[发明专利]三联芳单膦配体、它们的制备方法和在催化偶联反应中的用途

说明书

针对Buchwald等人发明的二联芳单膦(biaryl phosphine)配体存在的不足,本发明提供了间三联芳单膦配体,通式为Ia和Ib或它们的混合物,和它们的制备方法。本发明还描述了三联芳单膦配位的钯络合物。三联芳单膦配体与钯盐或络合物组成的体系、以及三联芳单膦配位的钯络合物在催化有机反应中的用途亦是本发明的一部分,特别是在催化涉及（拟）卤代芳烃为底物的偶联反应中的用途。

技术领域

本发明涉及新颖的三联芳单膦配体(包括P-手性), 它们的制备方法, 它们作为关键组分和后过渡金属组成的催化体系, 以及它们在钯催化的有机反应特别是在催化偶联反应, 包括C-C和C-X键形成反应（X为N、O和F）, 中的用途。

背景技术

多种有机反应可由过渡金属络合物高效催化实现, 因此在药物和有机材料的制备过程中常常见到过渡金属催化剂起到重要作用. 过渡金属催化剂的性能本质上取决于金属元素本身, 但能高效地实现丰富多样的有机转化, 包括不对称转化, 还有来自于其周边的配体的对金属中心性质调控的贡献. 其中, 有机配体, 尤其是膦配体, 对金属中心电子性质和金属中心周围立体环境的调控起到重要作用. 配位原子的σ给电子能力和π接受反馈电子能力调控了金属中心的电子性质以及影响了对位的配位原子与金属中心的配位强度, 配位原子的半径及其占据的周边尺寸影响到金属中心的配位数和其它配体(包括底物)的配位排布. 因此, 配体的电子性质与立体性质协同、综合地影响了催化反应的各个步骤, 对过渡金属能高效地催化有机转化起到了关键作用。

在过渡金属催化的许多有机反应中, 偶联反应是非常重要的一类反应. 因此,研发高效的手性或非手性膦配体以实现高效的催化偶联反应受到人们重视. 下图列出几类用于钯催化偶联反应而性能优异的富电子、大立体位阻有机膦配体. Fu等人发现富电子、大立体位阻的三特丁基膦在Pd催化的偶联反应中具有优异的性能, 掀起了开发这类新型膦配体的热潮(A. F. Littke, et al., J. Am. Chem. Soc.，2000, 122, 4020). 德国的Beller和耶鲁大学的Hartwig分别开发了富电子、大立体位阻的二金刚基膦(M. Beller,et al., CN 101195641)和多取代苯基二茂铁膦QPhos (J. F. Hartwig, et al.,WO2002/011883), 都已成为商业化产品. 日本 Takasago公司研发出带芳基环丙基骨架的膦配体(cBRIDP) (K.Suzuki，et al，WO 2013/032035). 虽然Hiyashi等人早就发现了1,1’-二联萘-2-膦这类二联芳膦在钯催化的Kumada偶联反应中具有优越的催化性能, 但是Buchwald等人扩展了到二联苯膦, 又研发出一系列性能卓越的二联苯膦(S. L.Buchwald, et al., US6, 307, 087; WO 2009/076622). 除了富电子、大立体位阻的特点外, 二联苯膦中的苯环B中的π电子还可以与钯中心产生弱配位作用, 这是二联芳膦配体具有卓越催化性能重要原因。

虽然Pd中心朝向苯环B, 并与芳基电子产生配位作用是能量最低的优势构象, 见下图, 但是还存在构象旋转导致Pd中心背向苯环B(T. E. Barder, et al., J. Am.Chem. Soc., 2007, 129, 5096). 而这类钯背向苯环B的物种的催化活性仅相当于二环己基苯基膦钯, 甚至, 可以形成Pd-C键而成为休眠催态物种. 这是这类二联芳膦存在的一个缺陷。