一種金屬鈀催化劑及其制備方法和應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種金屬鈀催化劑及其制備方法和應(yīng)用，具體涉及到聚合物固載的金 屬鈀催化劑及制備方法和該催化劑在Suzuki反應(yīng)中的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002] 鈀能夠催化鹵代芳烴與有機(jī)苯硼酸以及其衍生物的Suzuki反應(yīng)，這在有機(jī)合成 中的用途非常廣泛，其反應(yīng)條件比較溫和，底物適用比較廣泛、產(chǎn)物便于處理等特點(diǎn)，在 碳-碳偶聯(lián)反應(yīng)中具有很重要的地位，是合成聯(lián)苯類化合物的有效方法。近年來，鈀催化劑 具有很高的催化性能、反應(yīng)條件溫和、易于回收等優(yōu)點(diǎn)，這就決定了負(fù)載型的鈀催化劑具有 潛在的應(yīng)用價(jià)值。目前，已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道過各種各樣的催化劑，在研究Suzuki反應(yīng)的 現(xiàn)有文獻(xiàn)中，有很多含膦配體、含氮配體以及卡賓配體等，但是，在此反應(yīng)中，常常存在一些 的缺點(diǎn)，比如：大量的鈀催化劑使用量、催化劑活性低、催化劑難回收使用等問題。膦配體對 鈀催化劑的催化效果影響很大，但是有些含膦鈀催化劑在Suzuki反應(yīng)中，活性不高甚至活 性很低。另外，在Suzuki反應(yīng)中常使用的有機(jī)溶劑（例如甲苯、DMF等）通常是有毒、昂貴 的。因此，制備出催化活性很高的鈀催化劑，在Suzuki反應(yīng)中，使用毒性較低的有機(jī)溶劑在 實(shí)際應(yīng)用中非常重要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是為了改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的不足而提出了一種金屬鈀催化劑，本發(fā)明 得另一目的是提供上述催化劑的制備方法，苯發(fā)明還有一目的是提供該催化劑在Suzuki 反應(yīng)中的應(yīng)用。該催化劑在異丙醇和水的混合溶劑中可以很高效的催化Suzuki反應(yīng)，可 以在極低的催化劑用量的條件下進(jìn)行，同時(shí)可以應(yīng)用到某些藥物中間體（例如沙坦聯(lián)苯、 4-氯-2硝基聯(lián)苯）的放大實(shí)驗(yàn)。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：由含氮和膦小分子在鈀作用下，通過碳膦、碳氮偶聯(lián)，生成 包覆金屬鈀的大分子聚合物催化劑。鈀鹽先與DIPPF([1，1'_雙（二異丙基膦）二茂鐵） 的配位，然后再催化胺化合物與含膦化合物的之間的反應(yīng)，最后加入一定量的鈀鹽、胺化合 物、哌嗪和堿，其中堿的作用是消除在反應(yīng)過程中生成的HBr，在甲苯有機(jī)溶劑中，惰性氣體 保護(hù)下，一定溫度下反應(yīng)生成的包覆金屬鈀的聚合物。
[0005] 本發(fā)明的具體技術(shù)方案為：一種金屬鈀催化劑，其特征在于含氮和膦的聚合物固 載金屬鈀，其中金屬鈀占聚合物的質(zhì)量負(fù)載量（通過ICP測得）為0.2~2%。
[0006] 本發(fā)明還提供了上述金屬鈀催化劑的制備方法，其具體步驟入下：
[0007] ①鈀鹽先與[1，Γ-雙（二異丙基膦）二茂鐵（DIPPF)配位反應(yīng)，再加入胺化合物 與含膦化合物，最后加入堿，在80~120°C反應(yīng)20~24小時(shí)；
[0008] ②冷卻后，加入一定量的鈀鹽（由金屬鈀占聚合物的理論負(fù)載量計(jì)算出所加鈀鹽 的量）、胺化合物、哌嗪、堿（過量），在甲苯溶劑中，惰性氣體保護(hù)下，在80~120°C反應(yīng) 20~24小時(shí)；
[0009] ③冷卻后，清洗，干燥得到包覆金屬鈀的聚合物，即金屬鈀催化劑。
[0010] 優(yōu)選上述的鈀鹽優(yōu)選為二價(jià)鈀鹽或零價(jià)鈀鹽，更優(yōu)選為醋酸鈀、三（二亞芐基丙 酮）二鈀或氯化鈀等。
[0011] 優(yōu)選上述的胺化合物為三（4-溴苯基）胺或者三（4-碘苯基）胺；所述的含膦化 合物為二-1-金剛烷基膦、二苯基膦、二-叔丁基膦或二環(huán)己基膦；所述的堿為叔丁醇鈉、叔 丁醇鉀。
[0012] 優(yōu)選步驟①中鈀鹽先與DIPPF([1，1'_雙（二異丙基膦）二茂鐵）的摩爾比為1: (1~2);步驟②中金屬鈀的加入量由最后生成催化劑中占聚合物的理論負(fù)載量計(jì)算得到。 優(yōu)選步驟①中鈀鹽占胺化合物的摩爾比為2~5%。
[0013] 優(yōu)選步驟①中胺化合物與膦化合物的摩爾比為1:1 ;步驟②中胺化合物與膦化合 物的摩爾比為摩爾比為1~4 :1。整個(gè)反應(yīng)體系中胺化合物與膦化合物的摩爾比為摩爾比 2 ~5:1〇
[0014] 優(yōu)選步驟②中胺化合物與哌嗪之間的摩爾比為1 : (1. 75~2. 5)。
[0015] 本發(fā)明還提供了上述催化劑在催化的Suzuki反應(yīng)中的應(yīng)用；在合成新型沙坦類 高血壓藥的沙坦聯(lián)苯2-氰基-4'-甲基聯(lián)苯、合成啶酰菌胺的藥物中間體4-氯-2'-硝 基聯(lián)苯以及化工產(chǎn)品4-甲氧基聯(lián)苯中的應(yīng)用。
[0016] 本發(fā)明所用溶劑優(yōu)選為甲苯，溶劑的加入量為覆蓋反應(yīng)物即可。配位反應(yīng)時(shí)間 一般為2-5分鐘左右；步驟①和②中堿的加入量優(yōu)選過量；反應(yīng)全部過程在惰性氣體保護(hù) 下，優(yōu)選惰性氣體為氬氣或氮?dú)?；最后清洗?yōu)選分別用水、乙醇清洗數(shù)次；在真空干燥箱中 真空干燥，干燥溫度一般為30~50度。
[0017] 有益效果：
[0018] 本催化劑不但制備相對簡單，而且由于固載的含膦配體以及聚苯胺共同作用提高 了鈀催化劑活性和穩(wěn)定性。該催化劑在醇和水的混合溶液中可以超高效的催化Suzuki反 應(yīng)，這不但避免了水相反應(yīng)的缺點(diǎn)，又可以在極低的催化劑用量的條件下進(jìn)行（例如對溴 苯甲醚與苯硼酸的反應(yīng)，催化劑用量為百萬分之五），該催化劑易于回收、合成路線簡單、反 應(yīng)條件溫和、后處理簡單方便且產(chǎn)率很高、便于應(yīng)用，穩(wěn)定性好，不易失活，不僅具備納米催 化劑很高的催化性能，在反應(yīng)條件下不易發(fā)生團(tuán)聚，而且此催化劑可以應(yīng)用到某些藥物中 間體以及化工產(chǎn)品的放大實(shí)驗(yàn)，這在工業(yè)上有很大的應(yīng)用價(jià)值。
【具體實(shí)施方式】
[0019] 實(shí)施案例1 :
[0020] 在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續(xù)加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔 丁醇鈉（3611^，0.375臟〇1)，110度反應(yīng)24 小時(shí)，；冷卻以后，在氬氣下，繼續(xù)加入醋酸鈀（9. 2mg，0. 041mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應(yīng)24小時(shí)；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24 小時(shí)，獲得催化劑C1 (鈀負(fù)載量為0. 7% )。
[0021] 實(shí)施案例2:
[0022] 在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續(xù)加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75. 6mg，0. 25mmol)和叔丁醇鈉（36mg，0. 375mmol)，110 度反應(yīng) 20 小 時(shí)，；冷卻以后，在氬氣下，繼續(xù)加入醋酸鈀（18.4mg，0.082mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應(yīng)24小時(shí)；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，30度真空干燥箱干燥20 小時(shí)，獲得催化劑C2 (鈀負(fù)載量為2% )。
[0023] 實(shí)施案例3 :
[0024]在氬氣下，醋酸鈀（1. 2mg，0. 005mmol)和DIPPF(3. 2mg，0. 0075mmol)加入到含 有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續(xù)加入三（4-溴苯基）胺（120. 5mg，0. 25mmol)、 二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔 丁醇鈉（3611^，0.375臟〇1)，110度反應(yīng)22 小時(shí)，；冷卻以后，在氬氣下，繼續(xù)加入醋酸鈀（4. 6mg，0. 021mmol)、三（4-溴苯基）胺 (482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔丁醇納（672mg，7mmo1)，再加入 30mL的甲 苯溶液，120度，反應(yīng)24小時(shí)；冷卻以后，分別用水、乙醇清洗三次，40度真空干燥箱干燥22 小時(shí)，獲得催化劑C3 (鈀負(fù)載量為0. 2% )。
[0025] 實(shí)施案例4:
[0026]在氬氣下，三（二亞芐基丙酮）二鈀（2.3mg，0.0025mmol)和DIPPF(3.2mg， 0. 0075mmol)加入到含有2mL甲苯的史林克管中，攪拌5分鐘，繼續(xù)加入三（4-溴苯基） 胺（120. 5mg，0. 25mmol)、二-1-金剛烷基膦（75. 6mg，0. 25mmol)和叔 丁醇鈉（36mg， 0.375mmol)，80度反應(yīng)24小時(shí)，；冷卻以后，在氬氣下，繼續(xù)加入三（二亞芐基丙酮）二鈀 (18. 3mg，0· 02mmol)、三（4-漠苯基）胺（482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔 丁醇鈉（672mg，7mmol)，再加入30mL的甲苯溶液，80度，反應(yīng)24小時(shí)；冷卻以后，分別用水、 乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24小時(shí)，獲得催化劑C4 (鈀負(fù)載量為0. 8% )。
[0027] 實(shí)施案例5 :
[0028]在氮?dú)庀拢ǘ喥S基丙酮）二鈀（2.3mg，0.0025mmol)和DIPPF(3.2mg， 0. 0075mmol)加入到含有4mL甲苯的史林克管中，攪拌2分鐘，繼續(xù)加入三（4-溴苯基） 胺（120.5mg，0.25mmol)、二-1-金剛烷基膦（75.6mg，0.25mmol)和叔丁醇鉀（42.1mg， 0. 375mmol)，120度反應(yīng)20小時(shí)，；冷卻以后，在氮?dú)庀?，繼續(xù)加入三（二亞芐基丙酮）二鈀 (18. 3mg，0· 02mmol)、三（4-漠苯基）胺（482.Omg，lmmol)、哌嘆（150. 8mg，1. 75mmol)和叔 丁醇鉀（785. 5mg，7mmol)，再加入20mL的甲苯溶液，120度，反應(yīng)20小時(shí)；冷卻以后，分別用 水、乙醇清洗三次，50度真空干燥箱干燥24小時(shí)，獲得催化劑C5 (鈀負(fù)載量為0. 7% )。
[0029] 實(shí)