二茂铁甲酰基类化合物的制备方法

摘要

本发明涉及二茂铁甲酰基类化合物的制备方法,它是将二茂铁或它的衍生物、有机碱以及有机溶剂置于反应瓶中,在－30至+60℃温度下,惰气保护和搅拌下,加入固态光气,搅拌8—14hr;抽滤,滤液蒸发至干,残留物用有机溶剂溶解,滤液浓缩,室温下放置,得到晶体产物;本发明制备的二茂铁甲酰基类化合物,收率高,实验操作简单,后处理方便,不产生黑色杂质。

说明书

本发明涉及二茂铁甲酰基类化合物的制备。

二茂铁酰氯是一种重要的合成中间体，它的衍生物表现出抗肿瘤、杀虫、杀菌和植物生长调节活性。二茂铁基是一个疏水性很好的芳香基团，在一些药物或农药分子中可替代苯环而仍保持生物活性。如罗姆哈斯公司用二茂铁酰氯作原料将双酰肼分子中的苯环用二茂铁代替，得到含二茂铁基的双酰肼化合物，表现出很高的昆虫生长调节活性。另一方面，二茂铁基有两个可旋转的共平面环戊二烯基和独特的氧化还原特性，因此最近用二茂铁酰氯作为原料已将二茂铁羰基引入到超分子和分子元件中，二茂铁基本身和含有二茂铁基的肽链是作为分子受体来形成超分子的有机金属骨架。

文献报道二茂铁酰氯是通过二茂铁羧酸和合适的氯化试剂反应来制得，所用的氯化试剂有：五氯化磷(D.W.Mayo，P.D.Shaw，M.Rausch，Chem.and Ind.(London)(1957)1388.)、三氯化磷(W.Ji-Tao，Z.Yun-Wen，X.Yu-Min，et al，Chem.J.Chinese.Univ.14(1993)801.)、草酰氯(H.Falk，C.Krasa，K.Schlogl，Monat.Chem.100(1969)1552.)和二氯亚砜(H.J.Lorkowski，R.Pannier，A.Wende，J.Prakt.Chem.35(1967)149.)。二茂铁羧酸可以用以下几种方法制备的：(1)二茂铁先乙酰化，再用次氯酸盐或碘氧化得到二茂铁羧酸，但氧化收率太低(14％-47.8％)，(2)二茂铁先甲酰化，再用氧化银或二氧化锰氧化得到二茂铁羧酸(G.Schmitt，S.Ozman，J.Org.Chem.41(1976)3331.)，同样氧化收率太低，(3)二茂铁用丁基锂变成锂盐，再和二氧化碳反应得到二茂铁羧酸(D.W.Mayo，P.D.Shaw，M.Rausch，Chem.andInd.(London)(1957)1388.)，总收率只有37％，且操作太繁杂，(4)二茂铁和邻氯苯甲酰氯进行Friedel-Crafts酰化反应后，再用乙二醇二甲醚作溶剂，和叔丁基钾反应得到二茂铁羧酸(E.R.Biehl，P.C.Reeves，Synthesis 6(1973)360.)，该反应的总收率虽可达88％，但所用邻氯苯甲酰氯和叔丁基钾作原料太昂贵，(5)氰基二茂铁水解可得到二茂铁羧酸(A.N.Nesmeyanov，E.G.Perevalova，L.P.Yureva，etal，Izv.Akad.Nauk SSSR，Ser.Khim.，(1963)1377.)，该反应的收率为69％，但原料氰基二茂铁太昂贵，(6)二茂铁硫代甲酸甲酯水解也可得到二茂铁羧酸(D.E.Bublitz，G.H.Harris，J.Organomet.Chem.，4(1965)404.)，该反应的收率为70％，但原料二茂铁硫代甲酸甲酯不好得。上述文献报道的六种方法由于合成困难而导致二茂铁羧酸很昂贵。而且，二茂铁羧酸与五氯化磷、三氯化磷、草酰氯和二氯亚砜反应制备二茂铁酰氯时会产生大量的黑色杂质，而且收率低。

双二茂铁酮是一种稳定的燃烧改性物，它与有机高聚燃料和高氯酸铵一起制得的火箭燃料可显著增加燃料的燃烧速度。双二茂铁酮由于对水和环己烷不敏感，所以它和硝酸制备的混合物可作为高温碰炸起爆管、电子起爆管、引爆剂和引爆药。双二茂铁酮还是合成各种腙，硫代、硒代、蹄代双二茂铁酮，四二茂铁基乙烯等的重要中间体，同时双二茂铁酮由于两个茂环用一个sp²杂化的碳连接而导致它和以它为原料而合成的产物具有独特的氧化还原特性。文献用二茂铁羧酸先合成二茂铁酰氯，再与二茂铁反应来合成双二茂铁酮，其总收率仅有38％(K.L.Rinehart，Jr.，A.F.Ellis，C.J.Michejda，et al，J.Am.Chem.Soc.82(1960)4112.)。

迄今为止，尚未发现有理想的制备上述二茂铁甲酰基类化合物的工艺方法。

本发明的目的是提供一种二茂铁甲酰基类化合物的制备方法，本发明的突出特点是选用固态光气直接用便宜易得的二茂铁作原料，实验操作简单，后处理方便。本发明可以克服现有技术的不足，其收率高于二茂铁羧酸和五氯化磷、三氯化磷、草酰氯或二氯亚砜反应的收率，不产生黑色杂质，在实验操作和收率上都远远优于已知方法，而且避免了二茂铁羧酸的制备。

本发明是采用下述反应：R＝H或-CO₂H；或

本发明是在该反应在-30至+60℃，优选-15至+20℃的温度范围内进行。将二茂铁或它的衍生物、有机碱以及有机溶剂置于反应瓶中，搅拌下，惰气保护，加入固态光气(反应物摩尔比为3∶1-3)，搅拌8-14hr；抽滤，滤液减压蒸发至干，残留物用有机溶剂溶解，抽滤，滤液减压浓缩，室温下放置，得到晶体产物，过滤，干燥即可。

本发明的具体制备方法是可选用固态光气和二茂铁直接反应制备了二茂铁酰氯，该反应合适的溶剂为四氢呋喃、乙醚、甲苯、苯、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷或1，2-二氯乙烷以及它们的混合，最好的溶剂为二氯甲烷；合适的碱为有机碱，例如三甲胺、三乙胺、吡啶、N-甲胺基吡啶或N，N-二甲胺基吡啶；所说的二茂铁与固态光气的摩尔比为3∶1-3；该反应在-30至+60℃，优选-15至+20℃的温度范围内进行；该反应过程如下：反应中所需要的固态光气是用已知方法制备的。

本发明可选用固态光气和二茂铁羧酸反应制备了二茂铁酰氯，该反应合适的溶剂为四氢呋喃、乙醚、甲苯、苯、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷或1，2-二氯乙烷。最好的溶剂为二氯甲烷；合适的碱为有机碱，例如三甲胺、三乙胺、吡啶、N-甲胺基吡啶或N，N-二甲胺基吡啶或它们的混合。该反应在-30至+60℃，优选-15至+20℃的温度范围内进行。

本发明还可将固态光气和二茂铁一步反应制备双二茂铁酮，合适的溶剂为四氢呋喃、乙醚、甲苯、苯、乙酸乙酯、氯仿、二氯甲烷或1，2-二氯乙烷。最好的溶剂为二氯甲烷。合适的碱为有机碱，例如三甲胺、三乙胺、吡啶、N-甲胺基吡啶或N，N-二甲胺基吡啶。该反应在-30至+60℃，优选-15至+20℃的温度范围内进行。该反应需要在路易氏酸存在下进行，该反应合适的路易氏酸有：三氯化铝、二氯化锌或四氯化锡等，优选无水三氯化铝。

实施例：

固态光气和二茂铁反应制备二茂铁酰氯

在0℃下将二茂铁(5.4mmol)、重蒸的三乙胺(6mol)及15mL 1，2-二氯乙烷置于反应瓶中，在冰浴冷却搅拌下，通氮气保护。然后滴加固态光气(2mmol)的15mL1，2-二氯乙烷的溶液。加完后，0℃下继续搅拌2hr，再室温搅拌12hr。抽滤，滤液减压蒸发至干，残留物中加入正己烷加热至溶解，抽滤，滤液减压浓缩，放置结晶得红色的晶体产物(0.51g，收率为38.1％)，mp 49-51℃(文献值，⁷mp＝49℃)；¹H NMR(CDCl₃)δ4.32(s，5H，C₅H₅)，4.63(s，2H，C₅H₄)，4.91(s，2H，C₅H₄).

固态光气和二茂铁羧酸反应制备二茂铁酰氯

在氮气保护下，在0℃下将二茂铁羧酸(3.13mmol)、重蒸的三乙胺(3.29mmol)和N，N-二甲胺基吡啶(1.65mmol)的10mL二氯甲烷溶液滴加至搅拌的固态光气(3.29mmol)的30mL二氯甲烷溶液中。加完后，0℃下继续搅拌1hr，再室温搅拌11hr。抽滤，滤液减压蒸发至干，残留物中加入正己烷加热至溶解，抽滤，滤液减压浓缩，放置结晶得红色的晶体产物(0.48g，收率为61.5％)，mp 49-51℃(文献值，⁷mp＝49℃)；¹HNMR(CDCl₃)δ4.32(s，5H，C₅H₅)，4.63(s，2H，C₅H₄)，4.91(s，2H，C₅H₄)。

双二茂铁酮的合成：

在氮气保护下，在-15℃下将固态光气(1.61mmol)的10mL二氯甲烷溶液和重蒸的三乙胺(4.83mmol)同时从不同漏斗滴加到二茂铁(8.06mmol)和无水三氯化铝(8.06mmol)的30mL二氯甲烷溶液。加完后，-15℃下继续搅拌2hr，再室温搅拌6hr。反应混合物倒入冰水中，用二氯甲烷萃取，有机相用无水硫酸镁干燥，抽滤，滤液减压蒸发至干，残留物过色谱柱，所得产物用异丙醇重结晶得红色的针状晶体产物(0.81g，收率为50.6％)；mp 203-204℃(文献值，¹⁵mp＝204℃)；IR(KBr)3113.5，1607.1，1462.4，1382.4，1291.6，1102.0，1059.6，804.6，490.3cm^-1；¹H NMR(CDCl₃)δ4.23(s，5H，C₅H₅)，4.54(s，2H，C₅H₄)，5.02(s，2H，C₅H₄).Anal.Calcd.for C₂₁H₁₈OFe₂：C，63.36；H，4.56.Found：C，63.16；H，4.28.