一种用于钯催化偶联反应的荧光配体化合物及制备方法

：
1.本发明属于有机小分子催化与荧光技术领域，具体涉及一种可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物及其制备方法。


背景技术：

2.在有机合成化学领域，通过金属钯离子进行催化的偶联反应是构筑碳碳键的一个常用方法，被广泛的应用于材料开发、医药合成等诸多领域当中。也正因此，钯催化的交叉偶联反应这一研究获得2010年诺贝尔化学奖的殊荣。开发出具有高效率的钯催化剂的重要性不言而喻。
3.传统钯催化剂的配体通常为含磷(p)基团，如三苯基膦等。然而，这些含磷配体通常都具有对空气敏感、价格昂贵、毒性较强等缺点。为了解决这一问题，近些年来，基于含氮杂环的钯离子配体催化剂得到的广泛的关注。多篇文献报道了基于咪唑、吲哚、吡啶等不同含氮杂环分子的钯离子配体催化剂。然而苯并三氮唑作为一个优良的配位单元，基于其的钯离子催化剂却少见报道。由于苯并三氮唑具有很强的吸电子能力，其与钯离子发生配位后，可以改变钯离子原子核外的电子环境，进而增强其催化活性。
4.目前针对钯离子催化的偶联反应的进程检测，主要方法为对反应体系取样进行薄层色谱法分析。其中取样操作可能引入的空气、水等杂质会对反应的进行产生干扰，进而影响反应进行。而荧光光谱法可以在不破坏反应体系的前提下，对反应进程进行实时监测，具有相应时间快、操作简捷、不影响反应进行等优点。因此，引入具有荧光活性的催化剂，通过监控其荧光变化，进而指示反应进程是一种切实有效且具有实际生产价值的技术方法。其中，香豆素作为一个优秀的荧光分子，由于其有着荧光量子产率较高、易于化学修饰、化学稳定性较高等优点，在该领域有着十足的应用潜力。
5.基于钯离子催化偶联反应的重要性，以及现有监测反应进程手段的局限性，结合苯并三氮唑优秀的金属配位能力与香豆素基团良好的荧光活性，设计制备出具有高催化活性的钯离子配体催化剂并探究其在偶联反应中的应用具有研究价值和应用潜力。


技术实现要素：

6.针对现有技术存在的问题，本发明提供一种可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物及其制备方法。该荧光配体用于钯催化偶联体系中，具有催化效率高、可通过荧光变化检测反应进程的特点。
7.本发明的技术方案如下：
8.一种用于钯催化偶联反应的荧光配体化合物，具有如下结构式：
9.10.一种用于钯催化偶联反应的荧光配体化合物的制备方法，包括如下步骤：
11.(1)向化合物1的乙醇溶液中，缓慢加入丙二酸二乙酯、冰醋酸以及哌啶，得到反应液，该反应液在80℃加热的条件下反应12小时，反应完成后分离纯化得到化合物2，其中，所述化合物1为4-(二乙氨基)-水杨醛；所述的化合物1、丙二酸二乙酯、冰醋酸、哌啶的摩尔比为1：3：0.05：0.2；
12.(2)将步骤(1)所得化合物2溶于无水乙醇之中，随后缓慢滴加水合肼，得到反应液，该反应液在80℃加热的条件下反应5小时，反应完成后分离纯化得到化合物3；所述化合物2、水合肼的摩尔比为1：5；
13.(3)将步骤(2)所得化合物3溶于无水甲醇中，在氩气保护下，加入化合物4得到反应液，该反应液在加热回流的条件下反应12小时；反应完成后分离纯化得到得到目标产物：用于钯催化偶联反应的荧光配体化合物；所述化合物4为5-醛基-苯并三氮唑；所述化合物3、化合物4的摩尔比为1：1。
14.优选地，步骤(1)所述分离纯化为待反应完成后，加入蒸馏水淬灭反应，所得混合物用乙酸乙酯萃取，合并有机相后通过减压蒸馏除去溶剂，所得粗产品经硅胶色谱层析法提纯。
15.优选地，步骤(2)和步骤(3)中所述分离纯化为待反应完成后，将反应液冷冻，抽滤，所得粗产品经乙醇重结晶提纯。
16.本发明上述方法制备的荧光配体化合物(btanc)可用于钯离子催化偶联反应中，通过荧光变化监测反应进程。
17.本发明的有益效果是：
18.1、本发明提出的钯离子荧光配体具有较高的催化活性，针对6种不同的底物，最高可以99％的产率得到偶联产物，接近目前文献报道的最佳催化活性；通过监测该荧光配体在反应过程中荧光强度的变化，可以灵敏、便捷的指示反应进程。
19.2、本发明所述的钯离子荧光配体合成方法简单、合成成本低廉，具有实际应用价值。
附图说明：
20.图1为实施例3制备的钯离子荧光配体btanc的1h nmr谱图(溶剂为氘代氯仿)；
21.图2为实施例3制备的钯离子荧光配体btanc的
13
c nmr谱图(溶剂为氘代氯仿)；
22.图3为实施例4中钯离子荧光配体btanc的紫外-可见吸收与荧光发射谱图，btanc浓度为5μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
23.图4为实施例5中加入钯离子后，钯离子荧光配体btanc荧光强度随时间变化图。btanc浓度为5μm，钯离子浓度为10μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
24.图5为实施例6中加入钯离子后，钯离子荧光配体btanc荧光强度对钯离子浓度变化图。btanc浓度为5μm，钯离子浓度为0-10μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
25.图6为实施例7钯离子荧光配体btanc与不同金属阳离子混合后的荧光发射图谱。btanc浓度为5μm，金属阳离子浓度为10μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
26.图7为实施例7钯离子荧光配体btanc与不同金属阳离子混合后的荧光强度柱状对比图。btanc浓度为5μm，金属阳离子浓度为10μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
27.图8为实施例7钯离子荧光配体btanc对钯离子响应对比照片；
28.图9为实施例8钯离子荧光配体btanc与钯离子混合后再加入其它不同金属阳离子混合后的荧光强度柱状对比图。btanc浓度为5μm，钯离子浓度为10μm，其它金属阳离子浓度为100μm，测试溶剂为丙酮，激发波长为430nm；
29.图10为实施例9偶联反应产物的1h nmr谱图(溶剂为氘代氯仿)；
30.图11为实施例9偶联反应产物的
13
c nmr谱图(溶剂为氘代氯仿)；
31.图12为实施例9偶联反应初始阶段与终止阶段反应液荧光发射对比图谱。
具体实施方式：
32.下面结合具体实例，进一步阐明本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。在实际应用中技术人员根据本发明做出的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。
33.除特别说明，本发明使用的设备和试剂为本技术领域常规市购产品。
34.基于苯并三氮唑的新型钯离子荧光配体btanc的合成路线如下：
[0035][0036]
实施例1：化合物2的制备
[0037]
将4-(二乙氨基)水杨醛(0.97g,5mmol)和丙二酸二乙酯(2.4g,15mmol)溶解于乙醇(50ml)中。待原料完全溶解后，向溶液中滴加1mmol哌啶和0.25mmol冰醋酸。滴加完毕后，将反应液加热至80℃，搅拌反应12小时。反应结束完全后，向反应液中加入蒸馏水(100ml)淬灭反应，所得混合液用乙酸乙酯(50ml)萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥。经旋转蒸发除去溶剂后得粗产品。通过硅胶色谱柱层析提纯得产物化合物2，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯。产物为黄色固体。
[0038]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ8.42(s,1h),7.35(d,j＝8.9hz,1h),6.61(dd,j＝8.9,2.5hz,1h),6.45(d,j＝2.4hz,1h),4.37(q,j＝7.1hz,2h),3.44(q,j＝7.1hz,4h),1.39(t,j＝7.1hz,3h),1.23(t,j＝7.1hz,6h).
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ164.23,158.44,158.30,152.84,149.18,131.04,109.55,108.92,107.68,96.70,61.12,45.11,14.38,12.41.
[0039]
实施例2：化合物3的制备
[0040]
将实施例1中所得化合物2(0.58g,2mmol)溶于无水乙醇中，待完全溶解后，向溶液中缓慢滴加水合肼(85％,10mmol)。滴加完毕后，将反应液加热至80℃，搅拌反应5小时。反应结束完全后，将反应液置于-20℃冰箱中过夜。待溶液中析出黄色晶体后，抽滤、干燥得粗产品。所得固体经乙醇重结晶提纯得产物化合物3。产物为黄色针状晶体。
[0041]1h nmr(400mhz,dmso-d6)δ9.42(s,1h),8.60(d,j＝2.6hz,1h),7.65(dd,j＝9.2,
2.4hz,1h),6.76(dd,j＝9.0,2.7hz,1h),6.56(d,j＝2.8hz,1h),4.58(s,2h),3.44(d,j＝7.2hz,4h),1.11
–
1.07(m,6h).
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ163.88,162.11,157.64,152.70,148.06,131.16,110.02,109.09,108.25,96.61,58.42,45.11,18.45,12.42.
[0042]
实施例3：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc的制备
[0043]
将实施例2中所得产物化合物3(55mg,0.2mmol)溶于无水甲醇中，在氩气环境保护下，向反应液中加入5-醛基-苯并三氮唑(50mg,0.2mmol)。待完全溶解后，将反应液加热至95℃，搅拌反应12小时。反应结束完全后，将反应液置于-20℃冰箱中过夜。待溶液中析出黄色晶体后，抽滤、干燥得粗产品。所得固体经乙醇重结晶提纯得产物钯离子荧光配体btanc。产物为黄色针状晶体。
[0044]1h nmr(400mhz,dmso-d6)δ11.84(s,1h),8.79(s,1h),8.63(s,1h),8.20(s,1h),7.98(s,2h),7.77(d,j＝9.0hz,1h),6.87(dd,j＝9.1,2.4hz,1h),6.69(d,j＝2.4hz,1h),3.44(d,j＝7.2hz,4h),1.17(t,j＝7.0hz,6h).
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ166.88,166.53,162.28,157.60,152.44,136.70,115.36,114.09,112.81,101.09,49.56,17.51.
[0045]
实施例4：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc的光物理性质测试
[0046]
配制实施例3得到的新型钯离子荧光配体btanc的原液，溶剂为丙酮，浓度为1mm。取20μl钯离子荧光探针化合物ccb原液稀释于2ml丙酮中(浓度为10μm)，测试紫外-可见吸收与荧光发射光谱。荧光发射光谱测试中，激发波长为430nm。
[0047]
实验结果：由图3可以得出，钯离子探针化合物的最大吸收波长为430nm，最大发射波长为478nm。
[0048]
实施例5：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc对钯离子响应时间测试
[0049]
配制实施例3得到的新型钯离子荧光配体btanc的原液，溶剂为丙酮，浓度为1mm。取20μl钯离子荧光探针化合物ccb原液稀释于2ml丙酮中(浓度为10μm)，向该溶液中加入钯离子标准溶液，使溶液中钯离子浓度为0.1mm。钯离子加入后，定时记录混合液荧光强度。
[0050]
实验结果：由图4可以得出，向探针溶液加入钯离子后，能立即引起荧光淬灭；50秒之内荧光趋于稳定。荧光探针对目标检测物钯离子响应迅速，前后荧光变化明显。
[0051]
实例6：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc对钯离子浓度响应测试
[0052]
配制实施例3得到的新型钯离子荧光配体btanc的原液，溶剂为丙酮，浓度为1mm。取20μl钯离子荧光探针化合物ccb原液稀释于2ml丙酮中(浓度为10μm)，向该溶液中加入不同体积的钯离子标准溶液，使溶液中钯离子浓度为0-10μm。钯离子加入后一分钟，分别记录混合液荧光强度，结果如图5所示。
[0053]
实验结果：随着钯离子浓度的提升，荧光配体btanc的荧光发射强度逐渐减弱，二者呈线性关系。由于钯离子与荧光配体btanc配位后，荧光配体btanc可以发生分子内电荷转移，致使探针荧光淬灭。
[0054]
荧光探针检测限：
[0055]
基于荧光滴定测试的结果，以探针在478nm处的荧光减量δi对钯离子浓度(0-10μm)作图。荧光强度变化与钯离子浓度呈线性关系，探针对钯离子的检测限可由公式：检测限计算，其中，σ为空白样品的标准方差值，k为直线斜率。经计算，本发明所述的荧光探针
对钯离子的检测限低至2.25
×
10-8
mol l-1
。
[0056]
实施例7：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc对钯离子的选择性测试
[0057]
配制实施例3得到的新型钯离子荧光配体btanc的原液，溶剂为丙酮，浓度为1mm。取20μl钯离子荧光探针化合物ccb原液稀释于2ml丙酮中(浓度为10μm)。向溶液中分别加入15种金属阳离子，包括：al
3
,ba
2
,ca
2
,cd
2 ,
co
2
,cu
2
,fe
3
,hg
2
,li

,mg
2
,mn
2
,ni
2
,sn
2
,pb
2
和pd
2
。各金属阳离子的浓度均为100μm。加入金属离子后，混合均匀，静置一分钟，测试溶液的荧光发射强度。
[0058]
实验结果：由图7可以得出荧光配体btanc当且仅当溶液中存在钯离子时，表现出明显的荧光淬灭现象。表明荧光配体btanc对钯离子存在出色的选择性。
[0059]
由图8可以得出，探针荧光强度在钯离子加入前后改变明显，易于判定。
[0060]
实施例8：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc对钯离子响应的抗干扰测试
[0061]
配制实施例3得到的新型钯离子荧光配体btanc的原液，溶剂为丙酮，浓度为1mm。取20μl钯离子荧光探针化合物ccb原液稀释于2ml丙酮中(浓度为10μm)。向该溶液中加入钯离子标准溶液，使溶液中钯离子浓度为10μm。钯离子加入后，再分别加入14种金属阳离子，包括：al
3
,ba
2
,ca
2
,cd
2
,co
2
,cu
2
,fe
3
,hg
2
,li

,mg
2
,mn
2
,ni
2
,sn
2
和pb
2
。各金属阳离子的浓度均为100μm。加入金属离子后，混合均匀，静置一分钟，测试溶液的荧光发射强度。
[0062]
实验结果：由图9可以得出钯离子对荧光配体btanc的荧光淬灭现象受其他金属阳离子影响较低。表明荧光配体btanc对钯离子的响应抗干扰能力强。
[0063]
实施例9：可用于钯催化偶联反应的新型荧光配体化合物btanc在钯催化偶联反应中的应用
[0064]
钯催化偶联反应路线如下：
[0065][0066]
在氩气环境保护下，向反应瓶中依次加入苯乙炔(1.1mmol)，4-碘苯(1mmol)，碘化亚铜(10μmol)，二氯化钯(5μmol)和荧光配体btanc(5μmol)。随后加入10ml四氢呋喃和10ml三乙胺。将反应瓶密闭后，加热至80℃反应8小时。反应结束完全后，向反应液中加入蒸馏水(20ml)淬灭反应，所得混合液用乙酸乙酯(20ml)萃取三次，合并有机相，用无水硫酸钠干燥。经旋转蒸发除去溶剂后得粗产品。通过硅胶色谱柱层析提纯偶联产物，洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯。反应起始阶段荧光强度均被记录
[0067]1h nmr(400mhz,chloroform-d)δ7.55
–
7.49(m,4h),7.35
–
7.27(m,6h).
13
c nmr(101mhz,chloroform-d)δ131.70,128.43,128.34,123.38,89.50.
[0068]
实验结果：
[0069]
钯催化偶联反应以99％产率得到目标偶联产物，证明荧光配体btanc的钯配位化合物针对端炔与卤代芳烃的偶联反应具有良好的催化能力。
[0070]
由图12可以得出由荧光配体btanc的钯配位化合物催化的偶联反应，反应体系起始阶段的荧光强度有着显著差异。说明可以通过其荧光强度变化实现对实验进程的监测。该监测反应无需破坏偶联反应所需的无水无氧环境，有着较强的实际应用前景。
[0071]
上列详细说明是针对本发明之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制
[0072]
本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。