二茂鐵基丙炔酸甲酯的合成*

馬文兵，韓業(yè)晶，劉斯斯，連雙雙，劉世娟，曹端林

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原 030051)

二茂鐵基丙炔酸甲酯的合成*

馬文兵，韓業(yè)晶，劉斯斯，連雙雙，劉世娟，曹端林

(中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原 030051)

以二茂鐵為原料，經(jīng)Vilsmeier-Haack反應(yīng)制得二茂鐵甲醛(2);2與磷葉立德經(jīng)Witting反應(yīng)得取代烯(3);3在堿性條件下脫鹵得二茂鐵乙炔(4);在PdCl2催化下，4經(jīng)羰基化反應(yīng)合成了新化合物二茂鐵基丙炔酸甲酯(5)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。在最佳反應(yīng)條件［5 mol%PdCl2為催化劑，4 mol% CuI為助催化劑，在K2CO3作用下，回流反應(yīng)2 h］下，5收率83%。

羰基化反應(yīng);二茂鐵乙炔;二茂鐵基丙炔酸酯;合成

丙炔酸酯是一類具有酯基的不飽和化合物，酯基的吸電子作用使碳碳三鍵具有較高的活性，易發(fā)生親核加成反應(yīng)［1］。近三十年來，通過對(duì)丙炔酸酯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾得到大量丙炔酸酯衍生物，作為有機(jī)合成中間體［2］，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥，香料等化學(xué)工業(yè)產(chǎn)品中［3］。

到目前為止，將二茂鐵基團(tuán)(Fc)連接到丙炔酸酯上還未見報(bào)道。由于二茂鐵(FcH)及其衍生物具有疏水性、可氧化性、芳香性、穩(wěn)定性、低毒性及生物活性［14］等性質(zhì)。因此合成含有Fc的丙炔酸酯具有深遠(yuǎn)的研究價(jià)值。

本文以FcH為原料，經(jīng)Vilsmeier-Haack反應(yīng)得二茂鐵甲醛(2);2與磷葉立德經(jīng)Witting反應(yīng)得取代烯(3);3在堿性條件下脫鹵得二茂鐵乙炔(4)(由于4中末端H較活潑，末端炔碳有一定負(fù)電性，有利于羰基化反應(yīng)的進(jìn)行);4在PdCl2催化下經(jīng)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)合成了新化合物二茂鐵基丙炔酸甲酯(5，Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。并對(duì)合成5的反應(yīng)條件進(jìn)行了優(yōu)化。

本文首次以PdCl2為催化劑，CuI為助催化劑，高效合成了二茂鐵基丙炔酸酯化合物5。該催化體系具有良好的催化活性;該合成方法具有操作方便、反應(yīng)時(shí)間短、收率較高等優(yōu)點(diǎn)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X-4型數(shù)字顯微熔點(diǎn)儀(溫度未校正); AVANCEⅢBruker-500 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo));Magna-IR 750 Nicolet型傅立葉變換紅外光譜儀(KBr壓片);APEX IV型傅立葉變換高分辨質(zhì)譜儀。

2［4］，3［5］和4［6］按文獻(xiàn)方法合成;其余所用試劑均為分析純。

1.2 5的合成

一氧化碳(0.1 MPa)氣氛中，向干燥的反應(yīng)瓶中依次加入4 210 mg(1.0 mmol)，K2CO3276 mg(2.0 mmol)，PdCl28.9 mg(5.0 mol%)，甲醇5 mL和CuI 7.6 mg(4.0 mol%)，攪拌下回流反應(yīng)至終點(diǎn)(TLC監(jiān)測)。用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鈉干燥，減壓蒸除乙酸乙酯后經(jīng)硅膠柱層析［洗脫劑:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=50∶1］純化得橙紅色固體5，收率83%，m.p.116℃～118℃;1H NMR δ:4.60(s，2H)，4.35(s，2H)，4.26(s，5H)，3.81(s，3H);13C NMR δ:154.57，88.98，77.82，72.98，70.45，59.90，52.52;HR-MS m/z:Calcd for C14H12O2Fe［M+］268.176 6，found 268.0182 8。

2 結(jié)果與討論

2.1 表征

5的1H NMR分析結(jié)果與其分子式C14H12FeO2一致:4.26～4.60處吸收峰歸屬二茂鐵上的9個(gè)氫質(zhì)子;3.81處吸收峰歸屬甲基氫質(zhì)子，表明甲基與氧原子相連。在5的13C NMR譜中，154.57處的單峰歸屬羰基碳。5的HR-MS測試結(jié)果與Scheme 1(分子量:2 268.0182 8，分子式: C14H12O2Fe)預(yù)期結(jié)構(gòu)吻合。

綜上分析結(jié)果表明，5為Scheme 1預(yù)期產(chǎn)物。

2.2 合成5的反應(yīng)條件優(yōu)化

(1)鈀催化劑

不同鈀催化劑的催化活性差別較大，直接影響羰基化反應(yīng)。4 1.0 mmol，其余反應(yīng)條件同1. 2，考察鈀催化劑在甲醇與4的羰基化偶聯(lián)反應(yīng)中的催化活性，結(jié)果見表1。由表1可以看出，以Pd (dba)2，Pd(dppf)Cl2和Pd(PPh3)4為催化劑時(shí)，收率均非常低(No.2～No.4);以Pd(OAc)2或Pd (OC=OCF3)2為催化劑時(shí)，收率僅為15%(No. 1)和26%(No.5);Pd(PPh3)2Cl2和PdCl2均表現(xiàn)出較好的催化活性，收率分別為55%(No.6)和68%(No.7)。最佳催化劑為PdCl2。

表1 羰基化偶聯(lián)反應(yīng)中鈀催化劑的催化活性*Table 1The catalytic activity of the palladium catalysts in the carbonylation of coupling reaction

(2)堿

為了提高鈀催化劑的催化活性，以PdCl2為催化劑，其余反應(yīng)條件同2.2(1)，考察不同的有機(jī)堿與無機(jī)堿為助劑對(duì)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的影響，結(jié)果見表2。由表2可見，無機(jī)堿比有機(jī)堿顯示了更好的活性，收率較高;而強(qiáng)堿KOH的加入，并未使收率提升(No.4)。由此可見，無機(jī)堿的加入有利于提高PdCl2的反應(yīng)活性，K2CO3為助劑時(shí)收率最高(68%)。

(3)PdCl2和CuI用量

以PdCl2為催化劑，K2CO3為助劑，其余反應(yīng)條件同2.2(2)，分別考察PdCl2用量和CuI用量對(duì)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的影響，結(jié)果分別見表3和4。由表3可見，當(dāng)PdCl2用量為1.0 mol%時(shí)，收率幾乎為0(No.1);隨PdCl2用量增加，反應(yīng)活性逐漸增強(qiáng)，收率提高;當(dāng)PdCl2用量增至5.0 mol%(No.4)時(shí)，收率最高(76%);PdCl2用量繼續(xù)增加，收率反而下降(No.5)。

由表4可以看出，助催化劑CuI的用量以4.0 mol%為最佳(No.3)。綜上所述，甲醇與4的羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的最佳反應(yīng)條件為:5 mol%PdCl2為催化劑，4 mol% CuI為助催化劑，在K2CO3作用下，回流反應(yīng)2 h，5 收率83%。

表2 堿對(duì)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的影響*Table 2Effects of different bases on the coupling reaction

表3 PdCl2用量對(duì)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的影響*Table 3Effects of PdCl2amount on the coupling reaction

表4 CuI用量對(duì)羰基化偶聯(lián)反應(yīng)的影響*Table 4Effects of CuI amount on the coupling reaction

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［2］Prasad J S，Liebeskind L S.Acyclic stereochemical control using dicobalt hexacarbonyl stabilized propargyl cations:A highly stereoselective route to β-Methylcarbapenem precursors［J］.Tetrahedron Lett.1987，28:1857-1860.

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Synthesis of Ferrocene Acetylene Acid Ester

MA Wen-bing，HAN Ye-jing，LIU Si-si，LIAN Shuang-shuang，LIU Shi-juan，CAO Duan-lin

(School of Chemical and Environment，North University of China，Taiyuan 030051，China)

Formylferrocene(2)was obtained by Vilsmeier-Haack reaction of ferrocene.Ethynylferrocene(4)was obtained by Witting reaction of 2 with phosphorus ylide and then dehydrohalogenation. A novel compound，ferrocene acetylene acid ester(5)，was synthesized by carbonylation of 4 catalyzed by PdCl2.The structure was characterized by1H NMR，13C NMR and HR-MS.Under the optimum reaction conditions［5 mol%PdCl2was the catalyst，4 mol%CuI was the cocatalyst，and K2CO3as the base，reflux for 2 h］，the yield of 5 was 83%.

carbonylation;ferrocene acetylene;ferrocene;acetylene acid ester;synthesis

O627.8

A

1005-1511(2014)03-0398-3

2013-12-16;

2014-04-09

馬文兵(1979-)，男，漢族，山西太原人，講師，主要從事有機(jī)合成方法學(xué)的研究。

曹端林，教授，博士，E-mail:cdl@nuc.edu.cn