含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁(iii)配合物及其制备方法与应用
【技术领域】
[0001] 本发明涉及到一种金属配合物及其在有机合成领域中的应用，具体为一种含单酚 功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物及其制备方法与应用。
【背景技术】
[0002] 酰亚胺作为一个重要的结构单元存在于许多天然产物中，也是很多药物的有效结 构单元，如：茴拉西坦、拟青霉素等。因此，如何高效地构建酰亚胺结构受到了越来越多的关 注（参见：Υ· J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, 及/r. ^，2013，19，1129)。羧 酸衍生物和酰胺的偶联反应是构建酰亚胺的主要传统方法之一，但是这一方法往往受制于 羧酸衍生物(如：酰氯)的不稳定性和较差的原子经济性。（参见C. A. G. N. Montalbetti, V. Falque，TfeiraAeiZroA 2005，61，10827)。随着人们对绿色化学的日益重视，寻找羧 酸衍生物的替代物成为了这一研究领域中的一个热点。
[0003] 与羧酸衍生物相比较，醛类化合物具有相对稳定的化学性质、较高的原子经济性 等优点，这使得人们开始将其作为羧酸衍生物的替代品引入到酰亚胺的构建中。例如，以 NBS(N_溴代丁二酰亚胺）为氧化剂的条件下，溴化亚铜可以高效地催化芳香醛和酰胺(一 级酰胺和二级酰胺)的氧化偶联来生成酰亚胺(参见L. Wang，H. Fu，Υ. Y. Jiang，Y. F. Zhao, 及/r. J；，2008，14，10772);以叔丁基过氧化氢为氧化剂，二（三苯基膦） 二醋酸钯可以催化芳香族醛与吡啶环修饰的二级酰胺进行氧化偶联反应，从而制备酰亚胺 (参见 Y. J. Wang, C. Y. Chen, Z. Z. Huang, β?·.及/r. ^，2013，19，1129)。这些 结果表明用醛代替羧酸衍生物在酰亚胺的合成中具有很好的应用前景，但是，现有方法也 有一些缺陷有待克服，如钯系催化剂的昂贵价格、铜系催化剂的毒性等。因此，开发价廉、低 毒或者无毒的新型绿色催化剂显然是十分必需的。
[0004] 铁系催化剂具有廉价、低毒或者无毒、较好的生物相容性等优点，开发铁系催化剂 被认为是发展经济且环境友好催化剂的一个重要策略（Correa, A., Manchefio, 0. G.， Bolm, C.，5bc. TfeK. , 2008，37，1108)。以叔丁基过氧化氢为氧化剂，二溴化亚铁 可催化芳香醛、脂肪醛与二级酰胺的氧化偶联来合成酰亚胺(参见J. Wang，C. Liu，J. W. Yuan, A. W. Lei, CAe?. Co蕭?/Λ.，2014，50，4736)。该方法可以催化醛与二级酰胺的 氧化偶联以制备酰亚胺，但是存在明显的弊端，主要有：（1)二溴化亚铁不稳定，在空气中 容易氧化、潮解，操作不便；（2)这些铁盐的纯度受其商业来源不同往往会混有极微量的其 它金属(如铜)、从而造成催化性能的不稳定；（3)底物适用性还有待进一步拓展，如由于芳 香杂环醛杂原子与金属配位以及大位阻二级酰胺的位阻较大等原因，导致这些底物无法有 效进行上述反应。
[0005] 本申请发明人在先前的研究工作中，曾经设计合成了含双酚功能化咪唑（啉）阳离 子的离子型铁（III)配合物，发现它们可以高效催化剂芳基格氏试剂和含b-H的烷基卤代 烃的交叉偶联反应（参见：（I)C L Xia, C R Xie, Y. R Wu, H. E Sun, Q. Shen, Y. Zhang, ?.万i咖oZ 〇￡皿，2013，11，8135; (2)ZL201210397111.1)。至今为止， 还未见含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物及其催化醛和二级酰胺之间 的氧化偶联反应的报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物， 其存储稳定，不仅可以高效地催化芳香族醛、脂肪族醛和二级酰胺的氧化偶联来合成酰亚 胺，还可以高效催化芳香杂环醛以及大位阻二级酰胺参与的氧化偶联反应，其催化活性和 底物适用性都显著优于现有技术。
[0007] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：式I的配合物作为单组份催化剂催 化醛和二级酰胺进行氧化偶联反应的应用；
式I ; 其中R1为甲基或者异丙基；R2为氢或者甲基；R3为氢或者叔丁基；X为氯或溴。
[0008] 上述技术方案中，催化剂用量是二级酰胺摩尔量的2%~5%。催化剂用量低于现有 技术，但是产物收率高、提纯方便。
[0009] 上述式I表示的含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物作为单组 份催化剂催化醛与二级酰胺的氧化偶联反应的方法，包括以下步骤：室温下，在惰性气体气 氛中，依次向反应器中加入催化剂、二级酰胺、有机溶剂，搅拌；然后继续向反应器中依次加 入醛、叔丁基过氧化氢水溶液，于60~80 °C搅拌反应18~36小时，即得到产物。
[0010] 上述技术方案中，反应结束后用水终止反应；反应产物用乙酸乙酯萃取，通过柱层 析（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1 : (5~20)的混合溶剂为展开剂）即得到产物。
[0011] 上述技术方案中，所述惰性气体为氮气或者氩气；有机溶剂1，2-二氯乙烷。
[0012] 上述技术方案中，所述醛为芳香醛、脂肪醛或者芳香杂环醛，醛的结构为RCH0,其 中芳香醛R为取代苯基，脂肪醛R为开链脂肪族取代基，芳香杂环醛R为杂环取代基；二级 酰胺为链状酰胺，R4CONHR5,其中R4为甲基或乙基，R5为取代苯基或烷基取代基；和内酰胺。
[0013] 优选的技术方案中，所述芳香醛为具有苯甲醛骨架结构的醛类化合物，如：苯甲 醛、邻甲基苯甲醛、对氯苯甲醛、邻氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对氟苯甲醛、对甲基苯甲醛、1-萘 甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、对硝基苯甲醛、对氰基苯甲醛、对醛基苯甲酸甲酯 等；所述脂肪醛为具有开链烷烃骨架结构的醛类化合物，如：正己醛、正丁醛等；所述芳香 杂环醛为具有芳香杂环骨架结构的醛类化合物，如：2-噻吩甲醛、3-噻吩甲醛或者2-呋喃 甲醛等；所述链状酰胺为具有开链结构的取代二级酰胺，如：乂苄基乙酰胺、乂甲基乙酰 胺、，(2, 4, 6-三甲基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二异丙基苯基）乙酰胺、，(2, 6-二异丙基苯 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、，环己基乙酰胺、，苯基丙酰胺等；所述内酰胺为环状 酰胺，如：己内酰胺等。
[0014] 上述技术方案中，以摩尔量计，醛的用量是二级酰胺的2. 4倍，叔丁基过氧化氢的 用量是二级酰胺的2倍，催化剂用量是二级酰胺的2%~5% mol。反应时间为18小时，反应 温度为60°C。
[0015] 优选的技术方案中，以摩尔量计，醛：二级酰胺：叔丁基过氧化氢：催化剂为 2. 4 : 1 : 2.0 : 0.02;反应时间为18小时，反应温度为60°C。
[0016] 本发明还公开了一种含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物， 所述离子型铁（ΠΙ)配合物的化学通式为[(Ar1NCH2CH2NAr 2) CH] [FeX4]，其中Ar1 = 2, G-Cli-R1U2-C6H2, Ar2 = 3, 5-di-R3-2-(OH)-C6H2, R1选自甲基、异丙基中的一种，R 2选自 氢原子、甲基中的一种，R3选自氢原子、叔丁基中的一种，X为氯或溴中的一种；其结构式如 式I所示：
式I。
[0017] 上述技术方案中，所述离子型铁（III)配合物为含单酚功能化咪唑啉阳离子的离 子型铁（III)配合物，其由单酚功能化咪唑啉氯盐配体与铁盐制备得到。
[0018] 上述含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物的制备方法，包括以下 步骤：在无水无氧条件下，在惰性气体气氛中，将铁盐体系与单酚功能化咪唑啉氯盐溶于溶 剂中，于30~70°C下反应2~20小时；真空除去溶剂，以四氢呋喃溶剂萃取剩余物，除去 沉淀，以己烷和四氢呋喃的混合溶剂重结晶得到铁（III)配合物；所述铁盐体系为三溴化 铁与溴化钠的混合物或者三氯化铁。
[0019] 当X为氯的时候，制备上述离子型铁（III)配合物的方法包括以下步骤： 在无水无氧条件下，在惰性气体气氛中，将三氯化铁与单酚功能化咪唑啉氯盐溶于溶 剂中，于30~60°C下反应2~6小时；真空除去溶剂，以四氢呋喃溶剂萃取剩余物，除去沉 淀，以己烷和四氢呋喃的混合溶剂重结晶得到铁（III)配合物，即为上述离子型的铁（III) 配合物。
[0020] 上述技术方案中，所述惰性气体为氮气或者氩气，所述己烷和四氢呋喃的混合溶 剂中己烧和四氢呋喃的体积比为1:4~1:15。
[0021] 优选的技术方案中，三氯化铁与单酚功能化咪唑啉氯盐的摩尔比为1:1，溶剂为四 氢呋喃，反应温度为30°C，反应时间为4小时。
[0022] 当X为溴的时候，制备上述离子型的铁（III)配合物的方法包括以下步骤： 在无水无氧条件下，在惰性气体气氛中，将三溴化铁、单酚功能化咪唑啉氯盐和溴化钠 溶于溶剂中，于45~70°C下反应10~20小时；真空除去溶剂，以四氢呋喃溶剂萃取剩余 物，除去沉淀，以四氢呋喃和己烷的混合溶剂重结晶得到铁（III)配合物，即为上述离子型 铁（III)配合物。
[0023] 上述技术方案中，所述惰性气体为氮气或者氩气，所述己烷和四氢呋喃的混合溶 剂中己烧和四氢呋喃的体积比为1:4~1:15。
[0024] 优选的技术方案中，三溴化铁、单酚功能化咪唑啉氯盐和溴化钠的摩尔比为 1:1:6,溶剂为四氢呋喃，反应温度为45°C，反应时间为16小时。
[0025] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 1.本发明公开的含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物可通过在咪唑 啉环的两个氮原子上分别引入不同结构的酚氧基和烃基实现对相应铁（III)配合物的空 间位阻和电子效应的灵活调控，从而开发出一类新型高效的铁系催化剂。
[0026] 2.本发明通过铁盐体系和单酚功能化咪唑啉氯盐在常压下的反应制备含单酚功 能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物，反应简单易操作，产物易提纯、得率高，这类 配合物结构明确，且在空气中也可稳定存在。
[0027] 3.本发明公开的含单酚功能化咪唑啉阳离子的离子型铁（III)配合物不仅可以 高效地催化芳香族醛、脂肪族醛与二级酰胺的氧化偶联，还可以高效地催化以芳香杂环醛、 大位阻二级酰胺为底物的氧化偶联，催化活性和底物适用性优于现有技术；本发明的催化 效率与现有技术相比具有明显优势，并且本发明方法解决了现有芳香杂环醛、大位阻二级 酰胺无法有效参与该反应的问题，而且本发明方法不需要添加其他配体，反应体系简单，具 有较高的原子经济性；有利于工业化应用。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合实施例对本发明作进一步描述： 实施例 一：[(Ar1NCH2CH2NAr2)CH] [FeX4] (Ar1 = 2, 6-di-CH(CH3)2-C6H3, Ar2 = 2-(OH)-C6H4, X = Cl)的合成 将2, 6-二异丙基苯胺（10. 0毫升，48毫摩尔）和三乙胺（7. 3毫升，48毫摩尔）混合溶 于干燥过的四氢呋喃中，冰水浴下，缓慢滴加草酰氯单乙酯（5. 1毫升，48毫摩尔)，滴加完 毕后室温下搅拌5小时。过滤，滤液分别用稀盐酸、饱和食盐水分别洗三遍，有机相用无水 硫酸钠干燥12小时。有机相浓缩至饱和，加入100毫升正己烷，有固体析出，过滤，干燥，得 白色固体(二异丙基苯基）草酸乙酯)，产率92%。
[0029] 将产物溶于0)(：13中（约0. 4 mL)，封管，室温下于Unity Inova-400型NMR仪上测 定表征,HNMR (400 MH