[发明专利]一种用于薗头偶合反应的铜催化剂体系

说明书

技术领域

本发明属于催化剂领域，具体涉及一种用于薗头偶合反应的铜催化剂体系，该催化剂体系可以在水中催化薗头偶合反应制备炔类化合物。

背景技术

由Pd/Cu混合催化剂催化的末端炔烃与sp₂型碳的卤化物（芳基卤代烃）之间的交叉偶联反应通常被称之为薗头偶合反应（Sonogashira coupling reaction，简称Sonogashira反应）。这一反应最早在1975年由Heck, Cassar以及Sonogashira等独立发现，经过近三十年的发展，它已逐渐为人们所熟知，并成为了一个重要的人名反应。目前，Sonogashira反应在取代炔烃以及大共轭炔烃的合成中得到了广泛的应用，并且被认为是合成炔烃化合物的最有效、最直接的方法，因而在很多天然化合物，农药医药，新兴材料以及纳米分子器件的合成中得到了广泛应用。

传统的用于Sonogashira偶联反应的催化剂通常是钯配合物，在含磷配体存在下同时辅以碘化亚铜作为共催化剂，所使用的溶剂优选为胺。然而，采用上述催化剂存在下列问题：①钯的价格昂贵，因而成本较高；②金属钯具有较强的毒性；③钯易在产物残留，因而影响了其在药物合成等场合中的应用；④上述反应通常对于溴代、碘代烯烃及芳香烃具有较高的反应活性，但是对于氯代化合物，其反应活性往往很低；虽然到目前为止，在一些条件下这一化合物也可以得到期待的偶联产品，但是仍有着许多的局限性；因此克服这一局限性也是这一领域中急需解决的技术问题。

针对上述问题，铜催化剂得到了广泛研究。早在1963年，Castro等以吡啶为溶剂进行当量的铜促进的Sonogashira反应的研究（参见：Synth. Commun. 1989, 19, 2199）。1992年，Okaro等使用5mol%的碘化亚铜作为催化剂，以PPh₃为配体、碳酸钾为碱，在DMF或DMSO溶剂中，80~120℃下完成了真正意义上的亚铜盐催化的Sonogashira反应（参见：Tetrahedron Lett. 1992, 33, 5363）。此后，Venkataraman等人发现1,10-菲咯啉可以作为配体用于铜催化的Sonogashira反应（参见：Org. Lett. 2001. 3, 4315; Synthesis 2005, 1706）。近几年来，还发展了很多其他的配体用于铜催化的Sonogashira反应，如N,N-二甲基甘氨酸（参见：Chem. Commun. 2004, 1934）、三乙烯二胺（参见：J. Org. Chem. 2007, 72, 2053），消旋联二萘酚（参见：J. Mol. Catal. A 2008, 284, 85），8-羟基喹啉（参见：Eur. J. Org. Chem. 2008, 4050）和1，3-二酮（参见：Org. Lett. 2008, 10, 3203）等。然而，以上都是非水相的常规有机溶剂中进行的催化反应，因此其反应成本比较高，而且并不环境友好。

关于水相中催化的Sonogashira反应在2005年由北京大学的杨震教授报道过（参见：J. Org. Chem. 2005,70,391），但是其催化剂是PdCl₂，其毒性大且成本高。关于铜催化的水中进行的Sonogashira反应仅有两例报道：一例是中山大学的万一千副教授在2007年报道的（参见：Synthetic Commun. 2007, 37, 1355）。催化反应几乎都是在微波中进行，且催化剂用量大：CuI (10 mol%), PPh₃ (20 mol%), 碱为碳酸钾（200 mol%），温度为120℃。同时，他也指出在回流的水中也可以进行；底物中卤代烃只限于芳香碘代物；特别的，为了反应更好地进行，体系中加入了1当量的相转移催化剂TBAB（四丁基溴化铵）。第二例是武汉大学的刘盛华教授在2009报道的（参见Appl. Organometal. Chem.2009, 23, 75），其催化体系为CuI (5 mol%), PPh₃ (15 mol%)，碱为氢氧化钾（200 mol%），温度为140℃；底物中卤代烃只限于芳香碘代物。但其缺点是：催化剂用量高、反应温度太高、底物范围窄。