专利名称：羧基化催化剂的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属氢氧化物、醇盐以及芳族醚(aryloxide)络合物在羧基化反应中的应用，特别是在C-H和N-H键的官能作用以制备含有羧基的化合物中。
背景技术：
二氧化碳(CO2)被看作是一种丰富的并且可再生的Cl源，因而，在过去十年，这种热力学和动力学稳定的分子的过渡金属介导激活(transition-metal mediatedactivation)已引起广泛注意^在此背景下，已经获得只涉及CO2和具有烯丙基卤化物、烯烃、炔烃以及丙二烯的独特的金属中心的C-C键生成反应，尽管具有有限的官能团相容性
2-4，5另外，在有机化学中，杂环的N-H和C-H键的过渡金属介导羰基化代表着新生的领域，使有价值的合成子的有效的结构成为可能^钯-催化的N-羰基化是有大量文件记载的，但是需要高的催化剂含量和使用气态一氧化碳或VI族金属羧基络合物2。在强迫温度(forcing temperature)下通过钥和擬基胺鹤(tungsten carbonyl amine)物质也能够促进这种转换3。已经报道了使用钌la和镍催化剂4的C-羰基化的几种成功方法，然而，在温和条件下的实施例仍难以实现(elusive)。再者,基质(substrate)范围被限定为富电子的或以合成方法限定的定向基团的芳烃，并且该产物经常作为区位异构(regioisomeric)混合物被回收。因而，在合成化学中需要寻找一种将作为Cl单元的碳添加到基质中的可选择的方法，例如以CO2的形式。
发明内容
根据本发明第一方面提供了一种Z-M-OR形式的络合物在基质的羧基化中的应用；其中基团Z 是双电子供给配体(two-electron donor ligand)；M是金属；以及OR是选自由0H、烷氧基和芳氧基组成的组。所述基质可以在C-H或N-H键处被羧化。通常，该基质在酸性最强的C-H或N-H键处被羧化。该基质可以为取代或未取代的芳香族化合物，例如取代或未取代的杂环芳香族(heteroaraomatic)化合物。可以被羧化的基质的实例包括五元或六元芳环以及杂芳环。下面描述了该种基质的具体实例。其中，OR是烷氧基，基团R可以为取代或未取代的并且可以为不饱和的伯、仲或叔烷基(例如Cl-ClO或甚至C1-C4的烷基)。也可以使用环烷基R，例如五元或六元环或甚至双环基。环烷基R可以为取代或未取代的并且可以为不饱和的。其中，OR是芳氧基，基团R可以为取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或取代或未取代的蒽基、或取代或未取代的杂环。
所述金属M可以为铜、银或金。所述双电子供给配体可以为例如膦、碳烯或亚磷酸酯配体。已经发现络合物Z-M-OR能够使用二氧化碳本身作为-CO2源，用于含有C-H或N-H键的范围的基质的羧基 化。可以使用中等的温度和压力。例如该温度可以为o-ioo°c。例如可以使用1-10巴的CO2压力。应当注意到需要或期望更高的或更低的温度和压力并且用于反应的适合的条件可以易于测定。因而，本发明提供了一种制备羧酸、羧酸盐或羧酸衍生物的方法，该方法包括在本文中所描述的Z-M-OR形式络合物存在下，将二氧化碳与含有至少一种C-H或N-H键的基质反应。所述反应在适合的碱例如金属氢氧化物如NaOH、KOH或CsOH存在下进行。或者，可以使用喊金属醇盐喊(alkali metal alkoxide base)。所述羧酸盐衍生物可以包括例如按下面所描述的制备的酯。其它的羧酸盐衍生物例如酰胺也可以使用本发明的方法来制备。在本发明的羧基化过程中，络合物Z-M-OR能够以相对简单且传统的方法作为催化剂，下面将参考具体实施例更详细地描述该传统方法。本发明能够提供使用CO2使C-H或N-H键官能化来制备含有羧基的化合物的直接且经济的方法。因而，本发明提供了 Z-M-OR形式的络合物作为催化剂在基质的羧基化中的应用，例如含有至少一种C-H或N-H键的基质。所述双电子供给配体Z可以为几种不同的形式。膦配体的实例包括PR3形式的那些，其中，每个R基团可以相同或不同且可以为烷基、芳基、环基或杂环基。所有这些基团可以为取代或未取代的，饱和或不饱和的。其中，基团R是环状的或杂环的，基团R可以为芳环。优选地，所述膦配体可以为三苯基膦或取代的三苯基苯膦。例如三(2-甲苯基)勝和三(2_Me0-苯基)勝(tris (2_Me0-phenyl)phosphine)以及三(2，4-二叔丁基苯基)膦。亚磷酸酯配体的实例包括P(OR)3形式的那些，其中，每个OR基团可以相同或不同且R可以为烷基、芳基、环状的或杂环的。所有这些基团可以为取代或未取代的，饱和或不饱和的。其中，基团R是环状的或杂环的，基团R可以为芳环。优选地，所述亚磷酸酯基团可以为亚磷酸三苯酯或取代的亚磷酸三苯酯，通常含有立体上需要的取代基，例如:三(2-甲苯基)亚磷酸酯和三(2-MeO-苯基)亚磷酸酯以及三(2，4-二叔丁基苯基)亚磷酸酯。碳烯配体的实例包括具有一个或更多个杂原子的环状或无环的碳烯。所述杂原子(或杂原子)可以相同或不同的且例如可以为N、0或S。这种杂原子的存在使所述碳烯配体稳定。优选地，碳烯配体是杂环碳烯配体，尤其是含有氮的杂环碳烯配体(NHC)。NHC可以为五元或六元环，通常为五元环。已经表明N-杂环碳烯配体(NHC配体)为活泼的中间体提供了良好的稳定作用而且它们在有机金属化学、催化剂以及医学中的应用正在增长(5，6)。应用在络合物中的NHC可以为饱和或不饱和的，且在环中可含有一个或更多个氮原子，任选可含有其它的杂原子(例如O和S)。
权利要求
1.一种Z-M-OR形式的络合物在基质的羧基化中的应用；其中 基团Z是双电子供给配体； M是金属；以及 OR是选自由0H、烷氧基和芳氧基组成的组。
2.根据权利要求I所述的应用，其中，所述金属M是选自由铜、银和金组成的组。
3.根据权利要求I或权利要求2所述的应用，其中，所述羧基化是在碱的存在下进行的。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的应用，其中，所述碱是碱金属氢氧化物或醇盐。
5.根据前述权利要求中的任意一项所述的应用，其中，所述双电子供给配体是选自由膦、碳烯或亚磷酸酯组成的组。
6.根据权利要求5所述的应用，其中，所述双电子供给配体Z是含有氮的杂环碳烯配体。
7.根据权利要求6所述的应用，其中，所述含有氮的杂环碳烯配体Z具有以下形式
8.根据权利要求6所述的应用，其中，所述含有氮的杂环碳烯配体Z是选自由以下组成的组
9.根据权利要求2所述的应用，其中，所述络合物是选自由以下组成的组[M(OH)(IMes)], [M(OH) (SMes) ]、[M(OH) (IPr)], [M(OH) (ItBu)]以及[M(OH) (SIPr)]，其中，M 为Au、Ag 或 Cu。
10.根据前述权利要求中的任意一项所述的应用，其中，所述基质在C-H或N-H键处被羧化。
11.根据前述权利要求中的任意一项所述的应用，其中，所述基质是取代或未取代的芳香族化合物。
12.根据权利要求11所述的应用，其中，所述基质是取代或未取代的杂环芳香族化合物。
13.根据前述权利要求中的任意一项所述的应用，其中，Z-M-OR形式的络合物是由Z-M-X形式的络合物或Ζ-Μ+Γ形式的盐原位生成的，其中，X是阴离子配体或阴离子。
14.根据权利要求13所述的应用，其中，X是选自由卤化物、羧酸盐、烷氧基、芳氧基、烷 基磺酸盐、乙酸盐、三氟乙酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、六氟锑酸盐、氰化物、硫氰酸盐、异硫氰酸盐、氰酸盐、异氰酸盐、氮化物以及硒代氰酸盐组成的组。
15.一种Z-M-OR形式的铜或银的络合物，其中，M是铜或银以及基团Z是双电子供给配体。
16.根据权利要求15所述的铜或银的络合物，其中，基团Z是权利要求5-8中任意一项所述的双电子供给配体。
17.根据权利要求15或权利要求16所述的铜或银的络合物作为催化剂的应用。
18.一种根据权利要求15或权利要求16的Z-M-OH形式的络合物的制备方法，该方法包括将Z-M-X形式的络合物或者Ζ-Μ+Γ形式的盐与碱金属氢氧化物反应，其中，M是铜或银并且X是阴离子配体或阴离子。
19.根据权利要求18所述的络合物的制备方法，其中，X是选自由卤化物、羧酸盐、烷氧基、芳氧基、烷基磺酸盐、乙酸盐、三氟乙酸盐、四氟硼酸盐、六氟磷酸盐、六氟锑酸盐、氰化物、硫氰酸盐、异硫氰酸盐、氰酸盐、异氰酸盐、氮化物以及硒代氰酸盐组成的组。
20.一种Z-M-OR形式的金属络合物的制备方法，其中，OR是醇盐或芳族醚，该方法包括将Z-M - OH形式的络合物与通式为HOR的化合物反应，其中，M是铜、银或金以及Z是双电子供给配体，OR是烷氧基或芳氧基。
21.—种Z-M-W形式的络合物的制备方法，其中，Z是双电子供体，M是铜、银或金以及W是具有键合到M上的N或C的基质；该方法包括 提供了 Z-M-OR形式的络合物，其中，Z是双电子供体，M是铜、银或金以及OR是选自由0H、烷氧基以及芳氧基组成的组；以及 将所述Z-M-OR络合物与含有比所述络合物的M-OR键的酸性更强的C-H或N-H键的基质反应。
22.—种同位素标记的羧酸或羧酸衍生物的制备方法，该方法包括 将通式为Rx-COOH的羧酸与权利要求I或权利要求2中所定义的Z-M-OR形式的络合物反应以生成Z-M-OOC-Rx形式的络合物； 将所述Z-M-OOC-Rx形式的络合物加热以生成Z-M-Rx形式的络合物； 将所述Z-M-Rx形式的络合物与同位素标记的二氧化碳反应以生成Z-M-OOC-Rx形式的同位素标记的络合物；以及 将Rx-COOH形式的同位素标记的同位素羧酸，或相应的羧酸盐或羧酸衍生物从所述络合物Z-M-OOC-Rx中释放。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述金属M是选自由金、银以及铜组成的组。
24.根据权利要求22或权利要求23所述的方法，其中，所述同位素标记的羧酸从所述Z-M-OOC-Rx形式的同位素标记的络合物中 通过与酸反应的方法以羧酸形式释放；或者 通过与有机卤化物反应的方法以羧酸酯形式释放。
全文摘要
本发明描述了一种Z-M-OR形式的络合物在基质的羧基化中的应用。所述基团Z是双电子供给配体，M是金属以及OR是选自由OH、烷氧基和芳氧基组成的组。所述基质可以在C-H或N-H键处被羧化。所述金属M可以为铜、银或金。所述双电子供给配体可以为膦、碳烯或亚磷酸酯配体。本发明也描述了该种络合物的制备方法及其用于制备同位素标记的羧酸和羧酸衍生物的方法。
文档编号B01J31/24GK102947000SQ201180027771
公开日2013年2月27日 申请日期2011年6月9日 优先权日2010年6月9日
发明者S·P·诺兰, C·卡津 申请人:圣安德鲁斯大学董事会