本發(fā)明屬于化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，涉及萘啶配合物。更具體地，涉及亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物、制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

C―H鍵是有機(jī)化合物中最簡單、最常見的官能團(tuán)，基于C―H鍵活化策略的化學(xué)合成可以簡化原料、縮短反應(yīng)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)方法難以制備的目標(biāo)產(chǎn)物，是最經(jīng)濟(jì)、最簡潔、最高效的途徑，符合現(xiàn)代綠色合成化學(xué)的發(fā)展趨勢，因此通過C―H鍵的活化發(fā)展形成C―C、C―X鍵的合成方法學(xué)一直以來受到有機(jī)化學(xué)家們的廣泛關(guān)注。但由于C―H鍵的鍵能高，極性小，活化困難，反應(yīng)活性低，非常難以實現(xiàn)有效地轉(zhuǎn)化，使得C―H鍵的活化成為有機(jī)化學(xué)家的一大挑戰(zhàn)。碳?xì)滏I活化是近年來發(fā)展迅速的熱門領(lǐng)域。碳?xì)滏I的直接官能團(tuán)化反應(yīng)由于具有多種突出的優(yōu)點以及很大的挑戰(zhàn)性，被譽(yù)為“化學(xué)的圣杯”，吸引越來越多科學(xué)家的關(guān)注。在過去的十幾年中，經(jīng)典的貴金屬催化的碳?xì)滏I活化已取得很大進(jìn)展，但有毒有害的重金屬殘留以及較高的成本一直是難以解決的困難。最近，以廉價易得的普通過渡金屬催化的碳?xì)滏I活化反應(yīng)，甚至是無過渡金屬催化的碳?xì)滏I活化反應(yīng)代表了該領(lǐng)域未來的發(fā)展方向，具有重要的戰(zhàn)略意義和挑戰(zhàn)性，無論在有機(jī)化學(xué)理論的發(fā)展還是在化學(xué)工業(yè)的應(yīng)用上都具有及其深遠(yuǎn)的意義。同時，在實現(xiàn)C―H鍵活化的同時，如何利用簡單的反應(yīng)物在溫和條件下，高原子經(jīng)濟(jì)性的實現(xiàn)目標(biāo)產(chǎn)物合成始終是有機(jī)化學(xué)家們追求的目標(biāo)。

此外，有機(jī)催化反應(yīng)在近幾年的研究中受到了廣泛的關(guān)注，相比金屬催化而言，它具有低成本，低負(fù)載和環(huán)境友好的特點。N-雜環(huán)化合物及其衍生物作為中間體在生物科學(xué)，天然產(chǎn)物和藥物中具有廣泛應(yīng)用。N—芳基胺和N—芳基含氮雜環(huán)化合物廣泛存在于具有生理活性的天然產(chǎn)物中，并廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、生物化學(xué)、含氮雜環(huán)碳烯化學(xué)、有機(jī)電致發(fā)光、太陽能電池光電轉(zhuǎn)化材料等領(lǐng)域，其合成與應(yīng)用越來越受到研究者的關(guān)注。因此，發(fā)展新的方法合成這種含氮化合物在醫(yī)藥化學(xué)和有機(jī)合成中具有重要的研究意義。目前為止，已知合成C—N鍵的方法主要包括銅催化的Ullmann偶聯(lián)反應(yīng),Goldberg類型的C—N鍵形成和鈀催化的Buchwald-Hartwig胺化反應(yīng),這些反應(yīng)通常在均相條件下具有較高的收率。用于催化N—芳基化反應(yīng)的金屬主要有Pt、Cu、Fe、Ni、Cd等。由于銅在偶聯(lián)反應(yīng)中的活性較高、價格低廉，所以以銅及其鹽或氧化物為催化劑的研究最多。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的第一個技術(shù)問題是在無催化劑條件下通過SP³C―H鍵活化反應(yīng)得到亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物。

本發(fā)明要解決的第二個技術(shù)問題是提供亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物的制備方法。

本發(fā)明要解決的第三個技術(shù)問題是提供亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物的應(yīng)用；

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物，分子式為：

其中：R₁為氫、甲基。

本發(fā)明所述的亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物的制備方法，包括以下步驟：

1)合成2-甲基-4-R₁-7-乙酰氨基-1,8-萘啶：

在圓底燒瓶中加入7-氨基-2,4-二甲基-1,8-萘啶或7-氨基-2-甲基-1,8-萘啶，加入過量乙酸酐，氮氣保護(hù)下回流2h，薄層色譜檢測反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)液冷卻析出黃色晶體，抽濾得到7-乙酰氨基-2,4-甲基-1,8-萘啶或7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶產(chǎn)物，直接用于下面的反應(yīng)；

2)無催化劑SP³C―H活化合成亞甲基橋連1,8-萘啶配體：

在圓底燒瓶中將7-乙酰氨基-2,4-甲基-1,8-萘啶或7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶和鄰醛基苯甲酸溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，氮氣保護(hù)下升溫回流反應(yīng)，薄層色譜檢測反應(yīng)進(jìn)程，反應(yīng)完成后將產(chǎn)物純化，得亞甲基橋連1,8-萘啶配體；

3)合成亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物：

將亞甲基橋連1,8-萘啶配體溶于二氯甲烷中，得到A；

將CuI溶于甲醇中，得到B；

將B逐滴加入到A中，氮氣保護(hù)攪拌反應(yīng)24小時，得到沉淀，為亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物；其中配體和CuI的摩爾比為1:1。

上述方法的步驟1)中，加熱回流時間為2小時，氮氣保護(hù)下繼續(xù)回流的時間為4小時，回流溫度為100-110℃。

步驟1)中，將產(chǎn)物純化包括：反應(yīng)液冷卻析出黃色晶體或?qū)⒎磻?yīng)液減壓旋蒸除去溶劑，固體殘留物用乙醇重結(jié)晶，得到7-乙酰氨基-2,4-甲基-1,8-萘啶或7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶。

步驟2)中，先溶解鄰醛基苯甲酸，回流后再加入7-乙酰氨基-2,4-甲基-1,8-萘啶或7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶；

步驟2)中，無需加入任何催化劑；

步驟2)中，升溫回流時間為24小時；

步驟2)中，回流溫度為150℃。

步驟3)中，得到的沉淀經(jīng)過濾、用冰甲醇或冰乙醇洗滌、干燥得到亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物。

本發(fā)明所述亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物的應(yīng)用，將所述亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物用作芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑。

本發(fā)明所述亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物用作芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑的方法是：將1.0mmol得芳基鹵化物、1.0mmol的咪唑、2.0mmol的氫氧化鈉、3mL的二甲基亞砜和0.01mmol的亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物于100℃下反應(yīng)。

本領(lǐng)域技術(shù)人員可知，通過觀察不同條件下對比的實驗結(jié)果來判斷催化效果及催化性能。

本發(fā)明的有益效果如下：

1、本發(fā)明提供了一種無催化劑條件下通過SP³C―H鍵活化反應(yīng)制備亞甲基橋連1,8-萘啶配體的方法，是目前為止發(fā)現(xiàn)的第一個實現(xiàn)無催化劑SP³C―H鍵活化構(gòu)建C―C鍵的方法。

2、本發(fā)明的無催化劑SP³C―H鍵活化方法可以簡化原料、縮短反應(yīng)流程，能夠?qū)崿F(xiàn)常規(guī)方法難以制備的目標(biāo)產(chǎn)物，是最經(jīng)濟(jì)、最簡潔、最高效的途徑，符合現(xiàn)代綠色合成化學(xué)的發(fā)展趨勢。

3、本發(fā)明提供了一種新型的亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物，是目前為止發(fā)現(xiàn)的第一個可催化芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)的萘啶銅(Ⅰ)配合物。

4、本發(fā)明的配合物可催化芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)，使其應(yīng)用在有生理活性的天然產(chǎn)物、醫(yī)藥、生物化學(xué)、含氮雜環(huán)碳烯化學(xué)、有機(jī)電致發(fā)光、太陽能電池光電轉(zhuǎn)化材料等的合成成為可能。

附圖說明

圖1為配體1在氘代三氯甲烷中的¹H-NMR；

圖2為配體2在氘代三氯甲烷中的¹H-NMR；

圖3為亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物的合成路線；

圖4為亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物的晶體結(jié)構(gòu)；

表1為咪唑和溴苯催化N―芳基化反應(yīng)條件篩選結(jié)果；

表2為不同的芳基鹵化物和咪唑N―芳基化配合物催化結(jié)果。

具體實施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實施例

一、亞甲基橋連1,8-萘啶配體及銅(Ⅰ)配合物的合成：

1)合成2-甲基-4-R₁-7-乙酰氨基-1,8-萘啶：

在100mL圓底燒瓶中加入7-氨基-2,4-二甲基-1,8-萘啶或7-氨基-2-甲基-1,8-萘啶(4.0g，23.1mmol)，加入15mL乙酸酐，混合物氮氣保護(hù)下回流反應(yīng)2h，反應(yīng)液冷卻析出黃色晶體，抽濾得到7-乙酰氨基-2,4-甲基-1,8-萘啶或7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶產(chǎn)物，直接用于下面的反應(yīng)；

2)無催化劑SP³C―H活化合成亞甲基橋連1,8-萘啶配體：

將0.35g(2.33mmol)鄰醛基苯甲酸溶解在30mL N,N-二甲基甲酰胺中，氮氣保護(hù)下升溫至150℃，再加入0.50g(2.32mmol)7-乙酰氨基-2,4-二甲基-1,8-萘啶并繼續(xù)回流反應(yīng)24h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫，真空旋干得黑色固體；使用柱層析硅膠200-300目分離純化，淋洗劑V_乙酸乙酯：V_石油醚＝1:1，得淡黃色粉末固體0.36g，產(chǎn)率44.4％。核磁表征見圖1，¹HNMR(500MHz,CDCl₃)δ(ppm)8.58(s,1H NH),8.54(d,J＝9.1Hz,1H),8.41(d,J＝9.0Hz,1H),7.94(d,J＝7.6Hz,1H),7.67(t,J＝7.5Hz,1H),7.56(t,J＝7.5Hz,1H),7.44(d,J＝7.7Hz,1H),7.26(s,1H),6.25(dd,J＝8.7,4.7Hz,1H CH),3.57(dd,J＝14.5,4.6Hz,1H CH₂),3.36(dd,J＝14.5,8.8Hz,1H CH₂),2.73(s,3H),2.30(s,3H).ESI-MS calcd for C₂₀H₁₇N₃O₃[M+H]⁺347.37,found 348.1。

另一亞甲基橋連1,8-萘啶配體合成方法同上，將0.35g(2.33mmol)鄰醛基苯甲酸溶解在30mL N,N-二甲基甲酰胺中，氮氣保護(hù)下升溫至150℃，再加入0.46g(2.32mmol)7-乙酰氨基-2-甲基-1,8-萘啶并繼續(xù)回流反應(yīng)24h，停止反應(yīng)，冷卻至室溫，真空旋干得黑色固體；使用柱層析硅膠200-300目分離純化，淋洗劑V_乙酸乙酯：V_石油醚＝1:1，得淡黃色粉末固體0.34g，產(chǎn)率45％。核磁表征見圖2,¹H NMR(500MHz,CDCl₃)δ8.65(s,1H),8.53(d,J＝8.8Hz,1H),8.21(d,J＝8.9Hz,1H),8.12(d,J＝8.2Hz,1H),7.90(d,J＝7.7Hz,1H),7.64(t,J＝7.5Hz,1H),7.53(t,J＝7.5Hz,1H),7.41(t,J＝7.8Hz,2H),6.23(dd,J＝8.5,4.8Hz,1H),3.61(dd,J＝14.5,4.8Hz,1H),3.43(dd,J＝14.5,8.5Hz,1H),2.29(s,3H).ESI-MS calcd for C₁₉H₁₅N₃O₃[M+H]⁺334.34,found 334.1。

3)合成亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物：

將亞甲基橋連1,8-萘啶配體(0.072g,0.2mmol)溶于15mL二氯甲烷中，得到A；

稱取(39.5mg,0.2mmol)CuI溶于5mL甲醇中，得到B；

將B逐滴加入到A中，滴加過程中能看到溶液由澄清變?yōu)辄S綠色渾濁，氮氣保護(hù)室溫攪拌反應(yīng)24小時，得到的沉淀經(jīng)過濾、用冰甲醇或冰乙醇洗滌，晾干得到黃綠色固體粉末，即為亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物。

由于亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物的一價銅很容易被氧化為二價銅，二價銅配合物因為具有順磁性側(cè)不了¹HNMR，所以對得到的亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物進(jìn)行質(zhì)譜和晶體表征。ESI-MS calcd for C₄₀H₃₄CuIN₆O₆[M-I]⁺757.18,found 757.4.晶體結(jié)構(gòu)見圖4。部分鍵長：Cu(1)-N(1),Cu(1)-N(4),Cu(1)-I(1),N(1)-C(1),N(1)-C(5),N(2)-C(8),N(2)-C(5),N(3)-C(10),N(3)-C(8),N(4)-C(21),N(4)-C(25),N(5)-C(28),N(5)-C(25),N(6)-C(30),N(6)-C(28)；部分鍵角：N(1)-Cu(1)-N(4),113.22°；N(1)-Cu(1)-I(1),120.54°；N(4)-Cu(1)-I(1),126.22°；C(1)-N(1)-C(5),117.1°；C(1)-N(1)-Cu(1),126.0°；C(5)-N(1)-Cu(1),113.6°；C(8)-N(2)-C(5),117.7°；C(10)-N(3)-C(8),128.9°；C(21)-N(4)-C(25),117.2°；C(21)-N(4)-Cu(1),123.2°；C(25)-N(4)-Cu(1),115.5°；C(28)-N(5)-C(25),117.1°；C(30)-N(6)-C(28),128.7°；N(1)-C(1)-C(2),122.9°；N(1)-C(1)-C(12),116.7°。

整個反應(yīng)過程如圖3所示。

二、亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物用作芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)的催化劑的方法如下：

將1.0mmol得芳基鹵化物、1.0mmol的咪唑、2.0mmol的氫氧化鈉、3mL的二甲基亞砜和0.01mmol的亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物于100℃下反應(yīng)。

亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物催化芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)實驗如下：

1、確定本發(fā)明的配合物在催化芳基鹵化物與咪唑類化合物C―N偶聯(lián)反應(yīng)的最佳條件，進(jìn)行條件篩選。

條件篩選通過配合物催化溴苯與咪唑的C―N偶聯(lián)反應(yīng)，通過改變反應(yīng)條件，包括堿的使用、溶劑使用、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間、配合物催化劑用量；考察收率，確定最佳催化條件為氫氧化鈉作堿(2mmol)、二甲基亞砜作溶劑(3mL)、反應(yīng)溫度為100℃、催化劑即本發(fā)明的亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物用量0.01mmol，結(jié)果見表1。二甲基亞砜作溶劑催化性能較好，收率可達(dá)96％，反應(yīng)時間4h足夠，當(dāng)時間降為2h，收率降至60％；此外，較低溫度80℃時，收率僅為82％，催化劑用量為0.5％(摩爾分?jǐn)?shù))時，反應(yīng)收率降至70％。

表1 咪唑和溴苯催化N―芳基化反應(yīng)條件篩選結(jié)果^a

注:a.

反應(yīng)條件：反應(yīng)條件:溴苯(1.0mmol)、咪唑(1.0mmol)、堿(2.0mmol)、配合物(0.01mmol)、溶劑(3mL)、空氣氣氛、b.分離產(chǎn)率；c.使用0.5％(摩爾分?jǐn)?shù))催化劑。

2、最優(yōu)反應(yīng)條件下，取代芳基溴化物和碘化物底物擴(kuò)展實驗：

固定最佳反應(yīng)條件為：氫氧化鈉作堿(2mmol)、二甲基亞砜作溶劑(3mL)、反應(yīng)溫度為100℃、催化劑即亞甲基橋連1,8-萘啶銅(Ⅰ)配合物用量0.01mmol，進(jìn)行不同取代芳基溴化物和碘化物底物催化擴(kuò)展實驗，結(jié)果見表2。該催化體系可容忍各種官能化的芳基鹵化物的C―N偶聯(lián)反應(yīng)，取代基包括腈基，硝基，乙?；兔鸦?，其中碘化物的催化收率在91％-99％之間。此外，該催化反應(yīng)具有高選擇性，底物為羥基或氨基取代芳基溴化物時，能避免二芳基醚類化合物及二苯胺類化合物的形成。

表2 不同的芳基鹵化物和咪唑N―芳基化配合物催化結(jié)果^a

注:a.

反應(yīng)條件：反應(yīng)條件:芳基鹵化物(1.0mmol)、咪唑(1.0mmol)、氫氧化鈉(2.0mmol)、配合物(0.01mmol)、二甲基亞砜(3mL)、100℃空氣氛圍、b.分離產(chǎn)率；c.2-溴吡啶芳基鹵化物。