CN1978440A - 制备n-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,该方法包括:在非均相体系铂族金属催化剂、配体和碱的存在下,将含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物与含有离去基团的(杂)芳基化合物反应。

Description

制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法
技术领域
本发明涉及制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,所述化合物可用于药物、农用化学品、有机电致发光元件、催化剂配体、太阳能电池元件等领域。
背景技术
N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物是用于药物和农用化学品的重要中间体,并且是用于有机电致发光元件、催化剂配体、太阳能电池元件等的有用中间体。特别是在药物领域,所述化合物是抑郁症、心血管疾病、炎性疾病和其它疾病的药物的非常有用的中间体(参见,国际公布2003/104222,小册子,国际公布2003/4027,小册子和欧洲专利580502)。
合成N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的已知方法是:通过采用铜粉或铜盐和各种配体的组合的乌尔曼反应而形成N-C键的方法(参见,国际公布2003/104222,小册子和Journal of the American Chemical Society,2002,124卷,39期,11684-11688页)。然而,这种方法存在这样的缺点,例如,由于高温反应而相当可观地产生杂质,除去这些杂质需要复杂的纯化操作,并且反应需要许多时间。
已经公开的另一方法是在采用钯催化剂和膦配体的均相体系中制备的方法(参见,美国专利申请出版物2005054631和Organic Letters,2000,2卷,1403-1406页)。然而,这种方法存在这样的缺点:这种催化剂在空气中不稳定,所以必须严格地从反应体系中除去氧,并且难以回收/再利用催化剂,导致非常高的生产成本。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种可以在工业规模上低成本、高产率地制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,所述N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物可用于药物、农用化学品、有机电致发光元件、催化剂配体、太阳能电池元件等领域。
本发明的发明人为了实现上述目的进行了深入细致的研究。结果发现,采用一种合成N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的新方法可以实现上述目的。由此完成了本发明。即,本发明是采用以下方法实现的。
<1>一种制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,该方法包括:在非均相体系铂族金属催化剂、配体和碱存在下将含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物与含有离去基团的(杂)芳基化合物反应。
<2>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是吡咯、吲哚、吡唑、吲唑、咪唑、苯并咪唑、三唑或苯并三唑,这些化合物每一种均可以含有一个或多个取代基。
<3>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是吡咯、吲哚、咪唑或苯并咪唑,这些化合物每一种均可以含有一个或多个取代基。
<4>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是可以含有一个或多个取代基的吲哚。
<5>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有离去基团的(杂)芳基化合物是苯、萘、蒽、菲、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、喹啉、异喹啉、噁唑、苯并噁唑、噻唑、苯并噻唑、呋喃或苯并呋喃,这些化合物可以含有一个或多个其它取代基。
<6>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有离去基团的(杂)芳基化合物是苯或吡啶,这些化合物每一种均可以含有一个或多个其它取代基。
<7>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的非均相体系铂族金属催化剂是由碳承载的钯。
<8>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述配体是膦配体。
<9>如上述<1>中所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述配体是1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(DPPF)、2,2’-双(二苯基膦基)-1,1’-联萘(BINAP)或者2,2’-双(二苯基膦基)联苯基醚(DPEphos)。
作为在电子照相感光体和有机电致发光领域中用作电荷传输剂的芳族胺(三芳基胺)的合成方法,已经报道有将芳族胺与卤代芳族化合物反应的多种方法(参见,例如,JP-A-2004-307412和JP-A-2005-145910)。然而,应当指出,这种反应根本上不同于本发明的作为杂环构成成分的NH基团的反应。其原因如下。本发明中含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物由于氮原子的孤对与杂环共轭而保持芳香性。因此,NH基团的质子的pKa低,并且该质子容易被碱夺取而形成阴离子。这在本发明的反应中起着驱动力的作用,得到其中杂环上的氮原子直接结合到(杂)芳环的产物。另外,用于本发明方法的铂族金属催化剂的特征在于,其是由碳、硅胶、氧化铝等承载的非均相体系催化剂,这种催化剂可有效避免使用均相体系催化剂产生的麻烦,如由金属夹杂物造成的产品质量下降等,并且还避免了清除催化剂的麻烦操作,从而基于回收和再利用能够降低工业生产的成本。
具体实施方式
下面将详细解释本发明。
术语“(杂)芳基”指“芳基”或“杂芳基”。
下面将描述本发明方法的一个实施方案以更详细地解释本发明的方法。然而,不应当理解本发明的细节受这些实施方案的那些所限制。
具体而言,将要在本发明中使用的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是5-或7-元的含氮杂芳基化合物,该化合物可以与另一个环稠合形成稠合环。其优选实例包括吡咯、吲哚、吡唑、吲唑、咪唑、苯并咪唑、三唑和苯并三唑。更优选的是吡咯、吲哚、咪唑和苯并咪唑。特别优选吲哚。
这些杂芳基化合物可以含有一个或多个取代基,并且对取代基没有特别限制。取代基的优选实例包括:烷基、烯基、炔基、芳基、羟基、烷氧基、芳氧基、羰基、羰基氧基、磺酰基、氨基、脲基、氨基甲酰基、羰基酰氨基、氨磺酰基、磺酰胺基、羧基、磺基、氰基、卤原子和杂环残基。
将要用于本发明的含有离去基团的(杂)芳基化合物的实例包括:苯、萘、蒽、菲、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、喹啉、异喹啉、噁唑、苯并噁唑、噻唑、苯并噻唑、呋喃和苯并呋喃。优选苯和吡啶。更优选吡啶。
对(杂)芳基化合物拥有的离去基团没有特别限制。其优选实例包括:卤原子如碘、溴和氯;氧原子键合型取代基如磺酰氧基(例如,甲磺酰氧基和三氟甲基磺酰氧基);和硫原子键合型取代基如烷基磺酰基(例如,甲磺酰基和乙磺酰基)和芳基磺酰基(例如,苯磺酰基和甲苯磺酰基)。更优选卤原子。特别优选氯或溴原子。
含有离去基团的(杂)芳基化合物可以含有一个或多个其它取代基,并且对取代基没有特别限制。取代基的优选实例包括烷基、烯基、炔基、芳基、羟基、烷氧基、芳氧基、羰基氧基、羧基、羰基、磺酰基、氨基、脲基、氨基甲酰基、羰基酰氨基、氨磺酰基、磺酰胺基、磺基、氰基、卤原子和杂环残基。
可以通过本发明制备的N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的具体实例显示如下。然而,不应理解为通过本发明制备的化合物限于以下实例。
接着解释本发明的方法。
可用于本发明的许多含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是市售的并且可以容易得到。
可用于本发明的许多含有离去基团的(杂)芳基化合物也是市售的并且可以容易得到。所用的含有离去基团的(杂)芳基的量可以是含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物的0.5-2当量。其量优选为芳基化合物的0.8-1.5当量,更优选0.9-1.2当量。
用于本发明的非均相体系铂族金属催化剂是包含由载体承载的铂族金属的催化剂。铂族金属的实例包括钯、钌、铑、锇、铱和铂。优选钯和铂。更优选钯。载体的实例包括碳、硅胶、氧化铝、纤维如丝纤蛋白,以及在端基中含有膦配体的聚苯乙烯珠粒。这些催化剂可以是商购的催化剂,也可以用已知方法制备(例如,Shin Jikken Kagaku Kōza,Maruzen Co.,Ltd.出版,1977,15卷,390页;和Kōza Jūgō Hannō Ron,Kagaku Dozin Co.,Ltd.出版,1972,10卷(最后一卷),355页)。这些当中,特别优选由碳承载的钯,因为其容易获得。
基于含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物,所用的非均相体系铂族金属催化剂的量最高可达20摩尔%。基于该杂芳基化合物,其量优选最高为5摩尔%,更优选最高为1摩尔%。
对用于本发明中的配体没有特别限制,只要其能够与非均相体系铂族金属催化剂配位即可。优选膦配体。其优选实例包括:单膦配体如三苯膦、三异丙基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、三邻甲苯基膦和二苯基环己基膦;和双膦配体如1,2-双(二叔丁基膦基)乙烷、1,3-双(二苯基膦基)丙烷、1,4-双(二苯基膦基)丁烷、1,4-双(二叔丁基膦基)丁烷、1,2-双(二环己基膦基)乙烷、1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(以下简称DPPF)、2,2’-双(二苯基膦基)-1,1’-联萘(以下简称BINAP)和2,2’-双(二苯基膦基)联苯基醚(以下简称DPEphos)。更优选这些是双膦配体。还更优选DPPF、BINAP和DPEphos。
以非均相体系铂族金属催化剂的金属原子和与其配位的原子的比例计,本发明中使用的配体的量优选为1∶0.001至1∶20,特别优选为1∶0.01至1∶4。例如,在使用由碳承载的钯和双型膦配体的情况下,钯原子与磷原子的比例优选为1∶0.001至1∶20,特别优选为1∶0.01至1∶4。
本发明中使用的碱是可以使含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物的NH基团解离以产生氮阴离子的碱。其实例包括:无机碱如碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠、氢氧化钾和碳酸铯;和金属醇盐如甲醇钠、甲醇钾、叔丁醇钠和叔丁醇钾。优选金属醇盐。更优选叔丁醇钠和叔丁醇钾。
所用的碱量根据采用的碱的种类和将要解离的取代基而变化。然而,其量通常为含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物的0.5-5当量,优选0.8-4当量,更优选1-3当量。
可以在不使用任何溶剂的情况下进行本发明中的反应。然而,可以根据情况使用溶剂。可用的溶剂的实例包括:芳族溶剂如甲苯、二甲苯和苯甲醚;醚溶剂如四氢呋喃、1,4-二噁烷、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚和二异丙基醚;和酰胺溶剂如N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和N-甲基吡咯烷酮。这些溶剂可以单独或者以两种或两种以上的混合物形式使用。在使用两种或两种以上溶剂的混合物的情况下,可以任意确定其比例。对使用的溶剂的量没有特别限制。然而,其量优选为含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物量的0.1-100质量倍,更优选为1-50质量倍,特别优选为1.5-30质量倍。
反应温度优选为0-200℃,更优选为10-150℃,特别优选为20-120℃。反应时间根据底物、使用的催化剂等变化。然而,原料的消失通常在24小时内,最可能在2-10小时内即得到确定。优选在惰性气体气氛中,例如在氮气、氩气或氦气气氛中进行本发明的反应。
在反应完成后,可以通过用于普通有机化合物的分离/纯化方法,纯化得到的N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物。例如,将液体反应混合物中的钯-碳滤出,并且向滤液中加入水。对得到的液体混合物进行液相分离和浓缩,从而得到粗产物。将该粗产物用从乙酸乙酯、甲苯、醇、己烷等中重结晶,硅胶柱纯化,真空蒸馏等进一步纯化。这些技术可以单独或者两种或两种以上组合使用以进行纯化,从而可以得到高纯度的目标化合物。
[实施例]
下面将参考实施例更详细地解释本发明,但是不应理解为本发明限于以下实施例。纯度用高效液相色谱法(简称HPLC)评估。HPLC条件如下:柱子,YMC-PACK ODS AM-312;检测UV,254nm;流速,1.0mL/min,洗脱剂,乙腈/水(0.1%三乙胺+0.1%乙酸)=1/1。
实施例11-吡啶-4-基吲哚的合成
在600mL甲苯中溶解30.0g(0.20mol)的4-氯吡啶盐酸盐、53.8g(0.56mol)的叔丁醇钠、19.5g(0.01mol)的10w/w%钯-碳(Pd-C)(含54w/w%水)、23.4g(0.20mol)的吲哚和5.39g(0.01mol)的DPEphos。将得到的混合物在回流下搅拌10小时。反应完成后,将反应混合物冷却到室温并且滤出钯-碳。浓缩该液体反应混合物。向残余物中加入300mL的乙酸乙酯和300mL的1M盐酸,用水层萃取目标化合物。随后,向水层中加入300mL的乙酸乙酯和200mL的2M氢氧化钠水溶液,以用此时的有机层萃取目标化合物。将该有机层用200mL水洗涤,然后用硫酸镁干燥。将有机层过滤并且浓缩,得到33.3g(产率86%)的目标化合物,为油状物。其纯度为99.8%。
比较例11-吡啶-4-基吲哚的合成
通过进行与实施例1相同的程序,只是所用的催化剂用充当均相体系催化剂的乙酸钯(Pd(OCOCH3)2)代替并且如下所示地改变反应条件,合成目标化合物。
实施例1和比较例1中得到的结果始于表1中。
表1
  试剂 反应条件   产率(%)   备注
实施例1   Pd-CDPEphos 回流10小时 86   非均相体系反应;可以回收催化剂
比较例1   Pd(OCOCH3)2DPEphos 回流16小时 80   均相体系反应;不可以回收催化剂
以下从表1所示的结果是显而易见的。
本发明的方法可以在比其它方法更短的反应时间内制备目标化合物,并且得到令人满意的产率。此外,所用的催化剂可以回收并且重复使用。因此,与另一方法相比,本发明的方法可以以更低的成本合成目标化合物。
实施例2至4
进行与实施例1相同的合成程序,不同之处在于所用的配体用表2所示的配体代替。
比较例2
进行与实施例1相同的合成程序,不同之处在于不加入配体。
实施例和比较例中得到的结果示于表2中。
表2
    实施例     配体     产率(%)
    实施例1     DPEphos     86
    实施例2     PPh3     41
    实施例3     BINAP     80
    实施例4     DPPF     79
    比较例2     未加入     反应不进行
实施例5至8
进行与实施例1相同的合成程序,不同之处在于所用的底物用表3所示的底物代替。结果示于表3中。
表3
根据本发明,可以在工业规模上低成本、高产率地制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,所述N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物可用于药物、农用化学品、有机电致发光元件、催化剂配体和太阳能电池元件。
本申请中要求国外优先权的每一篇外国专利申请的全部内容均通过引用结合在此,如同全文阐述一样。

Claims (9)

1.一种制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,该方法包括:
在非均相体系铂族金属催化剂、配体和碱存在下,将含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物与含有离去基团的(杂)芳基化合物反应。
2.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是吡咯、吲哚、吡唑、吲唑、咪唑、苯并咪唑、三唑或苯并三唑,这些化合物每一种均可以含有一个或多个取代基。
3.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是吡咯、吲哚、咪唑或苯并咪唑,这些化合物每一种均可以含有一个或多个取代基。
4.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有NH基团作为环构成成分的杂芳基化合物是可以含有一个或多个取代基的吲哚。
5.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有离去基团的(杂)芳基化合物是苯、萘、蒽、菲、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、三嗪、喹啉、异喹啉、噁唑、苯并噁唑、噻唑、苯并噻唑、呋喃或苯并呋喃,这些化合物可以含有一个或多个其它取代基。
6.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的含有离去基团的(杂)芳基化合物是苯或吡啶,这些化合物每一种均可以含有一个或多个其它取代基。
7.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述的非均相体系铂族金属催化剂是由碳承载的钯。
8.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述配体是膦配体。
9.根据权利要求1所述的制备N-(杂)芳基-取代的含氮杂芳基化合物的方法,
其中所述配体是1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(DPPF)、2,2’-双(二苯基膦基)-1,1’-联萘(BINAP)或者2,2’-双(二苯基膦基)联苯基醚(DPEphos)。
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