一种有机卤化物的还原脱卤方法

摘要

本发明公开了一种有机卤化物的还原脱卤方法，在惰性气体氛围下，于催化剂、碱和溶剂存在下，反应温度控制在90‑100℃，式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示有机卤化物还原脱卤生成式(Ⅲ)或式(Ⅳ)所示有机化合物：本发明的有益之处在于：(1)拓展了底物的范围；(2)所使用的催化剂无需外加磷配体，价格相对低廉，并且用量可大大降低到0.1mol％；(3)所使用的溶剂同时作为氢源参与反应，操作简单，很多反应都可达到定量收率，放大至克级反应仍然能取得近乎定量的收率。

说明书

技术领域

本发明涉及一种脱卤方法，具体涉及一种有机卤化物的还原脱卤方法，属于化学技术领域。

背景技术

因为有机卤化物对环境存在潜在的持久性危害，所以有机卤化物的还原脱卤反应在有机合成、生物化学和环境保护等方面有重要应用，特别是通过选择性脱卤反应来实现环境污染物的降解在环境化学、有机合成中越来越受到研究人员的重视。

也正是由于有机卤化物的还原脱卤反应具有重大理论及实际应用意义，近年来人们对该类化合物的还原脱卤反应进行了大量的深入研究，诸多研究进展不断涌现，例如：

Yasunari Monguchi等人(“Pd/C–Et₃N-mediated>

Jingbo Chen等人(“A practical palladium catalyzed dehalogenation of aryl halides and a-haloketones”，Tetrahedron，2007，63，4266-4270)公开了一种钯催化，对芳基卤化物和α-卤代酮进行催化脱卤的方法，反应式如下：

Waldemar Maximilian Czaplik等人(“Practical iron-catalyzed dehalogenation of aryl halides”，Chem.Commun，2010，46，6350-6352)公开了一种铁催化，对卤代芳烃还原脱卤的方法，反应式如下：

Ken-ichi Fujita等人(“Chemoselective transfer hydrodechlorination of aryl chlorides catalyzed by Cp*Rh complexes”，Chem.Commun，2002，2964-2965)公开了一种铑催化条件下，对氯代芳烃转移氢化脱氯的方法，反应式如下：

Ayoung Pyo等人(“Palladium-catalyzed hydrodehalogenation of aryl halides using paraformaldehyde as the hydride source：high-throughput screening by paper-based colorimetric iodide sensor”，Tetrahedron Lett，2013，54，5207-5210.)公开了一种钯催化条件下，以多聚甲醛为氢源对芳基卤化物催化脱卤的方法，反应式如下：

如上所述，虽然现有技术中公开了有机卤化物脱卤的多种方法，但这些方法仍存在众多缺陷，例如：需要用氢气作为氢源、产率过低、催化剂过于昂贵或需要外加磷配体、反应过程过于繁琐、底物范围受限等等。

因此，对于有机卤化物脱卤的新型高效方法，仍存在继续研究的必要，在环境科学和有机合成领域仍具有重要研究意义，这也是本发明得以完成的动力所在和基础所依。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种有机卤化物的还原脱卤方法，该还原脱卤方法既不需要添加氢气作为氢源，也不需要外加磷配体，同时反应过程简单、产率较高，放大至克级反应仍然能取得近乎定量的收率。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种式(Ⅰ)或式(Ⅱ)所示有机卤化物的还原脱卤方法，其特征在于，在惰性气体氛围下，于催化剂、碱和溶剂存在下，反应温度控制在90-100℃，

式(Ⅰ)所示有机卤化物还原脱卤生成式(Ⅲ)所示有机化合物：

式(Ⅱ)所示有机卤化物还原脱卤生成式(Ⅳ)所示有机化合物：

其中，Ar为含各种取代基的芳环或芳杂环，

X为氯、溴、碘，

R¹、R²为芳基或烷基，

Y为氧或氮，

前述溶剂提供氢，为异丙醇、水、乙醇、甲酸和三乙胺中的任意一种或任意几种的混合物，最优选异丙醇，溶剂的用量并没有严格的限定，本领域技术人员可根据实际情况进行合适的选择和确定，用量大小方便反应进行和后处理即可，在此不再进行详细描述。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，前述催化剂为二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体或二碘(对伞花烃)钌二聚体。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，前述催化剂为二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，式(I)或式(II)所示有机卤化物与催化剂的摩尔比为1:0.005-0.025。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，前述碱为醋酸铯、碳酸钾、醋酸钠、氢氧化钾、三乙胺、磷酸氢二钾、磷酸钾、叔丁醇钾、碳酸铯和叔丁醇钠中的任意一种，最优选醋酸铯或叔丁醇钾。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，前述碱为醋酸铯或叔丁醇钾。

前述的还原脱卤方法，其特征在于，式(I)或式(II)所示有机卤化物与碱的摩尔比为1:1.2。

本发明的有益之处在于：

(1)通过合适底物、温度、催化剂以及碱的综合筛选与协同，拓展了底物的范围；

(2)所使用的催化剂无需外加磷配体，价格相对低廉，并且用量可大大降低到0.1mol％；

(3)所使用的溶剂同时作为氢源参与反应，操作简单，很多反应都可达到定量收率，放大至克级反应仍然能取得近乎定量的收率。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作具体的介绍，但这些具有实施例并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定，更非将本发明的保护范围局限于此。

实施例1

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-1)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应12h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为1：1)提纯，从而得到式(III-1)所示目标脱卤产物。经计算，产率为88％。

核磁共振：¹H>3)δ7.82(d，J＝7.2Hz，2H)，7.52(t，J＝7.4Hz，1H)，7.44(t，J＝7.6Hz，2H)，6.29(bs，2H)。

¹³C>3)δ169.7，133.5，132.0，128.6，127.4。

实施例2

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-2)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应20h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为1：1)提纯，从而得到式(III-2)所示目标脱卤产物。经计算，产率为98％。

核磁共振：¹H>3)δ7.82(d，J＝7.2Hz，2H)，7.52(t，J＝7.4Hz，1H)，7.44(t，J＝7.6Hz，2H)，6.29(bs，2H)。

¹³C>3)δ169.7，133.5，132.0，128.6，127.4。

实施例3

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-3)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为5：1)提纯，从而得到式(III-3)所示目标脱卤产物。经计算，产率为93％。

核磁共振：¹H>3)δ10.81(bs，1H)，7.92(d，J＝8.9Hz，2H)，7.41(d，J＝7.5Hz，1H)，7.35(t，J＝7.5Hz，1H)，2.42(s，3H)。

¹³C>3)δ172.6，138.3，134.6，130.7，129.3，128.4，127.4，21.3。

实施例4

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-4)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为3：1)提纯，从而得到式(III-4)所示目标脱卤产物。经计算，产率为78％。

核磁共振：¹H>6-DMSO)δ9.08(t，J＝5.7Hz，1H)，7.91(d，J＝7.5Hz，2H)，7.54(t，J＝7.3Hz，1H)，7.48(t，J＝7.5Hz，2H)，7.33(d，J＝4.4Hz，4H)，7.26–7.22(m，1H)，4.50(d，J＝6.0Hz，2H)。

¹³C>6-DMSO)δ166.2，140.0，134.3，131.2，128.3，128.3，127.2，127.2，126.7，42.6。

实施例5

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-5)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为4：1)提纯，从而得到式(III-5)所示目标脱卤产物。经计算，产率为72％。

核磁共振：¹H>6-DMSO)δ10.70(s，1H)，6.96–6.89(m，4H)，4.56(s，2H)。

¹³C>6-DMSO)δ164.9，143.2，127.2，123.0，122.3，116.1，115.8，66.7。

实施例6

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(I-6)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol叔丁醇钾，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚)提纯，从而得到式(III-6)所示目标脱卤产物。经计算，产率大于99％。

核磁共振：¹H>3)δ7.77(d，J＝7.5Hz，2H)，7.52(d，J＝7.4Hz，2H)，7.35(t，J＝7.5Hz，2H)，7.28(t，J＝7.4Hz，2H)，3.87(s，2H)。

¹³C>3)δ143.3，141.7，126.8，125.1，119.9，37.0。

实施例7

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入10mmol式(I-7)所示化合物、0.1mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、12mmol叔丁醇钾，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚)提纯，从而得到式(III-7)所示目标脱卤产物。经计算，产率为97％。

核磁共振：¹H>3)δ7.59(d，J＝7.4Hz，4H)，7.43(t，J＝7.7Hz，4H)，7.33(t，J＝7.4Hz，2H)。

¹³C>3)δ141.3，128.8，127.3，127.2。

实施例8

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(Ⅱ-1)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为4：1)提纯，从而得到式(Ⅳ-1)所示目标脱卤产物。经计算，产率为78％。

核磁共振：¹H>3)δ7.30(t，J＝7.5Hz，2H)，7.21–7.25(m，3H)，4.28(t，J＝7.1Hz，2H)，2.93(t，J＝7.1Hz，2H)，2.27(t，J＝7.5Hz，2H)，1.62–1.56(m，2H)，1.32–1.22(m，4H)，0.88(t，J＝7.0Hz，H)。

¹³C>3)δ173.8，137.9，128.9，128.5，126.5，64.7，35.2，34.3，31.3，24.6，22.3，13.9。

实施例9

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(Ⅱ-2)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol醋酸铯，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应20h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为40：1)提纯，从而得到式(Ⅳ-2)所示目标脱卤产物。经计算，产率为67％。

核磁共振：¹H>3)δ7.24–7.17(m，5H)，4.29(t，J＝7.1Hz，2H)，2.94(t，J＝7.0Hz，2H)，2.31(q，7.6Hz，2H)，1.12(t，J＝7.6Hz，3H)。

¹³C>3)δ174.4，137.9，128.9，128.5，126.5，64.8，35.2，27.6，9.1。

实施例10

室温下，在装有搅拌磁子的反应管中加入0.2mmol式(Ⅱ-3)所示化合物、0.005mmol催化剂二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体([RuCl₂(cymene)]₂)、0.24mmol碳酸钾，然后氮气吹扫，在氮气保护下加入1mL异丙醇，搅拌升温至100℃，并在该温度下反应24h。

反应结束后，反应液冷却至室温，用铺有一层硅胶的漏斗进行过滤，然后减压蒸馏除去溶剂，残留物通过快速柱色谱(石油醚/乙酸乙酯，两者体积比为4：1)提纯，从而得到式(Ⅳ-3)所示目标脱卤产物。经计算，产率为82％。

核磁共振：¹H>3)δ7.42(t，J＝7.5Hz，2H)，7.34(t，J＝7.2Hz，1H)，7.19(d，J＝7.6Hz，2H)，3.27(s，3H)，1.87(s，3H)。

¹³C>3)δ170.5，144.7，129.7，127.7，127.1，37.1，22.3。

实施例11

除将催化剂由二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体替换为三(三苯基膦)二氯化钌((Ph₃P)₃RuCl₂)外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例11。经计算，产率为24％。

实施例12

除将催化剂由二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体替换为二碘(对伞花烃)钌二聚体([RuI₂(cymene)]₂)外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例12。经计算，产率为65％。

实施例13

除将催化剂由二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体替换为三(4，7-联苯-1，10-邻菲啰啉)二氯化钌外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例13。经计算，产率为0，即无反应。

实施例14

除将催化剂予以省略外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例14。经计算，产率为0，即无反应。

由此可见，还原脱卤反应必须在催化剂的催化下完成。三(4，7-联苯-1，10-邻菲啰啉)二氯化钌无法完成此反应，三(三苯基膦)二氯化钌((Ph₃P)₃RuCl₂)的催化效果很差，与二氯(对甲基异丙苯)钌二聚体非常类似的二碘(对伞花烃)钌二聚体([RuI₂(cymene)]₂)也能使该反应进行并得到中等收率。

实施例15

除将碱由醋酸铯替换为碳酸钾外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例15。经计算，产率为79％。

实施例16

除将碱由醋酸铯替换为醋酸钠外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例16。经计算，产率为37％。

实施例17

除将碱由醋酸铯替换为氢氧化钾外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例17。经计算，产率为58％。

实施例18

除将碱由醋酸铯替换为三乙胺外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例18。经计算，产率为64％。

实施例19

除将碱由醋酸铯替换为磷酸氢二钾外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例19。经计算，产率为40％。

实施例20

除将碱由醋酸铯替换为磷酸钾外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例20。经计算，产率为25％。

实施例21

除将碱由醋酸铯替换为叔丁醇钾外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例21。经计算，产率为70％。

实施例22

除将碱由醋酸铯替换为碳酸铯外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例22。经计算，产率为31％。

实施例23

除将碱由醋酸铯替换为叔丁醇钠外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例23。经计算，产率为71％。

实施例24

除将醋酸铯予以省略外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例24。经计算，产率为0，即无反应。

由此可见，在本发明的方法中，碱的种类和有无对于反应有着显著的影响。醋酸钠、磷酸氢二钾、磷酸钾等碱的效果较差。碳酸钾、叔丁醇钾、叔丁醇钠等碱的效果也很好。当不存在碱时，反应无法进行。

事实上，对于类似于实施例1-5和实施例8-10的底物，选用弱碱醋酸铯效果最佳(实施例10所用碱为碳酸钾)；而对于类似于实施例6和7的底物，选用强碱叔丁醇钾的效果最佳。本领域技术人员可根据实际情况进行合适的选择和确定。

实施例25

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为叔戊醇外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例25。经计算，产率为0，即无反应。

实施例26

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为水外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例26。经计算，产率为0，即无反应。

实施例27

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为异丙醇和水的混合物(体积比1：1)外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例27。经计算，产率为49％。

实施例28

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为乙醇外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例28。经计算，产率为33％。

实施例29

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为水和甲酸的混合物(摩尔比1：1)外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例29。经计算，产率为68％。

实施例30

除将溶剂(氢源)由异丙醇替换为水和三乙胺的混合物(摩尔比5：2)外，其他操作均不变，重复实施例1得到实施例30。经计算，产率为46％。

由此可见，溶剂(氢源)的种类选择至关重要，异丙醇效果最佳。当选用叔戊醇或水做溶剂(氢源)时，无法得到产物。当用乙醇或异丙醇和水的混合物时，效果较差。水和甲酸/三乙胺的体系也能完成该反应，效果相对差一些。

综上所述，本发明提供的有机卤化物的还原脱卤方法，其：

(1)通过合适底物、温度、催化剂以及碱的综合筛选与协同，拓展了底物的范围；

(2)所使用的催化剂无需外加磷配体，价格相对低廉，并且用量可大大降低到0.1mol％；

(3)所使用的溶剂同时作为氢源参与反应，操作简单，很多反应都可达到定量收率，放大至克级反应仍然能取得近乎定量的收率。

所以本发明的还原脱卤方法在环境化学、有机化学等领域中具有良好的应用前景和研究价值，也为同类反应研究提供了新的参考。

需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。