鄰菲啰啉橋聯多核銅氮雜環卡賓化合物的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及鄰菲啰啉橋聯多核銅氮雜環卡賓化合物、其制備方法以及所述卡賓化 合物在催化疊氮化合物與炔化合物1，3-偶極環加成反應中的應用。
【背景技術】
[0002] 氮雜環卡賓是傳統有機膦配體的類似物。過渡金屬氮雜環卡賓化學近年來發 展迅速，在有機合成，藥物化學以及材料化學領域已有廣泛研究。據Amazon網站查詢， 已有十幾種有關氮雜環卡賓化學的專著相繼出版。國際期刊Dalton Transactions, Organometallics,Coordination Chemistry Reviews 和 Chemical Reviews 也出版了有關 氮雜環卡賓化學的專輯。相對于廣泛研究的鈀，釕，鉬和銀等貴金屬氮雜環卡賓化合物，銅 氮雜環卡賓化合物容易制備，價廉低毒，也得到人們廣泛的關注。自1993年Arduengo等 報道了第一例氮雜環卡賓銅化合物以來（Arduengo, A. J. ;Dias, H. V. R. ;Calabrese, J. C.; Davidson, F. Organometallics, 1993, 12, 3405)，已有數百種銅卡賓化合物被成功合成并表 征了結構。
[0003] 銅氮雜環卡賓化合物已經在多種有機反應中取得了重要進展，例如：二氧化碳的 活化與轉化、醇氧化制備醛、共軛加成反應、1，3-偶極環加成反應、烯丙基取代反應、硼化反 應等，其中銅卡賓化合物在1，3-偶極環加成反應中的應用尤為成功，可以快速、高選擇性 與高產率地構建1，2, 3-三唑類化合物，而此類化合物則是重要的藥物分子、功能材料分子 砌塊。目前，開發1，3-偶極環加成反應的高效銅卡賓催化劑仍是一大研究熱點。而公開報 道中的銅卡賓催化劑多數為單核銅卡賓化合物。但已有的單核銅卡賓化合物性質不夠穩 定，可能會被氧化而變質，而且作為疊氮化合物與炔化合物1，3-偶極環加成反應的催化劑 時催化劑用量往往偏高。
【發明內容】
[0004] 本發明要解決的技術問題之一是現有的單核銅卡賓化合物作為疊氮化合物與炔 化合物1，3-偶極環加成反應的催化劑時催化劑用量高以及不夠穩定的問題，提供鄰菲啰 啉橋聯多核銅氮雜環卡賓化合物，該卡賓化合物用于疊氮化合物與炔化合物1，3-偶極環 加成反應的催化劑時，具有性質穩定、催化劑用量少、反應快速的優點。
[0005] 本發明所要解決的技術問題之二是上述技術問題之一所述卡賓化合物的制備方 法。
[0006] 本發明所要解決的技術問題之三是上述技術問題之一所述卡賓化合物在催化疊 氮化合物與炔化合物1，3-偶極環加成反應中的應用。
[0007] 為解決上述技術問題之一，本發明的技術方案1如下：鄰菲啰啉橋聯多核銅氮雜 環卡賓化合物，所述卡賓化合物具有如下組成[Cu a(L)2XJ ^nY ;a為2、3、4或5 ;L的結構式 為：
[0008]
[0009] R為C6~C1。的芳烴基、C 1~C1。的脂烴基、芐基或2-吡啶甲基中的一種；X為氯離 子、溴離子、碘離子、四氟硼酸根、四苯基硼酸根或六氟磷酸根中的一種；Y為Cu配位溶劑分 子，n為所述卡賓化合物中含有Y的數目，選自0、1、2、3或4。R為^~心。的芳烴基的例 子有但不限于苯基、均三甲苯基；R為C 1~C1。的脂烴基的例子有但不限于甲基、烯丙基、丁 基。
[0010] 作為上述技術方案1的優選技術方案，技術方案2如下：R為C6~C9芳烴基、C 1~ C1。的脂烴基、芐基或2-吡啶甲基中的一種，但不包括烯丙基；n為0。
[0011] 作為上述技術方案1的另一種優選技術方案，技術方案3如下：R為烯丙基；n為 1、2、3和4中的任意一種，所述Y為乙腈。
[0012] 為解決上述技術問題之二，本發明的技術方案4如下：上述技術方案2中所述的卡 賓化合物的制備方法，包括以下步驟：
[0013] 1)在有機溶劑中依次加入咪唑鹽和氧化亞銅進行反應；
[0014] 2)反應后的混合液過濾，濃縮，重結晶得到所述卡賓化合物；
[0015] 其中所述的咪唑鹽結構式如下：
[0016]
[0017] 作為上述技術方案4的優選，技術方案5,步驟1)中所述的有機溶劑選自二氯甲 烷、丙酮、乙腈和N，N-二甲基甲酰胺中的任意一種或它們的混合物。
[0018] 作為上述技術方案4的優選，技術方案6,步驟1)中所述的氧化亞銅與咪唑鹽用量 的摩爾比為1:1~5:1 ;更優選的摩爾比為1:1~3:1。步驟1)中所述的反應溫度優選為 25~80°C ;反應時間優選為1~48小時。
[0019] 作為上述技術方案4的優選，技術方案7,步驟2)重結晶采用的溶劑為醚。更優選 乙醚和/或二氧六環。
[0020] 為解決上述技術問題之二，本發明的技術方案8如下：技術方案3中所述的卡賓化 合物的制備方法，包括以下步驟：
[0021] i)在有機溶劑中依次加入咪唑鹽和氧化亞銅進行反應；
[0022] ii)反應后的混合液過濾，濃縮，重結晶得到所述卡賓化合物；
[0023] 所述的有機溶劑為乙腈，或所述的有機溶劑為由乙腈和選自二氯甲烷、丙酮和 N，N-二甲基甲酰胺中的至少一種組成；
[0024] 其中所述的咪唑鹽結構式如下：
[0025]
[0026] 作為上述技術方案8的優選技術方案，步驟i)中所述的氧化亞銅與咪唑鹽用量的 摩爾比為1:1~5:1 ;更優選的摩爾比為1:1~3:1。
[0027] 作為上述技術方案8的優選技術方案，步驟i)中所述的反應溫度優選為25~ 80。。。
[0028] 作為上述技術方案8的優選技術方案，反應時間優選為1~48小時。
[0029] 作為上述技術方案8的優選，技術方案9是步驟ii)重結晶采用的溶劑為醚。更 優選乙醚和/或二氧六環。
[0030] 本發明步驟1)和步驟i)使用的咪唑鹽，可以采用下述方法制備：
[0031] 1、咪唑鹵化物的制備
[0032] 以甲苯為溶劑，2, 9-二鹵代鄰菲啰啉與N-R咪唑（R的概念如技術方案1所述）進 行反應，過濾反應得到的沉淀為咪唑鹵化物粗產物。純化的方法是：先后用甲苯和乙醚洗滌 得到的沉淀，用熱甲醇溶解，然后向甲醇溶液中加入乙醚再次得到固體，析出的固體經真空 干燥得到的粉末即為純凈的咪唑鹵化物。反應式如下：
[0033]
[0034](其中 Hal 為 Cl、Br 或 I)
[0035] 2、咪唑四氟硼酸鹽、咪唑四苯基硼酸鹽或咪唑六氟磷酸鹽制備
[0036] 以水為溶劑，咪唑鹵化物與六氟磷酸銨（NH4PF 6)、四氟硼酸鈉（NaBF4)或四苯硼酸 鈉（NaBPh4)進行復分解反應得到相應的咪唑六氟磷酸鹽、咪唑四氟硼酸鹽或咪唑四苯基硼 酸鹽。具體操作是，將咪唑鹵化物的水溶液滴加到六氟磷酸銨（NH 4PF6)、四氟硼酸鈉（NaBF4) 或四苯硼酸鈉（NaBPh 4)的水溶液中，過濾得到的沉淀經干燥即得相應的咪唑六氟磷酸鹽、 咪唑四氟硼酸鹽或咪唑四苯基硼酸鹽。
[0037] 為解決上述技術問題之三，本發明的技術方案10如下：在上述技術方案1至3中 任一項所述卡賓化合物在催化疊氮化合物與炔化合物1，3-偶極環加成反應中的應用。
[0038] 上述技術方案10中，反應中的所述疊氮化合物的例子有但不限于芐基疊氮、4-叔 丁基芐基疊氮、4-硝基芐基疊氮、皮考基疊氮、4-溴苯基疊氮或疊氮化鈉。當所述疊氮化合 物為疊氮化鈉時，所述反應的原料中除了包括疊氮化合物和炔化合物以外，還需要加入鹵 代烴。
[0039] 上述技術方案10中，反應中的所述炔化合物的例子有但不限于苯乙炔、對甲基苯 乙炔或吡啶乙炔。
[0040] 本發明的多核銅氮雜環卡賓化合物能夠催化多種疊氮化合物與炔化合物的 1，3-偶極環加成反應，催化劑用量少，反應產率高，反應條件溫和，不需要額外添加配體，也 不需要惰性氣體氛圍保護，因此這些多核銅化合物在藥物合成、功能材料合成等多個領域 有著廣泛的應用前景。催化劑用量以Cu計，在同比條件下本發明催化劑的反應產率高達 99%，而采用單核銅氮雜環卡賓化合物時，反應產率僅為54%，取得了較好的技術效果，可 用于催化疊氮化合物與炔化合物1，3-偶極環加成反應生產中。
[0041] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
【附圖說明】
[0042] 圖1為銅卡賓化合物Cu-I陽離子部分的X-射線單晶衍射圖；
[0043] 圖2為銅卡賓化合物Cu-2陽離子部分的X-射線單晶衍射圖；
[0044] 圖3為銅卡賓化合物Cu-3陽離子部分的X-射線單晶衍射圖；
[0045] 圖4為銅卡賓化合物Cu-4陽離子部分的X-射線單晶衍射圖；
[0046] 圖5為銅卡賓化合物Cu-5陽離子部分的X-射線單晶衍射圖；
[0047] 圖6為銅卡賓化合物Cu-6陽離子部分的X-射線單晶衍射圖。
【具體實施方式】
[0048] 通過下述實施例進一步說明本發明，但不限制本發明的內容。
[0049] 實施例1配體前體SI (C24H22F12N6P2)的制備
[0050]
[0051]在 IOOmL 燒瓶中加入 1245mg(5. Ommol) 2, 9_ 二氣鄰菲 P羅呤，2160mg(20.0 mmol) N-烯丙基咪唑，1500mg(10.0mmol)碘化鈉（NaI)，40mL甲苯，在110~120°C油浴中，攪拌 反應96小時。過濾產生的沉淀，經甲苯洗滌（2X15mL)、乙醚洗滌（2X15mL)，用熱水使其 溶解，過濾后滴加到攪拌的3260mg (20.0 mmol)六氟磷酸銨（NH4PF6)的水溶液中，析出的固 體干燥后得到灰白色粉末即為配體前體產物S1，產率：1026mg(30%)。 1H NMR(400Hz，DM S0-d6) : 8 10. 40 (s, 2H, NCHN), 9. 02 (d, J = 8. 8Hz, 2H), 8. 96 (s, 2H), 8. 50 (d, J = 8. 8Hz, 2 H), 8. 26 (s, 2H), 8. 12 (s, 2H), 6. 16-6. 27 (m, 2H, NCH2CH = CH2), 5. 46-5. 53 (m, 4H, NCH2CH = CH2), 5. 08 (d, J = 6. 0Hz, 4H, NCH2CH = CH2).
[0052] 實施例2配體前體S2 (