專利名稱：一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有機(jī)金屬催化合成技術(shù)領(lǐng)域，具體是涉及一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑及方法。
背景技術(shù)：
當(dāng)今全球開始進(jìn)入緑色經(jīng)濟(jì)時(shí)代，聯(lián)合國(guó)在2009年就專門召開理事會(huì)倡導(dǎo)發(fā)展緑色經(jīng)濟(jì)，倡導(dǎo)綠色新政。同時(shí)，世界各國(guó)積極提出各種經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃，推動(dòng)綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展。美國(guó)、韓國(guó)、日本、歐盟等國(guó)家提出了發(fā)展規(guī)劃，歐盟也做出了積極部署，韓國(guó)甚至把國(guó)家經(jīng)濟(jì)振興計(jì)劃直接稱為低碳緑色增長(zhǎng)，其它發(fā)展中國(guó)家也做了相應(yīng)規(guī)劃。我國(guó)在此過程中也非常積極，把應(yīng)對(duì)全球金融危機(jī)看作是推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新機(jī)遇，為經(jīng)濟(jì)危機(jī)與環(huán)境危機(jī)尋
求共同的應(yīng)對(duì)辦法。國(guó)家環(huán)保總局2006年3月出臺(tái)《環(huán)境影響評(píng)價(jià)公眾參與暫行辦法》，2007年4月發(fā)布了《環(huán)境信息公開辦法(試行)》。2010年3月I日起施行《環(huán)境行政處罰辦法(中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部令第8號(hào))》，《地方環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和污染物排放標(biāo)準(zhǔn)備案管理辦法(中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)部令第9號(hào))》，國(guó)務(wù)院辦公廳2010年5月發(fā)布了《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見》。同吋，2008年9月浙江省人民政府辦公廳發(fā)布了《關(guān)于進(jìn)ー步規(guī)范完善環(huán)境影響評(píng)價(jià)審批制度的若干意見》。緑色化學(xué)作為綠色經(jīng)濟(jì)核心組成部分，其目的是從源頭上減少和消除污染，由于化學(xué)反應(yīng)中溶劑通常用量最大，因此當(dāng)前的ー個(gè)研究重點(diǎn)是如何采用無毒無害的溶劑(李朝軍，陳德恒，王東，劉利，陳擁軍《水相有機(jī)反應(yīng)大全》，2009年8月第一版)?，F(xiàn)代有機(jī)反應(yīng)中，最常用的反應(yīng)介質(zhì)是具有毒性的揮發(fā)性有機(jī)溶劑如四氫呋喃、甲苯、ニ氯甲烷等。大多數(shù)有機(jī)化合物在水中的溶解性差，很多金屬試劑在水中會(huì)分解，因此一般避免用水作反應(yīng)介質(zhì)。然而所有的生命活動(dòng)都是在水中進(jìn)行的，水作為化學(xué)反應(yīng)溶劑有著無可比擬的優(yōu)勢(shì)成本最低、化學(xué)物理性質(zhì)穩(wěn)定、無毒害，是環(huán)境友好反應(yīng)天然的選擇。而且水與反應(yīng)分子間存在特有的相互作用，提供了發(fā)展新合成方法的廣闊空間。最近十幾年,水相有機(jī)反應(yīng)研究有了突破性進(jìn)展,大量水介質(zhì)中的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)被開發(fā)出來，新的化學(xué)現(xiàn)象如“水上化學(xué)”反應(yīng)被發(fā)現(xiàn)(李朝軍，陳德恒，王東，劉利，陳擁軍《水相有機(jī)反應(yīng)大全》，2009年8月第一版)。1980年Breslow等發(fā)現(xiàn)環(huán)戊ニ烯與甲基こ烯酮的環(huán)加成反應(yīng)在水中比異丙燒中快700倍(Darryl C. Rideout, Ronald Breslow J. Am. Chem. Soc. 1980，102，7816-7817)。2000 年 Fujimoto 等發(fā)現(xiàn)在 Et3B 及微量 02 引發(fā)的自由基環(huán)化反應(yīng)中，若以己烷或苯作溶劑，只有副產(chǎn)物生成，但當(dāng)反應(yīng)在水相中進(jìn)行時(shí)產(chǎn)率即可達(dá)至1 J 67-78% (Hideki Yorimitsu, Tomoaki Nakamura, Hiroshi Shinokubo, KoichiroOshima,Kiyoyuki Omoto,Hiroshi Fujimoto :J.Am.Chem. Soc. 2000,122,11041-11047)。在水相金屬催化偶聯(lián)反應(yīng)方面，2007年Zhang等用guanidine作配體實(shí)現(xiàn)了室溫水相Suzukiザ禹聯(lián)反應(yīng)(Shenghai Li, Yingjie Lin, Jungang Cao, Suobo Zhang J. Org. Chem. 2007,72,4067-4072)。2008年P(guān)lenio等用水溶性Pd配合物以水和異丙醇作溶劑實(shí)現(xiàn)了雜環(huán)1 代物的 Sonogashira f禹聯(lián)反攸(Christoph A. Fleckenstein, Herbert Plenio GreenChem. 2008，10，563-570)。2009年Tsai等用陽(yáng)離子型聯(lián)吡啶作配體實(shí)現(xiàn)了端基炔的水相可重復(fù)催化偶聯(lián)(Shao-Nung CheniWei-Yi WujFu-Yu Tsai Green Chem. 2009，11，269-274)，Vanelle等用微波輔助方法實(shí)現(xiàn)了 thiazole水相Suzuki偶聯(lián)反應(yīng)(Anita Cohen, MaximeD.Crozet, Pascal Rathelot, Patrice Vanelle Green Chem. 2009，11，1736-1742)，F(xiàn)irouzabadi 等用 2-aminophenyl diphenylphosphinite 作配體實(shí)現(xiàn)了水相 Heck 偶聯(lián)反ISl (Habib Firouzabadi,Nasser Iranpoor,Mohammad Gholinejad Tetrahedron 2009,65,7079-7084)。這些水相金屬催化反應(yīng)主要通過設(shè)計(jì)各種水溶性金屬配體來實(shí)現(xiàn)的(KevinH. Shaughnessy Chem. Rev. 2009，109，643-710)。剛哚氮芳基化化合物是ー類用途較廣泛的化合物，例如文獻(xiàn)(Anovel classof " GABAergic " agents :l-ary丄-3-(aminoalkylidene)oxindoles， Journal ofMedicinal Chemistryl (989)，32 (2)，437-44 )報(bào)道吲哚氮對(duì)甲氧基苯用來合成具有生物活性的 1_ 芳基-3_ (氨基次焼基)卩引哚酮(l-aryl_3-(aminoalkylidene)oxindoles)。又獻(xiàn)丄(Directed synthesis and immunoactive properties of (2-hydroxyethyl)ammonium salts of l-R-indol-3-ylsulfanyl(sulfonyl)alkanecarboxylic acids，Russian Chemical Bulletin (2010)，59 (12)，2236-2246)、文獻(xiàn) 2(Rearrangement of1-arylindoles to 5H_dibenz [b，f] azepines，Tetrahedron (1995)，51 (7)，2091-8)以及文獻(xiàn) 3(Palladium-Catalyzed Indole,Pyrrole,and Furan Arylation by Aryl Chlorides，Journal of Organic Chemistry (2011)，76 (2)，471-483)分別報(bào)道了分別以卩引哚氮對(duì)硝基苯、吲哚氮對(duì)氯苯以及3-甲基吲哚氮苯作為底物合成其他具有生物活性的化合物或者合成吲哚衍生物的方法。開發(fā)綠色的合成上述化合物的方法具有重要意義。有機(jī)相的吲哚氮芳基化已經(jīng)很成熟了，但是水相的吲哚氮芳基化還沒有有效的催化劑目前，對(duì)于氮芳基化反應(yīng)，迄今還沒有一個(gè)完善的水相合成方法。該反應(yīng)是目前最強(qiáng)大的金屬催化碳氮鍵形成方法，可以制備各種含氮雜環(huán)類似物和芳香胺((a)Buchwald，
S.L ；Mauger, C. ;Mignani，G. ;Scholzc，U. Adv. Synth. Catal. 2006，348，23. (b)Hartwig,J. F. Synlett. 2006,9,1283. (c)Muci，A. R. ;Buchwald，S. L. In Topics in CurrentChemistry,2002 ；Vol.219, pp 131. (d)Hartwig, J. F.Comprehensive CoordinationChemistry II 2004, 9, 369. (e) Schlummer, B. ;Scholz，U. Adv. Synth. Catal. 2004，346，1599. (f)Zhang，H. ;Cai，Q. ;Ma，D. J. Org. Chem. 2005，70，5164)。由于含氮類化合物尤其是含氮雜環(huán)具有廣泛的生物活性，使得這一反應(yīng)在化學(xué)、制藥、生物中有著十分重要的價(jià)值。但是這些反應(yīng)基本都是在甲苯中進(jìn)行的，因此將這一反應(yīng)移植到水中，能有力推動(dòng)化學(xué)制藥業(yè)綠色化進(jìn)程。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，該催化劑環(huán)境友好、組成簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜并且使用方便，由該催化劑能夠制備得到具有各種官能團(tuán)和取代類型的吲噪氣芳基化物。本發(fā)明還提供了上述催化劑在利用水相合成方法制備吲哚氮芳基化物的方法，該應(yīng)用方法實(shí)施簡(jiǎn)單，反應(yīng)條件易于控制，可用于エ業(yè)化生產(chǎn)。一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，包括銅鹽或銅的氧化物、配體以及表面活性剤，所述的銅鹽或銅的氧化物、配體、以及表面活性劑的摩爾比為I O. 5-50 O. 5-50 O上述催化劑中，所述的銅鹽為常見的ー價(jià)銅鹽或ニ價(jià)銅鹽，所述的銅的氧化物為氧化銅或者氧化亞銅；所述的ー價(jià)銅鹽包括碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氟化亞銅中的ー種或多種；所述的ニ價(jià)銅鹽包括硫酸銅、硝酸銅、碘化銅、氯化銅、溴化銅、氟化銅中的至少ー種。所述的配體為聯(lián)吡啶或聯(lián)吡啶衍生物、こニ胺或こニ胺衍生物、環(huán)己ニ胺或環(huán)己ニ胺衍生物、丙ニ酮或丙ニ酮衍生物、脯氨酸或脯氨酸衍生物中的至少ー種。所述的聯(lián)吡啶或聯(lián)吡啶衍生物包括2，2^ -聯(lián)吡啶、2，2'-聯(lián)吡啶_4，4' - ニ甲酸、4，4' - ニ甲基-2，2'-聯(lián)吡啶等；所述的こニ胺或こニ胺衍生物包括こニ胺、N，N' - ニ甲基こニ胺等；所述的環(huán)己ニ胺或環(huán)己ニ胺衍生物包括1，2-環(huán)己ニ胺、N, N' - ニ甲基-1，2-環(huán)己ニ胺等；所述的丙ニ酮或丙ニ酮衍生物包括丙ニ酮、2，2，6，6-四甲基-3，5-庚ニ酮、1，3- ニ苯基丙ニ酮、2-こ?；h(huán)己酮等。所述表面活性劑包括陰離子表面活性剤、陽(yáng)離子表面活性剤、非離子表面活性劑或兩性離子表面活性劑等中的至少ー種。作為進(jìn)一歩的優(yōu)選，所述的表面活性劑包括十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、氯化膽堿、正丁基銨鹽、十二烷基銨鹽、十六烷基銨鹽、十二烷基吡啶銨鹽、十六烷基吡啶銨鹽、司班、吐溫、烷基糖苷、糖酷、甜菜堿、咪唑啉等中的至少ー種。實(shí)驗(yàn)表明，上述三種表面活性劑中，兩性表面活性劑效果最好，陽(yáng)離子表面活性劑效果次之。一般的水相催化反應(yīng)是用水溶性的配體實(shí)現(xiàn)高效率的催化，配體昂貴。而本發(fā)明通過表面活性劑的協(xié)同增效作用，促進(jìn)了催化劑與試劑的接觸效率，只需要用常見的配體，就能實(shí)現(xiàn)高效率的水相吲哚氮芳基化。實(shí)驗(yàn)證明將這些銅試劑、配體直接用于水相中，效果很差。一種水相制備吲哚氮芳基化物的方法，包括將催化劑、吲哚或吲哚衍生物、碘代芳基化合物、以及堿加入到水中，進(jìn)行氮芳基化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，后處理得到吲哚氮芳基化物；所述的催化劑包括銅鹽或銅的氧化物、配體、以及表面活性剤，所述的銅鹽或銅的氧化物、配體、以及表面活性劑的摩爾比為I : 0.5-50 0.5-50。其反應(yīng)過程如下式所示
權(quán)利要求
1.一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，其特征在于，其組成為銅鹽或銅的氧化物、配體以及表面活性劑，所述的銅鹽或銅的氧化物、配體、以及表面活性劑的摩爾比為I 0.5-50 0.5-50。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，其特征在于，所述的銅鹽為碘化亞銅、氯化亞銅、溴化亞銅、氧化亞銅、氟化亞銅、硫酸銅、硝酸銅、碘化銅、氯化銅、溴 化銅、氟化銅中的至少一種。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，其特征在于，所述的配體為聯(lián)吡啶、聯(lián)吡啶衍生物、乙二胺、乙二胺衍生物、環(huán)己二胺、環(huán)己二胺衍生物、丙二酮、丙二酮衍生物、脯氨酸、脯氨酸衍生物中的至少一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，其特征在于，所述表面活性劑為十二烷基苯磺酸鈉、十二烷基硫酸鈉、氯化膽堿、正丁基銨鹽、十二烷基銨鹽、十六烷基銨鹽、十二烷基吡啶銨鹽、十六烷基吡啶銨鹽、司班、吐溫、烷基糖苷、糖酯、甜菜堿、咪唑啉中的至少一種。
5.一種水相制備吲哚氮芳基化物的方法，包括將催化劑、吲哚或吲哚衍生物、碘代芳基化合物以及堿加入到水中，進(jìn)行氮芳基化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，后處理得到吲哚氮芳基化物； 所述的催化劑為權(quán)利要求1-4任一權(quán)項(xiàng)所述的水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水相制備吲哚氮芳基化物的方法，其特征在于，所述的氮芳基化反應(yīng)的溫度為50-130攝氏度。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水相制備吲哚氮芳基化物的方法，其特征在于，所述的吲哚或吲哚衍生物、碘代芳基、堿、以及催化劑的摩爾比為I : 1-2 1-4 0.05-0. 5，其中催化劑以其中銅元素的摩爾比計(jì)算。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水相制備吲哚氮芳基化物的方法，其特征在于，所述的堿為碳酸鉀、磷酸鉀、碳酸鈉、氫氧化鈉、氫氧化鉀、碳酸銫、叔丁醇鈉、叔丁醇鉀、甲醇鈉、甲醇鉀、乙醇鈉中的至少一種。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水相制備吲哚氮芳基化物的方法，其特征在于，所述的后處理方法包括 (1)將有機(jī)溶劑加入到反應(yīng)完成后的反應(yīng)體系中，萃取吲哚氮芳基化物到有機(jī)相中； (2)將萃取后的有機(jī)相濃縮，經(jīng)色譜分離得到吲哚氮芳基化物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的水相制備吲哚氮芳基化物的方法，其特征在于，所述的有機(jī)溶劑為乙酸乙酯、乙醚、氯仿、二氯甲烷、石油醚、正己烷、叔丁基甲基醚中的至少一種。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑，包括銅鹽或銅的氧化物、配體以及表面活性劑，所述的銅鹽或銅的氧化物、配體以及表面活性劑的摩爾比為1∶0.5-50∶0.5-50。本發(fā)明還公開了一種利用上述催化劑水相制備吲哚氮芳基化物的方法，包括將催化劑、吲哚或吲哚衍生物、碘代芳基化合物以及堿加入到水中，進(jìn)行氮芳基化反應(yīng)，反應(yīng)完成后，后處理得到吲哚氮芳基化物。本發(fā)明的水相制備吲哚氮芳基化物的催化劑組成簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，環(huán)境友好，有較廣的適用范圍，使用簡(jiǎn)單，該催化劑用于制備吲哚氮芳基化物時(shí)反應(yīng)條件易于控制，可用于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C07D209/08GK102806104SQ20121029747
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月21日
發(fā)明者劉松柏, 周佳慧 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)