一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法
【专利摘要】一种钯催化苄基季铵盐C?N键断裂Suzuki偶联的方法，该类化合物的结构经1H NMR、13C NMR、HRMS等方法表征并得以确认。本发明使用一系列苄基季铵盐类化合物与有机硼试剂在PdCl2催化下，PPh3为配体，Na2CO3为碱，在EtOH中100℃氮气条件下生成相应的二芳基甲烷类化合物；该反应可高效得到目标产物（部分反应可以当量转化）。本发明方法条件温和，底物适用范围广，收率高；相比于镍催化季铵盐C?N键断裂的Suzuki偶联反应，操作简便；在该发明方法中，使用乙醇作为溶剂，相比于之前的方法环境友好，绿色环保，还能抑制硼酸的自身偶联发生；产品纯度高，便于分离，可适用于大规模的制备，具有广泛的应用前景。
【专利说明】
一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuk i偶联的方法
技术领域
[0001] 本发明属于有机化学技术领域，具体涉及钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶 联的方法。
【背景技术】
[0002] 在有机合成化学中，过渡金属催化的Suzuki交叉偶联反应已经成为一种非常重要 的构建碳-碳键的反应。有机硼试剂本身具有低毒、对空气和湿度稳定、良好的底物适用性、 官能团容忍性，且易合成；因此，Suzuki偶联反应在有机合成中被广泛的应用。近年来，通过 C-N键断裂的Suzuki偶联反应备受关注;季铵盐作为一种简单易得的含氮化合物，备受有机 化学家们的青睐。然而，目前报道的季铵盐C-N键断裂的Suzuki偶联的反应只能在镍催化的 条件下进行。2003年，MacMillan课题组 1首次报道了季铵盐与芳基硼酸的Suzuki交叉偶联 反应;该反应以三甲基芳基三氟甲磺酸铵和芳基硼酸为原料，镍催化条件下进行交叉偶联； 能得到中等到优秀的产率，且官能团容忍性好。但是，MacMillan在文中指出，该反应在钯催 化条件下是不能进行的。2013年，同样是在镍催化条件下，Watson课题组 2报道了三甲基苄 基三氟甲磺酸铵与芳基硼酸的Suzuki交叉偶联反应；
[0003] 基于以上文献报道，镍催化季铵盐C-N键断裂的Suzuki偶联反应的方法已成熟;然 而，通过钯催化季铵盐C-N键断裂的Suzuki偶联反应的方法还存在着巨大的挑战。鉴于镍催 化剂对空气和湿度敏感;相比之下，钯催化剂稳定、便于操作；因此，寻求一种钯催化季铵盐 C-N键断裂的Suzuki偶联反应的方法尤为重要。
[0004] 参考文献
[0005] I.Blakey,S.B.；MacMiIIan,D.ff.,The first Suzuki cross-couplings of aryltrimethylammonium salts. Journal of the American Chemical Society 2003， 125,6046-7.
[0006] 2.Maity，P.;Shacklady-McAtee，D.M·;Yap，G.P·;Sirianni，E.R·;Watson，M.P.， NickeI-catalyzed cross couplings of benzylic ammonium salts and boronic acids : stereospecific formation of d i ary I e thane s via C-N bond activation.Journal of the American Chemical Society 2013，135，280-5·
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于提供一种新的钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方 法;相比于镍催化，钯催化操作更简便、更利于放大实验的完成、应用更广泛。
[0008] 本发明是苄基季铵盐类化合物1与有机硼试剂2以PdCl2为催化剂，PPh3为配体， Na2CO3为碱，在EtOH溶剂中N2条件下反应24h合成相应的二苯甲烷类化合物;首先，苄基季铵 盐类化合物1在PdCl 2催化下形成C-Pd物种B，有机硼试剂在碱的条件下与物种B进行转金属 化后还原消除直接得到目标产物3。其可能机理如下：
[0009]
[0010]
[0011]
[0012] 所述钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的具体步骤为：
[0013] (1)将0 · 2mmol苄基季铵盐，PdCl2( 1 · Img，0 · 006mmol)，PPh3(5 · 3mg，0 · 02mmol)，有 机硼试剂(〇.4mmol)和Na2C〇3(0.4mmol，42.4mg)加入到有磁子的反应管中，随后在氮气氛围 中通过注射器加入3mLEt0H溶剂。
[0014] (2)反应结束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗，将滤液集中，通 过柱层析得到二苯甲烷类化合物。
[0015] 本发明最佳反应条件：
[0016] (1)反应体系所用的催化剂为3mol ^PdCl2;
[0017] (2)反应体系所用的配体为10mol%PPh3;
[0018] (3)反应体系所用的碱为2equiv Na2C〇3;
[0019] (4)反应温度为100°C ;反应时间为24h。
[0020] 本发明的有益效果:本方法条件温和，底物适用范围广，收率高，便于分离提纯;较 之于镍催化季铵盐C-N键断裂的Suzuki偶联反应，本发明操作简便，溶剂为乙醇，对环境友 好、绿色环保;可适用于大规模的制备，具有非常好的应用前景。
【具体实施方式】
[0021] 实例 1
[0022]
[0023]付u.zmmoi 胃V整二1r 整苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l · lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，O · 02mmoI)，苯硼酸（O · 4mmoI)和Na2C〇3(O · 4mmoI，42 · 4mg)加入到有磁子的反应管 中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时;反应结束后， 用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标产物， 无色液体，收率98 %。
[0024] 1H MMR(400MHz，CDCl3)S7.46(d，J = 8.2Hz，2H) ,7.29-7.10(m，5H)，7.07((1, J = 7.0Hz，2H)，3.94(s，2H) .13C 匪R(100MHz，CDC13)S146.3，138.9，131.8，129.2，128.5， 128 · 3，126 · 2，118 · 5，109 · 6，41 · 5 ·HRMS(ESI + )calculated for Ci4HiiN[M+H] +: 194 · 0970; found:194.0969.
[0025] 实例2
[0026]
[0027] 将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0.02mmol) ,4-甲基苯硼酸(0.4mmol)和Na2C〇3(0 · 4mmol ,42 · 4mg)加入到有磁子的反 应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时;反应结 束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标 产物，黄色液体，收率99 %。
[0028] 1H NMR(400MHz，CDCl3)S7.46((1, J = 8.1Hz，2H)，7.18((1, J = 8.1Hz，2H)，7.03((1, J = 7.8Hz，2H)，6.96(d，J = 7.9Hz，2H)，3.89(s，2H)，2.23(s，3H).13C NMR(100MHz，CDC13)S 147.1,136.3,136.3,132.3,129.6,129.5,128.9,119.1,110.0,41.6,21.1.HRMS(ESI + ) calculated for Ci5Hi3N[M+H] + :208.1126；found:208.1121.
[0029] 实例3
[0030]
[0031] 将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmo 1)，4-氟苯硼酸(0 · 4mmo 1)和Na2C〇3 (0 · 4mmo 1，42 · 4mg)加入到有磁子的反应 管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结束 后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标产 物，浅黄色液体，收率95 %。
[0032] 1H NMR(400MHz,CDCl3)57.57(d,J = 7.6Hz,2H),7.26(d,J = 7.8Hz,2H),7.15-7.07 (m，2H)，6.99(t，J = 8.3Hz，2H)，4.00(s，2H).13CMffi(100MHz，CDCl3)Sl61.7(d，Jc-F = 244.5Hz) ,146.5,135.0(d,Jc-F = 3.3Hz) ,132.4,130.4(d, Jc-F = 7.9Hz) ,129.6,118.9, 115.6(d,Jc-F = 21,4Hz) , 110.2,41.1 .HRMS(ESI + )calculated for Ci4Hi〇FN[M+H] +: 212.0876;found :212.0880.
[0033] 实例4
[0034]
[0035] 将0.2謹〇14-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，？(1(：12(1.111^，0.006111111〇1)，？？11 3 (5 · 3mg，0 · 02mmoI)，4-氯苯硼酸(0 · 4mmoI)和Na2C〇3 (0 · 4mmoI，42 · 4mg)加入到有磁子的反应 管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结束 后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标产 物，白色固体，收率89%。
[0036] 4^^(40010^^0(:13)37.57((1,1 = 7.2^,211),7.22-7.29(111,411),7.08((1,1 = 7.4Hz，2H),4.00(s，2H).13C 匪R(100MHz,CDCl3)δ146·1,137.8,132.6,132.4,130.3， 129.6,128.9,118.9,110.3,41.3.HRMS(ESI +)calculated for Ci4Hi〇C1N[M+H]+ :228.0580； found :228.0575.
[0037] 实例5
[0038]
[0039] 将0.2mmol 4-三氟甲基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmo 1)，4-氰基苯硼酸(0 · 4mmo 1)和Na2C〇3 (0 · 4mmo 1，42 · 4mg)加入到有磁子的反 应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结 束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标 产物，黄色固体，收率83 %。
[0040] 1H Mffi(400MHz，CDCl3)S7.58(t，J = 8.3Hz，4H)，7.28(d，J = 7.9Hz，4H)，4.09(s， 2H) .13C 匪R(100MHz，CDCl3)Sl45.5，143.4，132.5，129.7，129.3，128.9，125.7(q，Jc-F = 3 ·78Ηζ)，124. l(q，Jc-F = 272.4Hz) ,118.8,110.5,41 · 7 .HRMS(ESI + )calculated for Ci5Hi〇F3N[M+H] +: 262.0844 ； found: 262.0846.
[0041 ]实例6
[0042]
[0043] 将0.2mmol2-萘三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l · lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmoI)，4-氰基苯硼酸(0 · 4mmoI)和Na2C〇3 (0 · 4mmoI，42 · 4mg)加入到有磁子的反 应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结 束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标 产物，白色固体，收率86%。
[0044] 1H Mffi(400MHz，CDCl3)S7.83-7.74(m，3H)，7.60(s，lH)，7.56(d，J = 8.1Hz，2H)， 7 · 50-7.40(m，2H)，7.31((1, J = 8. IHz，2H)，7.25((1, J = 6.9Hz，lH)，4· 18(s，2H) .13C 匪R (1〇〇MHz，CDC13)S146.6,136.8,133.6,132.4,132.3,129.8,128.5,127.7,127.6,127.4， 127.3,126.3,125.8,119.0,110.2,42.1 .HRMS(ESI + )calculated for Ci8Hi3N[M+Na] + 266.0946；found:266.0944.
[0045] 实例7
[0046]
[0047] 将0.2mmol4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l. lmg，0.006mmol) ,PPh3 (5 · 3mg，0 · 0 2mmo I)，I -萘基苯硼酸(0 · 4mmo I)和Na2C〇3 (0 · 4mmo I，42 · 4mg)加入到有磁子的反 应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结 束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标 产物，白色固体，收率95%。
[0048] 1H NMR(400MHz，CDCl3)S7.83(ddd，J=14.5，11.2,5.1Hz，3H)，7.51(d，J = 8.3Hz， 2H)，7.49-7.40(m，3H)，7.26(dd，J= 13.5，7.6Hz，3H)，4.46(s，2H) .13C NMR(K)OMHz ,CDCl3) δ146·4,134.9,134.1,132.3,131.9,129.4,128.9,127.9,127.7,126.4,125.9,125.6， 123.9.119.0. 110.1.39.2.HRMS(ESI + )calculated for Ci8Hi3N[M+H] +: 244.1126 ； found: 244.1122.
[0049] 实例8
[0050]
[0051 ]将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0.02mmol) ,4-联苯硼酸(0.4mmol)和Na2C〇3(0.4mmol ,42 · 4mg)加入到有磁子的反应 管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结束 后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标产 物，白色固体，收率92%。
[0052] 1H Mffi(400MHz，CDCl3)S7.60-7.50(m，6H)，7.42(t，J = 7.4Hz，2H)，7.32(dd，J = 12.1，7·7Ηζ，3Η)，7.22(d，J = 7.7Hz，2H)，4.06(s，2H) .13C 匪R(100MHz，CDC13)S146.7， 140.7.139.7.138.4.132.4.129.7.129.4.128.8.127.5.127.3.127.0. 119.0.110.2， 41.6.HRMS(ESI+)calculated for C2〇Hi5N[M+H] + : 270.1283 ；found: 270.1277.
[0053] 走例 9
[0054]
[0055] 将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0.02mmol) ,4-甲酰基苯硼酸(0.4mmol)和Na2C〇3(0 · 4mmol ,42 · 4mg)加入到有磁子的 反应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应 结束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目 标产物，黄色固体，收率89 %。
[0056] 1H Mffi(400MHz，CDCl3)S9.99(s，lH)，7.83((1, J = 7 ·8Ηζ，2Η)，7.59((1, J = 8 .OHz， 2H)，7.34(d，J = 7.8Hz，2H)，7.29(d，J = 7.9Hz，2H)，4.12(s，2H).13C NMR (100MHz，CDC13)S 191.8,146.4,145.3,135.I,132.5,130.2,129.7,129.6,I18.8,I10.6,42.O-HRMS(ESI +) calculated for Ci5HnN0[M+H] +:222.0919；found:222.0920.
[0057] 实例10
[0058]
[0059] 将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmo 1)，3-吡啶硼酸(0 · 4mmo 1)和Na2C〇3 (0 · 4mmo 1，42 · 4mg)加入到有磁子的反应 管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结束 后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标产 物，黄色液体，收率89 %。
[0060] 1H Mffi(400MHz，CDCl3)S8.50(s，2H)，7.59((1, J = 7 ·6Ηζ，2Η)，7.46((1, J = 7.7Hz， 1H)，7.35-7.20(m，3H)，4.05(s，2H) .13C NMR(100MHz，CDC13)S150·1,148.2,145.3,136.4， 134.9,132.5,129.6,123.7,118.7,110.6,39.1 .HRMS(ESr)calculated for Ci3Hi〇N2[M+H ]+:195.0922；found:195.0919.
[0061] 实例 11
[0062]
[0063] 将0 · 2mmoI 4-甲酸乙酯三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2 (I · Img，0 · 006mmoI)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmo 1)，4-氰基苯硼酸(0 · 4mmo 1)和Na2C〇3 (0 · 4mmo 1，42 · 4mg)加入到有磁子的反 应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应结 束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目标 产物，白色固体，收率91 %。
[0064] 1H NMR(400MHz，CDCl3)S7.99((1, J = 8.0Hz，2H)，7.58((1, J = 8.0Hz，2H)，7.28((1, J = 7.9Hz,2H) ,7.23(d,J = 7.9Hz,2H) ,4.37(q,J = 7.1Ηz,2Η) ,4.08(s,2H) ,1,38(t,J = 7.1Hz，3H).13C 匪R(100MHz，CDC13)S166.3，145.8，144.5，132.4，130.1，129.7，129.0， 129.0. 118.9.110.4.61.0.41.9.14.4.HRMS(ESI + )calculated for Ci7Hi5N02[M+H] +: 266.1181；found :266.1176.
[0065] 实例 12
[0066]
[0067] 将0.2mmol 4-氰基三甲基苄基三氟甲磺酸铵，PdCl2(l.lmg，0.006mmol)，PPh3 (5 · 3mg，0 · 02mmo 1)，4-乙烯基苯硼酸(0 · 4mmo 1)和Na2C〇3 (0 · 4mmo 1，42 · 4mg)加入到有磁子的 反应管中，随后在氮气氛围中通过注射器加入3mL EtOH溶剂，100°C搅拌反应24小时；反应 结束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗。将滤液集中，通过柱层析得到目 标产物，黄色固体，收率92 %。
[0068] 1H NMR(400MHz，CDCl3)S7.55(d，J = 8.0Hz，2H)，7.35(d，J = 7.9Hz，2H)，7.26(d，J = 8.0Hz，2H)，7.11(d，J = 7.9Hz，2H)，6.68(dd，J=17.6，10.9Hz，lH)，5.71(d，J=17.6Hz， 1H)，5.22(d，J=10.9Hz，lH)，4.00(s，2H) .13C NMR(100MHz，CDC13)S146· 7,139.0,136.4， 136.1.132.3.129.6.129.2.126.6.119.0. 113.8.110.1.41.7.HRMS(ESI+)calculated for Ci6Hi3N[M+H] + : 220 · 1126; found: 220 · 1121 〇
【主权项】
1. 一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法，其特征在于： (1) 所述钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的反应式为：(2) 所述钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的具体步骤为： (A) 将O · 2mmol的苄基季钱盐，1 · lmg、0 · 006mmol的PdCh，5 · 3mg、0 · 02mmol的PPh3， 0.4mmol的有机硼试剂和0.4mmol、42.4mg的Na2C〇3加入到有磁子的反应管中，随后在氮气氛 围中通过注射器加入3mLEtOH溶剂，加温搅拌； (B) 反应结束后，用3mL乙醚稀释反应液，过滤，并用IOmL乙醚冲洗，将滤液集中，通过柱 层析得到二苯甲烷类化合物。2. 根据权利要求1所述的一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法，其特征 在于:所述反应体系所用的催化剂为3mol %PdC12。3. 根据权利要求1所述的一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法，其特征 在于:所述反应体系所用的配体为IOmol %PPh3。4. 根据权利要求1所述的一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法，其特征 在于:所述反应体系所用的碱为2equiv Na2C〇3。5. 根据权利要求1所述的一种钯催化苄基季铵盐C-N键断裂Suzuki偶联的方法，其特征 在于:所述反应温度为I〇〇 °C ;反应时间为24h。
【文档编号】C07C255/50GK106008265SQ201610344744
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月22日
【发明人】王涛, 杨书武, 赵军锋, 余维洁
【申请人】江西师范大学