鈀催化二茂鐵硼酸和有機(jī)三氟甲磺酸酯制備單取代二茂鐵芳基化合物的偶聯(lián)反應(yīng)

1、2010年第 68卷 化 學(xué) 學(xué) 報(bào) V ol. 68, 2010第 19期 , 19911994 ACTA CHIMICA SINICA No. 19, 19911994 *E-mail:Received October 30, 2009; revised March 10, 2010; accepted May 28, 2010.國(guó)家自然科學(xué)基金 (No. 20472018和湖南省自然科學(xué)基金 (No. 07JJ3019資助項(xiàng)目.1992化 學(xué) 學(xué) 報(bào) V ol. 68, 2010 地合成一系列單取代二茂鐵芳基化合物的新途徑 , 本文 報(bào)道在二氧六環(huán)中以 K 3PO 4為堿的芳基硼酸和芳基

2、三 氟甲磺酸酯的 Suzuki 交叉偶聯(lián)反應(yīng) , 結(jié)果如 Eq. 1, 表1.表 1 有機(jī)三氟甲磺酸酯和二茂鐵硼酸的交叉偶聯(lián)反應(yīng) Table 1 Cross-coupling reaction of organic triflates with ferro-ceneboronic acidEntry Triflate Product Yield/%19028538849159469377888597510951 實(shí)驗(yàn)部分1.1 儀器和試劑RY-1型 熔 點(diǎn) 儀 , 溫 度 計(jì) 未 經(jīng) 校 正 ; Varian INOVA-400型核磁共振儀 (400 MHz, CDCl3為溶劑 , TMS 為

3、 內(nèi) 標(biāo) ; FD-5DX型 紅 外 光 譜 儀 (KBr壓 片 ; Thermo-Finnigan LCQ-Advantage型質(zhì)譜儀 .二氧六環(huán)除水后馬上使用 ; 磷酸三鉀充分干燥后使 用 ; 二茂鐵硼酸 17和芳基三氟甲磺酸酯按相關(guān)文獻(xiàn)制 備 18.1.2 芳基三氟甲磺酸酯和二茂鐵硼酸交叉偶聯(lián)反應(yīng)的 一般步驟氮?dú)獗Ｗo(hù)下 , 將芳基三氟甲磺酸酯 (1.0 mmol, 二 茂鐵硼酸 (1.1 mmol, Pd(PPh3 4 (0.025 mmol和 K 3PO 4(2.0 mmol混合均勻后溶解在 10 mL新制無(wú)水二氧六環(huán) 中 , 加熱至回流 . TLC監(jiān)測(cè)反應(yīng)進(jìn)程 . 反應(yīng)結(jié)束后 , 反

4、應(yīng) 混合物冷卻至室溫 , 減壓蒸除溶劑 . 殘余物用柱色譜提 純 (石油醚 /乙酸乙酯為洗脫劑 . 1.3 目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征產(chǎn)物除 2-甲氧基 -4-甲酰基苯基二茂鐵 (6 外均為已 知化合物 , 其結(jié)構(gòu)經(jīng) 1H NMR, IR和氣質(zhì)聯(lián)用確認(rèn) .4-甲苯基二茂鐵 (1: 橘紅色固體 , m.p. 142 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.38 (d, J =8.1 Hz, 2H, 7.10 (d, J =8.1 Hz, 2H, 4.62 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.29 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.04 (s, 5H, 2.33 (s, 3

5、 H.4-甲氧苯基二茂鐵 (2: 橘紅色固體 , m.p. 114 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.42 (d, J =8.8 Hz, 2H, 6.86 (d, J =8.8 Hz, 2H, 4.58 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.28 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.05 (s, 5H, 3.83 (s, 3H.4-乙氧羰基苯基二茂鐵 (3: 橘紅色固體 , m.p. 94 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.927.96 (m, 2H, 7.467.50 (m, 2H, 4.694.73 (m, 2H, 4.364.40

6、 (m, 2H, 4.36 (q, J =7.4 Hz, 2H, 4.03 (s, 5H, 1.39 (t, J =7.2Hz, 3H.1,4-二 二 茂 鐵 基 苯 (4: 紅 色 油 狀 物 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.33 (s, 4H, 4.69 (s, 4H, 4.36 (s,4H, 4.09 (s, 10H.4-三氟甲苯基二茂鐵 (5: 紅色固體 , m.p. 139 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.54 (s, 4H, 4.69 (t, J =1.9Hz, 2H, 4.39 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.06 (

7、s, 5H.2-甲氧基 -4-甲酰基苯基二茂鐵 (6: 紅色固體 , m.p. 129 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 9.95 (s, 1H, 7.65 (d, J =7.6 Hz, 1H, 7.40 (d, J =7.6 Hz, 1H, 7.39 (s, 1H, 4.93 (s, 2H, 4.44 (s, 2H, 4.10 (s, 5H, 3.97 (s, 3H; IR (KBr : 1689, 1593, 1513 , 1266, 813, 704 cm-1; MS m /z (%: 320 (M+, 100.2-乙氧羰基苯基二茂鐵 (7: 紅色油狀物 ; 1H N

8、MR (CDCl3, 400 MHz : 7.88 (d, J =8 Hz, 1H, 7.50 (t, J =8 Hz, 1H, 7.39 (d, J =8 Hz, 1H, 7.30 (t, J =8 Hz, 1H, 4.46 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.33 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.14 (s, 5H, 4.14 (q, J =7.2 Hz, 2H, 1.13 (t, J =7.2 Hz, 3H.No. 19楊 崧等:鈀催化二茂鐵硼酸和有機(jī)三氟甲磺酸酯制備單取代二茂鐵芳基化合物的偶聯(lián)反應(yīng)1993 2,4-二硝基苯基二茂鐵 (8: 黑色固體 , m.p. 160

9、 ;1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.308.34 (m, 1H,8.258.29 (m, 1H, 7.897.93 (m, 1H, 4.564.60 (m, 2H, 4.504.54 (m, 2H, 4.12 (s, 5H.1-二茂鐵基萘 (9: 橘紅色固體 , m.p. 92 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.528.56 (m, 1H, 7.857.89 (m, 2H, 7.757.79 (m, 1H, 7.457.49 (m, 3H, 4.644.68 (m, 2H, 4.394.43 (m, 2H, 4.20 (s, 5H.3-二茂鐵基吡啶

10、 (10: 橘紅色固體 , m.p. 60 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.728.76 (m, 1H, 8.408.44 (m, 1H, 7.707.74 (m, 1H, 7.197.23 (m, 1H, 4.644.68 (m, 2H, 4.354.39 (m, 2H, 4.05 (s, 5H.2 結(jié)果與討論為了確定由 Suzuki 交叉偶聯(lián)反應(yīng)合成二茂鐵單取 代芳基化合物的適宜條件 , 本文以二茂鐵硼酸和對(duì)甲苯 基三氟甲磺酸酯的偶聯(lián)為模型反應(yīng) , 考察了反應(yīng)溫度、 催化劑、堿和溶劑對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響 (表 2.表 2 不同反應(yīng)條件對(duì)偶聯(lián)反應(yīng)的影 aTable 2

11、Effect of different parameters on the coupling reac-tionEntry Catalyst Base Solvent Temp/ Yield b /%1 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 Dioxane 85 55 2 Pd(PPh3 4 Na2CO 3 Dioxane reflux70 3 Pd(PPh3 4 K 2CO 3 Dioxane reflux 75 4 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 Dioxane reflux 905 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 THF reflux 726 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 D

12、MF reflux 757 Pd(PPh3 4 K 3PO 4Aqueous dioxanereflux 408 Pd2(dba3K 3PO 4 Dioxane reflux82 9 PdCl2(dppf2 K 3PO 4 Dioxane reflux80aReaction conditions: p -methylphenyl triflate 1 mmol, ferroceneboronic acid1.1 mmol, catalyst 0.025 mmol, base 2 mmol, solvent 10 mL; b Isolated yield based on p -methylph

13、enyl triflate.首先 , 我們采用芳基硼酸與芳基三氟甲磺酸酯偶聯(lián) 反應(yīng)的條件 19, 在氮?dú)獗Ｗo(hù)下 , 以 Pd(PPh3 4為催化劑 , 無(wú)水 K 3PO 4為堿 , 無(wú)水二氧六環(huán)為溶劑 , 85 反應(yīng) 150 h后 , 對(duì)甲苯基三氟甲磺酸酯只轉(zhuǎn)化了 60%, 以 55%的收 率得到對(duì)甲苯基二茂鐵 (表 2, Entry 1. 當(dāng)反應(yīng)溫度升高 至回流時(shí) , 3 h后反應(yīng)完全 , 產(chǎn)率達(dá)到了 90%(表 2, Entry4. 由此可見(jiàn) , 升高溫度有利于提高轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率 .在其它條件相同的情況下 , 通過(guò)對(duì)三種不同 Pd 催 化劑的研究對(duì)比發(fā)現(xiàn) , 以 Pd(PPh3 4為催化劑的

14、偶聯(lián)反 應(yīng)產(chǎn)率高于 Pd 2(dba3和 PdCl 2(dppf2作催化劑 (表 2, Entries 4, 8 and 9.堿對(duì)反應(yīng)結(jié)果的影響表明 , 磷酸鉀 (K3PO 4 作堿時(shí) 反應(yīng)產(chǎn)率最高 , 而碳酸鈉 (Na2CO 3 和碳酸鉀 (K2CO 3 作 堿時(shí)轉(zhuǎn)化率和產(chǎn)率都較磷酸鉀低 (表 2, Entries 2, 3 and 4. 這與 Suzuki 等的研究結(jié)果是一致的 20.不同溶劑對(duì)反應(yīng)結(jié)果也有較大影響 , 無(wú)水 THF 作 溶劑時(shí)轉(zhuǎn)化率為 85%, 總收率為 72%(表 2, Entry 5; DMF 作溶劑時(shí)對(duì)甲苯基二茂鐵總收率為 75%(表 2, Entry 6, 而且

15、DMF 沸點(diǎn)太高 , 后處理時(shí)難以除去 ; 同 樣條件下無(wú)水二氧六環(huán)作溶劑反應(yīng)產(chǎn)率達(dá) 90%(表 2, Entry 4. 值得注意的是當(dāng)反應(yīng)體系中含少量水時(shí) , 偶聯(lián) 產(chǎn)率很低 (表 2, Entry 7, 主要原因可能是二茂鐵硼酸在 熱水中極易水解為二茂鐵 21, 因此該反應(yīng)體系中應(yīng)注 意除水 .所以 , 回流條件下 , 以 Pd(PPh3 4 (0.025 equiv.為催 化劑 , K3PO 4 (2 equiv.為堿 , 無(wú)水二氧六環(huán)為溶劑是合 成單取代二茂鐵芳基化合物的最優(yōu)條件 . 在上述研究的 基礎(chǔ)上 , 我們對(duì)底物進(jìn)行了拓展 , 得到令人滿意的結(jié)果 (表 1. 表 1中不同底物對(duì)

16、反應(yīng)結(jié)果的影響還顯示 , 苯環(huán) 上的取代基對(duì)反應(yīng)的產(chǎn)率也有影響 , 帶有吸電子基團(tuán)的取代芳基三氟甲磺酸酯對(duì)反應(yīng)有促進(jìn)作用 , 偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn) 率較高 . 本文還以較高產(chǎn)率合成了二取代芳基三氟甲磺 酸酯的偶聯(lián)產(chǎn)物 (表 1, Entries 6, 8. 空間位阻較大的 1-三氟甲磺酸酯萘也可以反應(yīng) , 產(chǎn)率相對(duì)較低 (表 1, Entry 9.3 結(jié)論在回流條件下 , 以 K 3PO 4為堿 , 二氧六環(huán)為溶劑 , Pd(PPh3 4催化二茂鐵硼酸和有機(jī)三氟甲磺酸酯高效偶 聯(lián)方法 , 該方法操作簡(jiǎn)單 , 反應(yīng)產(chǎn)率高 , 時(shí)間短 , 條件 溫和 , 后處理方便 , 提供了一種單取代二茂鐵芳基化合 物的

17、有效合成方法 .References1 Van Staveren, D. R.; Metzler-Nolte, N. Chem . Rev . 2004,104, 5931.2 Hale, P. D.; Inapki, T.; Karan, H. I.; Ohmoto, Y.; Skotheim,T. J . Am . Chem . Soc . 1989, 111, 3482.3 Dai, L. X.; Tu, T.; You, S. L. Acc . Chem . Res . 2003, 36,659.4 Imrie, C.; Loubser, C. Chem . Commun . 1994

18、, 2159.1994化 學(xué) 學(xué) 報(bào) V ol. 68, 20105Imrie, C.; Loubser, C. J . Chem . Soc ., Perkin Trans. 21997, 399.6Irina, P. B.; Alexei, V. T.; Gennadij, V. L.; Victor, A. T.; Nikolai, V. L. J . Organomet . Chem . 2001, 637, 653.7Little, W. F.; Reilley, C. N.; Johnson, J. D.; Lynn, K. N.; Sanders, A. P. J . Am .

19、Chem . Soc . 1964, 86, 1376. 8Rosenblum, M.; Howells, W. G.; Banerjee, A. K.; Bennett, C. J . Am . Chem . Soc . 1962, 84, 2726.9Beckwith, A. L. J.; Jackson, R. A.; Longmore, R. W. Aust . J . Chem . 1992, 45, 857.10Purecha, V. H.; Nandurkar, N. S.; Bhanage, B. M.; Na-garkar, J. M. Tetrahedron Lett. 2008, 49, 5252.11Rausch, M.; Vogel, M.; Rosenberg, H. J . Org . Chem . 1957, 22, 900.12Imrie, C.; Loubser, C.; Engelbrecht, P.; McCleland, C. W. J . Chem . Soc ., Perkin Trans. 11999, 2513. 13Liu, C.-M.; Z