一种新型三膦配体的合成方法与流程

1.本发明涉及合成一种新型硼烷保护的三膦配体的及其脱保护的方法。


背景技术：

2.烯烃的氢酯基化反应是在金属化合物/膦配体作用下，烯烃与一氧化碳和醇反应得到比烯烃多一个碳原子的酯。在众多合成有机羧酸酯的方法中，这是一种最原子经济、简便的方法。以下方案显示了烯烃氢酯基化反应的通用反应方程式：烯烃化合物的烷氧基羰基化是具有越来越重要的意义的工艺过程。烷氧基羰基化是指烯烃与一氧化碳和醇在金属体配合物的存在下反应生成相应的酯。通常地，使用钯作为金属。下面的示意显示了氧基羰基化的一般反应方程式:
[0003][0004]
有机羧酸酯是一类重要的含氧化合物，广泛应用于精细化工产品、医药、农药、食品添加剂、香料、涂料、油漆等领域。例如，丙酸甲酯作为溶剂、添加剂、防腐剂或香料，广泛应用于食品、饲料、化妆品行业。此外，它还是重要的化工中间体，它是生产聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)关键的原料。pmma拥有良好的耐候性，适中的密度，刚性，稳定性，透明性等优点而广泛应用于汽车、led核心原件材料、建筑、航空等领域。因此，开发有机羧酸酯高效合成方法具有重要的意义。
[0005]
目前，已报道的催化剂体系主要是由中心金属、相关膦配体、酸添加剂组成。中心金属是viii、x副族过渡金属如rh、pd、ni、co、cu等，其中研究最多的就是金属pd。相关膦配体如烷基膦、环烷基膦、二齿膦等的研究已经在许多专利中进行了描述，例如epa04489472、epa0499329、epa0495547、us2005085671a1、us6284919b1、us2001051745a1、us6476255b1等。尤其是璐彩特(lucite)公司公开了一组具有取代芳基桥的二齿膦化物，1,2-双(二叔丁基膦基甲基)苯(dtbpx)可以提供显著得高于先前公开的那些催化剂的反应速率和产生少许或不产生杂质，且具有高转化率(chem.commun.,1999,1877-1878；wo96/19434；wo2004/014552a1)。butler等人在dtbpx的基础上发展了基于二茂铁骨架的双膦配体butphos(即：1,2-双(二叔丁基膦基甲基)二茂铁)和三膦配体((即：1,2,3-三(二叔丁基膦基甲基)二茂铁))(inorg.chem.commun.,2004,7(9):1049-1052；inorg.chem.commun.,2004,7(7):923-928.)。butphos在催化乙烯的烷氧羰基化反应中的ton高达73000(inorganics,2021,9,57.)。此外，赢创德固赛(evonik-degusa)公司也公开了1,1
’‑
双(叔丁基苯基膦基)-二茂铁配体，对于烯烃的烷氧羰基化反应具有高的催化性能(angew.chem.int.ed.,2017,56(19),5267-5271；us2017/0022234al)。
[0006][0007]
这些配体是目前烯烃氢酯基化反应中最高效的配体。这些案例指出高活性的重要因素来源于叔碳烷基膦配体结构。


技术实现要素：

[0008]
本发明的目的是为了开发一种新型硼烷保护三膦配体及其衍生物的高效合成方法。其特备是易于合成、收率较高和可以放大合成。该硼烷保护三膦化合物及其衍生物的结构表示如下：
[0009][0010]
一种新型三膦配体的合成方法，其特征在于，具有以下合成路线：
[0011][0012]
其中，用取代基r表示的一类新型三膦配体结构如下：
[0013][0014]
从新型硼烷三膦配体化合物3到脱硼烷的三膦配体4，仅需一步脱保护，该脱保护步骤如下：
[0015][0016]
进一步地，化合物3也可以通过格式试剂的方法实现：
[0017][0018]
进一步地，脱硼烷保护化合物4通过以下反应实现：
[0019][0020]
其中以上反应的特征在于，反应所使用的有机碱可以为：1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(dabco)、哌啶、吗啉、四甲基乙二胺或三乙胺中的任意一种；同时，上述反应所使用的醚类溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二异丙基醚或二氧六环中的任意一种。
[0021]
进一步地，由该合成方法制成一种新型三膦配体化合物，配体l1-l5和pd盐、酸所形成的络合物，用于催化烯烃烷氧基羰基化或氢羧基化制备酯或羧酸，其反应方程式如下：
[0022][0023][0024]
进一步地，包括催化方法，烯烃与pd盐的摩尔比为100:1
–
100000:1之间，所述酸性添加剂与pd盐的摩尔比为1:1
–
40:1。
[0025]
进一步地，包括催化方法，反应温度在80至140℃之间，反应压力在1.0至4.0mpa，反应时间为4至24小时。
[0026]
进一步地，包括催化方法，甲醇与烯烃的摩尔比在1:1
–
6:1之间，醋酸与水与烯烃之间的摩尔比在1:1:1
–
8:8:1以内。
[0027]
本发明的目的在于提供了用于烷氧基羰基化或氢羧基化的新型硼烷保护的多膦配体，该硼烷保护的膦配体可长期在空气中储存并不易被氧化，适用于大规模工业化生产以及放大。当与钯盐、酸进行配位络合时，仅需一步脱保护便可以得到高催化活性物种，从而大大降低或避免了三价膦被氧化的可能性，使其可以实现更好的l/b选择性，更高的酯或羧酸收率。
具体实施方式
[0028]
下面通过实施例对本发明的以上路线进行具体的描述，有必要指出的是，本实施例只用于对本发明作进一步说明，但并不对本发明构成任何限制。该领域的技术人员可以根据本发明的内容作出一些非本质的改进和调整。
[0029]
一种制备新型硼烷保护的三膦配体及其脱保护的方法
[0030]
实施例1：1,2,3-三溴苯的制备
[0031][0032]
往1l的反应瓶中依次加入1,2,3-三甲基苯(12.0g)、80gn-溴代丁二酰亚胺、100mg过氧化二苯甲酰、350ml四氯化碳，搅拌、加热回流，并用100w的395nm紫外灯照射，反应过夜。反应液过滤，滤液用饱和碳酸钠水洗、无水硫酸钠干燥，旋干溶剂，用二氯甲烷/正己烷重结晶两次得固体21.4g，收率60％。
[0033]
实施例1-a：叔丁基r基膦氢(1b-f)的制备：
[0034]
1.二叔丁基磷氢(1b):
[0035][0036]
于惰性气体保护下，在干燥的1l schlenk反应瓶中加入50g叔丁基二氯化磷和300ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至-20℃。随后，在-20℃下缓慢滴加1.5m的叔丁基氯化镁格式试剂溶液(210ml)，滴加完后恢复至室温，在50℃反应过夜。过滤掉体系中的无机盐，旋蒸除去有机相，在150℃下减压蒸馏得到二叔丁基氯化膦31.2g，收率55％。
[0037]
于惰性气体保护下，在干燥的250ml schlenk反应瓶中加入10g叔丁基二氯化磷和80ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至-50℃。随后，在-50℃下缓慢滴加2.5m的氢化铝锂四氢呋喃溶液(23.5ml)，滴加完后恢复至室温，在室温下反应过夜。用脱氧水淬灭后，乙酸乙酯萃取有机相，无水硫酸钠干燥，旋蒸除去有机相，在210℃下减压蒸馏得到二叔丁基膦氢7.0g，收率86％。
[0038]
2.叔丁基吡啶基磷氢(1c):
[0039][0040]
操作步骤同1b，叔丁基异丙基氯化膦34.1g，收率65％；叔丁基异丙基膦氢6.3g，收率79％。
[0041]
3.叔丁基苯基磷氢(1d):
[0042][0043]
操作步骤同1b，叔丁基苯基氯化膦46.1g，收率73％；叔丁基苯基膦氢7.0g，收率84％。
[0044]
4.叔丁基吡啶基磷氢(1e):
[0045][0046]
操作步骤同1b，叔丁基苯基氯化膦30.4g，收率48％；叔丁基苯基膦氢6.3g，收率76％。
[0047]
5.叔丁基金刚烷基磷氢(1f):
[0048][0049]
操作步骤同1b，叔丁基金刚烷基氯化膦26.9g，收率33％；叔丁基金刚烷基膦氢7.5g，收率87％。
[0050]
实施例2：硼烷保护的1,2,3-三(二叔丁基膦甲基)苯的制备
[0051][0052]
于惰性气体保护下，往1l的schlenk反应瓶中依次加入1,2,3-三(溴甲基)苯6.0g和100ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至0℃。在另一个干燥和氮气置换的500ml的schlenk反应瓶中，在-40℃下加入8.6g(3.5eq.)二叔丁基膦氢的无水四氢呋喃溶液(100ml)，往瓶中缓慢滴加2.5m的正丁基锂溶液(70.5ml)，滴加完后恢复至室温。在-20℃下，往装有1,2,3-三(溴甲基)苯的瓶中缓慢滴加锂化的二叔丁基膦溶液，在60℃搅拌反应过夜。滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。加水淬灭后，用乙酸乙酯萃取数次，无水硫酸钠干燥有机相，旋蒸除去溶剂，快速柱层析后得到白色
固体8.4g，收率90％。
[0053]
实施例3：硼烷保护的1,2,3-三(叔丁基异丙基膦甲基)苯的制备
[0054][0055]
于惰性气体保护下，往1l的schlenk反应瓶中依次加入1,2,3-三(溴甲基)苯6.0g和100ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至0℃。在另一个干燥和氮气置换的500ml的schlenk反应瓶中，在-40℃下加入7.8g(3.5eq.)叔丁基异丙基膦氢的无水四氢呋喃溶液(100ml)，往瓶中缓慢滴加2.5m的正丁基锂溶液(70.5ml)，滴加完后恢复至室温。在-20℃下，往装有1,2,3-三(溴甲基)苯的瓶中缓慢滴加锂化的叔丁基异丙基膦溶液，在60℃搅拌反应过夜。滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。加水淬灭后，用乙酸乙酯萃取数次，无水硫酸钠干燥有机相，旋蒸除去溶剂，快速柱层析后得到白色固体5.6g，收率65％。
[0056]
实施例4：硼烷保护的1,2,3-三(叔丁基苯基膦甲基)苯的制备
[0057][0058]
于惰性气体保护下，往1l的schlenk反应瓶中依次加入1,2,3-三(溴甲基)苯6.0g和100ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至0℃。在另一个干燥和氮气置换的500ml的schlenk反应瓶中，在-40℃下加入9.8g(3.5eq.)叔丁基苯基膦氢的无水四氢呋喃溶液(100ml)，往瓶中缓慢滴加2.5m的正丁基锂溶液(70.5ml)，滴加完后恢复至室温。在-20℃下，往装有1,2,3-三(溴甲基)苯的瓶中缓慢滴加锂化的叔丁基苯基膦溶液，在60℃搅拌反应过夜。滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。加水淬灭后，用乙酸乙酯萃取数次，无水硫酸钠干燥有机相，旋蒸除去溶剂，快速柱层析后得到白色固体8.4g，收率82％。
[0059]
实施例5：硼烷保护的1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的制备
[0060][0061]
于惰性气体保护下，往1l的schlenk反应瓶中依次加入1,2,3-三(溴甲基)苯6.0g和100ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至0℃。在另一个干燥和氮气置换的500ml的schlenk反应瓶中，在-40℃下加入9.8g(3.5eq.)叔丁基吡啶基膦氢的无水四氢呋喃溶液(100ml)，往瓶中缓慢滴加2.5m的正丁基锂溶液(70.5ml)，滴加完后恢复至室温。在-20℃
下，往装有1,2,3-三(溴甲基)苯的瓶中缓慢滴加锂化的叔丁基吡啶膦溶液，在60℃搅拌反应过夜。滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。加水淬灭后，用乙酸乙酯萃取数次，无水硫酸钠干燥有机相，旋蒸除去溶剂，快速柱层析后得到白色固体8.3g，收率80％。
[0062]
实施例6：硼烷保护的1,2,3-三(叔丁基金刚烷基膦甲基)苯的制备
[0063][0064]
于惰性气体保护下，往1l的schlenk反应瓶中依次加入1,2,3-三(溴甲基)苯6.0g和100ml无水四氢呋喃，搅拌均匀并降温至0℃。在另一个干燥和氮气置换的500ml的schlenk反应瓶中，在-40℃下加入13.2g(3.5eq.)叔丁基金刚烷基膦氢的无水四氢呋喃溶液(100ml)，往瓶中缓慢滴加2.5m的正丁基锂溶液(70.5ml)，滴加完后恢复至室温。在-20℃下，往装有1,2,3-三(溴甲基)苯的瓶中缓慢滴加锂化的叔丁基金刚烷基膦溶液，在60℃搅拌反应过夜。滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。加水淬灭后，用乙酸乙酯萃取数次，无水硫酸钠干燥有机相，旋蒸除去溶剂，快速柱层析后得到白色固体7.0g，收率53％。
[0065]
实施例7：硼烷保护的1,2,3-三(二叔丁基膦甲基)苯的制备
[0066][0067]
于惰性气体保护下，往干燥的1.5l三口瓶中加入0.08m的2’无水四氢呋喃500ml，搅拌均匀并降温至-20℃。随后，加入25.3g(3.5eq.)二叔丁基氯化膦的无水四氢呋喃溶液(400ml)，在室温下搅拌反应过夜。过滤掉无机盐后，往清液中滴加2.0m硼烷二甲硫醚的四氢呋喃溶液(4eq.,34ml)，在80℃搅拌6小时。减压旋去溶剂，快速柱层析后得到白色固体16.8g，收率76％。
[0068]
实施例8：1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的制备(dabco脱bh3保护)：
[0069][0070]
在2l的三口瓶中依次加入3(65.7g)、1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(dabco：56g)、四氢呋喃(200ml)。加料完毕后，将反应瓶置换为氮气氛围，加热至60℃反应24小时。将溶剂
减压旋干，加入脱氧乙酸乙酯氩气氛围下快速柱层析。所得有机相浓缩后加入甲醇(100ml)，0℃搅拌24h后析出白色固体，过滤收集，收率95％。
[0071]
实施例9：1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的的制备(吗琳脱bh3保护)：
[0072][0073]
在2l的三口瓶中依次加入3(65.7g)、吗啉(43.5g)、四氢呋喃(200ml)。加料完毕后，将反应瓶置换为氮气氛围，加热至60℃反应24小时。将溶剂减压旋干，加入脱氧乙酸乙酯氩气氛围下快速柱层析。所得有机相浓缩后加入甲醇(100ml)，0℃搅拌2h后析出白色固体，过滤收集，收率78％。
[0074]
实施例10：1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的的制备(哌啶脱bh3保护)：
[0075][0076]
在2l的三口瓶中依次加入3(65.7g)、哌啶(42g)、四氢呋喃(200ml)。加料完毕后，将反应瓶置换为氮气氛围，加热至60℃反应24小时。将溶剂减压旋干，加入脱氧乙酸乙酯氩气氛围下快速柱层析。所得有机相浓缩后加入甲醇(100ml)，0℃搅拌4h后析出白色固体，过滤收集，收率86％。
[0077]
实施例11：1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的的制备(四甲基乙二胺脱bh3保护)：
[0078][0079]
在2l的三口瓶中依次加入1(65.7g)、四甲基乙二胺(80g)、四氢呋喃(200ml)。加料完毕后，将反应瓶置换为氮气氛围，加热至60℃反应24小时。将溶剂减压旋干，加入脱氧乙酸乙酯氩气氛围下快速柱层析。所得有机相浓缩后加入甲醇(100ml)，0℃搅拌6.5h后析出白色固体，过滤收集，收率68％。
[0080]
实施例12：1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯的的制备(三乙胺脱bh3保护)：
[0081][0082]
在2l的三口瓶中依次加入1(65.7g)、三乙胺(50g)、四氢呋喃(200ml)。加料完毕后，将反应瓶置换为氮气氛围，加热至60℃反应24小时。将溶剂减压旋干，加入脱氧乙酸乙酯氩气氛围下快速柱层析。所得有机相浓缩后加入甲醇(100ml)，0℃搅拌5h后析出白色固体，过滤收集，收率59％。
[0083]
对比实施例1：dabco脱bh3保护的1,2,3-三(叔丁基吡啶基膦甲基)苯在不同溶剂中效果：
[0084][0085]
表1
[0086]
序号溶剂温度(℃)时间(h)当量收率1二氧六环6024h5eq.87％2四氢呋喃6024h5eq.95％3二异丙基醚6024h5eq.82％4甲基叔丁基醚6024h5eq.85％
[0087]
对比实施例2：烷氧羰基化反应对比试验：
[0088]
在氩气氛围下，向300ml的parr不锈钢高压反应釜中加入脱硼烷的配体l1-l5(0.6mmol)，pd(acac)2(0.1mmol,30.3mg)和过量的ptsa(2.0mmol)，加入150ml的2,3-二甲基-2-丁烯与甲醇的混合溶液(75:75)，搅拌络合1小时，生成钯与配体的催化络合物。随后，连接气体管线并充分置换后，将反应釜加热至120℃，随后向反应釜内充入一氧化碳，并保持总压力维持在35bar左右反应12个小时，冷却至室温，泄放掉釜内压力，减压蒸馏出产品异壬酸酯后，催化剂留在反应釜中重复使用，反应条件同上。反应液取样后用气相色谱仪(gc)测定转化率和选择性，结果如表2所示。
[0089][0090]
表2
[0091]
配体转化率(％)l/btonl122.0》991320l235.4》992124
l344.6》992676l497.8》995868l567.4》994044
[0092]
对比实施例3：氢羧基化反应对比试验：
[0093]
在氩气氛围下，向300ml的parr不锈钢高压反应釜中加入脱硼烷的配体l1-l5(0.6mmol)，pd(acac)2(0.1mmol,30.3mg)和过量的ptsa(2.0mmol)，加入150ml的2,3-二甲基-2-丁烯、水与醋酸的混合溶液(48:36:114)，搅拌络合1小时，生成钯与配体的催化络合物。随后，连接气体管线并充分置换后，将反应釜加热至120℃，随后向反应釜内充入一氧化碳，并保持总压力维持在35bar左右反应12个小时，冷却至室温，泄放掉釜内压力，减压蒸馏出产品异壬酸酯后，催化剂留在反应釜中重复使用，反应条件同上。反应液取样后用气相色谱仪(gc)测定转化率和选择性，结果如表3所示。
[0094][0095]
表3
[0096]
配体转化率(％)l/btonl156.6》992264l224.3》99972l365.8》992632l498.3》993932l585.1》993404

技术特征：
1.一种新型三膦配体的合成方法，其特征在于，具有以下合成路线：其中，用取代基r表示的一类新型三膦配体结构如下：2.根据权利要求1中所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，其特征在于，化合物3也可以通过格式试剂的方法实现：3.根据权利要求1中所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，其特征在于，脱硼烷保护化合物4通过以下反应实现：其中以上反应的特征在于，反应所使用的有机碱可以为：1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(dabco)、哌啶、吗啉、四甲基乙二胺或三乙胺中的任意一种；同时，上述反应所使用的醚类溶剂为四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二异丙基醚或二氧六环中的任意一种。4.根据权利要求1或3中所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，由该合成方法制成一种新型三膦配体化合物，配体l1-l5和pd盐、酸所形成的络合物，用于催化烯烃烷氧基羰基化或氢羧基化制备酯或羧酸，其反应方程式如下：
5.根据权利要求4所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，其特征在于，包括催化方法，烯烃与pd盐的摩尔比为100:1
–
100000:1之间，酸性添加剂与pd盐的摩尔比为1:1
–
40:1。6.根据权利要求4所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，其特征在于，包括催化方法，反应温度在80至140℃之间，反应压力在1.0至4.0mpa，反应时间为4至24小时。7.根据权利要求4所述的一种新型新型三膦配体的合成方法，其特征在于，包括催化方法，甲醇与烯烃的摩尔比在1:1
–
6:1之间，醋酸与水与烯烃之间的摩尔比在1:1:1
–
8:8:1以内。

技术总结
本发明公开了一种新型三膦配体的合成方法，该类有硼烷保护的、以及无硼烷保护的新型三膦配体具有如通式I所示的结构，其中通式I中取代基R可以为叔丁基或吡啶基。其中，脱硼烷保护的配体在烯烃烷氧基羰基化反应、氢羧基化反应具有优异的催化效果和应用前景。应具有优异的催化效果和应用前景。应具有优异的催化效果和应用前景。


技术研发人员：张润通 彭江华 方丽娜 钟剑平 王勇
受保护的技术使用者：广东欧凯新材料有限公司
技术研发日：2023.04.06
技术公布日：2023/7/22