含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵(iii)配合物及其制備方法與應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到一種金屬配合物及其在有機(jī)合成領(lǐng)域中的應(yīng)用，具體為一種含單酚 功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物及其制備方法與應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 酰亞胺作為一個(gè)重要的結(jié)構(gòu)單元存在于許多天然產(chǎn)物中，也是很多藥物的有效結(jié) 構(gòu)單元，如：茴拉西坦、擬青霉素等。因此，如何高效地構(gòu)建酰亞胺結(jié)構(gòu)受到了越來越多的關(guān) 注（參見：Υ· J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, 及/r. ^，2013，19，1129)。羧 酸衍生物和酰胺的偶聯(lián)反應(yīng)是構(gòu)建酰亞胺的主要傳統(tǒng)方法之一，但是這一方法往往受制于 羧酸衍生物(如：酰氯)的不穩(wěn)定性和較差的原子經(jīng)濟(jì)性。（參見C. A. G. N. Montalbetti, V. Falque，TfeiraAeiZroA 2005，61，10827)。隨著人們對綠色化學(xué)的日益重視，尋找羧 酸衍生物的替代物成為了這一研究領(lǐng)域中的一個(gè)熱點(diǎn)。
[0003] 與羧酸衍生物相比較，醛類化合物具有相對穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)、較高的原子經(jīng)濟(jì)性 等優(yōu)點(diǎn)，這使得人們開始將其作為羧酸衍生物的替代品引入到酰亞胺的構(gòu)建中。例如，以 NBS(N_溴代丁二酰亞胺）為氧化劑的條件下，溴化亞銅可以高效地催化芳香醛和酰胺(一 級酰胺和二級酰胺)的氧化偶聯(lián)來生成酰亞胺(參見L. Wang，H. Fu，Υ. Y. Jiang，Y. F. Zhao, 及/r. J；，2008，14，10772);以叔丁基過氧化氫為氧化劑，二（三苯基膦） 二醋酸鈀可以催化芳香族醛與吡啶環(huán)修飾的二級酰胺進(jìn)行氧化偶聯(lián)反應(yīng)，從而制備酰亞胺 (參見 Y. J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, β?·.及/r. ^，2013，19，1129)。這些 結(jié)果表明用醛代替羧酸衍生物在酰亞胺的合成中具有很好的應(yīng)用前景，但是，現(xiàn)有方法也 有一些缺陷有待克服，如鈀系催化劑的昂貴價(jià)格、銅系催化劑的毒性等。因此，開發(fā)價(jià)廉、低 毒或者無毒的新型綠色催化劑顯然是十分必需的。
[0004] 鐵系催化劑具有廉價(jià)、低毒或者無毒、較好的生物相容性等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)鐵系催化劑 被認(rèn)為是發(fā)展經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好催化劑的一個(gè)重要策略（Correa, A., Manchefio, 0. G.， Bolm, C.，5bc. TfeK. , 2008，37，1108)。以叔丁基過氧化氫為氧化劑，二溴化亞鐵 可催化芳香醛、脂肪醛與二級酰胺的氧化偶聯(lián)來合成酰亞胺(參見J. Wang，C. Liu，J. W. Yuan, A. W. Lei, CAe?. Co蕭?/Λ.，2014，50，4736)。該方法可以催化醛與二級酰胺的 氧化偶聯(lián)以制備酰亞胺，但是存在明顯的弊端，主要有：（1)二溴化亞鐵不穩(wěn)定，在空氣中 容易氧化、潮解，操作不便；（2)這些鐵鹽的純度受其商業(yè)來源不同往往會(huì)混有極微量的其 它金屬(如銅)、從而造成催化性能的不穩(wěn)定；（3)底物適用性還有待進(jìn)一步拓展，如由于芳 香雜環(huán)醛雜原子與金屬配位以及大位阻二級酰胺的位阻較大等原因，導(dǎo)致這些底物無法有 效進(jìn)行上述反應(yīng)。
[0005] 本申請發(fā)明人在先前的研究工作中，曾經(jīng)設(shè)計(jì)合成了含雙酚功能化咪唑（啉）陽離 子的離子型鐵（III)配合物，發(fā)現(xiàn)它們可以高效催化劑芳基格氏試劑和含b-H的烷基鹵代 烴的交叉偶聯(lián)反應(yīng)（參見：（I)C L Xia, C R Xie, Y. R Wu, H. E Sun, Q. Shen, Y. Zhang, ?.萬i咖oZ 〇￡皿，2013，11，8135; (2)ZL201210397111.1)。至今為止， 還未見含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物及其催化醛和二級酰胺之間 的氧化偶聯(lián)反應(yīng)的報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物， 其存儲(chǔ)穩(wěn)定，不僅可以高效地催化芳香族醛、脂肪族醛和二級酰胺的氧化偶聯(lián)來合成酰亞 胺，還可以高效催化芳香雜環(huán)醛以及大位阻二級酰胺參與的氧化偶聯(lián)反應(yīng)，其催化活性和 底物適用性都顯著優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0007] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：式I的配合物作為單組份催化劑催 化醛和二級酰胺進(jìn)行氧化偶聯(lián)反應(yīng)的應(yīng)用；
式I ; 其中R1為甲基或者異丙基；R2為氫或者甲基；R3為氫或者叔丁基；X為氯或溴。
[0008] 上述技術(shù)方案中，催化劑用量是二級酰胺摩爾量的2%~5%。催化劑用量低于現(xiàn)有 技術(shù)，但是產(chǎn)物收率高、提純方便。
[0009] 上述式I表示的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物作為單組 份催化劑催化醛與二級酰胺的氧化偶聯(lián)反應(yīng)的方法，包括以下步驟：室溫下，在惰性氣體氣 氛中，依次向反應(yīng)器中加入催化劑、二級酰胺、有機(jī)溶劑，攪拌；然后繼續(xù)向反應(yīng)器中依次加 入醛、叔丁基過氧化氫水溶液，于60~80 °C攪拌反應(yīng)18~36小時(shí)，即得到產(chǎn)物。
[0010] 上述技術(shù)方案中，反應(yīng)結(jié)束后用水終止反應(yīng)；反應(yīng)產(chǎn)物用乙酸乙酯萃取，通過柱層 析（以乙酸乙酯/石油醚體積比為1 : (5~20)的混合溶劑為展開劑）即得到產(chǎn)物。
[0011] 上述技術(shù)方案中，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤?；有機(jī)溶劑1，2-二氯乙烷。
[0012] 上述技術(shù)方案中，所述醛為芳香醛、脂肪醛或者芳香雜環(huán)醛，醛的結(jié)構(gòu)為RCH0,其 中芳香醛R為取代苯基，脂肪醛R為開鏈脂肪族取代基，芳香雜環(huán)醛R為雜環(huán)取代基；二級 酰胺為鏈狀酰胺，R4CONHR5,其中R4為甲基或乙基，R5為取代苯基或烷基取代基；和內(nèi)酰胺。
[0013] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，所述芳香醛為具有苯甲醛骨架結(jié)構(gòu)的醛類化合物，如：苯甲 醛、鄰甲基苯甲醛、對氯苯甲醛、鄰氯苯甲醛、對溴苯甲醛、對氟苯甲醛、對甲基苯甲醛、1-萘 甲醛、對甲基苯甲醛、對甲氧基苯甲醛、對硝基苯甲醛、對氰基苯甲醛、對醛基苯甲酸甲酯 等；所述脂肪醛為具有開鏈烷烴骨架結(jié)構(gòu)的醛類化合物，如：正己醛、正丁醛等；所述芳香 雜環(huán)醛為具有芳香雜環(huán)骨架結(jié)構(gòu)的醛類化合物，如：2-噻吩甲醛、3-噻吩甲醛或者2-呋喃 甲醛等；所述鏈狀酰胺為具有開鏈結(jié)構(gòu)的取代二級酰胺，如：乂芐基乙酰胺、乂甲基乙酰 胺、，(2, 4, 6-三甲基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二異丙基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二異丙基苯 基）丙酰胺、，(4-甲基苯基）乙酰胺、，(4-甲氧基苯基）乙酰胺、，(4-氯苯基）乙酰 胺、，(4-三氟甲基苯基）乙酰胺、，環(huán)己基乙酰胺、，苯基丙酰胺等；所述內(nèi)酰胺為環(huán)狀 酰胺，如：己內(nèi)酰胺等。
[0014] 上述技術(shù)方案中，以摩爾量計(jì)，醛的用量是二級酰胺的2. 4倍，叔丁基過氧化氫的 用量是二級酰胺的2倍，催化劑用量是二級酰胺的2%~5% mol。反應(yīng)時(shí)間為18小時(shí)，反應(yīng) 溫度為60°C。
[0015] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，以摩爾量計(jì)，醛：二級酰胺：叔丁基過氧化氫：催化劑為 2. 4 : 1 : 2.0 : 0.02;反應(yīng)時(shí)間為18小時(shí)，反應(yīng)溫度為60°C。
[0016] 本發(fā)明還公開了一種含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物， 所述離子型鐵（ΠΙ)配合物的化學(xué)通式為[(Ar1NCH2CH2NAr 2) CH] [FeX4]，其中Ar1 = 2, G-Cli-R1U2-C6H2, Ar2 = 3, 5-di-R3-2-(OH)-C6H2, R1選自甲基、異丙基中的一種，R 2選自 氫原子、甲基中的一種，R3選自氫原子、叔丁基中的一種，X為氯或溴中的一種；其結(jié)構(gòu)式如 式I所示：
式I。
[0017] 上述技術(shù)方案中，所述離子型鐵（III)配合物為含單酚功能化咪唑啉陽離子的離 子型鐵（III)配合物，其由單酚功能化咪唑啉氯鹽配體與鐵鹽制備得到。
[0018] 上述含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物的制備方法，包括以下 步驟：在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將鐵鹽體系與單酚功能化咪唑啉氯鹽溶于溶 劑中，于30~70°C下反應(yīng)2~20小時(shí)；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余物，除去 沉淀，以己烷和四氫呋喃的混合溶劑重結(jié)晶得到鐵（III)配合物；所述鐵鹽體系為三溴化 鐵與溴化鈉的混合物或者三氯化鐵。
[0019] 當(dāng)X為氯的時(shí)候，制備上述離子型鐵（III)配合物的方法包括以下步驟： 在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將三氯化鐵與單酚功能化咪唑啉氯鹽溶于溶 劑中，于30~60°C下反應(yīng)2~6小時(shí)；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余物，除去沉 淀，以己烷和四氫呋喃的混合溶劑重結(jié)晶得到鐵（III)配合物，即為上述離子型的鐵（III) 配合物。
[0020] 上述技術(shù)方案中，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤?，所述己烷和四氫呋喃的混合?劑中己燒和四氫呋喃的體積比為1:4~1:15。
[0021] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，三氯化鐵與單酚功能化咪唑啉氯鹽的摩爾比為1:1，溶劑為四 氫呋喃，反應(yīng)溫度為30°C，反應(yīng)時(shí)間為4小時(shí)。
[0022] 當(dāng)X為溴的時(shí)候，制備上述離子型的鐵（III)配合物的方法包括以下步驟： 在無水無氧條件下，在惰性氣體氣氛中，將三溴化鐵、單酚功能化咪唑啉氯鹽和溴化鈉 溶于溶劑中，于45~70°C下反應(yīng)10~20小時(shí)；真空除去溶劑，以四氫呋喃溶劑萃取剩余 物，除去沉淀，以四氫呋喃和己烷的混合溶劑重結(jié)晶得到鐵（III)配合物，即為上述離子型 鐵（III)配合物。
[0023] 上述技術(shù)方案中，所述惰性氣體為氮?dú)饣蛘邭鍤?，所述己烷和四氫呋喃的混合?劑中己燒和四氫呋喃的體積比為1:4~1:15。
[0024] 優(yōu)選的技術(shù)方案中，三溴化鐵、單酚功能化咪唑啉氯鹽和溴化鈉的摩爾比為 1:1:6,溶劑為四氫呋喃，反應(yīng)溫度為45°C，反應(yīng)時(shí)間為16小時(shí)。
[0025] 由于上述技術(shù)方案運(yùn)用，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)： 1.本發(fā)明公開的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物可通過在咪唑 啉環(huán)的兩個(gè)氮原子上分別引入不同結(jié)構(gòu)的酚氧基和烴基實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)鐵（III)配合物的空 間位阻和電子效應(yīng)的靈活調(diào)控，從而開發(fā)出一類新型高效的鐵系催化劑。
[0026] 2.本發(fā)明通過鐵鹽體系和單酚功能化咪唑啉氯鹽在常壓下的反應(yīng)制備含單酚功 能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物，反應(yīng)簡單易操作，產(chǎn)物易提純、得率高，這類 配合物結(jié)構(gòu)明確，且在空氣中也可穩(wěn)定存在。
[0027] 3.本發(fā)明公開的含單酚功能化咪唑啉陽離子的離子型鐵（III)配合物不僅可以 高效地催化芳香族醛、脂肪族醛與二級酰胺的氧化偶聯(lián)，還可以高效地催化以芳香雜環(huán)醛、 大位阻二級酰胺為底物的氧化偶聯(lián)，催化活性和底物適用性優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)；本發(fā)明的催化 效率與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯優(yōu)勢，并且本發(fā)明方法解決了現(xiàn)有芳香雜環(huán)醛、大位阻二級 酰胺無法有效參與該反應(yīng)的問題，而且本發(fā)明方法不需要添加其他配體，反應(yīng)體系簡單，具 有較高的原子經(jīng)濟(jì)性；有利于工業(yè)化應(yīng)用。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述： 實(shí)施例 一：[(Ar1NCH2CH2NAr2)CH] [FeX4] (Ar1 = 2, 6-di-CH(CH3)2-C6H3, Ar2 = 2-(OH)-C6H4, X = Cl)的合成 將2, 6-二異丙基苯胺（10. 0毫升，48毫摩爾）和三乙胺（7. 3毫升，48毫摩爾）混合溶 于干燥過的四氫呋喃中，冰水浴下，緩慢滴加草酰氯單乙酯（5. 1毫升，48毫摩爾)，滴加完 畢后室溫下攪拌5小時(shí)。過濾，濾液分別用稀鹽酸、飽和食鹽水分別洗三遍，有機(jī)相用無水 硫酸鈉干燥12小時(shí)。有機(jī)相濃縮至飽和，加入100毫升正己烷，有固體析出，過濾，干燥，得 白色固體(二異丙基苯基）草酸乙酯)，產(chǎn)率92%。
[0029] 將產(chǎn)物溶于0)(：13中（約0. 4 mL)，封管，室溫下于Unity Inova-400型NMR儀上測 定表征,HNMR (400 MH