对称结构六取代苯及其合成方法

摘要

本发明公开了一种对称结构六取代苯及其合成方法，为以下通式的化合物；

说明书

技术领域

本发明涉及一种对称结构六取代苯的合成方法。

背景技术

六取代苯是一种常用的有机小分子及合成中的结构单元，苯衍生 物可以用来合成多并苯。在多环芳烃中苯环呈直线排列的称为链状并 苯或简单并苯。在这一类同系物中，从苯到蒽可以从石油中提取，然 而从并五苯到并七苯只能从小分子通过多步有机合成获得。长链的化 合物如并四苯和并五苯有希望用于材料科学。主要缺点是它们在一般 有机溶剂中的溶解度低。对苯的结构中插入不同结构的取代基可以实 现定向改变其物理性质或进一步的衍生化的目的，基本上可以解决这 个难题，同时还可以改善它们的电学性能。

但是现在六取代苯的合成普遍存在以下问题：1)区域选择性差， 因这些分子取代基差异小，选择性难以控制，导致其目标产物收率低， 副产物多。2)引入取代基困难，如何引入具有衍生化潜力的高活性 基团，或者是引入能改善分子溶解性、光电性能和稳定性的诸如烷基 链和芳基等共轭基团成为了主要的技术难题。3)步骤复杂，导致工 艺难以放大。(有关六取代苯类化合物的合成方法，见a)SchoreN.E., Chem.Rev.,1988,88(7),1081.b)SchoreN.E.,ComprehensiveOrganic Synthesis,1991,24(9),1129；c)Grotjahn,D.B.Comprehensive OrganometallicChemistryII,1995,95(30),741.d)EichmanC.C., BragdonJ.P.,StambuliJ.P.,Synlett.,2011,24(8),1109；e)YoshidaK., MorimotoI.,MitsudoK.,Tetrahedron,2008,64(24),5800；f)HiltG., VoglerT.,HessW.,Chem.Commun.,2005,36(32),1474；g)LiJ.H.,Xie Y.X.,Synth.Commun.,2004,34(9),1737；h)CarvalhoM.,AlmeidaF. M.T.,A.M.,J.Org.Chem.,2003,679(1),143.i)TanakaK., ToyodaK.,WadaA.,Chem.Eur.J.,2005,11(4),1145；j)KirssR.U., ErnstR.D.,ArifA.M.,J.Organomet.Chem.,2004,689(2),419；k)Gao Y.,PuddephattR.,J.Inorg.Chim.Acta.,2003,350,101；l)NavarroJ., SagiM.,SolaE.,Adv.Synth.Catal.2003,345(1-2),280；m)MelisK., VosD.D.,P.Jacobs.J.Organomet.Chem.,2002,659(1-2),159.)鉴于此 类化合物重要的应用价值，因此研发一种高效高选择性的方法合成六 取代苯分子有相当的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于提供一种反应条件温和、操作方便、收率高的 对称结构六取代苯及其合成方法。

本发明的技术解决方案是：

一种对称结构六取代苯，其特征是：为以下通式的化合物；

R¹-R³基团分别独立的选为C₁-C₂₀的烷基、C₁-C₂₀的烷氧基、C₄-C₇的环烷基及其同分异构基、三甲基硅基、三乙基硅基、苯基、呋喃基、 噻吩基、对C₁-C₂₀的烷基苯基、(2,6-二甲基)苯基、(2,6-二乙基)苯基、 (2,4,6-三甲基)苯基、(2,4,6-三乙基)苯基、对C₁-C₂₀的烷氧基苯基、 对三甲基硅基苯基、二甲基氨基、二乙基氨基、乙炔基、乙炔基、(1- 丙炔)基、(1-丁炔)基、(1-戊炔)基、(1-己炔)基、(1-庚炔)基、(1-辛炔) 基、(1-壬炔)基、(1-癸炔)基、苯乙炔基、三甲基硅基乙炔基、对C₁-C₂₀烷基苯乙炔基、对C₁-C₂₀烷氧基苯乙炔基、(2-甲基)苯乙炔基、(2,6- 二甲基)苯乙炔基、(2-乙基)苯乙炔基、(2,6-二乙基)苯乙炔基、(2,4,6- 三甲基)苯乙炔基、(2,4,6-三乙基)苯乙炔基、对三甲基硅基苯乙炔基、 1-噻吩基、2-噻吩基、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯或它们的组合。

一种对称结构六取代苯的合成方法，其特征是：首先通过两分子 含硅炔烃在过渡金属诱导下高选择性生成金属杂环中间体，然后再在 金属试剂催化或诱导作用下和第三分子炔烃发生环加成反应，利用其 含硅取代基进一步的碘化，催化偶联，制备含各种对称结构六取代苯。

所述过渡金属为茂锆；所述的过渡金属诱导生成金属杂环中间体 为锆杂环中间体。

所述金属试剂催化或诱导作用下和第三分子炔烃发生环加成反 应中的金属试剂为碘化亚铜、溴化亚铜、氯化亚铜、氯化亚锡、四(三 苯基膦)镍、双(三苯基膦)氯化镍、双(三苯基膦)溴化镍、二烯 丙基镍络合物、二环辛二烯基镍络合物或它们的组合。

所述含硅炔烃的一端为三甲基硅基。

碘化所用的碘化试剂为碘单质、N-碘代丁二酰亚胺、一氯化碘或 它们的组合。

用于偶联的试剂为R²的有机锌试剂、有机硼试剂、端炔烃或端 烯烃；催化偶联的催化剂为氯化钯、醋酸钯、三苯基膦钯、碘化亚铜、 氯化镍或溴化镍，催化剂配体为三苯基膦、(±)-2,2-双-(二苯膦基)-1,1- 联萘、二亚苄基丙酮或它们的组合。

本发明中化合物合成的反应式如下：

1)1,4-双(三甲基硅基)六取代苯的高选择性合成

其中，THF表示四氢呋喃，rt表示室温，R¹，R³如前所述。

该反应通过三甲基硅基炔烃在茂锆诱导下高立体选择性的形成 的锆杂环戊二烯，再在金属试剂催化或诱导作用下和第三分子炔烃发 生环加成生成1,4-双(三甲基硅基)六取代苯，本发明的方法中，含 硅炔烃，茂锆，第三分子炔烃的摩尔比依次为1：0.5-3：1-10，反应 温度为室温。

2)1,4-二碘六取代苯的合成

其中，碘化试剂为碘单质，N-碘代丁二酰亚胺或一氯化碘以及它 们的组合。底物与碘化试剂摩尔比为1:2-10，反应温度为室温。

3)目标六取代苯的合成

其中，R²X表示偶联试剂，R²如前所述。Cat.表示催化剂，根据 偶联试剂不同使用具有各种配体的钯，铜，镍等得偶联催化剂可以一 步并以良好到优秀的收率合成目标六取代苯化合物。

所有反应均在有机溶剂中进行,可以选用苯、甲苯、二甲苯、,N,N- 二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、四氢呋喃、二乙胺、三乙胺、二 氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、乙醚、一对氧六环、乙腈、二甲基亚砜、 六甲基磷酰胺或上述溶剂的混合溶剂等有机溶剂。

二碘底物与催化剂和偶联试剂的摩尔比为1:0.01-1:2-10反应时 间为0.1分钟至100小时；推荐为0.1-100分钟。反应温度为室温至 130℃。

本发明方法的产物的提纯与分离可以用重结晶、薄层层析、柱层 析以及减压蒸馏等方法加以分离。用薄层层析及柱层析法时,所用的 展开剂为极性溶剂与非极性溶剂的混合溶剂。推荐的展开剂可为乙醚 -石油醚、乙酸乙酯-石油醚、乙酸乙酯-正己烷或异丙醇-石油醚等。 推荐用重结晶方法。用于重结晶的溶剂为极性溶剂与非极性溶剂的混 合溶剂。推荐溶剂为二氯甲烷-正己烷、乙酸乙酯-石油醚、乙酸乙酯 -正己烷、异丙醇-石油醚、乙醚-石油醚等。

本发明利用原料易得的炔烃类化合物在金属试剂的诱导下反应 方便地制备起始的1,4-双(三甲基硅基)六取代苯类化合物,进一步的 碘化后在金属催化剂的催化或促进下高效、高收率地得到多种取代的 六取代苯,具有反应条件温和、操作方便、收率高，单程反应收率一 般可达50％-99％。该反应也易于操作过程的放大以及实现工业化生 产。本发明的化合物在有机溶剂中均具有良好的溶解性以及良好的热 稳定性。

下面结合实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

1)1,4-双(三甲基硅基)六取代苯的高选择性合成

氩气保护下，在一干燥的带有搅拌子的500ml中加入二氯二茂锆 (18.25g,62.5mmol),100ml四氢呋喃，后干冰丙浴冷却至-78℃,缓慢滴 加正丁基的正己烷溶液2.5M，50mL,125mmol，滴加完毕，拌60 分钟后加入三甲基硅基-1-丙炔(14.8ml,100mmol)，CuCl(14.85g, 150mmol)和丁炔二酸二甲酯(24.5ml,200mmol)，反应完毕后加3N HCl淬灭，乙酸乙酯萃取，有机相水洗，用无水硫酸钠干燥后过滤， 旋干，硅胶柱层析分离，洗脱剂正己烷：乙酸乙酯＝5:1，得白色固体， 收率82％。¹HNMR(CDC13,Me4Si)δ:0.33(s,18H),2.37(s,6H), 3.81(s,6H)；¹³CNMR(CDC13,Me4Si)δ:1.7,22.5,52.2,135.7,137.5, 144.8,170.7；HRMS(EI)计算值C₁₈H₃₀O₄Si₂:366.1683.实测值 366.1674.

2)1,4-二碘六取代苯的合成

取一支洗净并干燥的250ml三口瓶，加入4,5-二甲基-3,6-二三甲 基硅基邻二甲酸二甲酯(18.3g，50mmol)，然后加入THF(150ml)， 然后缓慢加入I₂(30g,120mmol)，在室温下进行反应6h。用NaOH溶 液淬灭反应，反应产物用氯仿萃取3次，合并的萃取液分别用去离子 水和饱和氯化钠溶液洗涤，再用无水硫酸钠干燥。经过滤，旋转蒸发 仪旋蒸除去溶剂，抽干后，在中性硅胶色谱柱进行柱层析分离(洗脱 剂为正己烷：乙酸乙酯＝10：1)，得到产品3,6-二碘-4,5-二甲基邻二甲 酸二甲酯。¹HNMR(CDCl₃)δ:2.65(s,6H),3.90(s,6H)；¹³CNMR(CDCl₃) δ:28.7,53.0,100.6,137.7,142.6,167.6；HRMS(EI)计算值C₁₂H₁₂I₂O₄: 473.8825.实测值:473.8828.

3)目标六取代苯的合成

氩气保护下，在干燥500ml反应瓶①中，加入ZnCl₂(13.63g， 100mmol),用吹风机加热ZnCl₂至熔化，以除去其中的水分，然后加 入THF(150ml)，置于-78℃的低温冷浴中，缓慢加入PhLi(0.98M， 81.65ml，80mmol)，在此温度下反应15分钟，移至0℃下反应15分 钟，然后移至室温下反应1小时。在500ml反应瓶②中加入3,6-二碘 -4,5-二丁基邻二甲酸二甲酯(11.15g，20mmol)，Pd(PPh₃)₄(1.15g， 5％)，THF(50ml)，1小时结束后将反应瓶①中反应液转入反应瓶②， 70℃下反应6小时。用3N的HCl淬灭反应，反应产物用乙酸乙酯萃 取3次，合并的萃取液分别用去离子水，饱和的碳酸氢钠溶液及饱和 氯化钠溶液洗涤，再用无水硫酸钠干燥。经过滤，旋转蒸发仪旋蒸除 去溶剂，抽干后，在中性硅胶色谱柱进行柱层析分离(洗脱剂为正己 烷：乙酸乙酯＝15：1)，得到目标六取代苯。¹HNMR(300MHz,CDCl₃, Me₄Si)δ:0.68(t,J＝7.2,6H),1.03-1.19(m,4H),1.21-1.33(m,4H), 2.42-2.57(m,4H),3.38(s,6H),7.21-7.43(m,10H)；¹³CNMR(75MHz, CDCl₃)δ:13.4,22.9,29.8,32.9,51.9,127.3,127.6,129.4,130.3,139.0, 139.8,142.3,168.7；HRMS(EI)计算值C₃₀H₃₄O₄:458.2457.实测值: 458.2458。