一種金屬鈀催化劑及其制備方法和應用
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種金屬鈀催化劑及其制備方法和應用，具體涉及到聚合物固載的金 屬鈀催化劑及制備方法和該催化劑在Suzuki反應中的應用。
【背景技術】
[0002] 鈀能夠催化鹵代芳烴與有機苯硼酸以及其衍生物的Suzuki反應，這在有機合成 中的用途非常廣泛，其反應條件比較溫和，底物適用比較廣泛、產物便于處理等特點，在 碳-碳偶聯反應中具有很重要的地位，是合成聯苯類化合物的有效方法。近年來，鈀催化劑 具有很高的催化性能、反應條件溫和、易于回收等優點，這就決定了負載型的鈀催化劑具有 潛在的應用價值。目前，已經有很多文獻報道過各種各樣的催化劑，在研究Suzuki反應的 現有文獻中，有很多含膦配體、含氮配體以及卡賓配體等，但是，在此反應中，常常存在一些 的缺點，比如：大量的鈀催化劑使用量、催化劑活性低、催化劑難回收使用等問題。膦配體對 鈀催化劑的催化效果影響很大，但是有些含膦鈀催化劑在Suzuki反應中，活性不高甚至活 性很低。另外，在Suzuki反應中常使用的有機溶劑（例如甲苯、DMF等）通常是有毒、昂貴 的。因此，制備出催化活性很高的鈀催化劑，在Suzuki反應中，使用毒性較低的有機溶劑在 實際應用中非常重要。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是為了改進現有技術的不足而提出了一種金屬鈀催化劑，本發明 得另一目的是提供上述催化劑的制備方法，苯發明還有一目的是提供該催化劑在Suzuki 反應中的應用。該催化劑在異丙醇和水的混合溶劑中可以很高效的催化Suzuki反應，可 以在極低的催化劑用量的條件下進行，同時可以應用到某些藥物中間體（例如沙坦聯苯、 4-氯-2硝基聯苯）的放大實驗。
[0004] 本發明的技術方案為：由含氮和膦小分子在鈀作用下，通過碳膦、碳氮偶聯，生成 包覆金屬鈀的大分子聚合物催化劑。鈀鹽先與DIPPF([1，1'_雙（二異丙基膦）二茂鐵） 的配位，然后再催化胺化合物與含膦化合物的之間的反應，最后加入一定量的鈀鹽、胺化合 物、哌嗪和堿，其中堿的作用是消除在反應過程中生成的HBr，在甲苯有機溶劑中，惰性氣體 保護下，一定溫度下反應生成的包覆金屬鈀的聚合物。
[0005] 本發明的具體技術方案為：一種金屬鈀催化劑，其特征在于含氮和膦的聚合物固 載金屬鈀，其中金屬鈀占聚合物的質量負載量（通過ICP測得）為0.2~2%。
[0006] 本發明還提供了上述金屬鈀催化劑的制備方法，其具體步驟入下：
[0007] ①鈀鹽先與[1，Γ-雙（二異丙基膦）二茂鐵（DIPPF)配位反應，再加入胺化合物 與含膦化合物，最后加入堿，在80~120°C反應20~24小時；
[0008] ②冷卻后，加入一定量的鈀鹽（由金屬鈀占聚合物的理論負載量計算出所加鈀鹽 的量）、胺化合物、哌嗪、堿（過量），在甲苯溶劑中，惰性氣體保護下，在80~120°C反應 20~24小時；
[0009] ③冷卻后，清洗，干燥得到包覆金屬鈀的聚合物，即金屬鈀催化劑。
[0010] 優選上述的鈀鹽優選為二價鈀鹽或零價鈀鹽，更優選為醋酸鈀、三（二亞芐基丙 酮）二鈀或氯化鈀等。
[0011] 優選上述的胺化合物為三（4-溴苯基）胺或者三（4-碘苯基）胺；所述的含膦化 合物為二-1-金剛烷基膦、二苯基膦、二-叔丁基膦或二環己基膦；所述的堿為叔丁醇鈉、叔 丁醇鉀。
[0012] 優選步驟①中鈀鹽先與DIPPF([1，1'_雙（二異丙基膦）二茂鐵）的摩爾比為1: (1~2);步驟②中金屬鈀的加入量由最后生成催化劑中占聚合物的理論負載量計算得到。 優選步驟①中鈀鹽占胺化合物的摩爾比為2~5%。
[0013] 優選步驟①中胺化合物與膦化合物的摩爾比為1:1 ;步驟②中胺化合物與膦化合 物的摩爾比為摩爾比為1~4 :1。整個反應體系中胺化合物與膦化合物的摩爾比為摩爾比 2 ~5:1〇
[0014] 優選步驟②中胺化合物與哌嗪之間的摩爾比為1 : (1. 75~2. 5)。
[0015] 本發明還提供了上述催化劑在催化的Suzuki反應中的應用；在合成新型沙坦類 高血壓藥的沙坦聯苯2-氰基-4'-甲基聯苯、合成啶酰菌胺的藥物中間體4-氯-2'-硝 基聯苯以及化工產品4-甲氧基聯苯中的應用。
[0016] 本發明所用溶劑優選為甲苯，溶劑的加入量為覆蓋反應物即可。配位反應時間 一般為2-5分鐘左右；步驟①和②中堿的加入量優選過量；反應全部過程在惰性氣體保護 下，優選惰性氣體為氬氣或氮氣；最后清洗優選分別用水、乙醇清洗數次；在真空干燥箱中 真空干燥，干燥溫度一般為30~50度。
[0017] 有益效果：
[0018] 本催化劑不但制備相對簡單，而且由于固載的含膦配體以及聚苯胺共同作用提高 了鈀催化劑活性和穩定性。該催化劑在醇和水的混合溶液中可以超高效的催化Suzuki反 應，這不但避免了水相反應的缺點，又可以在極低的催化劑用量的條件下進行（例如對溴 苯甲醚與苯硼酸的反應，催化劑用量為百萬分之五），該催化劑易于回收、合成路線簡單、反 應條件溫和、后處理簡單方便且產率很高、便于應用，穩定性好，不易失活，不僅具備納米催 化劑很高的催化性能，在反應條件下不易發生團聚，而且此催化劑可以應用到某些藥物中 間體以及化工產品的放大實驗，這在工業上有很大的應用價值。
【具體實施方式】
[0019] 實施案例1 :
[0020] 在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔 丁醇鈉（3611^，0.375臟〇1)，110度反應24 小時，；冷卻以后，在氬氣下，繼續加入醋酸鈀（9. 2mg，0. 041mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應24小時；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24 小時，獲得催化劑C1 (鈀負載量為0. 7% )。
[0021] 實施案例2:
[0022] 在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75. 6mg，0. 25mmol)和叔丁醇鈉（36mg，0. 375mmol)，110 度反應 20 小 時，；冷卻以后，在氬氣下，繼續加入醋酸鈀（18.4mg，0.082mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應24小時；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，30度真空干燥箱干燥20 小時，獲得催化劑C2 (鈀負載量為2% )。
[0023] 實施案例3 :
[0024]在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔 丁醇鈉（3611^，0.375臟〇1)，110度反應22 小時，；冷卻以后，在氬氣下，繼續加入醋酸鈀（4. 6mg，0. 021mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應24小時；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，40度真空干燥箱干燥22 小時，獲得催化劑C3 (鈀負載量為0. 2% )。
[0025] 實施案例4:
[0026]在氬氣下，三（二亞芐基丙酮）二鈀（2.3mg，0.0025mmol)和DIPPF(3.2mg， 0. 0075mmol)加入到含有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續加入三（4-溴苯基） 胺（120. 5mg，0. 25mmol)、二-1-金剛烷基膦（75. 6mg，0. 25mmol)和叔 丁醇鈉（36mg， 0.375mmol)，80度反應24小時，；冷卻以后，在氬氣下，繼續加入三（二亞芐基丙酮）二鈀 (18. 3mg，0· 02mmol)、三（4-漠苯基）胺（482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔 丁醇鈉（672mg，7mmol)，再加入30mL的甲苯溶液，80度，反應24小時；冷卻以后，分別用水、 乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24小時，獲得催化劑C4 (鈀負載量為0. 8% )。
[0027] 實施案例5 :
[0028]在氮氣下，三（二亞芐基丙酮）二鈀（2.3mg，0.0025mmol)和DIPPF(3.2mg， 0. 0075mmol)加入到含有4mL甲苯的史林克管中，攪拌2分鐘，繼續加入三（4-溴苯基） 胺（120.5mg，0.25mmol)、二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔丁醇鉀（42.1mg， 0. 375mmol)，120度反應20小時，；冷卻以后，在氮氣下，繼續加入三（二亞芐基丙酮）二鈀 (18. 3mg，0· 02mmol)、三（4-漠苯基）胺（482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔 丁醇鉀（785. 5mg，7mmol)，再加入20mL的甲苯溶液，120度，反應20小時；冷卻以后，分別用 水、乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24小時，獲得催化劑C5 (鈀負載量為0. 7% )。
[0029] 實