钯催化二茂铁硼酸和有机三氟甲磺酸酯制备单取代二茂铁芳基化合物的偶联反应

1、2010年第 68卷 化 学 学 报 V ol. 68, 2010第 19期 , 19911994 ACTA CHIMICA SINICA No. 19, 19911994 *E-mail:Received October 30, 2009; revised March 10, 2010; accepted May 28, 2010.国家自然科学基金 (No. 20472018和湖南省自然科学基金 (No. 07JJ3019资助项目.1992化 学 学 报 V ol. 68, 2010 地合成一系列单取代二茂铁芳基化合物的新途径 , 本文 报道在二氧六环中以 K 3PO 4为碱的芳基硼酸和芳基

2、三 氟甲磺酸酯的 Suzuki 交叉偶联反应 , 结果如 Eq. 1, 表1.表 1 有机三氟甲磺酸酯和二茂铁硼酸的交叉偶联反应 Table 1 Cross-coupling reaction of organic triflates with ferro-ceneboronic acidEntry Triflate Product Yield/%19028538849159469377888597510951 实验部分1.1 仪器和试剂RY-1型 熔 点 仪 , 温 度 计 未 经 校 正 ; Varian INOVA-400型核磁共振仪 (400 MHz, CDCl3为溶剂 , TMS 为

3、 内 标 ; FD-5DX型 红 外 光 谱 仪 (KBr压 片 ; Thermo-Finnigan LCQ-Advantage型质谱仪 .二氧六环除水后马上使用 ; 磷酸三钾充分干燥后使 用 ; 二茂铁硼酸 17和芳基三氟甲磺酸酯按相关文献制 备 18.1.2 芳基三氟甲磺酸酯和二茂铁硼酸交叉偶联反应的 一般步骤氮气保护下 , 将芳基三氟甲磺酸酯 (1.0 mmol, 二 茂铁硼酸 (1.1 mmol, Pd(PPh3 4 (0.025 mmol和 K 3PO 4(2.0 mmol混合均匀后溶解在 10 mL新制无水二氧六环 中 , 加热至回流 . TLC监测反应进程 . 反应结束后 , 反

4、应 混合物冷却至室温 , 减压蒸除溶剂 . 残余物用柱色谱提 纯 (石油醚 /乙酸乙酯为洗脱剂 . 1.3 目标产物的结构表征产物除 2-甲氧基 -4-甲酰基苯基二茂铁 (6 外均为已 知化合物 , 其结构经 1H NMR, IR和气质联用确认 .4-甲苯基二茂铁 (1: 橘红色固体 , m.p. 142 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.38 (d, J =8.1 Hz, 2H, 7.10 (d, J =8.1 Hz, 2H, 4.62 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.29 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.04 (s, 5H, 2.33 (s, 3

5、 H.4-甲氧苯基二茂铁 (2: 橘红色固体 , m.p. 114 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.42 (d, J =8.8 Hz, 2H, 6.86 (d, J =8.8 Hz, 2H, 4.58 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.28 (t, J =1.8 Hz, 2H, 4.05 (s, 5H, 3.83 (s, 3H.4-乙氧羰基苯基二茂铁 (3: 橘红色固体 , m.p. 94 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.927.96 (m, 2H, 7.467.50 (m, 2H, 4.694.73 (m, 2H, 4.364.40

6、 (m, 2H, 4.36 (q, J =7.4 Hz, 2H, 4.03 (s, 5H, 1.39 (t, J =7.2Hz, 3H.1,4-二 二 茂 铁 基 苯 (4: 红 色 油 状 物 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.33 (s, 4H, 4.69 (s, 4H, 4.36 (s,4H, 4.09 (s, 10H.4-三氟甲苯基二茂铁 (5: 红色固体 , m.p. 139 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 7.54 (s, 4H, 4.69 (t, J =1.9Hz, 2H, 4.39 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.06 (

7、s, 5H.2-甲氧基 -4-甲酰基苯基二茂铁 (6: 红色固体 , m.p. 129 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 9.95 (s, 1H, 7.65 (d, J =7.6 Hz, 1H, 7.40 (d, J =7.6 Hz, 1H, 7.39 (s, 1H, 4.93 (s, 2H, 4.44 (s, 2H, 4.10 (s, 5H, 3.97 (s, 3H; IR (KBr : 1689, 1593, 1513 , 1266, 813, 704 cm-1; MS m /z (%: 320 (M+, 100.2-乙氧羰基苯基二茂铁 (7: 红色油状物 ; 1H N

8、MR (CDCl3, 400 MHz : 7.88 (d, J =8 Hz, 1H, 7.50 (t, J =8 Hz, 1H, 7.39 (d, J =8 Hz, 1H, 7.30 (t, J =8 Hz, 1H, 4.46 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.33 (t, J =1.9 Hz, 2H, 4.14 (s, 5H, 4.14 (q, J =7.2 Hz, 2H, 1.13 (t, J =7.2 Hz, 3H.No. 19杨 崧等:钯催化二茂铁硼酸和有机三氟甲磺酸酯制备单取代二茂铁芳基化合物的偶联反应1993 2,4-二硝基苯基二茂铁 (8: 黑色固体 , m.p. 160

9、 ;1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.308.34 (m, 1H,8.258.29 (m, 1H, 7.897.93 (m, 1H, 4.564.60 (m, 2H, 4.504.54 (m, 2H, 4.12 (s, 5H.1-二茂铁基萘 (9: 橘红色固体 , m.p. 92 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.528.56 (m, 1H, 7.857.89 (m, 2H, 7.757.79 (m, 1H, 7.457.49 (m, 3H, 4.644.68 (m, 2H, 4.394.43 (m, 2H, 4.20 (s, 5H.3-二茂铁基吡啶

10、 (10: 橘红色固体 , m.p. 60 ; 1H NMR (CDCl3, 400 MHz : 8.728.76 (m, 1H, 8.408.44 (m, 1H, 7.707.74 (m, 1H, 7.197.23 (m, 1H, 4.644.68 (m, 2H, 4.354.39 (m, 2H, 4.05 (s, 5H.2 结果与讨论为了确定由 Suzuki 交叉偶联反应合成二茂铁单取 代芳基化合物的适宜条件 , 本文以二茂铁硼酸和对甲苯 基三氟甲磺酸酯的偶联为模型反应 , 考察了反应温度、 催化剂、碱和溶剂对反应结果的影响 (表 2.表 2 不同反应条件对偶联反应的影 aTable 2

11、Effect of different parameters on the coupling reac-tionEntry Catalyst Base Solvent Temp/ Yield b /%1 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 Dioxane 85 55 2 Pd(PPh3 4 Na2CO 3 Dioxane reflux70 3 Pd(PPh3 4 K 2CO 3 Dioxane reflux 75 4 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 Dioxane reflux 905 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 THF reflux 726 Pd(PPh3 4 K 3PO 4 D

12、MF reflux 757 Pd(PPh3 4 K 3PO 4Aqueous dioxanereflux 408 Pd2(dba3K 3PO 4 Dioxane reflux82 9 PdCl2(dppf2 K 3PO 4 Dioxane reflux80aReaction conditions: p -methylphenyl triflate 1 mmol, ferroceneboronic acid1.1 mmol, catalyst 0.025 mmol, base 2 mmol, solvent 10 mL; b Isolated yield based on p -methylph

13、enyl triflate.首先 , 我们采用芳基硼酸与芳基三氟甲磺酸酯偶联 反应的条件 19, 在氮气保护下 , 以 Pd(PPh3 4为催化剂 , 无水 K 3PO 4为碱 , 无水二氧六环为溶剂 , 85 反应 150 h后 , 对甲苯基三氟甲磺酸酯只转化了 60%, 以 55%的收 率得到对甲苯基二茂铁 (表 2, Entry 1. 当反应温度升高 至回流时 , 3 h后反应完全 , 产率达到了 90%(表 2, Entry4. 由此可见 , 升高温度有利于提高转化率和产率 .在其它条件相同的情况下 , 通过对三种不同 Pd 催 化剂的研究对比发现 , 以 Pd(PPh3 4为催化剂的

14、偶联反 应产率高于 Pd 2(dba3和 PdCl 2(dppf2作催化剂 (表 2, Entries 4, 8 and 9.碱对反应结果的影响表明 , 磷酸钾 (K3PO 4 作碱时 反应产率最高 , 而碳酸钠 (Na2CO 3 和碳酸钾 (K2CO 3 作 碱时转化率和产率都较磷酸钾低 (表 2, Entries 2, 3 and 4. 这与 Suzuki 等的研究结果是一致的 20.不同溶剂对反应结果也有较大影响 , 无水 THF 作 溶剂时转化率为 85%, 总收率为 72%(表 2, Entry 5; DMF 作溶剂时对甲苯基二茂铁总收率为 75%(表 2, Entry 6, 而且

15、DMF 沸点太高 , 后处理时难以除去 ; 同 样条件下无水二氧六环作溶剂反应产率达 90%(表 2, Entry 4. 值得注意的是当反应体系中含少量水时 , 偶联 产率很低 (表 2, Entry 7, 主要原因可能是二茂铁硼酸在 热水中极易水解为二茂铁 21, 因此该反应体系中应注 意除水 .所以 , 回流条件下 , 以 Pd(PPh3 4 (0.025 equiv.为催 化剂 , K3PO 4 (2 equiv.为碱 , 无水二氧六环为溶剂是合 成单取代二茂铁芳基化合物的最优条件 . 在上述研究的 基础上 , 我们对底物进行了拓展 , 得到令人满意的结果 (表 1. 表 1中不同底物对

16、反应结果的影响还显示 , 苯环 上的取代基对反应的产率也有影响 , 带有吸电子基团的取代芳基三氟甲磺酸酯对反应有促进作用 , 偶联反应产 率较高 . 本文还以较高产率合成了二取代芳基三氟甲磺 酸酯的偶联产物 (表 1, Entries 6, 8. 空间位阻较大的 1-三氟甲磺酸酯萘也可以反应 , 产率相对较低 (表 1, Entry 9.3 结论在回流条件下 , 以 K 3PO 4为碱 , 二氧六环为溶剂 , Pd(PPh3 4催化二茂铁硼酸和有机三氟甲磺酸酯高效偶 联方法 , 该方法操作简单 , 反应产率高 , 时间短 , 条件 温和 , 后处理方便 , 提供了一种单取代二茂铁芳基化合 物的

17、有效合成方法 .References1 Van Staveren, D. R.; Metzler-Nolte, N. Chem . Rev . 2004,104, 5931.2 Hale, P. D.; Inapki, T.; Karan, H. I.; Ohmoto, Y.; Skotheim,T. J . Am . Chem . Soc . 1989, 111, 3482.3 Dai, L. X.; Tu, T.; You, S. L. Acc . Chem . Res . 2003, 36,659.4 Imrie, C.; Loubser, C. Chem . Commun . 1994

18、, 2159.1994化 学 学 报 V ol. 68, 20105Imrie, C.; Loubser, C. J . Chem . Soc ., Perkin Trans. 21997, 399.6Irina, P. B.; Alexei, V. T.; Gennadij, V. L.; Victor, A. T.; Nikolai, V. L. J . Organomet . Chem . 2001, 637, 653.7Little, W. F.; Reilley, C. N.; Johnson, J. D.; Lynn, K. N.; Sanders, A. P. J . Am .

19、Chem . Soc . 1964, 86, 1376. 8Rosenblum, M.; Howells, W. G.; Banerjee, A. K.; Bennett, C. J . Am . Chem . Soc . 1962, 84, 2726.9Beckwith, A. L. J.; Jackson, R. A.; Longmore, R. W. Aust . J . Chem . 1992, 45, 857.10Purecha, V. H.; Nandurkar, N. S.; Bhanage, B. M.; Na-garkar, J. M. Tetrahedron Lett. 2008, 49, 5252.11Rausch, M.; Vogel, M.; Rosenberg, H. J . Org . Chem . 1957, 22, 900.12Imrie, C.; Loubser, C.; Engelbrecht, P.; McCleland, C. W. J . Chem . Soc ., Perkin Trans. 11999, 2513. 13Liu, C.-M.; Z