過(guò)渡金屬催化的偕二鹵代烯烴的制備方法優(yōu)化探索

＊李怡 張印紅 鄭忠 劉春 劉凱婷＊

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730000）

過(guò)渡金屬催化的偕二鹵代烯烴的制備方法優(yōu)化探索

＊李怡 張印紅 鄭忠 劉春 劉凱婷＊

（西北民族大學(xué)化工學(xué)院 甘肅 730000）

本實(shí)驗(yàn)以苯甲醛為原料，在干燥的二氯甲烷溶液中，與四溴化碳（CBr4）和三苯基膦（PPh3）發(fā)生葉立德反應(yīng)，制備出原料偕二鹵代烯烴；實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)采用價(jià)格低廉、經(jīng)濟(jì)環(huán)保的過(guò)渡金屬銅（CuI）作為催化劑，以TMEDA作為配體，以K2CO3為傅酸劑,以為反應(yīng)溶劑，以(2,2-二溴乙烯基)苯和咪唑化合物的偶聯(lián)反應(yīng)為研究對(duì)象，在80℃下順利反應(yīng)生成偶聯(lián)產(chǎn)物；該探索條件操作簡(jiǎn)單，并降低三苯基膦的用量，同時(shí)減小對(duì)環(huán)境的污染，其底物使用范圍廣泛，目標(biāo)產(chǎn)物選擇性好，得到中等偏高的產(chǎn)率。

偕二溴代烯烴；偶聯(lián)反應(yīng)；過(guò)渡金屬銅

前言

偕二鹵代烯烴化合物是有機(jī)化學(xué)中常見(jiàn)的一種合成中間體，因其易于制備而且有較高的反應(yīng)活性，可用簡(jiǎn)單易得的偕二鹵代烯烴為起始原料，并通過(guò)設(shè)計(jì)新的串聯(lián)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)物的多樣性，從而構(gòu)筑富有生物活性的雜環(huán)骨架，能合成一系列具有生物活性和藥物活性的雜環(huán)化合物如苯并呋喃、苯并噻吩及吲哚衍生物等，并在醫(yī)藥、農(nóng)藥、除草劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑以及材料化學(xué)等諸多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景, 顯示著巨大的開(kāi)發(fā)價(jià)值,同時(shí)它們?cè)诤铣缮暇哂泻芎玫膽?yīng)用價(jià)值，因而受到人們的廣泛關(guān)注。在金屬有機(jī)化學(xué)中，偕二鹵代烯烴化合物是非常重要的二齒親電試劑，在非金屬參與的化學(xué)反應(yīng)中亦充當(dāng)著非常有趣的中間體，并且可以轉(zhuǎn)化成脒、鹵乙烯、取代鹵乙烯、末端炔、取代炔烴以及羧酸衍生物等，從而由其它原子或者官能團(tuán)取代一個(gè)或兩個(gè)鹵素原子形成新的碳–碳，碳-氫以及碳-雜鍵；到目前為止，其在環(huán)保、新能源、材料、人類(lèi)健康等方面具有廣泛的應(yīng)用。N-烯基雜環(huán)類(lèi)化合物不僅是制備雜環(huán)化合物的重要中間體，同時(shí)也是合成高分化子合物的一類(lèi)重要單體。這類(lèi)化合物還具有良好的藥物活性(如抗真菌和抗寄生物等)。此外，N-鹵乙烯基雜環(huán)因在過(guò)渡金屬催化下的偶聯(lián)反應(yīng)以及作為烯基自由基前體等用途促使化學(xué)工作者不斷探索其有效的合成方法,而對(duì)這一領(lǐng)域的研究也一直是有機(jī)化學(xué)的熱點(diǎn)之一。然而到目前為止，用于合成偕二溴鹵代化合物的方法以最早的合成方法為主，其三苯基膦用量太大，對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重污染。

在1962年，Ramirez小組闡述了一種合成1,1-二溴代烯烴類(lèi)化合物的簡(jiǎn)單方法，以苯甲醛作為原料，使其與四溴化碳（CBr4）、三苯基膦（PPh3）在干燥的二氯甲烷溶液中，發(fā)生反應(yīng)生成葉立德（Ph3p=CBr2)，可得到1,1-二溴代烯烴類(lèi)化合物，該反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)條件簡(jiǎn)單，卻對(duì)環(huán)境污染大(如圖1)。1972年，Corey小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了上述反應(yīng)，通過(guò)加入活化鋅粉，降低三苯基膦的用量，進(jìn)而也能進(jìn)一步提高反應(yīng)產(chǎn)率(如圖2)。后來(lái)Posner小組對(duì)此方法也進(jìn)行了改進(jìn)，通過(guò)提高反應(yīng)溫度、更換溶劑，酮類(lèi)化合物也可用來(lái)制備1,1-二溴代烯烴類(lèi)化合物(如圖3)。

圖1

圖2

圖4

2009年，Evano小組首次將1,1-二溴-1-烯烴應(yīng)用到與酰胺的銅催化偶聯(lián)反應(yīng)之中，較溫和的合成了一系列炔基酰胺和烯基酰胺類(lèi)化合物,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)碳酸銫是最優(yōu)的堿(如圖4)。通過(guò)以上文獻(xiàn)調(diào)研，基本上都用了三苯基膦作為配體，但由于三苯基膦具有毒性，對(duì)環(huán)境污染較大；由此可見(jiàn)，探索綠色、污染小的合成條件迫在眉睫。基于此，本文主要是探索一種CuI作催化劑下，三苯基膦用量少，條件溫和，易操作，產(chǎn)率高，綠色實(shí)用的方法。

2004年，Chemler小組進(jìn)展了一個(gè)Pd（II）催化的烯烴氨/鹵化反應(yīng)，反應(yīng)用K2CO3做堿，Pd（TFA）2或PdBr2為催化劑，并參加中等過(guò)量（3-4equiv）的銅氧化劑，以中等到高的收率獲得產(chǎn)物。但是，反應(yīng)的區(qū)域選取性較差，可能是通過(guò)最初步的不同的氨鈀化和之后的重排途徑而得到了五元環(huán)和六元環(huán)的混合物（圖5）和（圖6）。作者用當(dāng)量的PdBr2下進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，僅得到Wacker環(huán)化產(chǎn)物，同時(shí)伴隨有烯烴異構(gòu)化發(fā)生。暗示了Cu(II)鹽在整個(gè)過(guò)程中起到了重要環(huán)節(jié)作用，但具體細(xì)節(jié)并不是很清楚，在碳鹵鍵生成的后期階段或許有不一樣的氧化價(jià)態(tài)的鈀中間體存在。

同一年，陸熙炎等人發(fā)表了Pd(OAc)2催化的氨基甲酸酯和脲衍生物的環(huán)化進(jìn)程，體系中加入了鹵化鋰來(lái)增大鹵離子的濃度。作者對(duì)由（Z）-構(gòu)型底物（圖8）生成的環(huán)化產(chǎn)物（圖9）進(jìn)行X-ray單晶測(cè)定解析，發(fā)掘該反應(yīng)是單一的立體控制過(guò)程。作者認(rèn)為先發(fā)生一個(gè)烯烴的anti-氨鈀化，緊接著發(fā)生一個(gè)構(gòu)型保持的C-Pd鍵氧化斷裂。

以上例子都是分子內(nèi)的烯烴1,2-氨/鹵化，一般情況只需要提供鹵源。與其它不一樣的是，分子間的反應(yīng)還需要另外的氮源。

1.結(jié)果與討論

(1)反應(yīng)條件的優(yōu)化

我們嘗試采用1.5mmol(2,2-二溴乙烯基)苯與1mmol咪唑作為反應(yīng)模型來(lái)探索、優(yōu)化條件（如圖6所示），在N2保護(hù)下，60-100℃下反應(yīng)24h，考察催化劑、配體、氧化劑、堿對(duì)反應(yīng)的影響，我們首先考察各種銅催化劑(Cu、CuO、CuI、CuBr、CuCl、Cu（OAc）2、CuBr2等）對(duì)反應(yīng)的催化性能，篩選出具有較好催化活性的銅催化劑，實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)CuI的催化效果最佳；其次對(duì)常用的無(wú)機(jī)堿的考察實(shí)驗(yàn),結(jié)果顯示使用K2CO3產(chǎn)率最好；最后對(duì)配體進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)用TMEDA產(chǎn)率可觀；我們通過(guò)對(duì)各個(gè)參數(shù)進(jìn)行細(xì)致的優(yōu)化，最后計(jì)算出每一類(lèi)反應(yīng)條件下所得目標(biāo)產(chǎn)物的產(chǎn)率，對(duì)比后找到最優(yōu)反應(yīng)條件按照所述的實(shí)驗(yàn)方法，反應(yīng)條件優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表1。

(2)結(jié)論

本探索首先以苯甲醛為原料，在干燥的二氯甲烷溶液中，與四溴化碳（CBr4）和三苯基膦（PPh3）發(fā)生葉立徳反應(yīng)，因而制備出1,1-二溴代烯烴化合物；然后1,1-二溴代烯烴化合物與咪唑化合物以過(guò)渡金屬銅（CuI）作為催化劑，以TMEDA作為配體，以K2CO3為傅酸劑，以為反應(yīng)溶劑，以偕二溴代烯烴化合物和咪唑類(lèi)化合物的偶聯(lián)反應(yīng)為研究對(duì)象，在80℃下順利反應(yīng)生成偶聯(lián)產(chǎn)物。

2.實(shí)驗(yàn)部分

(1)儀器及試劑

圓底燒瓶、薄層板、層析柱、雙向磁力攪拌器（79-2型常州國(guó)華電器有限公司）、電子天平、攪拌調(diào)溫電熱套、三用紫外分析儀、循環(huán)水式多用真空泵、電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱、核磁共振儀、旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀

苯甲醛、二氯甲烷、鋅粉、三苯基膦、四溴化碳、無(wú)水硫酸鈉、氯化鈣、丙酮、乙醚、環(huán)己烷、硅膠、二氧六環(huán)、咪唑類(lèi)化合物、乙酸乙酯、石油醚、CuI、TMEDA、碳酸鉀

(2)實(shí)驗(yàn)步驟

①（2,2-二溴乙烯基）苯的制備

圖12 （2,2-二溴乙烯基）苯的合成

取一250ml的圓底燒瓶向其加入蒸餾后的二氯甲烷并放入一個(gè)干燥的磁子，用電子天平稱(chēng)取活化后的鋅粉0.335g加入到反應(yīng)燒瓶中，再向反應(yīng)燒瓶中加入1.795g四溴化碳，稱(chēng)取1.313g三苯基膦逐量加入到反應(yīng)燒瓶中，塞上橡皮塞，將燒瓶在冰中冷卻一段時(shí)間，然后將反應(yīng)燒瓶在磁力攪拌器上室溫?cái)嚢?0小時(shí)左右，隨后稱(chēng)取苯甲醛0.283g加入到上述反應(yīng)液中，繼續(xù)室溫?cái)嚢?2小時(shí)左右反應(yīng)完成，分離、提純、檢測(cè)。

②銅催化下（2,2-二溴乙烯基）苯與咪唑的N-炔基化反應(yīng)優(yōu)化

圖13 （2,2-二溴乙烯基）苯與咪唑的N-炔基化反應(yīng)的條件優(yōu)化a

表1 過(guò)渡金屬銅催化（2,2-二溴乙烯基）苯與咪唑的N-炔基化反應(yīng)優(yōu)化

3.產(chǎn)物結(jié)構(gòu)表征

(2,2-二溴乙烯基)苯(1a)∶1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ7.51(d,J=6.0Hz,2H),

7.46(s,1H),7.39-7.28(m,3H).

1-苯乙塊基-1-氫-咪唑(4a)∶Yellow Oil;1H NMR(500MHz, CDCl3)δ7.82(s.1H),

7.61-7.45(m.3H).

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Exploration of the Preparation Method Optimization of Bisphosphonate Bromine Rubber Catalyzed by Transition Metal

Li Yi, Zhang Yin Hong, Zheng Zhong, Liu Chun, Liu Kaiting

（School of Chemical Engineering, Northwest University for Nationalities, 730000, Gansu）

This experiment takes benzaldehyde as raw materials, under the condition of dry dichloromethane solution, make the raw meterial s react with rbon tetrabromide(CBr4) and triphenylphosphine(PPh3) to prepare the raw material of bisphosphonate bromine rubber; Through the expe riment, we found that adopting the low price of and economic environment of transitional metallic copper(CuI) as catalyst, taking the TMEDA as the ligand, the K2CO3as the acid agent, the dioxane as the reaction solvent and the coupled reaction of (2,2 - dibromo vinyl) benzene and imidazole deriv ate as the research object, besides, in the condition of 80a??, successfully get reaction and generate into coupled product. This exploration condition i s easy to operate and reduces the dosage of Smooth reaction under coupling products; The exploration conditions of the operation is simple, and redu ce the dosage of triphenylphosphine, meanwhile, it reduces the pollution to the environment, besides, the range of the used substrate is wide, the targe ted products have a good selectivity, finally get a medium or higher level of productive rate.

bisphosphonate bromine rubber；coupled reaction；transitional metallic copper

T

A

(責(zé)任編輯 高鎮(zhèn)峰)

2016年度西北民族大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新業(yè)計(jì)劃訓(xùn)練項(xiàng)目（201610742060），2016年度西北民族大學(xué)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目支助（SYSKF-2016200-2016203）。

李怡（1995～），男，西北民族大學(xué)化工學(xué)院，研究方向：化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)。