[发明专利]用于偶联反应的无金属催化剂体系

说明书

技术领域

本发明涉及一种催化剂体系，具体涉及一种用于偶联反应的无金属催化剂参与的催化体系。

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。

在现有技术中，至今为止关于无过渡金属催化剂参与的Suzuki-Miyaura偶联反应只有Nicholas E.Leadbeater课题组的报道。

根据文献1[Angew.Chem.Int.Ed.2003，42，1407-1409](德国化学会志)和文献2[J.Org.Chem.2003，68，5660-5667](美国化学会：有机化学)的报道：作者报道了一种无过渡金属催化剂参与的催化体系，以水为反应介质，以碳酸钠为碱，以TBAB(四丁基溴化铵)为添加剂，用微波反应器，其中功率为100W，反应温度为150℃，时间为5分钟。而一般油浴在相同的温度下，加热5个小时也到不到这样的效果。

上述文献中报道的催化体系仅仅适用于芳基碘代物和溴代物与芳基硼酸的偶联反应，对于芳基氯代物的偶联反应则无法进行。其中比较反常的结果是，对于相同的催化体系，该体系对于芳基溴代物反应反而比芳基碘代物的效果更好，这与化学中碳-碘键比碳-溴键更容易断裂相违背。

同时，文献1和2中的操作其实非常危险，在密闭的容器中瞬间达到溶剂(水)沸点之上的温度，容易发生容器的爆裂。

更大的问题是：Nicholas E.Leadbeater课题组在两年后发现他们之前的报道是不正确的，并不是纯粹无过渡金属催化剂参与的偶联反应。根据文献3[J.Org.Chem.2005，70，161-168](美国化学会：有机化学)的报道：他们以前报道中所使用的碱(碳酸钠)中其实含有10-24ppb量的钯，而仅仅如此量的钯催化剂的存在足可以催化偶联反应进行，因此，他们的报道并不是真正意义上的无过渡金属参与的偶联反应。此外，他们发现商业上获得的碳酸钠都含有少量的钯，而碳酸钾却不含钯。

即，现有技术中用于偶联反应的催化剂体系都含有贵金属和/或过渡金属，存在价格昂贵、毒性等问题，且为了避免金属氧化，一般需要惰性气体保护，操作条件严格。

因此，如果能开发出完全不含过渡金属催化剂的催化体系用于偶联反应，必将具有很大的意义。

发明内容

本发明目的是提供一种用于偶联反应的无金属催化剂体系。

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无金属催化剂体系，主要由碳酸钾和聚乙二醇组成，碳酸钾与聚乙二醇的摩尔比为60∶1至600∶1。

实验证明，上述体系可用于催化偶联反应，该催化体系中不含钯，实际试验中，对催化体系中的碳酸钾、聚乙二醇，以及反应原料均进行测试，在10～24ppb范围内检测不到钯，说明本发明的催化体系确为不含钯的催化体系。

上述技术方案中，所述无金属催化剂体系中包括有碘，所述碳酸钾与碘的摩尔比为5∶1至30∶1。

上述技术方案中，所述聚乙二醇的分子量在200到800之间。

本发明所述无金属催化剂体系可应用于偶联反应，加入的催化剂体系以碳酸钾计，相当于芳基卤代物的1～5当量，偶联反应在110℃～140℃下进行，反应时间为12小时～40小时，反应在空气中进行。

上文中，采用的催化体系，是无中心金属参与的催化体系，因而可以直接在空气中进行，不需要在严格的气体保护下进行。通过对比发现，采用上述催化体系的反应在空气中进行反而获得了比在惰性气体保护下获得更好的结果，可能原因是空气中的氧气参与了该偶联反应的进行(氧化加成过程)。

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。