含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵(iii)配合物及其制備方法與應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及到一種金屬配合物及其在有機合成領域中的應用，具體為一種含單酚 功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物及其制備方法與應用。
【背景技術】
[0002] 酰亞胺作為一個重要的結構單元存在于許多天然產物中，也是很多藥物的有效結 構單元，如：茴拉西坦、擬青霉素等。因此，如何高效地構建酰亞胺結構受到了越來越多的關 注（參見：Υ· J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, 及/r. ^，2013，19，1129)。羧 酸衍生物和酰胺的偶聯反應是構建酰亞胺的主要傳統方法之一，但是這一方法往往受制于 羧酸衍生物(如：酰氯)的不穩定性和較差的原子經濟性。（參見C. A. G. N. Montalbetti, V. Falque，TfeiraAeiZroA 2005，61，10827)。隨著人們對綠色化學的日益重視，尋找羧 酸衍生物的替代物成為了這一研究領域中的一個熱點。
[0003] 與羧酸衍生物相比較，醛類化合物具有相對穩定的化學性質、較高的原子經濟性 等優點，這使得人們開始將其作為羧酸衍生物的替代品引入到酰亞胺的構建中。例如，以 NBS(N_溴代丁二酰亞胺）為氧化劑的條件下，溴化亞銅可以高效地催化芳香醛和酰胺(一 級酰胺和二級酰胺)的氧化偶聯來生成酰亞胺(參見L. Wang，H. Fu，Υ. Y. Jiang，Y. F. Zhao, 及/r. J；，2008，14，10772);以叔丁基過氧化氫為氧化劑，二（三苯基膦） 二醋酸鈀可以催化芳香族醛與吡啶環修飾的二級酰胺進行氧化偶聯反應，從而制備酰亞胺 (參見 Y. J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, β?·.及/r. ^，2013，19，1129)。這些 結果表明用醛代替羧酸衍生物在酰亞胺的合成中具有很好的應用前景，但是，現有方法也 有一些缺陷有待克服，如鈀系催化劑的昂貴價格、銅系催化劑的毒性等。因此，開發價廉、低 毒或者無毒的新型綠色催化劑顯然是十分必需的。
[0004] 鐵系催化劑具有廉價、低毒或者無毒、較好的生物相容性等優點，開發鐵系催化劑 被認為是發展經濟且環境友好催化劑的一個重要策略（Correa, A., Manchefio, 0. G.， Bolm, C.，5bc. TfeK. , 2008，37，1108)。以叔丁基過氧化氫為氧化劑，二溴化亞鐵 可催化芳香醛、脂肪醛與二級酰胺的氧化偶聯來合成酰亞胺(參見J. Wang，C. Liu，J. W. Yuan, A. W. Lei, CAe?. Co蕭?/Λ.，2014，50，4736)。該方法可以催化醛與二級酰胺的 氧化偶聯以制備酰亞胺，但是存在明顯的弊端，主要有：（1)二溴化亞鐵不穩定，在空氣中 容易氧化、潮解，操作不便；（2)這些鐵鹽的純度受其商業來源不同往往會混有極微量的其 它金屬(如銅)、從而造成催化性能的不穩定；（3)底物適用性還有待進一步拓展，如由于芳 香雜環醛雜原子與金屬配位以及大位阻二級酰胺的位阻較大等原因，導致這些底物無法有 效進行上述反應。
[0005] 本申請發明人在先前的研究工作中，曾經設計合成了含雙酚功能化咪唑（啉）陽離 子的離子型鐵（III)配合物，發現它們可以高效催化劑芳基格氏試劑和含b-H的烷基鹵代 烴的交叉偶聯反應（參見：（I)C L Xia, C R Xie, Y. R Wu, H. E Sun, Q. Shen, Y. Zhang, ?.萬i咖oZ 〇￡皿，2013，11，8135; (2)ZL201210397111.1)。至今為止， 還未見含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物及其催化醛和二級酰胺之間 的氧化偶聯反應的報道。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的是提供一種含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物， 其存儲穩定，不僅可以高效地催化芳香族醛、脂肪族醛和二級酰胺的氧化偶聯來合成酰亞 胺，還可以高效催化芳香雜環醛以及大位阻二級酰胺參與的氧化偶聯反應，其催化活性和 底物適用性都顯著優于現有技術。
[0007] 為達到上述目的，本發明采用的技術方案是：式I的配合物作為單組份催化劑催 化醛和二級酰胺進行氧化偶聯反應的應用；
式I ; 其中R1為甲基或者異丙基；R2為氫或者甲基；R3為氫或者叔丁基；X為氯或溴。
[0008] 上述技術方案中，催化劑用量是二級酰胺摩爾量的2%~5%。催化劑用量低于現有 技術，但是產物收率高、提純方便。
[0009] 上述式I表示的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物作為單組 份催化劑催化醛與二級酰胺的氧化偶聯反應的方法，包括以下步驟：室溫下，在惰性氣體氣 氛中，依次向反應器中加入催化劑、二級酰胺、有機溶劑，攪拌；然后繼續向反應器中依次加 入醛、叔丁基過氧化氫水溶液，于60~80 °C攪拌反應18~36小時，即得到產物。
[0010] 上述技術方案中，反應結束后用水終止反應；反應產物用乙酸乙酯萃取，通過柱層 析（以乙酸乙酯/石油醚體積比為1 : (5~20)的混合溶劑為展開劑）即得到產物。
[0011] 上述技術方案中，所述惰性氣體為氮氣或者氬氣；有機溶劑1，2-二氯乙烷。
[0012] 上述技術方案中，所述醛為芳香醛、脂肪醛或者芳香雜環醛，醛的結構為RCH0,其 中芳香醛R為取代苯基，脂肪醛R為開鏈脂肪族取代基，芳香雜環醛R為雜環取代基；二級 酰胺為鏈狀酰胺，R4CONHR5,其中R4為甲基或乙基，R5為取代苯基或烷基取代基；和內酰胺。
[0013] 優選的技術方案中，所述芳香醛為具有苯甲醛骨架結構的醛類化合物，如：苯甲 醛、鄰甲基苯甲醛、對氯苯甲醛、鄰氯苯甲醛、對溴苯甲醛、對氟苯甲醛、對甲基苯甲醛、1-萘 甲醛、對甲基苯甲醛、對甲氧基苯甲醛、對硝基苯甲醛、對氰基苯甲醛、對醛基苯甲酸甲酯 等；所述脂肪醛為具有開鏈烷烴骨架結構的醛類化合物，如：正己醛、正丁醛等；所述芳香 雜環醛為具有芳香雜環骨架結構的醛類化合物，如：2-噻吩甲醛、3-噻吩甲醛或者2-呋喃 甲醛等；所述鏈狀酰胺為具有開鏈結構的取代二級酰胺，如：乂芐基乙酰胺、乂甲基乙酰 胺、，(2, 4, 6-三甲基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二異丙基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二異丙基苯 基）丙酰胺、，(4-甲基苯基）乙酰胺、，(4-甲氧基苯基）乙酰胺、，(4-氯苯基）乙酰 胺、，(4-三氟甲基苯基）乙酰胺、，環己基乙酰胺、，苯基丙酰胺等；所述內酰胺為環狀 酰胺，如：己內酰胺等。
[0014] 上述技術方案中，以摩爾量計，醛的用量是二級酰胺的2. 4倍，叔丁基過氧化氫的 用量是二級酰胺的2倍，催化劑用量是二級酰胺的2%~5% mol。反應時間為18小時，反應 溫度為60°C。
[0015] 優選的技術方案中，以摩爾量計，醛：二級酰胺：叔丁基過氧化氫：催化劑為 2. 4 : 1 : 2.0 : 0.02;反應時間為18小時，反應溫度為60°C。
[0016] 本發明還公開了一種含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物， 所述離子型鐵（ΠΙ)配合物的化學通式為[(Ar1NCH2CH2NAr 2) CH] [FeX4]，其中Ar1 = 2, G-Cli-R1U2-C6H2, Ar2 = 3, 5-di-R3-2-(OH)-C6H2, R1選自甲基、異丙基中的一種，R 2選自 氫原子、甲基中的一種，R3選自氫原子、叔丁基中的一種，X為氯或溴中的一種；其結構式如 式I所示：
式I。
[0017] 上述技術方案中，所述離子型鐵（III)配合物為含單酚功能化咪唑啉陽離子的離 子型鐵（III)配合物，其由單酚功能化咪唑啉氯鹽配體與鐵鹽制備得到。
[0018] 上述含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物的制備方法，包括以下 步驟：在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將鐵鹽體系與單酚功能化咪唑啉氯鹽溶于溶 劑中，于30~70°C下反應2~20小時；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余物，除去 沉淀，以己烷和四氫呋喃的混合溶劑重結晶得到鐵（III)配合物；所述鐵鹽體系為三溴化 鐵與溴化鈉的混合物或者三氯化鐵。
[0019] 當X為氯的時候，制備上述離子型鐵（III)配合物的方法包括以下步驟： 在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將三氯化鐵與單酚功能化咪唑啉氯鹽溶于溶 劑中，于30~60°C下反應2~6小時；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余物，除去沉 淀，以己烷和四氫呋喃的混合溶劑重結晶得到鐵（III)配合物，即為上述離子型的鐵（III) 配合物。
[0020] 上述技術方案中，所述惰性氣體為氮氣或者氬氣，所述己烷和四氫呋喃的混合溶 劑中己燒和四氫呋喃的體積比為1:4~1:15。
[0021] 優選的技術方案中，三氯化鐵與單酚功能化咪唑啉氯鹽的摩爾比為1:1，溶劑為四 氫呋喃，反應溫度為30°C，反應時間為4小時。
[0022] 當X為溴的時候，制備上述離子型的鐵（III)配合物的方法包括以下步驟： 在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將三溴化鐵、單酚功能化咪唑啉氯鹽和溴化鈉 溶于溶劑中，于45~70°C下反應10~20小時；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余 物，除去沉淀，以四氫呋喃和己烷的混合溶劑重結晶得到鐵（III)配合物，即為上述離子型 鐵（III)配合物。
[0023] 上述技術方案中，所述惰性氣體為氮氣或者氬氣，所述己烷和四氫呋喃的混合溶 劑中己燒和四氫呋喃的體積比為1:4~1:15。
[0024] 優選的技術方案中，三溴化鐵、單酚功能化咪唑啉氯鹽和溴化鈉的摩爾比為 1:1:6,溶劑為四氫呋喃，反應溫度為45°C，反應時間為16小時。
[0025] 由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點： 1.本發明公開的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物可通過在咪唑 啉環的兩個氮原子上分別引入不同結構的酚氧基和烴基實現對相應鐵（III)配合物的空 間位阻和電子效應的靈活調控，從而開發出一類新型高效的鐵系催化劑。
[0026] 2.本發明通過鐵鹽體系和單酚功能化咪唑啉氯鹽在常壓下的反應制備含單酚功 能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物，反應簡單易操作，產物易提純、得率高，這類 配合物結構明確，且在空氣中也可穩定存在。
[0027] 3.本發明公開的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物不僅可以 高效地催化芳香族醛、脂肪族醛與二級酰胺的氧化偶聯，還可以高效地催化以芳香雜環醛、 大位阻二級酰胺為底物的氧化偶聯，催化活性和底物適用性優于現有技術；本發明的催化 效率與現有技術相比具有明顯優勢，并且本發明方法解決了現有芳香雜環醛、大位阻二級 酰胺無法有效參與該反應的問題，而且本發明方法不需要添加其他配體，反應體系簡單，具 有較高的原子經濟性；有利于工業化應用。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合實施例對本發明作進一步描述： 實施例 一：[(Ar1NCH2CH2NAr2)CH] [FeX4] (Ar1 = 2, 6-di-CH(CH3)2-C6H3, Ar2 = 2-(OH)-C6H4, X = Cl)的合成 將2, 6-二異丙基苯胺（10. 0毫升，48毫摩爾）和三乙胺（7. 3毫升，48毫摩爾）混合溶 于干燥過的四氫呋喃中，冰水浴下，緩慢滴加草酰氯單乙酯（5. 1毫升，48毫摩爾)，滴加完 畢后室溫下攪拌5小時。過濾，濾液分別用稀鹽酸、飽和食鹽水分別洗三遍，有機相用無水 硫酸鈉干燥12小時。有機相濃縮至飽和，加入100毫升正己烷，有固體析出，過濾，干燥，得 白色固體(二異丙基苯基）草酸乙酯)，產率92%。
[0029] 將產物溶于0)(：13中（約0. 4 mL)，封管，室溫下于Unity Inova-400型NMR儀上測 定表征,HNMR (400 MH