含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化合物合成领域，涉及含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物及 其合成固载方法。 技术背景
[0002] 氮杂环卡宾（NHC)具有较强的〇_配位能力，与过渡金属形成的化合物含稳定 的金属_卡宾键，通常情况下对空气、水分及热均较为稳定，因此，氮杂环卡宾配体已经 成为有机金属化学和均相催化领域非常重要的配体之一[参考文献l_4Hopkinson,M. N. ；Richter,C. ；Schedler,M. ；Glorius,F.Nature. 2014, 510, 485.Crabtree,R.H.Coord. Chem.Rev. 2013, 257, 755.Nelson,D.J. ；Nolan,S.P.Chem.Soc.Rev. 2013, 42, 6723. Scott,N.M. ;Nolan,S.P.Eur.J.Inorg.Chem. 2005, 1815.]。在金属有机催化中，氮杂环卡宾 钯化合物催化的碳-碳、碳-杂键偶联反应由于具有反应活性高、选择性强及反应条件温和 等特点，目前已在精细化工、药物合成、医药生产和电子工业等领域得到了广泛的应用[参 考文献5-7Liu，L.F. ;Dong，Y. ;Tang，N.N.GreenChem. 2014, 16, 2185.Han,F.S.Chem.Soc. Rev. 2013, 42, 5270.Molnar,A.Chem.Rev. 2011，111, 2251.]。当N-取代基连有具有配位能 力的杂原子的基团时，此杂原子和氮杂环卡宾中的卡宾碳与同一金属中心配位，形成螯合 型氮杂环卡宾金属化合物（如结构式1)。螯合型氮杂环卡宾钯化合物由于结构稳定、催化 性能优异，在Heck反应、Suzuki反应、Sonogashira反应等C-C成键以及Buchwald-Hartwig 氨化反应中，都有良好的催化效果。但这类催化剂中的咪唑环上没有可进一步反应的 活性基团，难以固载化，只能作为均相催化剂使用[参考文献8-llKrishnan，D. ;Wu，M.; Chiang,M. ；Li,Y. ；Leung,P.-H. ；Pullarkat,S.A.Organometal1ics2013, 32, 2389. Hahn,F.E. ；Jahnke,M.C. ；Pape,T. 0rganometallics2006, 25, 5927.Lee,H.M. ；Chiu,P. L. ；Zeng,J.Y.Inorg.Chim.Acta. 2004, 357, 4313.Tsoureas,N. ；Danopoulos,A.A.； Tulloch,A.A. ;Light,M.E.Organometallics2003, 22, 4750.]。均相催化剂不易分离回收、 使用成本高且污染产物，在很大程度上阻碍了氮杂环卡宾钯化合物在催化领域的进一步应 用。
[0003]
结构式1螯合型氮杂环卡宾金属化合物
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供固载型含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物；另一目的 在于提供简单易行、收率高、固载型含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物的制备方法。
[0005] 为实现本发明目的，本发明所述含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物具有以下 通式：
[0006]
[0007] 优选结构如下化合物：
[0008]
[0009] 上述化合物合成路线如下：
[0010]
[0011] 氮杂环卡宾钯化合物的固载化如下：
[0012]
[0013] 本发明所述的固载型含杂芳基的螯合型氮杂环卡宾钯化合物的合成方法，通过如 下步骤实现：
[0014] (1)L-氨基醇、甲醛、乙二醛或苯偶酰，在氯化铵或醋酸铵/L-脯氨酸存在下，在甲 醇中加热，一步缩合关环得到N-取代基上含有羟基的咪唑衍生物；L-氨基醇与乙二醛或苯 偶酰优选等摩尔比。
[0015] (2)N-取代基上含有羟基的咪唑衍生物与六元环杂芳烃卤代物，在甲苯或乙腈中 加热回流，得到杂芳基、羟基双取代的咪唑鑰盐；N-取代基上含有羟基的咪唑衍生物与六 元环杂芳烃卤代物摩尔比优选1:1~1:100。
[0016] (3)在有机溶剂中，杂芳基、羟基双取代的咪唑鑰盐与氯化钯或醋酸钯/碱性物质 条件下，20~100°C温度反应，反应结束后，减压除去溶剂，过柱分离得到螯合型氮杂环卡 宾钯化合物。咪唑鑰盐与氯化钯或醋酸钯优选1:1摩尔比。
[0017] (4)螯合型氮杂环卡宾钯化合物分别与氯甲基化聚苯乙烯交联微球（CCPS)在有 机溶剂中、20~KKTC搅拌反应，过滤，得到固载的氮杂环卡宾钯化合物催化剂。
[0018] 步骤（1)所述的L-氨基醇为L-亮氨醇或L-苯丙氨醇；所述的六元环杂芳烃卤代 物优选2-氯嘧啶、2-溴吡啶或2-溴甲基吡啶。
[0019] 步骤（3)所述的有机溶剂为甲醇、四氢呋喃、二氯甲烷、甲苯、1，4-二氧六环、乙 腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇二甲醚、二甲基亚砜。
[0020] 步骤（3)所述的碱性物质为醋酸钠、醋酸钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、叔戊醇钠、叔戊 醇钾。
[0021] 步骤⑷所述的有机溶剂为甲醇、四氢呋喃、甲苯、1，4-二氧六环、乙腈、乙二醇二 甲醚。
[0022] 本发明合成的固载型氮杂环卡宾钯化合物具有独特的结构特点，对苯并噁唑衍生 物的C-H活化反应表现出高效的催化性能。2-芳基取代苯并噁唑衍生物具有重要的生物和 物理特性，常见于药物分子及天然产物中，也是许多新型功能材料的重要结构单元。钯催化 苯并噁唑衍生物经C-H活化、与卤代芳烃偶联，是合成2-芳基苯并噁唑衍生物的一种重要 方法。本发明为苯并噁唑衍生物的C-H活化反应提供了一类新型的固载型金属催化剂，用 于催化反应时，催化剂用量少、可重复使用，反应溶剂无需处理，使用廉价易得的碱，催化产 率高，操作简单，易于分离。
[0023] 催化苯并噁唑衍生物的C-H活化反应采用以下步骤：将本发明固载型氮杂环卡宾 钯化合物催化剂、碱、苯并噁唑衍生物、卤代芳烃加到有机溶剂中，于80~130°C反应8~ 24小时后，降至室温，过滤分离催化剂，减压除去溶剂，柱色谱分离得到纯品。
[0024] 本发明创新点及优点在于：本发明以多官能团化合物氨基醇为初始原料，通过 关环、缩合反应，得到N-取代基上含有羟基的咪唑衍生物，再与杂芳烃卤代物经离子化反 应，得到杂芳基、羟基双取代的咪唑鑰盐，进一步通过金属化反应得到NHC-N螯合型钯化合 物。利用NHC-N螯合型钯化合物中具有反应活性的游离羟基与氯甲基化聚苯乙烯交联微球 (CCPS)反应，得到CCPS固载的NHC-N螯合型钯化合物催化剂。此固载型催化剂合成方法 简单易行，收率高，其不仅具有均相氮杂环卡宾钯催化剂的活性，而且在催化C-H活化反应 中，反应产率高、易于分离、可反复使用，大大降低了其使用成本，在催化领域具有较好的应 用前景。
【具体实施方式】
[0025] 以下结合实例，对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
[0026] 实施例1
[0027] (1)在 250mL三口烧瓶中，将L-亮氨醇（60mmol，7. 03g)和氯化铵（60mmol，3. 21g) 用120mL甲醇溶解，冰水浴冷却下，用恒压漏斗依次滴加质量百分比36 %的甲醛溶液 (60mmol，4. 6mL)和质量百分比40%的乙二醛溶液（60mmol，7. 6mL)。滴加完毕后，升温至 60°C反应5h，将反应液旋干得红褐色粘稠液体。将上述红褐色粘稠液体溶于150mLNaOH溶 液（2M)，用二氯甲烷萃取（20mLX3)，合并有机相，用无水Na2S04干燥、过滤，减压除去溶剂， 柱层析分离纯化得（S)-2-(l-咪唑基）-4_甲基戊醇纯品（7. 57g，产率75% )。
[0028](2)在50mL圆底烧瓶中加入⑶-2-(l-咪唑基）-4_甲基戊醇（5.Ommol，0? 84g)、 2-溴吡啶（3mL)和2mL甲苯，加热至110 °C反应72h后，冷却至室温，将反应液滴 入30mL乙醚中，将沉淀析出的深黄色粘稠固体收集，柱层析分离纯化得N-(l-羟 基-4-甲基-2-戊基）-N' -(2-吡啶基）-咪唑溴鑰盐纯品（1. 42g，产率87 % )。 iHMlRUOOMHz.DMSO^SlOJSCs.lH.CHinimidazolehS.eS-S.eeOi^lH.CHin pyridine), 8. 62 (t,J= 1. 8Hz, 1H,CHinimidazole), 8. 26-8. 22 (m, 1H,CHin pyridine), 8. 21 (t,J= 1. 8Hz, 1H,CHinimidazole), 8. 11 (d,J= 8. 3Hz, 1H,CHin pyridine), 7. 68-7. 65 (m, 1H,CHinpyridine), 5. 26 (s, 1H,CH20H), 4. 64-4. 60 (m, 1H,N CH), 3. 77-3. 70 (m, 2H,CH20H), 1. 97-1. 91 (m, 1H,CH2CH(CH3) 2), 1. 70-1. 63 (m, 1H,CH2CH( CH3) 2),L45-1. 38 (m, 1H,CH2CH(CH3) 2), 0. 93 (d, 3H,J= 6. 5Hz,CH2CH(CH3) 2), 0. 89 (d, 1H,J= 6. 6Hz,CH2CH(CH3)2)ppm.13CNMR(100MHz,DMS0) : 8 149. 7, 146. 9, 141. 0, 135. 2, 125. 7, 122. 8, 120. 1, 114. 8, 63. 5, 62. 3, 38. 6, 24. 4, 23. 2, 22.Oppm.ESI-MS,m/z: 246. 08 [M-Br]+.
[0029] (3)在50mL圆底烧瓶中加入N- (1-羟基-4-甲基-2-戊基）-N' - (2-吡啶 基）-咪唑溴鑰盐（1.0mmol，0. 33g)、醋酸钯（1.0mmol，0. 22g)和10mL二氯甲烷，室温搅 拌12h。反应结束后，减压除去二氯甲烷，残余物柱层析分离纯化（梯度洗脱，展开剂：二 氯甲烷/丙酮=15:1~4:l，v/v)，得螯合型氮杂环卡宾钯化合物NHC-Pd(I) (0. 20g，产率 39%)。黄色固体，1HNMR(400MHz，DMS0):S9.44 (s，lH