公开/公告号CN1319452A
专利类型发明专利
公开/公告日2001-10-31
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申请/专利权人 中国科学院上海有机化学研究所;
申请/专利号CN01105408.5
申请日2001-02-23
分类号B01J31/06;
代理机构上海华东专利事务所;
代理人邬震中
地址 200032 上海市枫林路354号
入库时间 2023-12-17 14:02:43
法律状态公告日
法律状态信息
法律状态
2006-04-26
专利权的终止未缴年费专利权终止
专利权的终止未缴年费专利权终止
2003-06-25
授权
授权
2001-10-31
公开
公开
2001-07-11
实质审查请求的生效
实质审查请求的生效
本发明属于一类可溶性高分子化合物负载的可溶性有机化学试剂在催化叶立德反应的方法。具体地讲是催化叶立德烯基化或小环化反应,用于合成烯烃和小环化合物,使用的催化剂是可溶性高聚物-聚乙二醇为载体的可溶性高分子砷、砷氧、砷盐、砷叶立德化合物,碲、碲氧、碲盐、碲叶立德化合物及硫、硫氧、硫盐、硫叶立德化合物。
目前,叶立德化合物是合成烯基化合物及小环化合物的有用试剂之一。在工业生产及实验室有机合成中都有广泛的应用(Nicolaou,K.C.;Michael,W.H.;Janet,L.G.;Alan,N.Liebigs Ann./Recueil,1997,1283.)。在这一研究领域,叶立德反应的立体选择性及经济性都还有待于进一步完善(Trost,B.M.Science,1991,254,1471.)。为解决叶立德反应的经济性问题,催化的叶立德反应得到了发展。要实现催化的Wittig反应,最难的是三苯基膦的再生。因此直接利用三烃基膦来催化这一反应是非常困难的。1989年,黄耀曾小组(Shi,L.L.Wang,W.B.;Wang,Y.C.;Huang,Y.Z.J.Org.Chem.,1989,54,2028.)巧妙利用三丁基胂容易还原的特点,用20mol%的三丁基胂作为叶立德烯基化反应的催化剂。顺利地实现了第一例催化叶立德烯基化反应。反应保持了叶立德烯基化反应的优点:高产率、高立体选择性,反应的适应面广。随后的研究中他们发现二丁基碲(Huang,Y.Z.;Shi,L.L.;Li,S.W.;Wen,X.Q.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.I,1989,2397.)亦可顺利地催化这一反应并取得良好的结果。而将叶立德与羰基化合物反应生成环氧化合物时的副产物(如iBu2Te)循环使用,黄耀曾等人(Zhou,Z.L.;Shi,L.L.;Huang,Y.Z.Tetrahedron Lett.,1990,31,7657.)又一次率先实现了催化的叶立德环氧化反应和环丙烷化反应(Zhou,Z.L.;Shi,L.L.;Huang,Y.Z.TetrahedronLett.,1990,31,7657).戴立信等人(Li,A.H.;Dai,L.X.;Hou,X.L.J.Chem.Soc.,Perkin Trans.I,1996,9,867.)用硫叶立德也顺利地完成了催化的叶立德氮杂环丙烷化反应。在研究了化学剂量的不对称环氧化反应的基础上,戴立信等(Li,A.H.;Dai,L.X.;Hou,X.L.;Huang,Y.Z.;Li,F.W.J.Org.Chem,1996,61,489.)用手性camphor衍生的硫叶立德实现了催化不对称硫叶立德环氧化反应。特别值得一提的是Aggarwal等人(Aggarwal,V.K.;Ford,J.G.;Thompson,A.;Jones,R.V.H.;Standen,M.C.H.J.Am.Chem.Soc.,1996,118,7004.)报导了用卡宾转移形成叶立德的方法,实现了催化的不对称叶立德环氧化反应。但与过渡金属催化的反应相比较,催化的叶立德反应还有许多的不足。特别是在催化的效率、催化反应的实用范围等方面更是如此。
本发明目的就是提供一种催化叶立德反应的方法,并且使催化的叶立德反应更加实用化。
本发明的方法是在溶剂中和-78℃-150℃时,∶卤化物XCH2Y∶碱∶还原剂∶催化剂的摩尔比例为:1.0∶1.0-5.0∶1.0-10.0∶0-5.0∶0.001-1.0,反应几分钟-72小时。所用催化剂是聚乙二醇负载的碲(Ⅱ)、砷(Ⅲ)、硫(Ⅱ),碲氧、砷氧、硫氧,碲盐、砷盐、硫盐或碲叶立德、砷叶立德、硫叶立德等化合物,其分子式为(C2H4O)nA,其中A=(C2H4)(MR)2或(C2H4MR)OR1,R=R2q、R2q[R6(R7)CH]X或R2q[R6(R7)C],M=M′或M′(O),M′=As、Te或S,R1=C1-10的烷基,常用的是R1为C1-3的烷基,R2=C1-30的烃基、C1-30的含杂原子的各种烃基、C1-30的芳基或取代芳基,所述的杂原子是N、S、O,R6=H或C1-10的烷基,R7是吸电子基团,n=2-2000,q等于1或2,X为卤族元素原子、ClO4或BF4,所述催化剂中聚乙二醇结构单元[(C2H4O)nC2H4]与基团(MR1q)或[M(R1q)CHR6(R7)X]之间以化学键相连。具体来说,本发明所使用的催化剂可以是R2qM′(C2H4O)nC2H4M′R2q、XR7(R6)CH(R2q)M′(C2H4O)nC2H4M′(R2q)CH(R6)R7X、R7(R6)C(R2q)M′(C2H4O)nC2H4M′(R2q)C(R6)R7、R2q(O)M′(C2H4O)nC2H4M′(O)R2q、R1O(C2H4O)nC2H4M′R2q、R1O(C2H4O)nC2H4M′(R2q)CH(R6)R7X、R1O(C2H4O)nC2H4M′(R2q)C(R6)R7以及R1O(C2H4O)nC2H4M′(O)R2q,其中R1、R2、R6、R7、M′、X、n、q如前所述。
上述R3=C1-C20的烃基或取代烃基、芳基、取代芳基、杂芳基、环烷基或上述基团相应的插烯基,R4=H、C1-C20的烃基或取代烃基、芳基、取代芳基、杂芳基、环烷基或上述基团相应的插烯基,R5=O、C1-20的芳基磺酰胺基、烷酰基亚甲基、酯基亚甲基、酰胺基亚甲基、芳酰基亚甲基或其插烯基。
X是卤族元素,如Cl、Br、I。Y是吸电子基团,如C1-20的酯基、烷酰基、芳酰基、氰基、酰胺基、亚砜基、磺酰基、烯基、取代烯基、炔基、取代炔基、芳基或其相应的插烯基,其中取代基可以是硅烷基。
上述的还原剂为无机还原剂或有机还原剂,无机还原剂如亚硫酸钠、亚硫酸氢钠、硫化钠、亚硫酸氢钾、亚硫酸钾或硫代硫酸钠等;有机还原剂是亚磷酸酯,如亚磷酸三苯酯、亚磷酸三乙酯、亚磷酸三(硝基苯)酯等。上述的碱为碱金属如锂、钠或钾的氢氧化物、氟化物、碳酸盐或上述碱与氧化铝的混合物。上述的溶剂为极性的或非极性的有机溶剂或/和水,如四氢呋喃、甲苯、乙腈、水、低碳链醇或N,N-二甲基甲酰胺等,其中有机溶剂与水的体积比为:1.0-50.0∶0-0.1。
本发明方法中催化剂的作用可用下图描述:
上图中PEG为聚乙二醇结构单元[(C2H4O)nC2H4]。PEG-(M′R2q)2或R1O-PEG-M′R2q、PEG-[M′(R2q)CH(R6)R7X]2或R1O-PEG-M′(R2q)CH(R6)R7X、PEG-[M’(R2q)C(R6)R7]2或R1O-PEG-M′(R2q)C(R6)R7、PEG-[M′(O)R2q]2或R1O-PEG-M′(O)R2q均可作为循环的开始,用作催化剂。途径(1)中不使用还原剂即可循环,途径(2)中使用无机或有机还原剂。在实验中,催化剂多次循环使用后,反应收率略有降低,原因可能是催化剂中化学键发生了部分断裂。反应中可增加催化剂的用量。
具体来说,本发明适用于催化反应物是分子式为R3CHO或R3COR4的醛或酮和分子式为XCH2Y的卤化物的叶立德烯基化反应,其中R3、R4、X、Y如前所述。推荐的反应条件是:0℃-100℃时,R3CHO∶卤化物XCH2Y∶碱∶还原剂∶催化剂的摩尔比例为1.0∶1.0-10.0∶1.0-20.0∶1.0-20.0∶0.01-1.0,本发明方法也适用于催化分子式为的烯酮或烯酯,其中E=COF;E’=H或E,和分子式为XCH2Y的卤化物的叶立德环丙烷化反应,其中R3、R4、X、Y如权利要求1所述,F=C1-18的烷基、烷氧基、胺基、芳基、取代芳基或其插烯基。此反应中可不使用还原剂,催化剂与反应物烯酮或烯酯反应后可直接再参与反应。
本发明方法还适用于催化叶立德氮杂环丙烷化反应,其特征是反应物是分子式为的亚胺与分子式为XCH2Y的卤化物,R3、R4、X、Y如权利要求1所述,G=C1-18的芳基或取代芳基。
上述叶立德环丙烷化、叶立德氮杂环丙烷化、叶立德环氧化等小环化反应推荐的反应条件是:催化剂、还原剂、卤代烷在极性或非极性的有机溶剂或水中,加入碱或加入碱和水,分批加入两种原料或两种原料与水的混合物有机溶剂的溶液或水溶液,在0℃-130℃时,∶卤化物∶碱∶催化剂的摩尔比例为1.0∶2.0-10.0∶2.0-20.0∶0.01-1.0。上述叶立德小环化反应中可不使用还原剂,催化剂与反应物作用应后可直接再参与反应。
上述取代基团可以是硝基、烷基、烷氧基、卤素、三甲基硅烷基等。
本发明方法所使用的为极性的或非极性的有机溶剂或/和水,其中有机溶剂与水的体积比为:1.0-50.0∶0-0.1。有机溶剂可以是四氢呋喃、甲苯、乙腈、低碳链醇、低碳链醚、正己烷、正庚烷或N,N-二甲基甲酰胺等。上述反应中卤化物、碱、氧化剂或亲电试剂的用量还可增加。
本发明首次实现了可溶性高分子化合物聚乙二醇负载的可溶性砷、砷氧、砷盐、砷叶立德化合物,碲、碲氧、碲盐、碲叶立德化合物及硫、硫氧、硫盐、硫叶立德化合物试剂的合成,为第五、第六主族元素的可溶性高分子试剂的合成提供了一条高效而又简捷的途径。首次应用这一类可溶性高分子试剂作为叶立德反应的催化剂。在其高效催化下,叶立德反应的反应条件温和、产率高、立体选择性好、对环境友好,适用于工业生产。
通过下述实例将有助于进一步理解本发明。
实施例1(叶立德烯基化反应-有机还原剂)
在干燥的反应瓶中,加入催化剂,甲苯(3ml)和溴化物(0.05ml),搅拌下待催化剂充分溶解后,加入亚磷酸三苯酯(0.36ml,1.4mmol),-50-80℃搅拌10分钟。加入碳酸钾(0.1790 g,1.3mmol),再搅拌1-2分钟,分批加入溴化物(1.5mmol)及醛(1.0mmol)混合物的甲苯溶液(1ml),3-4小时内加完。t.l.c.跟踪反应,待原料醛消失后,停止反应。用粗硅胶(100-200目)迅速滤去体系中的固体不溶物,用乙酸乙酯反复洗涤滤渣,合并滤液。于旋转蒸发仪上蒸去溶剂。快速柱层析。得到目标产物。反应的产率指反应的分离产率。产物的顺反选择性由300Hz 1H NMR测定
上述过程中反应1,换用还原剂为P(OC2H5)3(1.4mmol)时,反应的产率为96%;换用还原剂为P(OC20H41)3(1.4mmol)时,反应的产率为95%;换用还原剂为(p-NO2-C6H4O)3P(1.4mmol)时,反应的产率为98%;(m-CH3-C6H4O)3P(1.4mmol)时,反应的产率为98%;(o-CH3O-C6H4O)3P(1.4mmol)时,反应的产率为98%;反应的顺反选择性均不变。
上述过程中反应1,换用碱为Na2CO3(1.3mmol)时反应的产率为87%;换用碱为Cs2CO3(1.3mmol)时反应的产率为99%;换用碱为NaHCO3(1.3mmol)时反应的产率为50%;换用碱为NaOH(1.3mmol),反应的产率为65%;换用碱为KOH(1.3mmol)时反应的产率为73%;换用碱为KF/Al2O3(1∶2)(1.3mmol)时反应的产率为50%。
上述过程中反应1中将反应温度升高至130℃时,反应时间为1.5小时,反应的产率为100%;将反应温度降至20℃时,反应时间为72小时,反应的产率为67%。
上述过程中反应1中将反应的溶剂换成四氢呋喃时,反应的产率为97%。将反应的溶剂换成四氢呋喃/水(4;0.1)时,反应的产率为93%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为20%。将反应的溶剂换成正己烷时,反应的产率为60%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为20%。将反应的溶剂换成乙腈时,反应的产率为96%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为20%。将反应的溶剂换成N,N-二甲基甲酰胺时,反应的产率为90%。将反应的溶剂换成乙醚时,反应的产率为62%。上述表格中所用的催化剂如下:
实施例2(叶立德烯基化反应-无机还原剂)
在干燥的反应管中,加入催化剂BuTe-PEG-TeBu(0.068克,0.02mmol)和四氢呋喃(3mL),搅拌下待催化剂充分溶解后,加亚硫酸氢钠(0.1660g,1.6mmol)和溴乙酸叔丁酯(0.05mL,0.4mmol),50-80℃油浴中搅拌10分钟。加入微量水(0.04mL),再搅拌10分钟。加入碳酸钾(0.2760g,2.0mmol),搅拌1-2分钟后,分批加入溴乙酸叔丁酯(0.13mL,0.8mmol)、水(0.03mL)及醛(1.0mmol)的混合物的四氢呋喃溶液(1mL),3-10小时内加完。TLC跟踪反应,待原料醛消失后,停止反应。加入无水硫酸镁除去反应中的少量水。用粗硅胶(100-200目)迅速滤去体系中的固体不溶物,用乙酸乙酯反洗涤滤渣,合并滤液。除去溶剂。快速柱层析。分离得到产物。反应的产率指分离产率。产物的顺反选择性由300Hz 1HNMR测定。
上述反应过程中反应18,将反应中所用的还原剂换成亚硫酸钠(1.6mmol)时反应的产率为66%;将反应中所用的还原剂换成亚硫酸钾(1.6mmol)时反应的产率为64%;将反应中所用的还原剂换成亚硫酸氢钾(1.6mmol)时反应的产率为70%;将反应中所用的还原剂换成硫代硫酸钠(1.6mmol)时反应的产率为50%;将反应中所用的还原剂换成硫化钠(1.6mmol)时反应的产率为66%。实施例3(小环化反应)
在干燥的反应瓶中,加入催化剂,溴化物(0.5ml)和甲苯(3mL)搅拌下得到均一溶液。将这一混合液置于80℃油浴中搅拌10分钟。加入碱(2.0mmol),再搅拌1-2分钟,分批加入剩余溴化物(1.5mmol)及醛或酮(1.0mmol)混合物的甲苯溶液(1mL),3-4小时内加完。t.l.c.跟踪反应,待原料醛消失后,停止反应。用粗硅胶(100-200目)迅速滤去体系中的固体不溶物,用乙酸乙酯反复洗涤滤渣,合并滤液。于旋转蒸发仪上蒸去溶剂。快速柱层析。得到目标产物。反应的产率指反应的分离产率。产物的顺反选择性由300Hz确定。
上述表格中所用的催化剂如下(H-1至H-6如实施例1所注):
上述过程中反应22,换用碱为Na2CO3(2.0mmol)时反应的产率为55%;换用碱为K2CO3(1.3mmol)时反应的产率为67%;换用碱为NaHCO3(2.0mmol)时反应的产率为30%;换用碱为NaOH(2.0mmol),反应的产率为69%;换用碱为KOH(1.3mmol)时反应的产率为71%;换用碱为KF/Al2O3(1∶2)(2.0mmol)时反应的产率为34%。
上述过程中反应22中将反应温度升高至130℃时,反应时间为1.5小时,反应的产率为77%;将反应温度降至20℃时,反应时间为72小时,反应的产率为47%。
上述过程中反应22中将反应的溶剂换成四氢呋喃时,反应的产率为67%。将反应的溶剂换成四氢呋喃/水(4∶0.1)时,反应的产率为71%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为20%。将反应的溶剂换成正己烷时,反应的产率为30%。将反应的溶剂换成乙醚时,反应的产率为32%。
上述过程中反应29,换用碱为Na2CO3(2.0mmol)时反应的产率为33%;换用碱为K2CO3(2.0mmol)时反应的产率为42%;换用碱为NaHCO3(2.0mmol)时反应的产率为30%;换用碱为NaOH(2.0mmol),反应的产率为69%;换用碱为KOH(2.0mmol)时反应的产率为71%;换用碱为KF/Al2O3(1∶2)(2.0mmol)时反应的产率为34%。
上述过程中反应29中将反应温度升高至130℃时,反应时间为1.5小时,反应的产率为77%;将反应温度降至20℃时,反应时间为72小时,反应的产率为47%。
上述过程中反应29中将反应的溶剂换成四氢呋喃时,反应的产率为62%。将反应的溶剂换成四氢呋喃/水(4∶0.1)时,反应的产率为65%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为21%。将反应的溶剂换成正己烷时,反应的产率为32%。将反应的溶剂换成乙醚时,反应的产率为34%。
上述过程中反应31,换用碱为Na2CO3(2.0mmol)时反应的产率为65%;换用碱为K2CO3(2.0mmol)时反应的产率为66%;换用碱为NaHCO3(2.0mmol)时反应的产率为50%;换用碱为NaOH(2.0mmol),反应的产率为72%;换用碱为KOH(2.0mmol)时反应的产率为73%;换用碱为KF/Al2O3(1∶2)(2.0mmol)时反应的产率为34%。
上述过程中反应31中将反应温度升高至130℃时,反应时间为1.5小时,反应的产率为83%;将反应温度降至20℃时,反应时间为72小时,反应的产率为37%。
上述过程中反应31中将反应的溶剂换成四氢呋喃时,反应的产率为74%。将反应的溶剂换成四氢呋喃/水(4∶0.1)时,反应的产率为77%。将反应的溶剂换成水时,反应的产率为22%。将反应的溶剂换成正己烷时,反应的产率为42%。将反应的溶剂换成乙醚时,反应的产率为44%。
机译: 一种用于在反应器中使用的改善乙烯环氧化方法的选择性的方法,该反应器包括催化剂床,该催化剂床具有多个填充有高选择性环氧化催化剂的反应器管。
机译: 与可溶性金属催化剂和阴离子交换树脂反应的方法,回收可溶性金属催化剂的方法和再利用方法
机译: 催化剂用碳材料,催化剂用碳材料的聚乙烯乙二醇树脂的评价和试验方法,固体高分子型燃料电池用催化剂,固体高分子型催化剂和固体高分子型催化剂