一種合成1，3－二－（2，6－二異丙基苯基）－2－羧基咪唑（啉）的新方法

史建新，林 棟，張明杰

（天津大學(xué)理學(xué)院化學(xué)系，天津300072）

1991年，Arduengo等［1］合成分離出N－雜環(huán)卡賓（N－Heterocyclic carbenes，NHC），由于它能作為有機(jī)小分子催化劑替代傳統(tǒng)的富電子膦配體與過渡金屬元素配體［2］，在化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，如催化安息香縮合反應(yīng)［3，4］、Setter反應(yīng)［5，6］、酯交換反應(yīng)［7，8］以及開環(huán)聚合反應(yīng)［9，10］。

由于游離的N－雜環(huán)卡賓對(duì)空氣和水非常敏感，對(duì)貯存、反應(yīng)條件及操作要求都很高，因此人們不斷尋找其它方法將游離的卡賓釋放出來。如Connor等［9，10］以咪唑氯鹽為卡賓催化劑前體，在強(qiáng)堿叔丁醇鉀作用下脫去質(zhì)子生成相應(yīng)的N－雜環(huán)卡賓。該法分兩步進(jìn)行，且兩步反應(yīng)只能在同一體系中進(jìn)行，強(qiáng)堿及生成的大量無機(jī)鹽會(huì)對(duì)催化劑產(chǎn)生干擾，游離的N－雜環(huán)卡賓難以分離。

1974年，N－雜環(huán)卡賓二氧化碳加合物（NHCs－CO2）被首次合成［11］。其中1，3－二－（2，6－二異丙基苯基）－2－羧基咪唑（啉）（NHC－CO2）是一類新型的卡賓前體，具有性質(zhì)穩(wěn)定、能夠常規(guī)保存的優(yōu)點(diǎn)，而且可以通過控制溫度使NHC－CO2的2－位羧酸根脫去，釋放出游離卡賓，卡賓活化過程簡(jiǎn)便、清潔。

合成取代羧基咪唑（啉）一般有幾條路線，收率相差不大。作者在文獻(xiàn)基礎(chǔ)上對(duì)傳統(tǒng)合成方法進(jìn)行改進(jìn)，從2，6－二異丙基苯胺出發(fā)，采用三步法合成了NHC－CO2，并通過核磁共振分析對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 主要試劑

乙二醛、2，6－二異丙基苯胺、冰乙酸、乙酸酐、無水碳酸鉀、叔丁基甲醚、甲醇、多聚甲醛、三甲基氯硅烷、CO2氣體、叔丁醇鉀、四氫呋喃、二氯甲烷、環(huán)己烷、乙醚，均為分析純；無水乙酸乙酯，自制。

1.2 方法

1.2.1 乙酸乙酯的純化

于300mL乙酸乙酯中加入30mL乙酸酐、4滴濃硫酸，加熱回流4h除去乙醇和水等雜質(zhì)，然后進(jìn)行蒸餾。在餾出液中加入9g無水碳酸鉀，振蕩，再次蒸餾。產(chǎn)物沸點(diǎn)為77℃，純度達(dá)99%。

1.2.2 中間體DAD（Ⅰ）的合成

在裝有磁力攪拌、回流管、溫度計(jì)的100mL圓底燒瓶中加入7.08g 2，6－二異丙基苯胺、0.04mL冰乙酸和10mL甲醇，緩慢加熱至50℃，待用。另取1.334g乙二醛溶解在2.00g水中，然后溶在10mL甲醇中。將上述溶液加入到100mL圓底燒瓶中并加大攪拌力度。反應(yīng)10h后過濾，粗產(chǎn)品用甲醇洗滌，得黃色結(jié)晶DAD［12］。

1.2.3 中間體咪唑氯鹽（Ⅱ）的合成

在250mL圓底燒瓶中加入60mL無水乙酸乙酯，加熱至70℃。稱取0.2g多聚甲醛和2.6g DAD加入到圓底燒瓶中。將1mL三甲基氯硅烷溶于10mL無水乙酸乙酯中，并滴加到圓底燒瓶中。在70℃下反應(yīng)2h后，在冰水浴中冷卻到10℃后過濾。濾餅用乙酸乙酯和叔丁基甲醚洗滌，得粉白色固體咪唑氯鹽。

1.2.4 1，3－二－（2，6－二異丙基苯基）－2－羧基咪唑（啉）的合成

將0.841g咪唑氯鹽加入到干燥的三頸瓶中，在一口加上一個(gè)裝有干燥純凈的CO2氣體的大氣球，抽真空，充氮?dú)?，反?fù)3次。在氮?dú)饬飨掠米⑸淦魑?0mL無水THF加入到三頸瓶中。將0.56g叔丁醇鉀溶解于10mL無水THF中，吸取5mL溶液加入到反應(yīng)器中，再次抽真空，釋放CO2氣體，反應(yīng)2h后加入20mL環(huán)己烷，再反應(yīng)1～2h。將反應(yīng)液處理后抽濾，濾餅用二氯甲烷溶解，過濾除去不溶固體后真空蒸干得黃白色固體，用乙醚洗滌，抽濾，再真空干燥，得目標(biāo)產(chǎn)物。

2 結(jié)果與討論

2.1 中間體和產(chǎn)物的收率及熔點(diǎn)（表1）

表1 中間體和產(chǎn)物的收率及熔點(diǎn)Tab.1 The yield and melting point of the intermediates and product

2.2 中間體和產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征

咪唑氯鹽：1HNMR（DMSO－d6，400MHz），δ：1.216［d，24H，CH（CH3）2］，2.342［m，4H，CH（CH3）2］，7.602［m，6H，aryl－CH］，8.606［s，2H，im－H4～5］，10.302［d，1CH］。

1，3－二－（2，6－二異丙基苯基）－2－羧基咪唑（啉）：1HNMR（DMSO－d6，400MHz），δ：1.229［d，24H，CH（CH3）2］，2.375［m，4H，CH（CH3）2］，7.63［m，6H，aryl－CH］，8.63［s，2H，im－H4～5］。通過氫譜的比較很明顯地發(fā)現(xiàn)在9～11位之間的活潑H沒有了，據(jù)此可以推斷咪唑鹽2位上的H被CO2取代了。

2.3 討論

本研究從2，6－二異丙基苯胺出發(fā)，在催化劑作用下與乙二醛溶液反應(yīng)，生成中間體DAD；中間體DAD再與多聚甲醛和三甲基氯硅烷反應(yīng)生成咪唑氯鹽；咪唑氯鹽再與CO2和叔丁醇鉀反應(yīng)生成產(chǎn)物，其中第一步和第二步反應(yīng)方法成熟，被大量使用且產(chǎn)率穩(wěn)定。在咪唑氯鹽的合成中，文獻(xiàn)［13］是以二氧六環(huán)的稀鹽酸溶液作催化劑來合成的，產(chǎn)物收率一般；而本實(shí)驗(yàn)使用三甲基氯硅烷，產(chǎn)物收率有了較大的提高［14］，從而提高了總收率。

3 結(jié)論

從2，6－二異丙基苯胺出發(fā)，采用三步法簡(jiǎn)單高效地合成了1，3－二－（2，6－二異丙基苯基）－2－羧基咪唑（啉）（NHC－CO2），對(duì)第二步反應(yīng)進(jìn)行了改進(jìn)，大幅提高了總收率，通過核磁共振（1HNMR）對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了結(jié)構(gòu)表征，該方法適于工業(yè)化大批量生產(chǎn)。

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