镍催化芳基磷酸酯与芳基硼酸的偶联反应及1-烯基膦酸酯的合成及应用研究

摘要

天然存在的许多重要的功能分子都含有磷酸酯，特别是含有糖类残基的生物分子，其在天然产物及生物活性化合物结构多样性方面扮演一个非常重要的角色。磷酸酯基团的引入可以从根本上改变化合物的物理、化学性质，导致其分子极性及分子结构发生根本性变化，因此也广泛应用医药领域。　　 本论文以四氯化碳为溶剂，三乙胺为碱，使用不同的酚基底物与二乙基亚磷酸酯反应合成了近30个芳基磷酸酯。一系列芳基磷酸酯的合成，不仅为进一步检测其活性，研究其他方面性质提供了底物积累了数据，同时也为下一步研究其催化偶联反应提供了原料。　　 联芳类结构广泛存在于生物活性分子和功能分子结构中，同时也广泛应用于液晶显示方面。过去几十年，反应条件温和的Suzuki-Miyaura偶联反应不论在实验室还是工业生产上都几乎完全取代了传统的联芳类结构的合成方法。但长期以来，各种金属催化的偶联反应大都利用卤代的底物，而应用酚类、烯醇类衍生物作为底物的好处是显而易见的，这些原料价廉易得且多为天然产物或者很容易从其他原料转化而来。　　 本文以二乙基磷酸2-萘酚酯和苯硼酸为原料，详细地优化了芳基磷酸酯参与的Suzuki-Miyaura偶联反应条件。在催化剂的选择方面，发现不论是Pd(0)还是Pd(Ⅱ)均不适合磷酸酯类底物的活化；进一步测试同族的Ni基催化剂时，一系列的单齿及双齿配体催化剂中，Ni(PCy3)2Cl2效果最佳(93％产率)。最适合的溶剂为二氧六环，碱为K3PO4，浴温110℃为最适宜的温度。　　 各种取代的萘酚基磷酸酯与苯硼酸(对甲氧基苯硼酸)的偶联反应可以获得较高的产率(>83％)；取代的苯基磷酸酯参与的偶联反应产率相对较低一些(59-91％)。不论是吸电子基还是供电子基取代的芳基磷酸酯都能够有效地发生偶联反应。1，4-二苯基磷酸酯、1，6-二萘基磷酸酯可以与二分子芳基硼酸一锅发生双取代偶联产物。此外，对于邻位有取代基的苯基磷酸酯，如2-甲基磷酸酯等都可以与芳基硼酸有效地偶联。含有杂环的3-吡啶基磷酸酯的偶联反应达到91％的产率。但4-腈基-苯基磷酸酯的偶联产率只有36％，可能由于苯硼酸与-CN发生加成或偶联反应。　　 不论电中性、缺电子及富电子基团取代的芳基硼酸都可以与2-萘基磷酸酯有效地发生偶联反应。不过邻位有取代基的硼酸，由于位阻效用，产率相对较低。特别值得一提的是3-氨基苯硼酸，在氨基没有保护的条件下直接与2-萘基磷酸酯反应得到82％的偶联产物。此外，含有杂环的硼酸，如2-苯并呋喃硼酸也可以2-萘基磷酸酯有效的偶联。正丁基硼酸和苯乙烯基硼酸在该反应条件下没有得到任何偶联产物。　　 该偶联反应可以顺利地在雌酮的酚羟基位置引入取代苯基；在L-酪氨酸衍生物的酚羟基位置同样可以引入取代苯基，而且不会引起消旋化，表明该偶联反应在天然产物全合成及药物合成方面有很好的应用前景。同时取代的溴与磷酸酯取代基由于反应活性的差异，在Pd和Ni基催化剂的作用下，在萘环的2和6为引入了不同的取代基。　　 本论文也设计合成了一系列可用作锂离子电池电解液的阻燃添加剂，兼具磷酸酯基团和不饱和键炔键的1-炔基膦酸酯类分子。并且通过1-炔基膦酸酯与环戊二烯的Diels-Alder反应合成了一系列1-烯基膦酸酯类化合物。1-烯基膦酸酯本身可被用作药物，而且广泛应用于高分子领域，包括用作聚合物单体或共聚物，及阻燃剂领域。