R3R4中加入反应试剂A-B，得混合物，其中A-B为芳基炔烃、烷基炔烃、乙炔或卤代烷烃，所述卤代烷烃为脂肪族或芳香族；
第二步，向第一步所得混合物中添加催化剂、配体、添加剂和反应溶剂中的一种或多种进行反应，反应完成后经提纯得到有机膦氧化合物R1R2P(O)A：
R1、R2各自独立地代表取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基，以及取代或未取代的含N、O、S原子的杂环芳基，R3、R4各自独立地代表长链或直链烷基。
进一步的，有机膦氧化合物R1R2P(0)A为马氏加成的烯基膦时，A-B为末端炔烃，向第一步所得混合物中添加催化剂、膦配体、作为添加剂的二苯基膦酸和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h。
进一步的，有机膦氧化合物R1R2P(O)A为反马氏加成的烯基膦时，A-B为末端炔烃，向第一步所得混合物中添加催化剂和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h。
进一步的，有机膦氧化合物R1R2P(O)A为二苯基(芳基)膦氧时，A-B为卤代芳烃，向第一步所得混合物中添加催化剂、膦配体、作为添加剂的碱和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h。
进一步的，有机膦氧化合物RiR2P(0)A为二苯基(烷基)膦氧时，A-B为卤烷烃，向第一步所得混合物中添加作为添加剂的碱和反应溶剂，所述第二步中反应温度为0℃-60℃，反应时间为5h-24h。
进一步的，所述催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3、四(三苯基膦)钯Pd(Ph3P)4、醋酸钯Pd(OAc)2、氯化钯PdCl2，催化剂用量为0.005-0.05当量。
进一步的，所述配体选自1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe、1，2-双(二苯基膦)丙烷dppp、1，2-双(二苯基膦)丁烷dppb、三苯基膦Ph3P、二苯基环己基膦Ph2PCy或双二苯基膦二茂铁dppf，配体用量为0.005-0.05当量。
进一步的，所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、叔丁醇锂、三乙胺，碱用量为0.5-3.0当量。
进一步的，二苯基膦酸Ph2P(O)OH用量为4％当量。
进一步的，反应溶剂选自DMF、DMSO、DMAc、甲苯、苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、二氯乙烷。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2p(0)A为马氏加成的烯基膦时，催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3，配体为1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe，添加剂为二苯基膦酸Ph2P(O)0H，反应溶剂为甲苯。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(O)A为马氏加成的烯基膦时，催化剂为0.01当量，配体为0.02当量，反应温度为100℃，反应时间为18h。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(O)A为反马氏加成的烯基膦时，催化剂为四(三苯基膦)钯Pd(Ph3P)4，反应溶剂为甲苯。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为反马氏加成的烯基膦时，催化剂为0.05当量，反应温度为100℃，反应时间为18h。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(O)A为二苯基(芳基)膦氧，催化剂为醋酸钯Pd(OAc)2，配体为双二苯基膦二茂铁dppf，碱为碳酸钾或碳酸铯，反应溶剂为DMF。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为二苯基(芳基)膦氧，催化剂为0.01当量，配体为0.02当量，碱为1.5当量，反应温度为120℃，反应时间为8h。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为二苯基(烷基)膦氧，碱为叔丁醇钾，反应溶剂为四氢呋喃，反应温度为0℃-25℃。
进一步的，所述有机膦氧化合物R1R2P(O)A为二苯基(烷基)膦氧，碱为1.0当量，反应时间为18h。
进一步的，所述催化剂包括但不限于Rh、Ni、Cu或Pd，配体选自1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe或双二苯基膦二茂铁dppf，添加剂选自二苯基膦酸Ph2P(O)OH或碳酸钾，反应溶剂选自甲苯、THF或DMF。进一步的，R1、R2为苯基，R3、R4为甲基。
进一步的，所述起始原料的制备方法为，惰性气体下，将二烷基膦氧类化合物R1R2P(0)H与酮类化合物R3C(0)R4混合，加热30℃～50℃的反应温度下搅拌，得到沉淀，经抽滤、洗涤溶剂洗涤、干燥2h后获得α-羟基膦氧化合物R1R2P(0)-C(0H)R3R4。
进一步的，所述搅拌时间为6～20h。
进一步的，所述洗涤溶剂洗涤采用丙酮冲洗。
进一步的，所述二级膦氧类化合物R1R2P(0)H与酮类化合物R3C(0)R4的摩尔比为1：3-6。
进一步的，所述起始原料α-羟基膦氧化合物R1R2P(0)-C(OH)R3R4的结构式为
进一步的，制备膦氧化合物R1R2P(O)A的化学反应方程式为
一种有机膦氧化合物的用途，用于高效阻燃剂、功能材料、金属萃取剂、医药以及均相催化领域。
进一步的，所述有机膦氧化合物用于金属萃取剂或均相催化，所述有机膦氧化合物为烯基膦氧、芳基膦氧和烷基膦氧中的一个或两个及以上。
3.有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
(1)所述起始原料d-羟基膦氧化合物R1R2P(O)-C(0H)R3R4相对于二烷基膦氧R1R2P(O)H具有更易提纯、储存、化学性质稳定，反应过程中缓慢释放R1R2P(O)H参与反应，具有不毒化过渡金属催化剂的优异特点，相对于直接用R1R2P(O)H作为原料，可提高在过渡金属催化反应中的反应效率。
(2)本发明中所采用的起始原料α-羟基膦氧化合物R1R2P(O)-C(OH)R3R4在特定的反应条件下，可以高效制备具有各种各样功能的有机膦氧化合物，可替代由二烷基膦氧R1R2P(O)H参与的各种有机反应，制备的有机膦氧化合物收率高、适用性好、应用范围广。
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：
合成原料HDPO：在氮气气体保护下，将二苯基氧化膦(10mmol)与丙酮(50mmol)混合，40℃下搅拌12h析出白色固体；抽滤反应液，滤饼采用丙酮洗涤，真空干燥2h后得到(α-羟基-2-丙基)二苯基膦氧(HDPO)(7.8mmol)，收率为78％。
具体反应如下式所示。
实施例2：
HDPO合成二苯基(1-苯基乙烯基)膦氧(马氏加成产物)：在氮气氛围下，将25ml施莱克管中加入三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3(0.01mmol)、1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe(0.02mmol)和二苯基膦酸Ph2P(O)OH(0.04mmol)，随后加入甲苯5ml，室温下搅拌10min，加入HDPO(1.0mmol)和苯乙炔(1.0mmol)，封盖并加热100℃至反应完全，经柱层析分离提纯得二苯基(1-苯基乙烯基)膦氧(0.95mmol)，收率为95％。
具体反应如下式所示。
对比例1：与实施例2同等条件下，用DPO作为原料，收率为91％。
实施例3：
HDPO合成(1-辛烯-2-基)二苯基氧化膦(马氏加成产物)：在氮气氛围下，将25ml施莱克管中加入三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3(0.01mmol)、1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe(0.02mmol)和二苯基膦酸Ph2P(O)OH(0.04mmol)，随后加入甲苯5ml，室温下搅拌10min，加入HDPO(1.0mmol)和1-辛炔(1.0mmol)，封盖并加热100℃至反应完全，经柱层析分离提纯得(1-辛烯-2-基)二苯基氧化膦(0.72mmol)，收率为92％。
具体反应如下式所示。
对比例2：与实施例3同等条件下，用DPO作为原料，收率为86％。
实施例4：
HDPO合成(E)-二苯基(苯乙烯基)膦氧(反马氏加成产物)：在氮气氛围下，将25ml施莱克管中加入四(三苯基膦)钯Pd(Ph3P)4(0.05mmol)和甲苯5ml，室温下搅拌2min，加入HDPO(1.0mmol)和苯乙炔(1.0mmol)，封盖并加热100℃至反应完全，经柱层析分离提纯得(E)-二苯基(苯乙烯基)膦氧(0.88mmol)，收率为88％。
具体反应如下式所示。
对比例3：与实施例4同等条件下，用DPO作为原料，收率为88％。
实施例5：
HDPO合成1，2-双(二苯基膦氧基)乙烷：在氮气氛围下，取HDPO(1.0mmol)、叔丁醇钾(0.1mol)和超干甲苯5ml，并通入乙炔气体，80℃搅拌12h，析出大量白色固体，经过滤、甲苯淋洗、水淋洗后干燥，得到1，2-双(二苯基膦氧基)乙烷(0.96mmol)，收率为96％。
具体反应如下式所示。
对比例4：与实施例5同等条件下，用DPO作为原料，收率为79％。
实施例6：
HDPO与卤代烷烃RX合成(1-正丁基)二苯基膦氧：在氮气氛围下，于25mL施莱克管中加入HDPO(1.0mmol)、叔丁醇钾(1.0mmol)和THF(2ml)，0℃搅拌1h，加入丁基溴(1mmol)，封盖继续0℃至反应完全，经柱层析分离提纯得(1-正丁基)二苯基膦氧(0.98mmol)，收率为98％。
具体反应如下式所示。
对比例5，与实施例6同等条件下，用DPO作为原料，收率为92％。
实施例7：
HDPO与卤代烷烃RX合成(2-萘基)二苯基膦氧：在氮气氛围下，取醋酸钯Pd(OAc)2(0.01mmol)、双二苯基膦二茂铁dppf(0.01mol)和DMF(4mL)，室温下搅拌10min，再加入碳酸钾(1.5mmol)、HDPO(1.0mmol)和2-溴萘(1.0mmol)，封盖在120℃下反应8h，反应充分后经柱层析分离提纯得到(2-萘基)二苯基膦氧(0.93mmol)，收率为93％。
具体反应如下式所示。
对比例6：与实施例7同等条件下，用DPO作为原料，收率为88％。
实施例8：
HDPO与卤代烷烃RX合成(4-甲氧基苯基)二苯基膦氧：在氮气氛围下，取醋酸钯Pd(OAc)2(0.01mmol)、双二苯基膦二茂铁dppf(0.01mol)和DMF(4ml)，室温下搅拌10min，再加入碳酸钾(1.5mmol)、HDPO(1.0mmol)和4-溴苯甲醚(1.0mmol)，封盖在120℃下反应8h，反应充分后经柱层析分离提纯得到((4-甲氧基苯基)二苯基膦氧(0.97mmol)，收率为97％。
具体反应如下式所示。
对比例7：与实施例8同等条件下，用DPO作为原料，收率为89％。
实施例9：
HDPO与卤代烷烃RX合成(4-三氟甲基苯基)二苯基膦氧：在氮气氛围下，取醋酸钯Pd(OAc)2(0.01mmol)、双二苯基膦二茂铁dppf(0.01mol)和DMF(4ml)，室温下搅拌10min，再加入碳酸钾(1.5mmol)、HDPO(1.0mmol)、1-溴-4-(三氟甲基)苯(1.0mmol)，封盖在120℃下反应8h，反应充分后经柱层析分离提纯得到(4-三氟甲基苯基)二苯基膦氧(0.91mmol)，收率为91％。
具体反应如下式所示。
对比例8：与实施例9同等条件下，用DPO作为原料，收率为85％。
Claims (10)
1.一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：包括以下步骤：
第一步，将起始原料α-羟基膦氧化合物R1R2P(O)-C(OH)R3R4中加入反应试剂A-B，得混合物，其中A-B为芳基炔烃、烷基炔烃、乙炔或卤代烷烃，所述卤代烷烃为脂肪族或芳香族；
第二步，向第一步所得混合物中添加催化剂、配体、添加剂和反应溶剂中的一种或多种进行反应，反应完成后经提纯得到有机膦氧化合物R1R2P(O)A；
R1、R2各自独立地代表取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基，以及取代或未取代的含N、O、S原子的杂环芳基，R3、R4各自独立地代表长链或直链烷基。
2.根据权利要求1中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：有机膦氧化合物R1R2P(0)A为马氏加成的烯基膦时，A-B为末端炔烃，向第一步所得混合物中添加催化剂、膦配体、作为添加剂的二苯基膦酸和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h；
有机膦氧化合物R1R2P(0)A为反马氏加成的烯基膦时，A-B为末端炔烃，向第一步所得混合物中添加催化剂和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h；
有机膦氧化合物R1R2P(O)A为二苯基(芳基)膦氧时，A-B为卤代芳烃，向第一步所得混合物中添加催化剂、膦配体、作为添加剂的碱和反应溶剂，所述第二步中反应温度为50℃-150℃，反应时间为5h-24h；
有机膦氧化合物R1R2P(0)A为二苯基(烷基)膦氧时，A-B为卤代烷烃，向第一步所得混合物中添加作为添加剂的碱和反应溶剂，所述第二步中反应温度为0℃-60℃，反应时间为5h-24h。
3.根据权利要求2中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述催化剂选自三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3、四(三苯基膦)钯Pd(Ph3P)4、醋酸钯Pd(OAc)2、氯化钯PdCl2；
所述配体选自1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe、1，2-双(二苯基膦)丙烷dppp、1，2-双(二苯基膦)丁烷dppb、三苯基膦Ph3P、二苯基环己基膦Ph2PCy或双二苯基膦二茂铁dppf；
所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、叔丁醇锂、三乙胺，碱用量为0.5-3.0当量；
反应溶剂选自DMF、DMSO、DMAc、甲苯、苯、二甲苯、四氢呋喃、二氧六环、二氯乙烷。
4.根据权利要求3中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为马氏加成的烯基膦时，催化剂为三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3，配体为1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe，添加剂为二苯基膦酸Ph2P(0)0H，反应溶剂为甲苯。
5.根据权利要求3中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述有机膦氧化合物R1R2P(O)A为反马氏加成的烯基膦时，催化剂为四(三苯基膦)钯Pd(Ph3P)4，反应溶剂为甲苯。
6.根据权利要求3中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为二苯基(芳基)膦氧，催化剂为醋酸钯Pd(OAc)2，配体为双二苯基膦二茂铁dppf，碱为碳酸钾或碳酸铯，反应溶剂为DMF。
7.根据权利要求3中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述有机膦氧化合物R1R2P(0)A为二苯基(烷基)膦氧，碱为叔丁醇钾，反应溶剂为四氢呋喃，反应温度为0℃-25℃。
8.根据权利要求1中所述的一种有机膦氧化合物的制备，其特征在于：所述催化剂包括但不限于Rh、Ni、Cu或Pd，配体选自1，2-双(二苯基膦)乙烷dppe或双二苯基膦二茂铁dppf，添加剂选自二苯基膦酸Ph2P(0)OH或碳酸钾，反应溶剂选自甲苯、THF或DMF。
9.一种有机膦氧化合物的用途，其特征在于：所述有机膦氧化合物用于高效阻燃剂、功能材料、金属萃取剂、医药以及均相催化领域。
10.根据权利要求9所述的一种有机膦氧化合物的用途，其特征在于：所述有机膦氧化合物用于金属萃取剂或均相催化，所述有机膦氧化合物为烯基膦氧、芳基膦氧和烷基膦氧中的一个或两个及以上。
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