本發(fā)明涉及一種化合物的合成方法,尤其是涉及一種四伸苯類化合物的合成方法。
背景技術(shù):
四伸苯是由四個苯環(huán)鄰位稠合形成的一個八元環(huán)組成。它具有一個非平面的鞍形結(jié)構(gòu),兩對相反的苯環(huán)在分子平均面分別向上和向下。由于其獨特的幾何形狀,四伸苯及其衍生物具有重大的研究意義。此外,在各種領(lǐng)域如材料科學(xué)、超分子化學(xué)、非對稱催化等都具有潛在的應(yīng)用價值。
目前,常規(guī)的合成四伸苯化合物的方法有以下幾種。第一種方法利用2,2’-二溴聯(lián)苯或2,2’-二碘聯(lián)苯經(jīng)過鋰化,再通過過渡金屬作用自身偶聯(lián)得到四伸苯,如文獻(rajca,a.;wang,h.;bolshov,p.;rajca,s.tetrahedron2001,57,3725)中記載。第二種是通過1,2,5,6-二苯環(huán)辛-3,7-二炔和四氫呋喃狄爾斯-阿爾德環(huán)加成,再脫氧或氫化/脫氫得到四伸苯,如文獻(song,q.;lebeis,c.w.;shen,x.;ho,d.m.;pascal,r.a.,jr.j.am.chem.soc.2005,127,13732.)中記載。但是上述合成方法的反應(yīng)步驟相對較多,生產(chǎn)效率比較低。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種四伸苯類化合物的合成方法。
本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn):
一種四伸苯類化合物的合成方法,所述的四伸苯類化合物的結(jié)構(gòu)如下,
所述的合成方法包括以下步驟:往反應(yīng)器中加入2-碘聯(lián)苯類化合物、鈀催化劑和銀鹽,加熱反應(yīng),分離產(chǎn)物后干燥即得到目的產(chǎn)物;
所述的2-碘聯(lián)苯類化合物為化合物a和化合物b的混合物,化合物a和化合物b的結(jié)構(gòu)式分別為:
優(yōu)選的,所述的烷基為甲基;所述的鹵素為氟或氯;所述的芳基為苯基。
優(yōu)選的,所述的鈀催化劑為二價鈀化合物。
更優(yōu)選的,所述的鈀催化劑為醋酸鈀或三氟乙酸鈀。
優(yōu)選的,所述的銀鹽為一價銀鹽。
更優(yōu)選的,所述的銀鹽為碳酸銀、醋酸銀、氧化銀或三氟甲基磺酸銀。
優(yōu)選的,所述的有機溶劑為有機酸。
更優(yōu)選的,所述的有機酸為三氟乙酸,其添加量滿足與2-碘聯(lián)苯類化合物之比為(1.0~2.5)ml:0.3mmol。
優(yōu)選的,2-碘聯(lián)苯類化合物、鈀催化劑和銀鹽中銀原子的摩爾比為1:(0.10~0.15):(0.8~1.2)。
優(yōu)選的,加熱反應(yīng)的工藝條件為:在80~120℃下反應(yīng)10min~12h。
反應(yīng)底物2-碘聯(lián)苯類化合物可以為市售產(chǎn)品或自己合成,合成具體可參見以下文獻:
(1)wallow,t.i.;novak,b.m.j.org.chem.1994,59,5034.
(2)cho,s.y.;grimsdale,a.c.;jones,d.j.;watkins,s.e.;holmes,a.b.j. am.chem.soc.2007,129,11910.
(3)roman,d.s.;takahashi,y.;charette,a.b.org.lett.2011,13,3242.。
采用本發(fā)明方法所得產(chǎn)物四伸苯類化合物,可以經(jīng)過薄層層系、柱層析或減壓蒸餾的方法分離。如用薄層層析、柱層析的方法,所用展開劑為非極性溶劑或者非極性溶劑與極性溶劑的混合溶劑。推薦溶劑可為石油醚,或者石油醚-二氯甲烷,石油醚-乙酸乙酯等混合溶劑。
本發(fā)明在有機溶劑中,以2-碘聯(lián)苯類化合物作為反應(yīng)底物,使用鈀催化劑和銀鹽,通過自身偶聯(lián)或交叉偶聯(lián)反應(yīng)制得四伸苯類化合物,其反應(yīng)通式具體如下:
本發(fā)明中,反應(yīng)底物2-碘聯(lián)苯在鈀催化劑和銀鹽的作用下,先與pd發(fā)生氧化加成反應(yīng)得到化合物a,銀與碘形成碘化銀,接著碳?xì)滏I活化形成環(huán)鈀絡(luò)合物b?;衔颾能與又一分子的2-碘聯(lián)苯反應(yīng)生成四伸苯類化合物,或者與另一分子的化合物a反應(yīng)得到四伸苯類化合物。反應(yīng)機理通式具體如下:
本發(fā)明中,合成四伸苯類化合物只需催化量的鈀,銀的量等同于碘的量時反應(yīng)效果會最好,有機酸有助于碳?xì)滏I活化,加快反應(yīng)的進行。反應(yīng)條件的簡單,基本沒有副反應(yīng)發(fā)生,使底物能更高效的向產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。
與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明首次實現(xiàn)了利用鈀催化2-碘聯(lián)苯類化合物的自身偶聯(lián)或交叉偶聯(lián),一步快速合成獲得一系列四伸苯類化合物,反應(yīng)步驟短,時 間短,效率高,產(chǎn)率甚至可以高至70%以上,反應(yīng)條件溫和,操作簡便,且反應(yīng)產(chǎn)物具有獨特的化學(xué)結(jié)構(gòu),可應(yīng)用于材料科學(xué)、超分子化學(xué)等等。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細(xì)說明。
實施例1~16
往反應(yīng)管中加入2-碘聯(lián)苯,鈀催化劑醋酸鈀,銀鹽,三氟乙酸,100℃下攪拌;反應(yīng)一段時間后,將反應(yīng)物冷卻至室溫,向其中加入乙酸乙酯萃取,經(jīng)萃取聚集在一起的有機并用硅藻土過濾;向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,直到水相為ph為中性;收集的有機相用無水硫酸鈉干燥后,在40℃減壓濃縮,經(jīng)過柱層析分離(石油醚,洗脫),得到的白色固體即為四伸苯(1a):
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.29(m,8h),7.18(m,8h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.51,129.00,127.21;
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h16na+:327.1144(m+na)+,found:327.1142.。
注:上述實施例中所用的醋酸鈀是從strem公司購買而得;所用的2-碘聯(lián)苯是從aldrich公司購買而得。
表1實施例1~16中不同反應(yīng)條件對合成產(chǎn)物的影響
由表1結(jié)果可知,當(dāng)反應(yīng)溫度為100℃時,反應(yīng)時間12小時,最高產(chǎn)率可達到70%。值得注意的是,反應(yīng)10分鐘,反應(yīng)產(chǎn)率也可以達到69%。
對于實施例6和實施例7,ag2co3和ag2o的量為0.3mmol,相當(dāng)于ag 的量為0.6mmol,這說明過多的ag的添加會抑制鈀與底物碳碘鍵的氧化加成作用,導(dǎo)致反應(yīng)不能向下進行。對于實施例14,沒有加入催化劑鈀,反應(yīng)不能進行,說明鈀是必需的。
實施例17~21
將反應(yīng)底物換為帶有取代基的2-碘聯(lián)苯類化合物,醋酸鈀,碳酸銀,三氟乙酸,100℃下攪拌;反應(yīng)一段時間后,將反應(yīng)物冷卻至室溫,向其中加入乙酸乙酯萃取,經(jīng)萃取聚集在一起的有機并用硅藻土過濾;向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,直到水相為ph為中性;收集的有機相用無水硫酸鈉干燥后,在40℃減壓濃縮,經(jīng)過柱層析分離(石油醚,洗脫),得到的白色固體即為四伸苯類化合物(2a,4a,5a,6a)。考察不同2-碘聯(lián)苯化合物對本發(fā)明的合成方法的影響,其具體反應(yīng)式可表示為:
其中,r為氟、氯、甲基或苯基。
表2不同2-碘聯(lián)苯類化合物自身偶聯(lián)對本發(fā)明所述合成方法的影響
實施例22~25
不同2-碘聯(lián)苯類化合物之間還能進行交叉偶聯(lián)反應(yīng)。將反應(yīng)底物換為兩種不同的2-碘聯(lián)苯類化合物按摩爾比1:1混合的混合物0.4mmol(一種為2-碘聯(lián)苯,另一種為帶有取代基的2-碘聯(lián)苯),醋酸鈀0.06mmol,碳酸銀0.2mmol,三氟乙酸2.0ml,100℃下攪拌;反應(yīng)6小時后,將反應(yīng)物冷卻至室溫,向其中加入乙酸乙酯萃取,經(jīng)萃取聚集在一起的有機并用硅藻土過濾;向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,直到水相為ph為中性;收集的有機相用無水硫酸鈉干燥后,在40℃減壓濃縮,經(jīng)過柱層析分離(石油醚,洗脫),可以得到交叉偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)物,所得白色固體即為四伸苯類化合物(5c,7c,9c)??疾觳煌?-碘聯(lián)苯化合物對本發(fā)明所述方法的影響,其反應(yīng)通式如下:
其中,r1,r2分別為氫、氟、氯、甲基、苯基或甲氧基。
表3不同2-碘聯(lián)苯類化合物交叉偶聯(lián)對本發(fā)明所述方法的影響
實施例26~33
往反應(yīng)管中加入2-碘聯(lián)苯,鈀催化劑,銀鹽,三氟乙酸,100℃下攪拌;反應(yīng)一段時間后,將反應(yīng)物冷卻至室溫,向其中加入乙酸乙酯萃取,經(jīng)萃取聚集在一起的有機并用硅藻土過濾;向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,直到水相為ph為中性;收集的有機相用無水硫酸鈉干燥后,在40℃減壓濃縮,經(jīng)過柱層析分離(石油醚,洗脫),得到的白色固體即為四伸苯(1a):
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.29(m,8h),7.18(m,8h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.51,129.00,127.21;
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表1實施例26~33中不同反應(yīng)條件對合成產(chǎn)物的影響
本發(fā)明中合成的各類四伸苯類化合物的結(jié)構(gòu)式與具體檢測數(shù)據(jù)如下所示:
2,7,10,15-四甲基四伸苯(2a):
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.06-7.11(m,8h),7.01(s,4h),2.35(m,12h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.67,138.73,136.50,129.87,129.07,127.85,21.06;
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc28h24na+:383.1770(m+na)+,found:383.1764.
2,7,10,15-四氟四伸苯(4a):
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.10(dd,j=8.5,5.7hz,4h),7.00(ddd,j=8.4,8.4,2.7hz,4h),6.87(dd,j=9.2,2.7hz,4h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ161.93(d,jc-f=246.06hz),142.19(d,jc-f=8.0hz),136.13(d,jc-f=3.2hz),130.94(d,jc-f=8.3hz),115.66(d,jc-f=21.7 hz),114.80(d,jc-f=20.9hz).
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2,7,10,15-四氯四伸苯(5a):
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.30(dd,j=8.2,2.2hz,4h),7.15(d,j=2.1hz,4h),7.07(d,j=8.2hz,4h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ141.44,138.43,133.72,130.47,128.89,128.16.
hrms(ei-tof)m/z:calcdforc24h12cl4:439.9693;found:439.9690.
2,7,10,15-四苯基四伸苯(6a):
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.61-7.64(m,8h),7.59(dd,j=8.0,1.9hz,4h),7.53(d,j=1.8hz,4h),7.42(t,j=7.7hz,8h),7.32-7.35(m,8h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ142.02,140.37,140.27,140.19,129.90,128.73,128.18,127.36,127.07,126.06.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc48h32na+:631.2396(m+na)+,found:631.2364.
2,7-二氯-四伸苯(5c)
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.28-7.35(m,4h),7.24(dd,j=8.2,2.2hz,2h),7.12-7.18(m,6h),7.06(d,j=8.2hz,2h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ143.10,141.03,139.87,138.89,133.28,130.19,129.29,129.05,128.85,127.88,127.53,127.46.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h14cl2na+:395.0365(m+na)+,found:395.0359.
2-氯-四伸苯(7c)
白色固體;
1hnmr(400mhz,(cd3)2co):δ7.35-7.40(m,7h),7.19-7.25(m,8h);
13cnmr(100mhz,(cd3)2co):δ145.05,143.13,143.09,142.83,142.75,142.06,141.87,141.72,134.23,132.29,130.71,130.68,130.64,130.63,130.50,130.40,130.19,129.59,129.43,129.24,129.21,129.18,129.02.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc24h15clna+:361.0754(m+na)+,found:361.0740.
2-甲氧基-四伸苯(9c)
白色固體;
1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.26-7.32(m,6h),7.14-7.20(m,6h),7.09(d, j=8.4hz,1h),6.84(dd,j=8.4,2.7hz,1h),6.72(d,j=2.6hz,1h),3.78(s,1h);
13cnmr(100mhz,cdcl3):δ158.55,142.63,141.75,141.68,141.48,141.46,141.21,134.21,130.10,129.22,129.08,129.05,129.01,128.91,127.28,127.23,127.20,127.19,127.15,126.98,114.26,112.92,55.20.
hrms(esi-tof)m/z:calcdforc25h18nao+:357.1250(m+na)+,found:357.1222.
實施例34
往反應(yīng)管中加入2-碘聯(lián)苯(1.0g,3.57mmol),鈀催化劑醋酸鈀(0.04g,0.6426mmol),碳酸銀(0.49g,1.79mmol),三氟乙酸(10.0ml),100℃下攪拌反應(yīng)6小時后,將反應(yīng)物冷卻至室溫,向其中加入乙酸乙酯萃取,經(jīng)萃取聚集在一起的有機并用硅藻土過濾;向濾液中加入飽和碳酸氫鈉溶液洗滌,直到水相為ph為中性;收集的有機相用無水硫酸鈉干燥后,再在40℃減壓濃縮,經(jīng)過柱層析分離(石油醚,洗脫),得到的白色固體即為四伸苯(0.27g)。當(dāng)反應(yīng)底物2-碘聯(lián)苯投入為3.0g,三氟乙酸為30ml,得到四伸苯(0.78g)。
上述的對實施例的描述是為便于該技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能理解和使用發(fā)明。熟悉本領(lǐng)域技術(shù)的人員顯然可以容易地對這些實施例做出各種修改,并把在此說明的一般原理應(yīng)用到其他實施例中而不必經(jīng)過創(chuàng)造性的勞動。因此,本發(fā)明不限于上述實施例,本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的揭示,不脫離本發(fā)明范疇所做出的改進和修改都應(yīng)該在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。