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聚乙二醇是一种聚合物,分子量从200到几万不等。作为一种绿色溶剂,聚乙二醇具有低毒性、低挥发性、生物可降解性等优点。据文献报道,聚乙二醇可以作为很多有机合成反应的介质,如取代反应、氧化反应、还原反应、金属催化反应等N-芳基咪唑类化合物是一类非常重要的结构单元,常见于药物、农药以及生物分子中。据文献报道,常用于合成此类物质的方法主要有亲核性芳香取代反应和乌尔曼反应两种。
由于受到底物结构和反应条件的限制,上述两个方法在实际应用中受到极大限制,因此寻找新的合成N-芳基咪唑类物质的方法成为有机合成化学家关注的热点之一。
咪唑与芳基硼酸的N-芳基化反应采用铜作为催化剂,大多反应条件温和,成为制备N-芳基咪唑类化合物的重要方法。早在1988年,有人分别用化学计量的醋酸铜催化了有机溶剂中芳基硼酸与含NH底物的N-芳基化反应。此后,各种不同催化体系被报道。然而这些催化体系都是在有机溶剂中进行。绿色溶剂中报道的催化体系较少,所使用的绿色溶剂仅限于水和离子液体。2001年,首次研究了水中[Cu(OH) TMEDA]2Cl2化的咪唑与芳基硼酸的N-芳基化反应,目标产物的产率仅为20%-63%。2006年,报道了醋酸铜催化的咪唑与芳基硼酸的N-芳基化反应,取得了理想结果。
2010年,四川大学周向葛、向海峰课题组发现基于磺酸Salen的铜催化剂可以高效地催化水中咪唑与芳基硼酸反应的N-芳基化反应。 本文发展了一个新的促进咪唑与芳基硼酸N-芳基化反应的催化体系。该催化体系使用聚乙二醇400作为反应溶剂,以Cu2O为催化剂,无需任何配体和碱的存在。它操作简单,不需要惰性气体保护,反应条件温和,室温下即可进行。
以咪唑与苯硼酸的反应为模板反应,我们首先探讨了聚乙二醇体系中咪唑类底物与芳基硼酸的N-芳基化反应的最优化条件。以PEG 400为反应介质,室温下,反应24h,我们主要研究了不同铜催化剂对上述反应的影响,其结果如表所示。
结果显示,在聚乙二醇400中,铜粉对上述反应具有一定的催化能力,产物产率为45%。同时,我们还考察了各种二价态铜催化剂。结果显示,二价态铜的催化剂对此反应催化效果最差 。各种一价的铜催化剂对咪唑与苯硼酸的反应均表现出较好的催化效果。考虑到上述一价铜催化剂的价格,我们最终选择Cu2O作为上述反应的催化剂。
N-芳基咪唑类化合物是一类非常重要的结构单元,通常具有重要的生物、生理活性,因此寻找新的合成N-芳基咪唑类物质的方法成为有机合成化学家关注的热点之一。在绿色化学的倡导下,本研究发展了一个高效的促进咪唑类底物与芳基硼酸N-芳基化反应的催化体系。研究结果表明,该催化体系适用于咪唑类底物与具有各种不同取代基的芳基硼酸的N-芳基化反应,为N-芳基咪唑类化合物提供一个简单、有效、绿色的合成方法。
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