一种氮杂卓氮膦配体及其制备方法和应用与流程

1.本发明属于均相催化剂配体技术领域，具体涉及氮杂卓氮膦配体及其制备方法和应用。


背景技术：

2.烯烃在一氧化碳和氢气气氛下经由过渡金属催化，发生氢甲酰化反应制备醛类化合物，可进一步用于生产醇，羧酸，胺等大宗化学品，每年全球羰基化产品的产量已达1200万吨。
3.此外，具有特殊结构的末端烯烃经氢甲酰化反应可得到重要的药物中间体，例如，具有特殊结构的芳基丙烯的异构醛产物经氧化可直接制备布洛芬、萘普生、酮洛芬等非甾体抗炎药。在氢甲酰化反应中，有机膦配体作为调节催化剂活性和选择性的关键因素被广泛使用。其中具有双齿或多齿结构的双膦、双亚磷酸酯以及膦-亚磷酸酯配体是研究的重点和热点。双齿氮磷配体由于其较弱的配位作用，容易在反应过程中发生配位原子与中心rh原子的解离，造成活性和选择性的降低。文献和专利中关于双齿含氮磷混合配位原子的氮杂卓氮膦配体的研究尚不多见。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种氮杂卓氮膦配体及其制备方法以及在氢甲酰化反应中的应用。
5.本发明提供的氮杂卓氮膦配体在氢甲酰化反应中反应活性高，有利于以高的异正比制备醛类产物。
6.本发明提供的氮杂卓氮膦配体，其结构如式(i)所示：
[0007][0008]
其中，氮原子与磷原子相连的碳数n为1-5。
[0009]
进一步，本发明提供的氮杂卓氮膦配体，结构中包括的氮杂卓七元环，具体结构为如下式(i)和(ii)所示的二苯氮杂卓环(i)或二萘氮杂卓环(ii)：
[0010][0011]
本发明提供的上述氮杂卓氮膦配体的制备方法，是由化合物1或化合物2，与化合物3，在碱的作用下于有机溶剂中制备得式(i)所示的化合物
‑‑
氮杂卓氮膦配体；其中，化合物1为2，2
’‑
双(卤代甲基)-1,1
’‑
联苯)，化合物2为2(2，2
’‑
双(卤代甲基)-1,1
’‑
联萘，化合物3为2-(二苯基膦)烷基胺；其合成路线分为两种：
[0012]
合成路线(一)：
[0013][0014]
合成路线(二)：
[0015][0016]
其中，x为卤素原子cl、br或i，n＝1-5。
[0017]
所述碱为正丁基锂、二异丙基乙基、乙二胺、二乙胺、三乙胺、三正丁胺中的一种或几种的组合；所述有机溶剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、氯仿、二氧六环、乙醚中的一种或几种的组合；反应温度为室温至100℃。
[0018]
其中，在化学反应式(一)中，化合物1(2，2
’‑
双(卤代甲基)-1,1
’‑
联苯)与化合物3(2-(二苯基膦)烷基胺)的摩尔比例在1：1到1：5之间；在化学反应式(二)中，化合物2(2，2
’‑
双(卤代甲基)-1,1
’‑
联萘)与化合物3(2-(二苯基膦)烷基胺)的摩尔比例在1：1到1：5之间。
[0019]
本发明还提供前述氮杂卓氮膦配体在氢甲酰化反应中的应用。实验表明，氮杂卓氮膦配体在氢甲酰化反应中表现出高的反应活性，有利于获得高异正比的醛类产物。
[0020]
所述氮杂卓氮膦配体在氢甲酰化反应中的应用，具体步骤为：
[0021]
(1)首先，制备催化剂：将铑金属化合物与氮杂卓氮膦配体在有机溶剂中原位络合形成rh金属络合物催化剂；所述铑金属化合物选自铑的卤化物、羰基铑络合物、乙酰丙酮基铑络合物，环辛二烯基铑络合物中的一种或多种；优选的铑金属化合物为rhcl3、rh(co)2acac、rh4(co)
12
或rh6(co)
16
，二苯基膦(1,5-环辛二烯)铑(i)二聚体，(1,5-环辛二烯)氯铑
(i)二聚体中的一种或多种；
[0022]
以铑金属化合物中铑原子物质的量计，所述铑金属化合物和氮杂卓氮膦配体的摩尔比为1:1-1:50(1:(1-50))，优选为1:3-1:8(1:(3-8))；
[0023]
(2)用所述催化剂催化氢甲酰化反应的底物
[0024]
所述底物具有以下结构：
[0025][0026]
其中，r1为甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、异丁基、甲氧基、氰基、羟基、卤素原子中的一种或几种；r1取代基在苯环上1-6任意位置。r2为氢、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、异丁基、甲氧基、氰基、羟基、卤素原子中的一种或几种；r2取代基在苯环上1-6除r1之外的任意位置。
[0027]
氢甲酰化反应的反应温度为20-100℃，优选为40-90℃；反应时间为0.5-48h；氢甲酰化反应的一氧化碳和氢气混合气的反应压力为0.1-5mpa，优选为2-4mpa；选用的有机溶剂为甲苯、二甲苯、均三甲苯、二氯甲烷、正己烷、环己烷、二氧六环、四氢呋喃中一种或几种的组合。
[0028]
所述催化剂在反应体系中的用量以铑金属化合物的质量计为0.001-2％，优选为0.05-0.5％；所述一氧化碳和氢气的摩尔比为3:1-1:3，优选为2:1-1:2。
[0029]
本发明提供的氮杂卓氮膦配体在氢甲酰化反应中表现出良好的催化活性和优异的异构醛选择性，反应结果明显优于davephos和其他氮磷配体。由于引入了具有强螯合能力的氮杂卓入七元环，本发明提供的氮膦配体与金属rh形成的络合物催化剂稳定性更强，不易失活，适于工业化生产应用。
具体实施方式
[0030]
为了更好的理解本发明的技术方案，下面通过实施例对上述路线及方法进行详细说明，但需特别指出，本发明的内容不局限于以下实施例。
[0031]
实施例1
[0032]
二苯氮杂卓氮膦配体i-a的制备，其合成路线为：
[0033][0034]
制备的具体步骤为：将34.0g化合物1a(2,2'-双(溴甲基)-1,1'-联苯)与22.9g化合物3a(2-(二苯基膦基)乙胺)加入到300ml四氢呋喃中，随后加入2g三乙胺，加热反应液至回流温度，在该温度下反应12h，待反应结束后在真空条件下蒸出溶剂，然后分别加入
1000ml去离子水和1000ml二氯甲烷。分液漏斗取有机相并使用旋转蒸发仪蒸出溶剂，得到粗产品i-a。产品i-a在石油醚和乙酸乙酯的混合溶液中重结晶后可得到高纯度的i-a，最终收率为92％。
[0035]
实施例2，二萘氮杂卓氮膦配体i-b的制备，其合成路线为：
[0036][0037]
制备的具体步骤为：将44.0g化合物1b(2,2'-双(溴甲基)-1,1'-联苯)与22.9g化合物3a(2-(二苯基膦基)乙胺)加入到300ml四氢呋喃中，随后加入2g三乙胺，加热反应液至回流温度，在该温度下反应12h，待反应结束后在真空条件下蒸出溶剂，然后分别加入1000ml去离子水和1000ml二氯甲烷。分液漏斗取有机相并使用旋转蒸发仪蒸出溶剂，得到粗产品i-b。产品i-b在石油醚和乙酸乙酯的混合溶液中重结晶后可得到高纯度的i-b，最终收率为95％。
[0038]
实施例3
[0039]
二萘氮杂卓氮膦配体i-c的制备，其合成路线为：
[0040][0041]
制备的具体部为：将44.0g化合物1b(2,2'-双(溴甲基)-1,1'-联苯)与25.8g化合物3b(2-(二苯基膦基)丁胺)加入到300ml四氢呋喃中，随后加入2g三乙胺，加热反应液至回流温度，在该温度下反应24h，待反应结束后在真空条件下蒸出溶剂，然后分别加入1000ml去离子水和1000ml二氯甲烷。分液漏斗取有机相并使用旋转蒸发仪蒸出溶剂，得到粗产品i-b。产品i-b在石油醚和乙酸乙酯的混合溶液中重结晶后可得到高纯度的i-c，最终收率为89％。
[0042]
实施例4
[0043]
向容积为200ml的高压反应釜预先加入100ml甲苯，并向反应釜内持续性通入在惰性气体，在气流保护下，分别加入0.1mmolrh(co)acac与0.3mmold二苯氮杂卓氮膦配体i-a，混合搅拌2h，得到rh络合物催化剂rh-l2的甲苯溶液。
[0044]
实施例5
[0045]
取10ml实施例3所得的催化剂甲苯溶液加入到高压反应釜中，同时加入20mmol苯乙烯以及20ml甲苯，通入合成气置换6次后，将压力冲至3.0mpa，加热温度升至50℃搅拌24h，待反应结束后泄压。产品经过气相色谱分析。
[0046]
实施例6
[0047]
向容积为50ml的高压反应釜预先加入30ml甲苯，并向反应釜内持续性通入在惰性气体，在气流保护下，分别加入0.03mmol[rh(cod)cl]2与0.03mmol二苯氮杂卓氮膦配体i-b，混合搅拌2h，待反应结束后蒸出甲苯，可到达淡黄色的固体，用环己烷洗三次后得到催化剂rh-l7。
[0048]
实施例7
[0049]
称取实施例5中制备的固体催化剂rh-l7 0.046g,加入200ml的高压反应釜，然后分别加入100ml甲苯，同时加入50mmol苯乙烯，通入合成气置换6次后，将压力冲至3.0mpa，加热温度升至50℃搅拌24h，反应过程中需反应釜一直连通气体钢瓶，保证气体压力维持在3.0mpa，待反应结束后泄压。产品经过气相色谱分析。
[0050]
表1，不同氮杂卓氮膦配体在苯乙烯氢甲酰反应中的活性表现
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