一种自负载双膦‑钯催化剂及其制备方法和用途与流程

本发明涉及一种自负载双膦-钯催化剂及其制备方法和用途。

背景技术：

钯催化的芳基卤代物与芳基硼酸的suzuki-miyaura偶联反应是构建精细化学品、药物和农业化学品最有效的合成转化途径。通常，偶联反应可以在均相钯催化剂的存在下有效地进行，然而均相钯催化仍存在一些缺点，包括催化剂的分离回收和再利用，以及金属催化剂的不完全分离导致的产物污染等诸多问题。解决这些问题的典型方法是将钯催化剂锚定在合适的载体上以制成相应的非均相钯催化剂，然而其中一些非均相钯催化剂与均相对应物相比显示出较低的催化活性，因此在非均相钯催化剂活性的增强上仍然需要更深层次的进展。

在非均相催化剂的领域里，一种通过活性金属中心和有机配体之间的配位键来用于催化剂的固定的自支持策略已经发展起来，此方法所得到的有机金属聚合物通常具有不易水解以及高的热稳定性的特点。因其金属-配体单元均匀地分布在聚合物主链中，使得反应底物更容易接近催化位点，增强了传质作用以及具有良好的反应效率。由于金属和配体的多样性，有机金属聚合物的催化性能可以通过精细地调节以满足具体要求，因此这类有机-无机混合材料已经可以较容易获得并成功地用作非均相催化剂的制备当中。

膦因具有强的σ供体能力和易于制备等特点已发展成为了一类通用的配体并被广泛用作非均相过渡金属催化剂中的官能团，通过适当设计，二膦-金属聚合物应该具有作为有效的非均相催化剂的能力。

本发明中，我们设计合成了两种二膦配体，并将其用作钯配体以构建有机金属聚合物催化剂。该催化剂具有较高的热稳定性，并在温和条件下催化suzuki-miyaura偶联反应取得了优异的催化效果，在催化反应完成后通过简单的离心过滤即可重复使用，解决了均相催化剂回收重复利用的难题。

技术实现要素：

本发明所要解决的问题是提供能高效催化suzuki-miyaura偶联反应且易于回收循环使用的双膦-钯催化剂及其制备方法和用途，本发明原料及试剂简单易得，路线可行，反应后处理简单。

本发明提供的技术方案是两种双膦-钯催化剂，其结构如下述式3或式4：

或。

本发明还提供了上述两种双膦-钯催化剂的制备方法，该方法包括下述步骤：

（a）室温下将氯化钯加入到盐酸中，盐酸的用量是氯化钯物质的量的3~10倍，加乙醇稀释，乙醇体积是盐酸的1~4倍。

（b）在干燥的有机溶剂中，同时加入镁屑，1粒（35mg）碘及1,4-二溴苯(4,4-二溴联苯)反应，之后加入二苯基磷氯室温下搅拌8h得到化合物1(2)，反应时间为1~10h，反应温度为20~60℃，上述三种物质的摩尔比为镁屑:1,4-二溴苯(4,4-二溴联苯):二苯基膦氯=3~6:1:2。

（c）将与氯化钯等物质的量的1（2）加入到1,2-二氯乙烷和乙醇的混合溶剂中，加热至60℃溶解，两种溶剂的体积比为1,2-二氯乙烷:乙醇=1:1~6。

（d）将步骤（a）得到的溶液加到步骤（c）得到的溶液中，在40~80℃保温反应12~72h，然后冷却，过滤，洗涤，干燥得到自聚合双膦-钯催化剂3（4）。

上述化合物1，2具有如下结构式：

所述盐酸浓度为12n，有机溶剂为甲苯，乙腈，四氢呋喃或n,n’-二甲基甲酰胺，镁屑为处理掉表面氧化层后干燥的镁屑。

上述反应过程由如下反应式表示：

本发明提供的两种双膦-钯催化剂的用途，是用于催化suzuki-miyaura偶联反应，由如下反应式表示：

其中：

r1为h、p-ch3o、m-ch3o、o-ch3o、p-ch3、p-cf3、p-cn、p-no2；

r2为h、p-ch3o、p-ch3、p-coch3;

x为i、br、cl；

碱为碳酸钾，乙酸钾，氢氧化钠，碳酸铯等。

本发明提供一种自负载双膦-钯催化剂的制备方法和用途。以二苯基磷氯为原料，经格式试剂取代氯后与二氯化钯配位形成催化剂。该催化剂具有较高的热稳定性，并在温和条件下催化suzuki-miyaura偶联反应取得了优异的催化效果，在催化反应完成后通过简单的离心过滤即可重复使用，解决了均相催化剂回收重复利用的难题。该方法反应路线简单可行，可作为高效催化剂应用于医药、香料、农药及功能性材料的合成中。

具体实施方式

通过以下实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

实施例1-8：双膦-钯催化剂的制备方法。

实施例1

镁屑（144mg,6mmol），1粒（约35mg，以下皆同）碘及1,4-二溴苯（468mg,2mmol）溶于干燥的n,n’-二甲基甲酰胺（6ml）中，40℃反应6h，加入二苯基磷氯（880mg,4mmol），室温下搅拌8h，反应结束后氯化铵水溶液洗涤，乙酸乙酯萃取，干燥，通过柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体1（268mg，60%）。m.p.166-167°c；ir（kbr）：υ3053,1478,1433,1092,821,741,694,552,513,483cm^-1；¹h-nmr(600mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=7.22-7.24(m,4h),7.31-7.33(m,20h)；¹³c-nmr(150mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=128.49,128.82,133.34,133.80,136.71,137.93;31p-nmr(240mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=-6.64。

实施例2

镁屑（288mg,12mmol），1粒碘及1,4-二溴苯（624mg,2mmol）溶于干燥的四氢呋喃（6ml）中，60℃反应8h，加入二苯基磷氯（880mg,4mmol），室温下搅拌8h，反应结束后氯化铵水溶液洗涤，乙酸乙酯萃取，干燥，通过柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体1（335mg，75%）。m.p.166-167°c；ir（kbr）：υ3053,1478,1433,1092,821,741,694,552,513,483cm^-1；¹h-nmr(600mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=7.22-7.24(m,4h),7.31-7.33(m,20h)；¹³c-nmr(150mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=128.49,128.82,133.34,133.80,136.71,137.93;³¹p-nmr(240mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=-6.64。

实施例3

镁屑（144mg,6mmol），1粒碘及4,4-二溴联苯（624mg,2mmol）溶于干燥的n,n’-二甲基甲酰胺（6ml）中，40℃反应6h，加入二苯基磷氯（880mg,4mmol），室温下搅拌8h，反应结束后氯化铵水溶液洗涤，乙酸乙酯萃取，干燥，通过柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体2（235mg，45%）。m.p.192.5-194.0°c；ir（kbr）：υ3053,3012,1584,1475,1432,1092,818,745,695,508,492cm^-1；¹h-nmr(600mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=7.34-7.38(m,24h),7.55-7.57(m,4h)；¹³c-nmr(150mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=127.25,128.75,129.01,133.97,134.38,136.72137.23,140.92;³¹p-nmr(240mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=-6.97。

实施例4

镁屑（288mg,12mmol），1粒碘及4,4-二溴联苯（624mg,2mmol）溶于干燥的四氢呋喃（6ml）中，60℃反应8h，加入二苯基磷氯（880mg,4mmol），室温下搅拌8h，反应结束后氯化铵水溶液洗涤，乙酸乙酯萃取，干燥，通过柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体2（366mg，70%）。m.p.192.5-194.0°c；ir（kbr）：υ3053,3012,1584,1475,1432,1092,818,745,695,508,492cm^-1；¹h-nmr(600mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=7.34-7.38(m,24h),7.55-7.57(m,4h)；¹³c-nmr(150mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=127.25,128.75,129.01,133.97,134.38,136.72137.23,140.92;³¹p-nmr(240mhz,cdcl3,25℃,tms):δ=-6.97。

实施例5

将化合物1（223mg,0.5mmol）溶解于60℃的25ml1,2-二氯乙烷和乙醇的混合溶剂（v1,2-二氯乙烷:v乙醇=1:4）中，室温下将氯化钯（89mg,0.5mmol）加入到浓盐酸（0.25ml）中溶解，再加乙醇（0.5ml）稀释，之后将其逐滴加入到上述溶液中，40℃反应24h，离心，沉淀干燥得亮黄色固体化合物，即为双膦-钯催化剂3（225mg）。m.p.>300℃；ir（kbr）：υ3054,1480,1435,1097,743,692,543,534cm^-1；¹³ccp/masnmr:δ=127.3,129.7,134.3,137.5；³¹pcp/masnmr:δ=4.2,17.2,23.8。

实施例6

将化合物1（223mg,0.5mmol）溶解于60℃的25ml混合溶剂（v1,2-二氯乙烷:v乙醇=1:6）中，室温下将氯化钯（89mg,0.5mmol）加入到浓盐酸（0.25ml）中溶解，再加乙醇（0.5ml）稀释，之后将其逐滴加入到上述溶液中，80℃反应48h，离心，沉淀干燥得亮黄色固体化合物，即为双膦-钯催化剂3（270mg）。m.p.>300℃；ir（kbr）：υ3054,1480,1435,1097,743,692,543,534cm-1。¹³ccp/masnmr:δ=127.3,129.7,134.3,137.5；³¹pcp/masnmr:δ=4.2,17.2,23.8。

实施例7

将化合物2（261mg,0.5mmol）溶解于60℃的30ml混合溶剂（v1,2-二氯乙烷:v乙醇=1:2）中，室温下将氯化钯（89mg,0.5mmol）加入到浓盐酸（0.25ml）中溶解，再加乙醇（0.5ml）稀释，之后将其逐滴加入到上述溶液中，40℃反应24h，离心，沉淀干燥得黄棕色固体化合物，即为双膦-钯催化剂4（206mg）。m.p.>300℃；ir（kbr）：υ3052,1481,1434,1097,743,703,691,510cm^-1。¹³ccp/masnmr:δ=124.7,127.3,129.1,132.9,135.3,139.4；³¹pcp/masnmr:δ=4.6,23.4。

实施例8

将化合物2（261mg,0.5mmol）溶解于60℃的30ml混合溶剂（v1,2-二氯乙烷:v乙醇=1:3）中，室温下将氯化钯（89mg,0.5mmol）加入到浓盐酸（0.25ml）中溶解，再加乙醇（0.5ml）稀释，之后将其逐滴加入到上述溶液中，80℃反应48h，离心，沉淀干燥得黄棕色固体化合物，即为双膦-钯催化剂4（285mg）。m.p.>300℃；ir（kbr）：υ3052,1481,1434,1097,743,703,691,510cm^-1。¹³ccp/masnmr:δ=124.7,127.3,129.1,132.9,135.3,139.4；³¹pcp/masnmr:δ=4.6,23.4。

实施例9-15：双膦-钯催化剂的用途。

实施例9

2-溴苯甲醚（0.126ml，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂3（1.9mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3.5h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂3（1.9mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体2-甲氧基联苯（0.176g，96%）。m.p.：30~32℃；¹hnmr（400mhz，cdcl3）：δ=3.78(s,3h),6.97(d,j=8.5hz,1h),7.02(t,j=7.5hz,1h),7.30(t,j=7.1hz,3h),7.39(t,j=7.6hz,2h),7.52(d,j=7.6hz,2h)。

实施例10

3-溴苯甲醚（0.125ml，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂3（1.9mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3.5h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂3（1.9mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体3-甲氧基联苯（0.180g，98%）。m.p.：30~32℃；¹hnmr（400mhz，cdcl3）：δ=3.78(s,3h),6.86(d,j=8.2hz,1h),7.11(s,1h),7.15(d,j=7.7hz,1h),7.28-7.32(m,2h),7.38(t,j=7.5hz,2h),7.56(d,j=8.0hz,2h)。

实施例11

4-溴苯甲醚（0.125ml，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂3（1.9mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3.5h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂3（1.9mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体4-甲氧基联苯（0.180g，98%）。m.p.：85~87℃；¹hnmr（400mhz，cdcl3）：δ=3.85(s,3h),6.98(d,j=8.4hz,2h),7.30(t,j=7.4hz,1h),7.41(t,j=15hz,2h),7.52-7.56(m,4h)。

实施例12

4-乙酰基溴苯（0.20g，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂4（2.2mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂4（2.2mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体4-乙酰基联苯（0.194g，99%）。m.p.：152~154℃；¹hnmr（400mhz，cdcl3）：δ=2.62(s,3h),7.39(t,j=7.3hz,1h),7.46(t,j=7.3hz,2h),7.62(d,j=7.2hz,2h),7.67(d,j=7.2hz,2h),8.02(d,j=6.8hz,2h)。

实施例13

4-甲基溴苯（0.123ml，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂4（2.2mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂4（2.2mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体4-甲基联苯（0.165g，98%）。m.p.：45~47℃；¹hnmr（400mhz，cdcl3）：δ=2.34(s,3h),7.19(d,j=8.0hz,2h),7.25-7.39(m,1h),7.37(t,j=7.5hz,2h),7.45(d,j=8.0hz,2h),7.54(d,j=7.2hz,2h)。

实施例14

碘苯（0.111ml，1.0mmol），苯硼酸（0.170g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂4（2.2mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂4（2.2mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体联苯（0.153g，99%）。m.p.：67~69℃；¹hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.32-7.36(m,2h),7.42-7.46(m,4h),7.58-7.60(m,4h)。

实施例15

溴苯（0.112ml，1.0mmol），4-甲氧基苯硼酸（0.228g，1.5mmol），碳酸钾（0.277g，2.0mmol），催化剂3（1.9mg，0.003mmol）加入乙醇和水（1/1，体积比）的混合溶液（3ml）中，25℃反应3.5h。反应结束后加入二氯甲烷（5ml），离心，沉淀干燥得到回收催化剂3（1.9mg，回收率100%）。上清液用饱和食盐水洗涤（5ml×3），无水硫酸镁干燥，过滤，滤液浓缩，柱层析（展开剂为石油醚）得白色固体4-甲氧基联苯（0.180g，98%）。m.p.：85~87℃；¹hnmr(400mhz,cdcl3):δ=3.85(s,3h),6.98(d,j=8.4hz,2h),7.30(t,j=7.4hz,1h),7.41(t,j=15hz,2h),7.52-7.56(m,4h)。