1、承德石油高等专科学校 1 1 目录 第一章 . 4 1.1 耦合反应简单介绍 . 4 1.1.1 偶合过程特点 . 4 1.1.2 偶合常数的影响因素 . 5 1.2.1 反应药品介绍 . 5 碘苯 . 6 碘苯的结构 . 6 第二章 . 6 2.1 实验药品表 . 7 2.2 实验仪器如下表 . 7 2.3 表征方法 . 7 2.3.1 核磁共振分析 . 7 2.4 合成路线 . 8 2.4.1 第一步反应 . 8 2.4.2 第二步反应 . 9 2.4.3 .10 实验一补充实验 .10 2.4.4 配体制备 . 11 第 三章讨论与结论 . 11 附录 .13 承德石油高等专科学校 2
2、2 摘要 ： -酮亚胺作为一种有效的铜配合物对于含氮杂环和芳基卤化物的的反应有很好的效果 ， -酮亚胺被发现时是有效地便宜的易得的配体，纽缦耦合反应的铜碱配体的更深入的设计和应用会更普遍 。 关键词 ： -酮亚胺 铜，催化耦合 N -芳基化反应 咪唑 ，芳基溴化物 承德石油高等专科学校 3 3 承德石油高等专科学校 4 4 第一章 绪论 N-芳基含氮杂环 和 N-芳基胺 化合物广泛应用于生化、药物、光电转化材料中。合成这类化合物的铜催化 N-芳基化法在最近几年取得的较大的进展 ,特别是很多新的配体被报道。但仍存在催化剂活性不高、配体实用性差、底物适用范围窄、官能团容忍性差等缺点。因此 ,研究开
3、发出高效、通用、价廉易得的配体用于铜催化 N-芳基化反应仍然是人们追求的目标。铜催化的 Ullmann 反应是合成这类物质的经典方法。在近十年中 ,Ullmaan 反应的研究取得了很大的进展。但是苛刻的反应条件仍限制了该反应在实验室和工业中的应用。 我们课题组在研究铜催化 C-N 偶联反应的配体时具有加速反应的性质。以 氧 亚铜为催化剂 ,不需要加入配体 ,在温和的条件下 咪唑 和 +碘苯即可发生 N-芳基化反应 。 强烈吸电子基的卤化物或不受阻碍的底物的耦合 在反应中明显的增长被观测到了在比较亚铜盐的接触活性时发现Cu2O 是最有效的产率 ， 对于氮芳基化还有其他配体能起到催化作用，下面是对
4、于磷配体与钯配体的简单介绍： 含氮配体在膦配体替 代研究中居于非常重要的地位。亚胺类配体一般包括 -双亚胺和希夫碱，具有良好的配位性能和多种配位方式。双亚胺类配体具有模块性，其电子性质和空间位阻性质可以通过其取代基进行相对独立的调节，从而达到优化配体的目的。 Pd(OAc)_2/MeONa/EtOH 催化体系能够高效地催化 Suzuki 交叉偶联反应。在常温和 1 mol%钯催化剂的条件下 ,卤代芳烃与芳基硼酸能够在极短的时间内反应完毕 ,并且可以得到高的产率 ;在改变反应体系的溶剂 ,同时延长反应时间后 ,该体系还能够适应于活性不高的杂环卤代芳烃和杂环硼酸的反应。 1.1 耦合反应简单介绍
5、1.1.1 偶合过程特点 为了避免 副反应 ，偶合要在 0 15 下进行，并控制偶合组分微过量，使重氮组分完全反应。偶合一般在水介质中进行，不同类型的偶合组分对介质要求不同的 pH。酚类偶合时在弱碱性介质中速率较快；芳胺偶合时在弱酸性介质中速率较快。偶合是亲电取代反应，偶氮基 (-N N-)通常进入 羟基、氨基 的邻位或对位。有些氨基萘酚磺酸钠，如 1-氨基 -8-萘酚 -3， 6-二磺酸单钠盐（即 H 酸 的单钠盐），可以在两个位置偶合。第一次偶合要在酸性介质中进行，先在氨基的邻位引入偶氮基；然后在碱性介质中偶合 ，使第二个偶氮基进入羟基的邻位。但若先在碱性介质中偶合，就不能再进行第二次偶合
6、了。有些氨基萘酚磺酸，如 2-氨基 -8-萘酚 -6-磺酸 (即 酸 )，只能在酸性或碱性介质中偶合一次。偶合反应完成后，有时需要加热对偶氮染料进行后处理。 偶合一般用釜式反应器间歇操作。为了防止稀酸的腐蚀，一般用搪瓷或衬瓷砖的反应锅，并向锅中直接加入碎冰或者将冷冻盐水通入夹套或搪瓷蛇管来控制反应温度。在反应后如需加热，可用直接蒸汽或间接蒸汽 承德石油高等专科学校 5 5 1.1.2 偶合常数的影响因素 主要有偶合核间的距离、角度及电子云密度。 间隔的键数 偕偶的偶合常数以 J表示，饱和烷烃中氢的 J 为 10 15Hz，烯氢的 J 为 0 5Hz。 邻偶的偶合常数以 J 表示， J为 6 8
7、Hz，规律是： J J J J。 J通常大于 12Hz，J 通常小于 12Hz，它们均随着双键上取代基的电负性的增加而减小，随着与 键的共轭而增加。这在结构解析中很有用。 远程偶合的偶合常数除了具有 键系统的外， J 值均较小，为 0 3Hz。 角度 偶合常数通常随角度的改变而改变，以饱和烃的邻偶为例，其偶合常数的范围为 016Hz。在开链化合物中，由于键自由旋转的均化作用， J 为 6 8Hz；对于环状结构，键不能自由旋转时， J值与夹角有关（如下图）。 电负性 由于偶合靠价电子传递，取代基的电负性越大，导致核外的电子云密度降低， J值减小 1.2.1 反应药品介绍 1 咪唑的结构 【制备或
8、来源】 （ 1）甲酰胺和乙二胺固相催化脱氢，催化剂为以三氧化二铝为载体的铂；（ 2）以 乙二醛 为原料，在甲醛中与硫酸铵（或氨）在 85 90 反应而得。 性质 :白色棱形或片状结晶 ,易溶于水 ,乙醇 ,乙醚 ,氯仿中 ,微溶于苯 ,难溶于石油醚 ,有毒 ,对皮肤 ,粘膜有刺激性和腐蚀性 咪唑容易发生 4 位或 5 位的亲电取代，其中 5 位更容易 英文名称 :Imidazole 化学名称 :1,3-二氮杂环戊二烯 别称 :1,3-二氮唑 ,间二氮茂 分子式 :C3H4N2 分子量 :68.08 承德石油高等专科学校 6 6 碘苯 碘苯的结构 I物化性 质 (Physical Propert
9、ies) 密度 1.82，熔点 -30 ，沸点 188 C , 折射率 1.618-1.62 ,闪点 74 C 溶于醇、醚、苯氯仿、不溶于水。 无色重质液体。遇光、空气中放置易变黄，有特殊气味。 低毒 ， 有刺激性。 碘苯的存储 密封阴凉干燥避光保存。 氧化亚铜 氧化亚铜结构 O CuCu 性质： 不溶于水，溶液显蓝色 高温时氧化亚铜的稳定性是高于氧化铜 氧化亚铜只能与强氧化性酸反应 ,他能被进一步被 氧化得到 +2 价的铜 . 第二章 实验部分 英文名称 ： Iodobenzene 分子式 (Formula)： C6H5I 分 子 量 (Molecular Weight) ： 204.01
10、英文名称 ： oxodicopper 分子式 (Formula)： Cu2O 分子量 (Molecular Weight)： 143.9 承德石油高等专科学校 7 7 2.1 实验药品表 结构 分子式 分子量 生产地 I C6H5I 204.008 北京北精细化工品有限公司 DMF N/A N/A 北京北精细化工品有限公司 N NH N/A 68.0773 北京北精细化工品有限公司 Cu2O Cu2O 143.091 天津光复 K2CO3 K2CO3 139.213 北京北精细化工品有限公司 NaOH NaOH 41 天津光复 CDCl3 CDCl3; 120.38 天津光复 2.2 实验仪器
11、如下表 仪器名称 生产厂家 精密电子天平 常熟双节测试仪器有限公司 循环水式多有真空泵 郑州长城科工贸有限公司 真空旋蒸仪 郑州长城科工贸有限公司 核磁共振仪 AV300 瑞士布鲁克拜厄斯宾有限公司 液 质谱联用仪 2010EV 岛津有限公司 2.3 表征方法 2.3.1 核磁共振分析 核磁共振仪 对合成的化合物进行 H-NMR 分析， 1H-NMR 溶剂为氘代氯仿和二甲基亚砜 2.3.2 液质分析 液质谱联用仪 对化合物进 行 LCMS 分析 承德石油高等专科学校 8 8 2.4 合成路线 I NN H+ NN C F 3 S O 3 H N N C F 3 S O 3 H2.4.1 第一步
12、反应 I NN H+ N N结构 分子式 分子量 质量 g 当量 摩尔 纯度 I C6H5I 204.008 27.3 1.00 0.13382 99 DMF N/A N/A 300 N/A N/A N/A N NH N/A 68.0773 11.08 1.20 0.16276 N/A Cu2O Cu2O 143.091 2 0.10 0.01398 99.9 K2CO3 K2CO3 139.213 37 2.00 0.26578 99.9 C11H12FNO C11H12FNO 193.217 4 0.20 0.0207 99.9 图表一 操作步骤 Into a 500-mL 4-necke
13、d round-bottom flask, was placed a solution of iodobenzene (27.3 g, 133.82 mmol, 1.00 equiv) in N,N-dimethylformamide (300 mL), 1H-imidazole (11.08 g, 162.76 mmol, 1.20 equiv), oxodicopper (2 g, 13.98 mmol, 0.10 equiv), potassium methaneperoxoate potassium (37 g, 265.78 mmol, 2.00 equiv), (2E)-2-(4-
14、fluorophenyl)iminopentan-3-one (4 g, 20.70 mmol, 0.20 equiv). The resulting solution was stirred for 18 h at 140oC in an oil bath. The reaction mixture was cooled to 25 degree C with a water bath. The filtrater were collected by filtration. The resulting mixture was washed with 3x300 mL of water. Th
15、e resulting solution was extracted with 3x150 mL of ethyl acetate and the organic layers combined and dried in an oven under reduced pressure. and concentrated under vacuum. This resulted in 14.5 g (75%) of 1-phenyl-1H-imidazole as yellow oil. 在 500ml 四口瓶中加 300mlDMF,将碘代苯 (27.3 g, 133.82 mmol, 1.00 e
16、quiv)溶解到DMF 中加咪唑 (11.08 g, 162.76 mmol, 1.20 equiv)， Cu2O (2 g, 13.98 mmol, 0.10 equiv),K2CO3 (37 g, 265.78 mmol, 2.00 equiv),油浴升温到 140 oC，反应 18 小时。水浴降温到 25 oC。抽滤漏斗过滤，用 300ml 水洗抽滤物重复 3 次。水洗物用 EA萃取 3次每承德石油高等专科学校 9 9 次用 150ml，合并有机相，减压真 空浓缩，得黄色油状液体 14.5 g (75%) 产品 分子式 分子量 质量 g 收率 纯度 N N C9H8N2 144.17 1
17、4.5 75 95% 图表一反应结果 其它实验 序号 Cu2O(MOL) I 当量 NHN当量 反应温度 反应时间 （碘代苯） 反应监控 N N产率 产品产率 1 0.01398 27.3g 1 10g 1.2 60 18h N/A 0 0 2 0.01398 27.3g 1 13.6g 1.5 120 18h N/A 0 0 3 0.01398 27.3g 1 10g 1.2 140 18h 72% 14g 73% 4 0.01398 27.3g 1 13.6g 1.5 140 18h 100% 14.9g 77% 5 0.01398 27.3g 1 20g 2 140 18h 100% 1
18、5g 78% 6 0.01398 27.3g 1 13.6g 1.5 140 18h 100% 14.5g 75% 2.4.2 第二步 反应 反应方程 N N C F 3 S O 3 H N NCF3SO3H 结构 分子式 质量 当量 摩尔 纯度 % N N C9H8N2 7 g 1.00 0.04855 100 EA N/A 50 g N/A N/A N/A CF3SO3H N/A 6.5 g 1.00 0.04851 N/A 图表二 操作步骤 Into a 250-mL 4-necked round-bottom flask, was placed a solution of 1-phen
19、yl-1H-imidazole (7 g, 48.55 mmol, 1.00 equiv) in ethyl acetate (50 g), 承德石油高等专科学校 10 10 CF3SO3H (6.5 g, 48.51 mmol, 1.00 equiv). The resulting solution was stirred for 1 h at 22oC in a water bath and cooled for 2 hours. The solids were collected by filtration. The resulting mixture was concentrated
20、under vacuum. This resulted in 6.5 g (93%) of 1-phenyl-1H-imidazole as a colorless solid. 在 250ml 4 口瓶中加入 EA (50 g),将 1-苯基 -1H-咪唑 (7 g, 48.55 mmol, 1.00 equiv)溶解到 EA 中。 滴加 CF3SO3H (6.5 g, 48.51 mmol, 1.00 equiv)。 22 oC 反应 1 小时 ；有大量白色固体析出， ，水浴冷却 2 小时，抽滤收集固体。将固体真空浓缩。得白色固体 1-苯基 -1H-咪唑盐 6.5 g (93%)。 产品
21、分子式 质量 收率 % N N CF3SO3H N N CF3SO3H 6.5g 93 图表二反 应结果 其它实验（室温条件） 序号 N N （ mol） EA CF3SO3H（ mol） N N CF3SO3H产率 1 0.04855 N/A 0.04851 93%（ 6.5g） 2 0.13179 N/A 0.1306 75%（ 14.3g） 3 0.1734 N/A 0.20075 80%（ 20g） 2.4.3 实验一补充实验 在实验一中补加配体F N O再按照一中的方法得到产品，投料量如下表，得到产品后除配体。 结构 分子式 分子量 质量 g 当量 摩尔 纯度 I C6H5I 204.008 27.3 1.00 0.13382 99 DMF N/A N/A 300 N/A N/A N/A N NH N/A 68.0773 11.08 1.20 0.16276 N/A Cu2O Cu2O 143.091 2 0.10 0.01398 99.9 K2CO3 K2CO3 139.213 37 2.00 0.26578 99.9 C11H12FNO C11H12FNO 193.217 4 0.20 0.0207 99.9
