邻菲啰啉桥联多核铜氮杂环卡宾化合物的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及邻菲啰啉桥联多核铜氮杂环卡宾化合物、其制备方法以及所述卡宾化 合物在催化叠氮化合物与炔化合物1，3-偶极环加成反应中的应用。
【背景技术】
[0002] 氮杂环卡宾是传统有机膦配体的类似物。过渡金属氮杂环卡宾化学近年来发 展迅速，在有机合成，药物化学以及材料化学领域已有广泛研究。据Amazon网站查询， 已有十几种有关氮杂环卡宾化学的专著相继出版。国际期刊Dalton Transactions, Organometallics,Coordination Chemistry Reviews 和 Chemical Reviews 也出版了有关 氮杂环卡宾化学的专辑。相对于广泛研究的钯，钌，钼和银等贵金属氮杂环卡宾化合物，铜 氮杂环卡宾化合物容易制备，价廉低毒，也得到人们广泛的关注。自1993年Arduengo等 报道了第一例氮杂环卡宾铜化合物以来（Arduengo, A. J. ;Dias, H. V. R. ;Calabrese, J. C.; Davidson, F. Organometallics, 1993, 12, 3405)，已有数百种铜卡宾化合物被成功合成并表 征了结构。
[0003] 铜氮杂环卡宾化合物已经在多种有机反应中取得了重要进展，例如：二氧化碳的 活化与转化、醇氧化制备醛、共轭加成反应、1，3-偶极环加成反应、烯丙基取代反应、硼化反 应等，其中铜卡宾化合物在1，3-偶极环加成反应中的应用尤为成功，可以快速、高选择性 与高产率地构建1，2, 3-三唑类化合物，而此类化合物则是重要的药物分子、功能材料分子 砌块。目前，开发1，3-偶极环加成反应的高效铜卡宾催化剂仍是一大研究热点。而公开报 道中的铜卡宾催化剂多数为单核铜卡宾化合物。但已有的单核铜卡宾化合物性质不够稳 定，可能会被氧化而变质，而且作为叠氮化合物与炔化合物1，3-偶极环加成反应的催化剂 时催化剂用量往往偏高。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题之一是现有的单核铜卡宾化合物作为叠氮化合物与炔 化合物1，3-偶极环加成反应的催化剂时催化剂用量高以及不够稳定的问题，提供邻菲啰 啉桥联多核铜氮杂环卡宾化合物，该卡宾化合物用于叠氮化合物与炔化合物1，3-偶极环 加成反应的催化剂时，具有性质稳定、催化剂用量少、反应快速的优点。
[0005] 本发明所要解决的技术问题之二是上述技术问题之一所述卡宾化合物的制备方 法。
[0006] 本发明所要解决的技术问题之三是上述技术问题之一所述卡宾化合物在催化叠 氮化合物与炔化合物1，3-偶极环加成反应中的应用。
[0007] 为解决上述技术问题之一，本发明的技术方案1如下：邻菲啰啉桥联多核铜氮杂 环卡宾化合物，所述卡宾化合物具有如下组成[Cu a(L)2XJ ^nY ;a为2、3、4或5 ;L的结构式 为：
[0008]
[0009] R为C6~C1。的芳烃基、C 1~C1。的脂烃基、苄基或2-吡啶甲基中的一种；X为氯离 子、溴离子、碘离子、四氟硼酸根、四苯基硼酸根或六氟磷酸根中的一种；Y为Cu配位溶剂分 子，n为所述卡宾化合物中含有Y的数目，选自0、1、2、3或4。R为^~心。的芳烃基的例 子有但不限于苯基、均三甲苯基；R为C 1~C1。的脂烃基的例子有但不限于甲基、烯丙基、丁 基。
[0010] 作为上述技术方案1的优选技术方案，技术方案2如下：R为C6~C9芳烃基、C 1~ C1。的脂烃基、苄基或2-吡啶甲基中的一种，但不包括烯丙基；n为0。
[0011] 作为上述技术方案1的另一种优选技术方案，技术方案3如下：R为烯丙基；n为 1、2、3和4中的任意一种，所述Y为乙腈。
[0012] 为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案4如下：上述技术方案2中所述的卡 宾化合物的制备方法，包括以下步骤：
[0013] 1)在有机溶剂中依次加入咪唑盐和氧化亚铜进行反应；
[0014] 2)反应后的混合液过滤，浓缩，重结晶得到所述卡宾化合物；
[0015] 其中所述的咪唑盐结构式如下：
[0016]
[0017] 作为上述技术方案4的优选，技术方案5,步骤1)中所述的有机溶剂选自二氯甲 烷、丙酮、乙腈和N，N-二甲基甲酰胺中的任意一种或它们的混合物。
[0018] 作为上述技术方案4的优选，技术方案6,步骤1)中所述的氧化亚铜与咪唑盐用量 的摩尔比为1:1~5:1 ;更优选的摩尔比为1:1~3:1。步骤1)中所述的反应温度优选为 25~80°C ;反应时间优选为1~48小时。
[0019] 作为上述技术方案4的优选，技术方案7,步骤2)重结晶采用的溶剂为醚。更优选 乙醚和/或二氧六环。
[0020] 为解决上述技术问题之二，本发明的技术方案8如下：技术方案3中所述的卡宾化 合物的制备方法，包括以下步骤：
[0021] i)在有机溶剂中依次加入咪唑盐和氧化亚铜进行反应；
[0022] ii)反应后的混合液过滤，浓缩，重结晶得到所述卡宾化合物；
[0023] 所述的有机溶剂为乙腈，或所述的有机溶剂为由乙腈和选自二氯甲烷、丙酮和 N，N-二甲基甲酰胺中的至少一种组成；
[0024] 其中所述的咪唑盐结构式如下：
[0025]
[0026] 作为上述技术方案8的优选技术方案，步骤i)中所述的氧化亚铜与咪唑盐用量的 摩尔比为1:1~5:1 ;更优选的摩尔比为1:1~3:1。
[0027] 作为上述技术方案8的优选技术方案，步骤i)中所述的反应温度优选为25~ 80。。。
[0028] 作为上述技术方案8的优选技术方案，反应时间优选为1~48小时。
[0029] 作为上述技术方案8的优选，技术方案9是步骤ii)重结晶采用的溶剂为醚。更 优选乙醚和/或二氧六环。
[0030] 本发明步骤1)和步骤i)使用的咪唑盐，可以采用下述方法制备：
[0031] 1、咪唑卤化物的制备
[0032] 以甲苯为溶剂，2, 9-二卤代邻菲啰啉与N-R咪唑（R的概念如技术方案1所述）进 行反应，过滤反应得到的沉淀为咪唑卤化物粗产物。纯化的方法是：先后用甲苯和乙醚洗涤 得到的沉淀，用热甲醇溶解，然后向甲醇溶液中加入乙醚再次得到固体，析出的固体经真空 干燥得到的粉末即为纯净的咪唑卤化物。反应式如下：
[0033]
[0034](其中 Hal 为 Cl、Br 或 I)
[0035] 2、咪唑四氟硼酸盐、咪唑四苯基硼酸盐或咪唑六氟磷酸盐制备
[0036] 以水为溶剂，咪唑卤化物与六氟磷酸铵（NH4PF 6)、四氟硼酸钠（NaBF4)或四苯硼酸 钠（NaBPh4)进行复分解反应得到相应的咪唑六氟磷酸盐、咪唑四氟硼酸盐或咪唑四苯基硼 酸盐。具体操作是，将咪唑卤化物的水溶液滴加到六氟磷酸铵（NH 4PF6)、四氟硼酸钠（NaBF4) 或四苯硼酸钠（NaBPh 4)的水溶液中，过滤得到的沉淀经干燥即得相应的咪唑六氟磷酸盐、 咪唑四氟硼酸盐或咪唑四苯基硼酸盐。
[0037] 为解决上述技术问题之三，本发明的技术方案10如下：在上述技术方案1至3中 任一项所述卡宾化合物在催化叠氮化合物与炔化合物1，3-偶极环加成反应中的应用。
[0038] 上述技术方案10中，反应中的所述叠氮化合物的例子有但不限于苄基叠氮、4-叔 丁基苄基叠氮、4-硝基苄基叠氮、皮考基叠氮、4-溴苯基叠氮或叠氮化钠。当所述叠氮化合 物为叠氮化钠时，所述反应的原料中除了包括叠氮化合物和炔化合物以外，还需要加入卤 代烃。
[0039] 上述技术方案10中，反应中的所述炔化合物的例子有但不限于苯乙炔、对甲基苯 乙炔或吡啶乙炔。
[0040] 本发明的多核铜氮杂环卡宾化合物能够催化多种叠氮化合物与炔化合物的 1，3-偶极环加成反应，催化剂用量少，反应产率高，反应条件温和，不需要额外添加配体，也 不需要惰性气体氛围保护，因此这些多核铜化合物在药物合成、功能材料合成等多个领域 有着广泛的应用前景。催化剂用量以Cu计，在同比条件下本发明催化剂的反应产率高达 99%，而采用单核铜氮杂环卡宾化合物时，反应产率仅为54%，取得了较好的技术效果，可 用于催化叠氮化合物与炔化合物1，3-偶极环加成反应生产中。
[0041] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
【附图说明】
[0042] 图1为铜卡宾化合物Cu-I阳离子部分的X-射线单晶衍射图；
[0043] 图2为铜卡宾化合物Cu-2阳离子部分的X-射线单晶衍射图；
[0044] 图3为铜卡宾化合物Cu-3阳离子部分的X-射线单晶衍射图；
[0045] 图4为铜卡宾化合物Cu-4阳离子部分的X-射线单晶衍射图；
[0046] 图5为铜卡宾化合物Cu-5阳离子部分的X-射线单晶衍射图；
[0047] 图6为铜卡宾化合物Cu-6阳离子部分的X-射线单晶衍射图。
【具体实施方式】
[0048] 通过下述实施例进一步说明本发明，但不限制本发明的内容。
[0049] 实施例1配体前体SI (C24H22F12N6P2)的制备
[0050]
[0051]在 IOOmL 烧瓶中加入 1245mg(5. Ommol) 2, 9_ 二氣邻菲 P罗呤，2160mg(20.0 mmol) N-烯丙基咪唑，1500mg(10.0mmol)碘化钠（NaI)，40mL甲苯，在110~120°C油浴中，搅拌 反应96小时。过滤产生的沉淀，经甲苯洗涤（2X15mL)、乙醚洗涤（2X15mL)，用热水使其 溶解，过滤后滴加到搅拌的3260mg (20.0 mmol)六氟磷酸铵（NH4PF6)的水溶液中，析出的固 体干燥后得到灰白色粉末即为配体前体产物S1，产率：1026mg(30%)。 1H NMR(400Hz，DM S0-d6) : 8 10. 40 (s, 2H, NCHN), 9. 02 (d, J = 8. 8Hz, 2H), 8. 96 (s, 2H), 8. 50 (d, J = 8. 8Hz, 2 H), 8. 26 (s, 2H), 8. 12 (s, 2H), 6. 16-6. 27 (m, 2H, NCH2CH = CH2), 5. 46-5. 53 (m, 4H, NCH2CH = CH2), 5. 08 (d, J = 6. 0Hz, 4H, NCH2CH = CH2).
[0052] 实施例2配体前体S2 (