于宏偉，杜林楠，蘇苗苗，關(guān)勝琴，孫佳玥，侯騰碩，劉 磊

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺的合成

于宏偉，杜林楠，蘇苗苗，關(guān)勝琴，孫佳玥，侯騰碩，劉 磊

（石家莊學(xué)院 化工學(xué)院，河北 石家莊 050035）

乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯1與二甲胺反應(yīng)制備出N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺2，收率74%.在正丁基鋰/乙醚的反應(yīng)體系中，化合物2進(jìn)一步與二苯基氯化磷反應(yīng)，制備出N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3，收率18%.化合物3的結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR 和31P NMR 進(jìn)行了表征，并進(jìn)一步研究了其合成機(jī)理.

乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯；N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺；N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺；合成；表征；機(jī)理

0 引言

N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3是一類重要的金屬有機(jī)化合物，由于其具有P-N雙齒配體結(jié)構(gòu)，因此作為配體可以高活性地促進(jìn)Pd催化溴代芳烴與芳胺（脂肪胺）的Buchwald Hartwig C-N偶聯(lián)反應(yīng)[1].此外，N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的結(jié)構(gòu)還可進(jìn)一步修飾，作為配體可促進(jìn)Pd催化Suzuki-Miyaura C-C偶聯(lián)反應(yīng)[2-7].N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺 3價(jià)格昂貴，主要是因?yàn)槠浜腥齼r(jià)磷的結(jié)構(gòu)，對(duì)空氣敏感，制備困難.筆者參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[8-12]，從乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯出發(fā)，通過(guò)兩步反應(yīng)，制備出N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3（圖1），通過(guò)1H NMR 和31P NMR 對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，并進(jìn)一步研究了其合成機(jī)理.

圖1 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的合成

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

核磁共振波譜儀（Bruker Drx 400 MHz型，瑞士Bruker公司），電子天平（AR 1140型，上海奧毫斯國(guó)際貿(mào)易有限公司）.

乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯，按照文獻(xiàn)方法合成[10,11].正丁基鋰，二苯基氯化磷（Aldrich公司），其他試劑均為市售分析純?cè)噭?催化反應(yīng)中的所有試劑均按照Schlenk標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，進(jìn)行嚴(yán)格的脫氣及干燥處理.

1.2 合成方法

1.2.1 N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺2的合成

乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯1（52.2 g，192 mmol），溶于600 mL甲醇后，加入80 mL的33%的二甲胺水溶液，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)12 h后，TCL檢測(cè)反應(yīng).反應(yīng)結(jié)束后，減壓蒸餾除去溶劑，殘留物用8.5%的磷酸水溶液溶解，調(diào)節(jié)pH＜7，酸溶液用乙醚萃?。?00 mL×3），萃取后的水溶液在劇烈攪拌的條件下，分批加入無(wú)水碳酸鉀，調(diào)節(jié)pH=10，二氯甲烷萃取水相（100 mL×3），合并有機(jī)相，飽和食鹽水洗滌（100 mL×3）有機(jī)相，無(wú)水碳酸鉀干燥有機(jī)相，過(guò)濾，減壓蒸餾除去溶劑，得到紅色粘稠狀液體36.4 g，產(chǎn)率74%，不需要提純，直接進(jìn)行下一步反應(yīng).

1.2.2 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的合成

高純氮?dú)庀?，N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺2（36.4 g，142 mmol）溶于400 mL無(wú)水脫氣乙醚中，在室溫條件下，1 h內(nèi)緩慢滴加59 mL的正丁基鋰的正己烷溶液（C=2.89 mol/L，171 mmol），繼續(xù)攪拌反應(yīng)1 h后，緩慢加熱至微沸，在1 h內(nèi)緩慢滴加二苯基氯化磷（62.9 g，284 mmol）的50 mL乙醚溶液，加熱回流4 h，冷卻至0℃，緩慢加入100 mL飽和碳酸氫鈉水溶液，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)10 min，乙醚萃取水相（100 mL×3），合并有機(jī)相，飽和食鹽水洗滌有機(jī)相（50 mL×3），無(wú)水硫酸鈉干燥24 h，減壓蒸除乙醚，得到紅色粘稠液體，脫氣無(wú)水乙醇重結(jié)晶，得到紅色固體11.6 g，收率18%.

2 結(jié)果討論

2.1 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3合成方法研究

在第一步反應(yīng)中，乙酸（1-二茂鐵基乙基）酯1首先與二甲胺反應(yīng)制備出N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺 2.這是一個(gè)室溫下的二甲胺的親核取代反應(yīng)，反應(yīng)很容易進(jìn)行，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)12 h，收率較高可達(dá)到74%.而第二步反應(yīng)，則是整個(gè)合成反應(yīng)的關(guān)鍵.首先，在乙醚溶液中，N，N-二甲基-1-二茂鐵乙胺2首先與強(qiáng)堿正丁基鋰反應(yīng)，原位生成二茂鐵-鋰金屬化合物后，二苯基氯化磷進(jìn)一步與其發(fā)生親電取代反應(yīng)，生成粗產(chǎn)品，經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的重結(jié)晶分離，就可以得到高純度的目標(biāo)產(chǎn)物.由于正丁基鋰和二苯基氯磷對(duì)于水和氧氣非常敏感，因此第二步反應(yīng)必須嚴(yán)格采用Schlenk標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)，可以有效地避免水及空氣中的氧氣對(duì)于反應(yīng)的影響.

2.2 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的結(jié)構(gòu)表征

2.2.1 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的31P NMR譜解析

通過(guò)31P NMR對(duì)化合物3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征.結(jié)果見(jiàn)圖2.

其中δ22.1是化合物分子中磷原子化學(xué)位移，說(shuō)明化合物3中含有的磷原子處于三價(jià)態(tài)，并沒(méi)有發(fā)生氧化現(xiàn)象.

2.2.2 N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3的1H NMR譜解析

通過(guò)1H NMR對(duì)化合物3的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)果見(jiàn)圖3.

其中δ1.20（3個(gè)氫原子）是與手性碳原子相連的甲基上的的化學(xué)位移；δ1.70（6個(gè)氫原子）歸屬于N原子相連的兩個(gè)甲基上氫原子的化學(xué)位移；δ3.80（1個(gè)氫原子），δ3.85（5個(gè)氫原子），δ4.18（1個(gè)氫原子）和 δ4.30（1個(gè)氫原子）則歸屬于二茂鐵基團(tuán)上8個(gè)氫原子的化學(xué)位移；δ4.10（1個(gè)氫原子）則歸屬于手性碳上氫原子的化學(xué)位移；δ7.10（5個(gè)氫原子），δ7.27（3個(gè)氫原子）和δ7.51（2個(gè)氫原子）則歸屬于苯環(huán)上10個(gè)氫原子的化學(xué)位移.經(jīng)過(guò)分析，所合成化合物結(jié)構(gòu)正確，為目標(biāo)產(chǎn)物N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3.

3 結(jié)論

制備出N，N-二甲基-1-（2-二苯膦基）二茂鐵乙胺3，通過(guò)1H NMR和31P NMR對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，并進(jìn)一步研究了二甲胺的親核取代反應(yīng)及二苯基氯化磷親電取代反應(yīng)機(jī)理，本研究未見(jiàn)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，具有一定的理論研究?jī)r(jià)值.

圖 2 化合物3 的31P NMR譜圖（CDCl3，161 MHz）

圖 3 化合物3 的 1H NMR譜圖（CDCl3，400 MHz，TMS）

[1]MARCOUX J，WAGAW S，BUCHWALD S L.Palladium-catalyzed Amination of Aryl Bromides：Use of Phosphinoether Ligands for the Efficient Couplingof Acyclic Secondary Amines[J].Journal of Organic Chemistry，1997，62（6）：1568-1569.

[2]LITTKE A F，DAI C Y，F(xiàn)U G C.Versatile Catalysts for the Suzuki Cross-coupling of Arylboronic Acids with Aryl and Vinyl Halides and Triflates under Mild Conditions[J].JAmChemSoc，2000，122（17）：4020-4028.

[3]WOLFEJP，BUCHWALDSL.A highly Active Catalyst for the Room-temperature Amination and Suzuki Coupling of Aryl Chlorides[J].Angew ChemInt Ed，1999，38（16）：2413-2416.

[4]Arduengo IIIAJ,Harlow RL，Kline M.A Stable Crystalline Carbene[J].JAmChemSoc，1991，113（1）：361-363.

[5]ALTENHOFF G，GODDARD R，LEHMANN C W，et al.An N-heterocyclic Carbene Ligand with Flexible Steric Bulk Allows Suzuki Cross-coupling of Sterically Hindered Aryl Chloridesat Room Temperature[J].Angew Chem Int Ed，2003，42（31）：3690-3693.

[6]賈莉，于宏偉，童慶松，等.氧官能化的膦配體在鈀催化的Suzuki-Miyaura反應(yīng)中的應(yīng)用[J].有機(jī)化學(xué)，2008，28（6）：1115-1118.

[7]于宏偉，童慶松，賈莉，等.聚乙二醇（PEG）橋連的新型雙N-雜環(huán)卡賓-膦的合成及其在水相Suzuki反應(yīng)中的應(yīng)用[J].有機(jī)化學(xué)，2011，31（5）：742-746.

[8]HAYASHI T，KUMDA M.Asymmetric Synthesis Catalyzed by Transition-metal Complexes with Functionalized Chiral Ferrocenylphosphine Ligands[J].Acc ChemRes，1982，15：395-401.

[9]GISCHIGS，TOGNIA.Synthesisand Coordination Chemistryofa New Chiral Tridentate PCPN-Heterocyclic Carbene Ligand Based ona FerroceneBackbone[J].Organometallics，2004，23（10）：2479-2487.

[10]吳晶，于宏偉，段書(shū)德，等.1-（1-二茂鐵基乙基）-3-金剛基-1-咪唑碘鹽配體的制備及結(jié)構(gòu)表征[J].石家莊學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，10（6）：55-58.

[11]于宏偉.二茂鐵膦、卡賓配體合成及其在Pd催化Suzuki反應(yīng)的研究[D].大連：大連理工大學(xué)，2007.

[12]周向東，陳迎春，蒲澤佳，等.錦綸用耐久性阻燃劑的合成與應(yīng)用[J].成都紡織高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2016，33（1）：37-41.

Synthesis of N,N-Dimethyl-1-[2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]Ethylamine

YU Hong-wei,DU Lin-nan,SU Miao-miao,GUAN Sheng-qin,SUN Jia-yue,HOU Teng-shuo,LIU Lei
(School of Chemical Engineering,Shijiazhuang University,Shijiazhuang,Hebei 050035,China)

N,N-dimethyl-1-[2-ferrocenyl]ethylamine 2 is synthesized by acetic acid(1-ferrocene ethyl)ester 1 and dimethylamine,the yield is 74%.N,N-dimethyl-1-[2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamine 3 is prepared by compound 2 and chlorodiphenyl phosphine in the solution of butyl lithium/ether.The yield is 18%and the structure is characterized by1H NMR and31P NMR.The synthesis mechanism is studied also.

acetic acid (1-ferrocene ethyl)ester;N,N-dimethyl-1-[2-ferrocenyl]ethylamine;N,N-dimethyl-1-[2-(diphenylphosphino)ferrocenyl]ethylamine;synthesis;characterization;mechanism

O623

A

1673-1972（2017）06-0005-04

2017-08-10

石家莊市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃（171501232A）；石家莊學(xué)院化工制藥實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心本科生科技創(chuàng)新基金（2017-5X）

于宏偉（1979-），男，黑龍江哈爾濱人，副教授，博士，主要從事精細(xì)石油化工研究.

（責(zé)任編輯 王穎莉）