[发明专利]一种用于偶联反应的非钯催化剂体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于偶联反应的非钯催化剂体系，具体涉及一种以非贵金属为活性中心的偶联反应的催化剂体系。

背景技术

偶联反应是一类十分有用的反应，特别是铃木(Suzuki-Miyaura)偶联反应，是构建碳碳键的一个非常有用的合成手段，广泛应用于各类聚合物如农用化学品、药物中间体等的合成。

可供选择的Suzuki-Miyaura偶联反应催化剂可以是在有磷配体存在下的钯络合物，如Pd(dppf)₂或Pd(PPh₃)₄。然而，采用这类催化剂存在下列问题：①钯的价格昂贵，因而，利用该反应制备有机化合物的成本较高；②金属钯具有较强的毒性，并且，其磷配体不稳定，对热敏感，活性相对低的芳香化合物在高温下反应会导致催化剂迅速钝化沉淀出钯黑，因而影响了其在药物合成等场合中的应用。

与此相比，铜是一种廉价而且低毒的金属，如何使用Cu催化剂来实现碳碳偶联反应并实现催化剂的循环利用，是过渡金属催化领域中新的研究热点，也是化学工业绿色化进程中的一个挑战性课题。目前公开的文献中，主要是铜和钯的双金属胶体催化剂。

在J.Am.Chem.Soc.2002，124，11858-11859中描述了将包含钯—Pt和/或Ru和/或Cu混合物的改进型胶体催化剂用于Suzuki-Miyaura反应，报道了其双金属胶体催化剂组合中，Cu/Pd在苯基硼酸和碘苯交叉偶联形成联苯的过程中活性最高(与纯钯水平相当)。但其催化剂的制备过程非常复杂，制备时间很长，使得催化剂的价格十分昂贵。

中国发明专利申请CN1736599A公开了一种制备用于铃木偶联反应的铜/钯胶体催化剂的方法。虽然在权利要求中称其是一种由甲酸盐、铜金属盐和铜以外的金属盐形成的铜：金属盐胶体催化剂，但实现上是铜/钯胶体催化剂，其仍然存在价格昂贵、毒性等问题。

文献Eur.J.Org.Chem.2006.2063-2066介绍了一种催化体系，包括碘化亚铜和配体DABCO(1，4-diaza-bicyclo[2.2.2]octane)，该催化体系对于芳基碘代物Suzuki-Miyaura偶联反应获得了中等的收率，但是对于芳基溴代物的反应则需要提高反应温度并且使用当量的配体DABCO，或者在体系中还需要加入一种相转移催化剂如TBAB(四丁基溴化铵)，增加了反应的操作成本；并且，这种催化体系只适合于芳基碘代物或溴代物，对于芳基氯代物不能起到催化作用。

发明内容

本发明目的是提供一种用于偶联反应的非钯催化剂体系。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于偶联反应的非钯催化剂体系，包括金属粉末和碳酸钾，金属粉末与碳酸钾的摩尔比为1∶10～60，以聚乙二醇为溶剂，所述金属粉末选自铜粉、钐粉、铟粉中的一种或者其混合物。

上文中的催化剂体系对于芳基碘代物与芳基硼酸的Suzuki-Miyaura偶联反应，催化效果很好；但是对于同等条件下的芳基溴代物或氯代物的偶联反应则效果不佳。发明人发现，当添加分子碘作为催化剂时，可以有效提高偶联产物的收率，当碘的添加量过大时，会出现副产物(芳基硼酸自偶联的产物)，因而需要限制碘的添加量。

进一步的技术方案，所述非钯催化剂体系中包括有碘，所述金属粉末与碘的摩尔比为1∶1～5。该方案可有效提高芳基溴代物或氯代物的偶联反应的收率。

上述技术方案中，所述聚乙二醇的分子量在200到800之间，其与金属粉末的摩尔比为1∶3至1∶6。

上述非钯催化剂体系应用于偶联反应时，加入的催化剂体系以金属粉末计，相当于芳基卤代物的0.05～0.3当量，偶联反应在110℃～140℃下进行，反应时间为12小时～36小时，反应在惰性气体保护下进行。

上文中，反应过程中进行加热，可以采用常规的加热装置，如油浴或加热套等，在条件许可时，也可以采用微波加热。

在实际反应时，根据情况，可以循环使用催化剂，此时，当反应结束时，往体系中加入低沸点溶剂，直接在反应器中萃取3～4次，每次把上层有机层小心倾析并且合并，最终将合并的有机溶剂通过干燥、浓缩并进行简单的柱层析，即可得到偶联产物，下层的催化剂体系可循环使用。

其中，所述低沸点溶剂为乙醚。

如果实际使用时不需要循环使用催化剂，则在反应结束时，先住体系中加入水再加入溶剂进行萃取，萃取溶剂以采用乙酸乙酯为优选，经过萃取、干燥、柱层析等操作可得到产物。

优选的技术方案为，所述惰性气体是氩气。