周春妮,鄭子昂,彭望明,王洪波,張玉敏,王 亮,肖 標(biāo)

(江漢大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,光電化學(xué)材料與器件教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,武漢 430056)

環(huán)狀膦酰胺是一類(lèi)重要的含膦有機(jī)化合物,在合成化學(xué)中是制備有機(jī)中間體的重要砌塊[1],在醫(yī)藥和農(nóng)藥分子中,環(huán)狀膦酰胺結(jié)構(gòu)通常是化合物表現(xiàn)生物活性的位點(diǎn),在化工新材料中它又是許多光電材料和阻燃材料的核心結(jié)構(gòu)[2].更重要的是這類(lèi)化合物與人的生命活動(dòng)密切相關(guān).因此,發(fā)展簡(jiǎn)便高效、綠色的合成方法以構(gòu)建環(huán)狀膦酰胺分子受到了廣泛關(guān)注.目前,合成膦酰胺分子的方法主要有膦酰氯與胺的酰化反應(yīng)、膦酸衍生物與胺的縮合反應(yīng)、膦氧化物與胺的偶聯(lián)反應(yīng)以及伯膦酰胺的烷基化等衍生方法[3].這些策略主要用于制備非環(huán)狀結(jié)構(gòu)的膦酰胺,對(duì)于環(huán)狀膦酰胺的合成卻不適用.近年來(lái),過(guò)渡金屬催化的C—H活化/環(huán)化反應(yīng)因具有較高的原子和步驟經(jīng)濟(jì)性而得以快速發(fā)展,成為金屬催化領(lǐng)域最活躍的研究課題之一[4～6].該合成策略不僅可以選擇性活化C—H鍵,還避免了導(dǎo)向基的移除,并且導(dǎo)向基能夠參與反應(yīng)形成環(huán)化產(chǎn)物[7].因此,在構(gòu)建雜環(huán)化合物方面具有明顯優(yōu)勢(shì),也為環(huán)狀膦酰胺分子的合成提供了一種綠色、高效的方法[8,9].

Glorius等[10]研究了[RhCp*(CH3CN)3](SbF6)2(CP*: 五甲基環(huán)戊二烯基)催化N,N-二異丙基苯基膦酰胺與芳基炔烴的C—H活化/環(huán)化反應(yīng),以中等收率獲得了相應(yīng)的環(huán)狀膦酰胺化合物.但是,該反應(yīng)膦酰胺底物的適用范圍較窄.Lee等[11]研究了[RhCp*Cl2]2催化二苯基膦酰胺的C—H活化/環(huán)化反應(yīng),當(dāng)使用活化的烯烴作為底物時(shí),可獲得五元環(huán)狀膦酰胺,當(dāng)使用炔烴作為底物時(shí),可獲得六元環(huán)狀膦酰胺.Duan等[12]報(bào)道了Pd(OAc)2催化N,N-雙取代二芳基膦酰胺的不對(duì)稱分子內(nèi)C—H芳基化反應(yīng),該反應(yīng)的對(duì)映選擇性是由手性配體實(shí)現(xiàn)的,由Taddol衍生化的NP配體效果最好,對(duì)映選擇性高達(dá)95%.Dong等[13]利用C—H活化反應(yīng)作為關(guān)鍵步驟,實(shí)現(xiàn)了[IrCp*Cl2]2催化環(huán)狀膦酰亞胺與炔烴的串聯(lián)Grignard[3+2]環(huán)化反應(yīng),該方法能夠高效地構(gòu)建具有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的新型膦酰胺分子.Han等[14]利用N-五氟苯基膦酰胺基團(tuán)作為導(dǎo)向基,研究了Pd(OAc)2催化的二芳基膦酰胺分子內(nèi)的C—H胺化反應(yīng).Cramer研究組[15]將聯(lián)萘骨架引入到環(huán)戊二烯基陰離子中,制備了一種新型手性銠催化劑,實(shí)現(xiàn)了不對(duì)稱苯基膦酰胺與炔烴的C—H活化/環(huán)化反應(yīng),以優(yōu)異的對(duì)映選擇性獲得了手性六元環(huán)狀膦酰胺化合物.

盡管利用C—H活化/環(huán)化反應(yīng)合成環(huán)狀膦酰胺的研究已取得了一些進(jìn)展,但繼續(xù)探索微波條件下的C—H活化/環(huán)化反應(yīng)[16],并快速構(gòu)建環(huán)狀膦酰胺衍生物的研究仍然十分必要.基于前文[17～20]對(duì)C—H鍵活化反應(yīng)的研究成果,我們認(rèn)為通過(guò)調(diào)節(jié)二芳基膦酰胺氮原子上的取代基可以改變含氮導(dǎo)向基的N—H鍵酸性,從而提高底物與催化劑的配位性能.此外,含氟官能團(tuán)是許多藥物和農(nóng)藥的重要結(jié)構(gòu)單元,特別是含多氟取代的化合物通常具有較好的生物活性[21].基于此,本文研究了一種微波(MW)條件下的N-五氟苯基-二芳基膦酰胺與炔烴的C—H活化/環(huán)化反應(yīng).此方法不僅能提高反應(yīng)效率、縮短反應(yīng)時(shí)間,而且能夠快速合成含氟環(huán)狀膦酰胺衍生物.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

磷酸鉀、磷酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸氫鈉和乙酸鉀乙酸鈉購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司; 碳酸銀、氧化銀、乙酸銀和三氟乙酸銀[RhCp*Cl2]2購(gòu)自薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司; 氟化銀購(gòu)自上海賢鼎生物科技有限公司; 所用試劑均為分析純產(chǎn)品,未經(jīng)過(guò)純化直接使用; 叔丁醇、乙醇、甲苯、二甲苯、1,2-二氯乙烷(DCE)、四氫呋喃和1,4-二氧六環(huán)乙腈均按照《實(shí)驗(yàn)室化學(xué)品純化手冊(cè)》[22]報(bào)道方法進(jìn)行干燥處理; GF254薄層層析和柱層析用硅膠(200～300目,山東青島海洋化工廠).

Discover(單模)型微波合成儀(美國(guó)CEM公司); Bruker Avance Ⅱ 400 MHz型超導(dǎo)核磁共振儀(德國(guó)Bruker公司); Bruker microTOF-QⅡ型高分辨質(zhì)譜儀(德國(guó)Bruker公司); Bruker TENSOR27型傅里葉變換紅外光譜儀(直接涂片測(cè)定,德國(guó)Bruker公司); WRS-2型微機(jī)熔點(diǎn)儀(上海圣科儀器設(shè)備有限公司).

1.2 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

C—H活化/環(huán)化反應(yīng)路線如Scheme 1所示.向干燥的10 mL微波反應(yīng)管中依次加入N-五氟苯基二苯基膦酰胺(1a,0.15 mmol)、二苯乙炔(2a,0.18 mmol)、[RhCp*Cl2]2(0.006 mmol)、Ag2CO3(0.30 mmol)、NaHCO3(0.15 mmol)和1.5 mL DCE,將混合物置于微波合成儀(120 W)中于110 ℃反應(yīng)15 min.將反應(yīng)液冷卻至室溫,加入乙酸乙酯(20 mL)稀釋,過(guò)濾并濃縮.粗產(chǎn)品經(jīng)硅膠柱層析[V(乙酸乙酯)∶,V(石油醚)=1∶,5～1∶,2]純化得化合物3a.化合物3b～3s按相同方法合成.

Scheme 1 C—H activation/cyclization of diaryl phosphoramides and alkynes

化合物3a～3s的理化數(shù)據(jù)見(jiàn)表1,核磁共振數(shù)據(jù)見(jiàn)表2,核磁共振譜圖和質(zhì)譜圖見(jiàn)圖S1～S35(見(jiàn)本文支持信息).

Table 1 Appearance,yields,melting points,HRMS and IR data of compounds 3a—3s

Continued

Compd.R1R2AppearanceYielda(%)m. p./℃HRMS(calcd.),m/z [M+H+]IR, ν/cm-13d4-MePhYellowish solid84171—172588.1507(588.1510)1601, 1513, 1382, 1228, 1109, 1038, 857, 739, 6963e4-OMePhWhite solid7785—86620.1425(620.1408)1725, 1593, 1510, 1297, 1258, 1105, 1026, 992, 804, 753, 7013f4-tBuPhYellowish solid88158—159672.2430(672.2449)1659, 1513, 1386, 1235, 1089, 990, 830, 749, 7013g4-CF3PhPale solid87208—209696.0963(696.0945)1641, 1558, 1516, 1401, 1322, 1258, 1133, 1105, 962, 886, 829, 7513h4-FPhWhite solid82201—202596.1025(596.1009)1588, 1509, 1477, 1228, 1215, 1075, 1027, 989, 755, 6593i4-ClPhPale solid6887—88628.0406(628.0418)1609, 1581, 1509, 1461, 1233, 1075, 990, 882, 786, 7243jH4-MeC6H4Brown solid92191—192588.1516(588.1510)1590, 1509, 1438, 1229, 1114, 1095, 1081, 1038, 875, 806, 772, 738, 722, 6933kH4-OMeC6H4Yellow solid7893—94620.1416(620.1408)1603, 1512, 1467, 1289, 1243, 1173, 1106, 1036, 988, 822, 7333lH3,4-(2Me)C6H4 Yellowish solid6574—75616.1818(616.1823)1597, 1512, 1378, 1229, 1114, 1040, 989, 820, 7323mH4-CF3C6H4Yellowish solid8681—82696.0940(696.0945)1639, 1511, 1408, 1326, 1235, 1169, 1066, 992, 882, 752, 7263nH4-FC6H4White solid87177—178596.1028(596.1009)1595, 1509, 1470, 1438, 1228, 1155, 1114, 1094, 1080, 1039, 993, 876, 828, 810, 755, 7213oH4-ClC7H4Brown solid9086—87628.0423(628.0418)1588, 1513, 1317, 1145, 1115, 1040, 1015, 991, 875, 812, 771, 7473pHnC4H9Yellow oil51492.1507(492.1510)1628, 1597, 1468, 1374, 1241, 1175, 1126, 917, 7503qPhPale solid5775—76572.0322(572.0326)1509, 1404, 1233, 1111, 990, 1044, 1021, 746, 726, 7013rbPh3sH4-(NH2)C6H4Brown solid4595—96590.1425(590.1415)3343,1608, 1509, 1466, 1210, 1178, 1044, 990, 747, 693, 665

a.Yield after purification by column chromatography on silica gel;b.no reaction.

Table 2 1H NMR,13C NMR and 31P NMR data of compounds 3a—3s

Continued

Compd.1H NMR(400 MHz, CDCl3), δ13C NMR(100 MHz, CDCl3), δ31P NMR(162 MHz, CDCl3), δ3b8.25(ddd,J=14.7, 7.6, 1.3 Hz, 1H), 7.53—7.46(m, 1H), 7.41(dd, J=7.5, 2.9 Hz, 1H), 7.39—7.33(m, 3H), 7.33—7.30(m, 1H), 7.26—7.22(m, 3H), 7.21—7.18(m, 2H), 7.16—7.03(m, 4H), 6.88(dd, J=8.1, 4.5 Hz, 1H), 2.29(s, 3H), 2.19(s, 3H)146.27(d,J=11 Hz), 141.80(d, J=10 Hz), 140.55(d, J=11 Hz), 139.47(d, J=6 Hz), 136.66, 134.79(d, J=5 Hz), 134.45(d, J=12 Hz), 132.95(d, J=2 Hz), 132.19(d, J=2 Hz), 131.82, 131.48(d, J=12 Hz), 130.74, 130.22, 130.09, 129.33, 128.99, 128.79, 128.32, 127.70, 127.49, 125.87, 125.73, 125.15(d, J=9 Hz), 122.47, 121.21, 118.83(d, J=10 Hz), 21.32(d, J=6 Hz), 20.63(d, J=4 Hz)21.693c7.68(d,J=13.6 Hz, 1H), 7.62—7.45(m, 2H), 7.39—7.27(m, 3H), 7.25—7.12(m, 5H), 7.09(dd, J=8.3, 5.5 Hz, 1H), 7.02(dd, J=9.8, 6.1 Hz, 2H), 6.93(p, J=3.5 Hz, 3H), 2.37(d, J=6.7 Hz, 3H), 2.34(s, 3H)138.55, 138.24, 138.10, 137.47, 137.33, 136.21(d,J=6 Hz), 135.36(d, J=4 Hz), 133.57(d, J=3 Hz), 133.29(d, J=2 Hz), 132.41(dd, J=11, 2 Hz ), 131.60, 131.32, 130.18,(d, J=11 Hz), 130.02, 129.36, 129.13(dd, J=11, 2 Hz ), 128.28, 128.14 , 128.10, 127.97, 127.50, 126.97, 126.85, 123.64, 122.40, 122.27(d, J=7 Hz), 21.29, 21.0518.743d7.67(dd,J=13.0, 7.9 Hz, 2H), 7.58(dd, J=14.0, 7.8 Hz, 1H), 7.26—7.21(m, 3H), 7.21—7.12(m, 5H), 7.06—7.00(m, 2H), 6.98(d, J=4.9 Hz, 1H), 6.96—6.89(m, 3H), 2.39(s, 3H), 2.31(s, 3H)143.40(d,J=3 Hz), 142.70(d, J=2 Hz), 139.49, 138.76(d, J=6 Hz), 137.40, 135.45(d, J=3 Hz), 132.19(dd, J=11, 1 Hz ), 131.71, 130.26, 130.15, 129.32, 129.13, 128.99, 128.24, 128.11, 127.96, 127.48, 127.23, 127.14, 126.85, 122.10(d, J=2 Hz), 121.04, 119.76, 22.00, 21.6918.833e7.71(dd,J=12.2, 8.6 Hz, 2H), 7.62(dd, J=13.8, 8.5 Hz, 1H), 7.25—7.10(m, 5H), 7.03—6.99(m, 2H), 6.97—6.86(m, 6H), 6.66(dd, J=4.4, 2.4 Hz, 1H), 3.85(s, 3H), 3.70(s, 3H)163.00(d,J=3 Hz), 162.56(d, J=3 Hz), 140.95(d, J=7 Hz), 140.13, 137.35, 135.47(d, J=4 Hz), 134.19(dd, J=13, 2 Hz), 132.21(d, J=12 Hz), 131.65, 131.56, 129.24, 128.15, 128.08, 128.01, 127.50, 126.91, 122.67, 121.54(d, J=6 Hz), 121.28, 113.81(d, J=14 Hz), 113.20(d, J=5 Hz), 112.98(d, J=10 Hz), 55.33, 55.1518.753f7.71(dd,J=12.8, 8.2 Hz, 2H), 7.65(dd, J=13.8, 8.1 Hz, 1H), 7.45(d, J=3.2 Hz, 1H), 7.44—7.37(m, 2H), 7.25—7.12(m, 6H), 7.04(d, J=2.9 Hz, 2H), 6.98—6.89(m, 3H), 1.31(s, 9H), 1.19(s, 9H)156.35(d,J=3 Hz), 155.55(d, J=3 Hz), 139.32, 138.59(d, J=6 Hz), 137.53, 135.60(d, J=3 Hz), 132.04(dd, J=12, 2 Hz), 131.71, 130.05, 129.93, 129.40, 128.19, 128.08, 127.89, 127.50, 126.86, 126.82, 125.19(d, J=4 Hz), 124.58(d, J=4 Hz), 123.74(d, J=10 Hz), 122.09(d, J=7 Hz), 120.86, 119.58, 35.16, 35.08, 31.02, 30.9218.483g7.88(dd,J=12.9, 8.1 Hz, 2H), 7.77(dd, J=13.8, 8.0 Hz, 1H), 7.69(dd, J=8.2, 2.7 Hz, 2H), 7.57(d, J=7.9 Hz, 1H), 7.40(d, J=4.4 Hz, 1H), 7.24—7.02(m, 5H), 7.00—6.80(m, 5H)141.31, 139.60(d,J=6 Hz), 135.91, 135.38, 134.92(dd, J=19, 3 Hz), 134.60(dd, J=18, 3 Hz), 134.45(d, J=3 Hz), 134.09, 132.33(dd, J=11, 2 Hz), 131.37, 131.10, 130.99, 129.02, 128.80, 128.48, 127.81, 127.63, 125.90, 125.56(q, J=4 Hz), 125.42(q, J=4 Hz), 124.65(d, J=3 Hz), 123.91—123.58(m), 121.93(d, J=3 Hz), 121.53(d, J=7 Hz)15.383h7.86—7.75(m, 2H), 7.74—7.67(m, 1H), 7.29—7.11(m, 7H), 7.11—7.06(m, 1H), 7.04—6.98(m, 2H), 6.98—6.91(m, 3H), 6.89—6.85(m, 1H)166.72(dd,J=24, 4 Hz), 164.20(dd, J=18, 4 Hz), 141.96(dd, J=9, 7 Hz), 140.98, 136.58, 134.85, 134.73, 134.63, 132.99(dd, J=13, 10 Hz), 131.47, 129.06, 128.54, 128.30, 127.69, 127.32, 121.03(dd, J=7, 3 Hz), 119.29(d, J=3 Hz), 118.99(d, J=2 Hz), 115.93(dd, J=21, 15 Hz), 115.04(dd, J=22, 5 Hz), 113.62(dd, J=23, 11 Hz)16.77

Continued

Compd.1H NMR(400 MHz, CDCl3), δ13C NMR(100 MHz, CDCl3), δ31P NMR(162 MHz, CDCl3), δ3i7.72(dd,J=12.8, 8.2 Hz, 2H), 7.63(dd, J=13.9, 8.2 Hz, 1H), 7.46(dd, J=8.4, 2.8 Hz, 2H), 7.37(dt, J=8.2, 2.1 Hz, 1H), 7.26—7.21(m, 2H), 7.21—7.15(m, 2H), 7.15—7.09(m, 2H), 7.05—6.90(m, 5H)141.04, 140.57(d,J=7 Hz), 139.80(d, J=5 Hz), 139.38(d, J=3 Hz), 136.33, 134.73(d, J=3 Hz), 133.37(dd, J=12, 2 Hz), 131.68(d, J=12 Hz), 131.47, 129.69, 129.06, 129.00, 128.85, 128.59, 128.33, 127.70, 127.67, 127.53, 127.38, 126.79(d, J=10 Hz), 121.32, 121.16, 121.09, 120.0416.783j7.79(dd,J=13.2, 7.9 Hz, 2H), 7.727.67(m, 1H), 7.57—7.40(m, 4H), 7.39—7.33(m, 1H), 7.20(dd, J=8.0, 5.2 Hz, 1H), 7.08—7.00(m, 4H), 6.92(d, J=7.9 Hz, 2H), 6.74(d, J=7.9 Hz, 2H), 2.27(s, 3H), 2.09(s, 3H)139.36, 139.19(d,J=6 Hz), 137.91, 136.40, 134.29, 132.76(d, J=3 Hz), 132.42(d, J=4 Hz), 132.23(d, J=3 Hz), 132.06(q, J=1 Hz), 131.42, 131.35, 130.01(d, J=11 Hz), 129.17, 128.74, 128.35, 128.27, 128.22, 127.08, 126.96(d, J=4 Hz), 126.88, 123.61, 122.31(d, J=8 Hz), 21.15, 21.1318.253k7.78(dd,J=13.2, 7.7 Hz, 2H), 7.73—7.64(m, 1H), 7.58—7.47(m, 2H), 7.43(td, J=7.5, 3.5 Hz, 2H), 7.36(td, J=7.4, 2.8 Hz, 1H), 7.23(dd, J=8.0, 5.2 Hz, 1H), 7.07(d, J=8.6 Hz, 2H), 6.95(d, J=8.6 Hz, 2H), 6.77(d, J=8.7 Hz, 2H), 6.47(d, J=8.8 Hz, 2H), 3.76(s, 3H), 3.62(s, 3H)158.92, 158.25, 139.33(t,J=5 Hz), 132.77(d, J=2 Hz), 132.62, 132.12(td, J=12, 3 Hz), 130.65, 130.08, 129.96, 129.63, 128.28(d, J=13 Hz), 127.82(d, J=3 Hz), 127.05, 126.91, 126.81, 123.58, 122.32, 121.94(d, J=2 Hz), 116.20, 114.88, 113.49, 112.96, 55.09, 54.9018.283l7.79(dd,J=13.1, 7.6 Hz, 2H), 7.67(dd, J=14.3, 7.1 Hz, 1H), 7.567.39(m, 4H), 7.35(td, J=7.4, 2.6 Hz, 1H), 7.21(dd, J=7.9, 5.2 Hz, 1H), 6.96(d, J=8.0 Hz, 2H), 6.916.80(m, 2H), 6.76(d, J=7.7 Hz, 1H), 6.67(d, J=7.8 Hz, 1H), 2.18(s, 3H), 2.17(s, 3H), 2.00(s, 3H), 1.96(s, 3H)139.40(d,J=5 Hz), 139.21, 136.46, 135.88, 135.51, 134.92, 134.72, 132.79, 132.73(d, J=3 Hz), 132.15(d, J=2 Hz), 132.05, 131.31, 130.43, 130.01, 129.86(d, J=3 Hz), 129.17, 128.95, 128.68, 128.25(d, J=4 Hz), 127.04(t, J=8 Hz), 126.82, 123.67, 122.48(t, J=7 Hz), 19.66, 19.43, 19.2619.193m7.79(dd,J=13.2, 7.7 Hz, 2H), 7.75—7.68(m, 1H), 7.58(dd, J=12.1, 4.5 Hz, 2H), 7.52(d, J=8.2 Hz, 2H), 7.49—7.43(m, 3H), 7.31(d, J=8.0 Hz, 2H), 7.29—7.25(m, 2H), 7.18(d, J=8.1 Hz, 2H), 7.12(dd, J=8.0, 5.2 Hz, 1H)140.62, 138.43, 138.11, 137.60(d,J=6 Hz), 133.28(d, J=3 Hz), 133.05, 132.63(d, J=2 Hz), 132.28(d, J=10 Hz), 131.95, 130.77, 130.46(d, J=12 Hz), 129.68, 129.52, 128.68, 128.50(d, J=13 Hz), 128.44(d, J=14 Hz), 126.74(d, J=9 Hz), 125.29(q, J=4 Hz), 124.90(q, J=4 Hz), 124.68, 123.96, 122.70, 122.48, 122.14(d, J=7 Hz), 121.9817.783n7.77(dd,J=13.1, 7.6 Hz, 2H), 7.69(dd, J=14.2, 7.4 Hz, 1H), 7.54(dd, J=16.2, 8.1 Hz, 2H), 7.48—7.36(m, 3H), 7.21—7.07(m, 3H), 7.02(dd, J=7.8, 5.6 Hz, 2H), 6.94(t, J=8.6 Hz, 2H), 6.68(t, J=8.6 Hz, 2H)163.30, 162.95, 160.82, 160.50, 138.75, 138.44(d,J=5 Hz), 133.16(d, J=8 Hz), 133.03(d, J=3 Hz), 132.44(d, J=2 Hz), 132.20(dd, J=11, 1 Hz), 131.27, 131.15(d, J=8 Hz), 130.61, 130.33(d, J=12 Hz), 129.30, 128.39(d, J=14 Hz), 127.43(d, J=4 Hz), 126.75(d, J=10 Hz), 123.71, 122.45, 121.52(d, J=7 Hz), 115.13(dd, J=28, 22 Hz)17.863o7.76(dd,J=13.2, 7.8 Hz, 2H), 7.72—7.66(m, 1H), 7.59—7.49(m, 2H), 7.48—7.39(m, 3H), 7.24(d, J=8.4 Hz, 2H), 7.15(dd, J=8.0, 5.2 Hz, 1H), 7.13—7.06(m, 2H), 6.98(s, 4H)138.42, 138.14(d,J=5 Hz), 135.44, 134.56, 133.55(d, J=4 Hz), 133.31, 133.10(d, J=3 Hz), 132.86, 132.49(d, J=2 Hz), 132.22(dd, J=10, 2 Hz), 130.56, 130.40, 130.29, 129.12, 128.58, 128.49, 128.36, 128.22, 127.66, 127.52, 126.75(d, J=9 Hz), 123.82, 122.56, 121.64(d, J=6 Hz)17.82

Continued

Compd.1H NMR(400 MHz, CDCl3), δ13C NMR(100 MHz, CDCl3), δ31P NMR(162 MHz, CDCl3), δ3p7.86—7.71(m, 2H), 7.62—7.52(m, 2H), 7.52—7.38(m, 4H), 7.32—7.23(m, 1H), 2.67—2.38(m, 4H), 1.76—1.51(m, 4H), 1.03(t, J=7.4 Hz, 3H), 0.94(t, J=7.4 Hz, 3H)149.69(d,J=11 Hz), 137.49(d, J=6 Hz), 132.53(dd, J=14, 2 Hz), 132.07, 131.96, 130.91, 130.40(d, J=13 Hz), 129.48, 128.33, 128.19, 126.56(d, J=15 Hz), 124.09, 123.63(d, J=10 Hz), 122.80, 113.76, 113.64, 33.99(d, J=5 Hz), 29.67, 22.58, 20.16, 14.09, 13.5923.933q7.77—7.75(m, 1H), 7.66(dd, J=5.9, 5.0 Hz, 1H), 7.59(dd, J=8.3, 3.6 Hz, 1H), 7.24—7.09(m, 6H), 7.04(d, J=7.6 Hz, 2H), 7.00—6.92(m, 3H), 6.85(dd, J=4.9, 2.7 Hz, 1H)148.21(d,J=7 Hz), 140.12, 137.70, 137.29(dd, J=13, 2 Hz), 135.47,(d, J=6 Hz), 134.50(d, J=4 Hz), 133.26(d, J=9 Hz), 132.95, 131.37, 130.88, 129.39, 128.45, 128.28, 128.06, 127.67, 127.33, 127.20, 126.97, 119.69, 118.19(d, J=5 Hz)6.873r?3s7.77(dd,J=13.2, 7.8 Hz, 2H), 7.68(ddd, J=14.1, 7.6, 1.1 Hz, 1H), 7.56—7.46(m, 2H), 7.45—7.39(m, 2H), 7.37—7.27(m, 2H), 6.97—6.89(m, 2H), 6.81(d, J=8.4 Hz, 2H), 6.60—6.51(m, 2H), 6.28—6.20(m, 2H), 3.60(s, 2H), 3.52(s, 2H)145.90, 144.89, 139.76(d,J=2 Hz), 139.69, 132.70(d, J=3 Hz), 132.49, 132.18(d, J=3 Hz), 132.03(dd, J=11, 1 Hz), 131.51, 130.54, 130.22, 129.89(d, J=12 Hz), 128.35, 128.21, 127.72, 126.97, 126.85(d, J=5 Hz), 126.68, 125.80(d, J=4 Hz), 123.53, 122.27, 121.99(d, J=6 Hz), 114.81, 114.0318.56

* No reaction.

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件的優(yōu)化

以N-五氟苯基二苯基膦酰胺和二苯乙炔為模型底物,[RhCp*Cl2]2為催化劑,叔丁醇為溶劑,Ag2CO3為氧化劑,反應(yīng)溫度為110 ℃,在120 W微波條件下對(duì)堿進(jìn)行了篩選,結(jié)果列于表3.

Table 3 Optimization of the reaction conditionsa

當(dāng)使用K3PO4作為堿時(shí),收率為37%(表3中Entry 1); 用磷酸鈉作為堿時(shí),收率略有下降(表3中Entry 2); 使用磷酸氫二鈉時(shí),收率提高至67%(表3中Entry 3); 用磷酸二氫鈉作為堿時(shí),收率進(jìn)一步提高至81%(表3中Entry 4); 使用碳酸鉀和碳酸鈉作為堿時(shí),收率分別為18%和78%(表3中Entries 5和6); 使用碳酸氫鈉作為堿時(shí),反應(yīng)效果最好,收率高達(dá)88%(表3中Entry 7); 當(dāng)用乙酸鉀或乙酸鈉參與反應(yīng)時(shí),收率均較低(表3中Entries 8和9).在此基礎(chǔ)之上,對(duì)反應(yīng)的氧化劑進(jìn)行了考察.

當(dāng)使用氧化銀作為氧化劑時(shí),收率下降至53%(表3中Entry 10).嘗試使用其它的氧化劑(乙酸銀、三氟乙酸銀和氟化銀)時(shí)反應(yīng)效果均較差(表3中Entries 11～13).溶劑優(yōu)化結(jié)果表明,當(dāng)使用乙醇時(shí)收率下降至39%(表3中Entry 14); 當(dāng)使用甲苯或二甲苯時(shí)收率分別為78%和80%(表3中Entries 15和16); 當(dāng)使用1,2-二氯乙烷作溶劑時(shí),收率提高至93%(表3中Entry 17); 嘗試使用其溶劑,如四氫呋喃、1,4-二氧六環(huán)和乙腈,收率沒(méi)有進(jìn)一步提高(表3中Entries 18～20).

綜上所述,最佳的反應(yīng)條件是以[RhCp*Cl2]2為催化劑,Ag2CO3為氧化劑,NaHCO3為堿,1,2-二氯乙烷為溶劑,反應(yīng)溫度為110 ℃,微波(120 W)反應(yīng)15 min.

2.2 底物適用范圍

在最佳反應(yīng)條件下對(duì)反應(yīng)的底物適用性進(jìn)行了考察,結(jié)果見(jiàn)表1.在芳基膦酰胺的苯環(huán)上引入各種供電子基團(tuán),如甲基、甲氧基或叔丁基時(shí),均能很好適應(yīng)反應(yīng)體系,收率為62%～88%(產(chǎn)物3b～3f).苯環(huán)上取代基位置的改變對(duì)反應(yīng)的影響較小,如甲基可以在膦酰胺官能團(tuán)的鄰位(產(chǎn)物3b),間位(產(chǎn)物3c)和對(duì)位(產(chǎn)物3d).在膦酰胺的苯環(huán)上引入各種吸電子基團(tuán),如三氟甲基、氟和氯,反應(yīng)也能很好地進(jìn)行,收率為68%～87%(產(chǎn)物3g～3i).對(duì)二苯乙炔底物的適用范圍進(jìn)行了考察,發(fā)現(xiàn)炔烴的苯環(huán)上引入各種供電子基團(tuán),如甲基甲氧基; 或者引入吸電子基團(tuán),如氟、三氟甲基氯,收率為65%～92%(產(chǎn)物3j～3o),其中,苯環(huán)上具有2個(gè)取代基的炔烴也能與發(fā)生C—H活化/環(huán)化反應(yīng),收率為65%(產(chǎn)物3l).

此外,4-辛炔也是一種較好的反應(yīng)底物,收率為51%(產(chǎn)物3p).值得注意的是,該反應(yīng)體系也適用于含有噻吩環(huán)的膦酰胺,收率為57%(產(chǎn)物3q).嘗試使用含有萘環(huán)結(jié)構(gòu)的膦酰胺作為反應(yīng)底物時(shí),反應(yīng)不能夠發(fā)生(產(chǎn)物3r).

Scheme 3 Proposed mechanism of C—H activation/cyclization

2.3 放大量實(shí)驗(yàn)

在最佳的反應(yīng)條件下進(jìn)行了放大量實(shí)驗(yàn).結(jié)果表明,當(dāng)N-五氟苯基二苯基膦酰胺的用量擴(kuò)大到5 mmol(1.916 g)時(shí),也能夠與二苯乙炔順利進(jìn)行反應(yīng),并獲得2.373 g目標(biāo)產(chǎn)物3a,收率為90%.可見(jiàn),該反應(yīng)在某種程度上具有潛在的放大效應(yīng)和應(yīng)用前景.

2.4 反應(yīng)機(jī)理

在前期工作以及本文實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)上,提出了可能的反應(yīng)機(jī)理[23～25].以N-五氟苯基二苯基膦酰胺與二苯乙炔的反應(yīng)為例(如Scheme 3所示): 首先,催化劑[RhCp*Cl2]2被Ag(Ⅰ)活化,形成具有催化活性的銠物種Cp*RhX2.隨后,Cp*RhCl2與底物的氮原子發(fā)生配位生成中間體B; 進(jìn)一步通過(guò)鄰位的C—H鍵斷裂,形成五元環(huán)狀銠絡(luò)合物C.然后,炔烴與銠絡(luò)合物C發(fā)生配位插入反應(yīng),形成七元環(huán)狀銠絡(luò)合物D.經(jīng)過(guò)還原消除反應(yīng)形成產(chǎn)物,并釋放出Cp*Rh(Ⅰ).最后,Cp*Rh(Ⅰ)被Ag(Ⅰ)氧化為銠物種Cp*RhX2,完成整個(gè)催化循環(huán).

2.5 合成應(yīng)用

聚酰亞胺是一種性能優(yōu)良的高分子聚合物材料,其普遍的合成方法是由二胺和二酐制備.因此,設(shè)計(jì)并合成具有不同結(jié)構(gòu)的二胺單體,對(duì)于制備功能各異的聚酰亞胺具有重要研究?jī)r(jià)值.在最佳的反應(yīng)條件下,N-五氟苯基二苯基膦酰胺能夠與二(4-氨基苯基)乙炔發(fā)生反應(yīng),以45%的收率獲得了具有環(huán)狀膦酰胺結(jié)構(gòu)的二胺化合物(產(chǎn)物3s).

3 結(jié) 論

研究了微波條件下[RhCp*Cl2]2催化二芳基膦酰胺與炔烴的C—H活化/環(huán)化反應(yīng),以中等到較好的收率獲得一系列多氟取代的環(huán)狀膦酰胺衍生物.該反應(yīng)無(wú)需隔絕空氣、操作簡(jiǎn)便、反應(yīng)時(shí)間短、底物適用范圍廣泛,并且反應(yīng)能夠進(jìn)行放大量實(shí)驗(yàn).此合成方法成功應(yīng)用于具有環(huán)狀膦結(jié)構(gòu)的聚酰亞胺二胺單體的制備.

支持信息見(jiàn)http:www.cjcu.jlu.edu.cn/20190571.