專利名稱：多齒膦化合物的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通式(1)表示的多齒膦化合物的制備方法，為了方便起見，式(1)以橋和膦基團(tuán)的一種可能的立體化學(xué)構(gòu)型表示， 式(1)其中，在9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)之間形成橋連基的兩個碳原子分別被一個氫原子取代，另外，這兩個碳原子獨(dú)立地被取代基A和B取代，其中取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，并且取代基A和B選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)，其中9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選可以被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代。
與橋連基相連的取代基(A和B)的例子是直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基，例如甲基、乙基、叔丁基、2-乙基己基、壬基、十二烷基、環(huán)己基；或者是烷氧基，例如甲氧基、乙氧基或異丙氧基；或者是酯基，例如乙酰氧基或苯甲酸酯基，或者它們相應(yīng)的酰胺。(雜)芳基取代基的例子是苯基、甲苯基、蒽基、萘基、苯硫基、糠基、嘧啶基、吡啶基、吡嗪基、咪唑基、噻唑基、噁唑基、phospholyl、diphospholyl和聯(lián)苯基。取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，例如環(huán)己烷環(huán)。
在雙環(huán)壬烷基團(tuán)中的可能的取代基的例子是甲基、乙基、叔丁基或苯基。這里所指的雙環(huán)壬烷可以是[3.3.1]雙環(huán)壬烷或[4.2.1]雙環(huán)壬烷，或者是它們的混合物。本發(fā)明還涉及新的包含9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)的式(2)的鏈烯基單膦化合物
式(2)(為了方便起見，在圖中表示為[3.3.1]-雙環(huán)壬烷基團(tuán))，其中9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選可以被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代，其中R1、R2和R3中的一個表示選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)的取代基，R2和R3中的另一個表示氫原子，式2化合物可以用作制備式1化合物的中間體。本發(fā)明涉及這種新的式2表示的鏈烯基單膦化合物，它們以E-和Z-構(gòu)型存在。這里所指的E-和Z-構(gòu)型具有，例如在Morrison&Boyd，4thEd.，Section 7.6，ISBN 0-205-07802-8.p.273-275中定義的含義。
特別地，式2的新的鏈烯基單膦化合物的鏈烯基是C2-C8鏈烯基。更特別地，式2的鏈烯基單膦化合物是式2表示的P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)壬烷(也稱為9-(1-甲基-丙烯基)-9-磷雜-雙環(huán)[3.3.1]壬烷)，即R1、R2和R3中的一個表示甲基，R2和R3中的另一個表示氫時的式2化合物。
與磷雜基團(tuán)相連的鏈烯基單膦的鏈烯基的位置稱為鏈烯基的α位，而不飽和烯鍵的另一個碳原子稱為β位，這樣的一個例子表示在式(2a)中。
式(2a)本發(fā)明還涉及式(2)化合物的制備方法。
式(2)本發(fā)明還涉及式(2)的鏈烯基單膦化合物在制備多齒膦化合物中的用途?？赡艿亩帻X膦化合物的例子表示在式(1)和(3)中。
本發(fā)明還涉及式(3)的多齒膦化合物的新的和一般的制備方法。
式(3)其中在兩個磷原子之間形成橋連基的兩個碳原子攜帶取代基A和B，取代基A和B在式(1)化合物的橋連基中指出，每個磷原子被兩個基團(tuán)(各自為Ra和Rb，以及Rc和Rd)取代，這兩個基團(tuán)選自直鏈、支鏈或環(huán)狀烷基(C1-C8)，和/或任選取代的(雜)芳基(C4-C14)。
本發(fā)明最后還涉及通式(1)表示的多齒膦化合物或式(3)表示的化合物作為配體，例如作為過渡金屬催化劑配體，在各種反應(yīng)中的用途，例如氫化反應(yīng)，交叉偶聯(lián)反應(yīng)、Heek反應(yīng)和羰基化反應(yīng)，例如烯或共軛二烯化合物等的羰基化反應(yīng)。例如參見WO-0056695，和F.Diederich等，金屬催化的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，Wiley-VCH(1998)。
盡管不完全相同，但是相似地，具有(取代的)烷基橋的雙膦目前一般按下面的一種復(fù)雜的路線制備。例如，雙膦(-)-(2S，3S)-雙(聯(lián)苯基膦基)丁烷(手性磷)通過(2R，3R)-丁烷二醇-雙-甲苯磺酸酯與二苯基磷化鋰的親核取代反應(yīng)制備(M.D.Fryzuk等，J.Am.Chem.Soc.，1977(Vol.99)，p.6262-2667)。然而，這樣的復(fù)雜反應(yīng)具有如下缺點(diǎn)在使用的反應(yīng)條件下，(2R，3R)-丁烷二醇-雙-甲苯磺酸酯(象相應(yīng)的氯化物或溴化物那樣)同樣易于進(jìn)行消除反應(yīng)，因此反應(yīng)的收率低于30％。
新近，這樣的反應(yīng)的一種替代方案是環(huán)狀硫酸酯與磷化鋰反應(yīng)(G.Fries等，Angew.Chem.Int.Ed.Engl.，2000(Vol.39)，p.564-566)。環(huán)狀硫酸酯已知是非常高的生物毒性材料，已經(jīng)有報(bào)道，它們中的一些是不穩(wěn)定的。參見B.B.Lohray等，Adv.Heterocyclic Chem.，Vol.68(1997)，p.89-180，特別是在p.168；idem，Synthesis，1992，p.1035-1052；and K.Nyman等，Act.Chim.Scand.，Vol.48(1994)，p.183-186。本發(fā)明人觀察到一些環(huán)狀硫酸酯迅速并激烈地分解。另外，該反應(yīng)需要低溫，并且僅得到中等的收率，因?yàn)榄h(huán)狀硫酸酯可以用作氧化劑。
作為另一種替代方案，從文獻(xiàn)(R.B.King等，Acc.Chem.Res.1972(Vol.5)，p.177-185)中可知，烷基-橋連的多膦或雙膦可以在堿性條件下，通過將仲膦加到乙烯基取代的膦的雙鍵上制得。例如，在催化量的叔丁醇鉀存在下，新戊基乙烯基膦和新戊基膦可以在沸騰的甲苯中反應(yīng)(R.B.King et al.，J.Org.Chem.1976(Vol.41)，p.972-977)。然而，該反應(yīng)嚴(yán)格限于制備分子的橋部分不攜帶任何取代基的多膦或雙膦。乙烯基取代的膦可以通過氯化膦與乙烯基溴化鎂反應(yīng)得到。
通過自由基調(diào)節(jié)的反應(yīng)，例如使用自由基引發(fā)劑，例如2，2’-偶氮-雙(2-甲基丙腈(AIBN)，或UV光，來制備多膦或雙膦同樣是已知的(參見(i)G.Elsner，Houben Weyll，Methoden der organischen Chemie，4thEd.，Ergnzungswerk I，p.113-122，M.Regitz，Editor；(ii)D.G.Gilheany等，The Chemistry of Organophosphorous Compounds，Vol.1，172-175，F(xiàn).R Hartley，編者)。
本發(fā)明人驚訝地發(fā)現(xiàn)，通過過渡金屬(優(yōu)選Ni、Pd、Pt)催化交叉偶聯(lián)方法，可以很合適地制備前述式2的鏈烯基單膦化合物。通常，交叉偶聯(lián)方法合成例如苯基二烷基膦是已知的(US-A-5,550,295，其中0價(jià)鈀作為催化劑)，但是直到現(xiàn)在，并沒有描述通過仲膦與被一個離去基團(tuán)取代的烯的交叉偶聯(lián)反應(yīng)，來制備式2的鏈烯基單膦化合物。
根據(jù)本發(fā)明，在過渡金屬催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)制備式2的鏈烯基單膦化合物中，9-磷雜雙環(huán)壬烷與鹵素或磺酸酯取代的烯反應(yīng)，其中9-磷雜雙環(huán)壬烷按照DE-OS-1909620中描述的方法制得并且任選通過例如J.H.Downing，Chem.Comm.，1997，p.1527-1528中描述的方法分離為[3.3.1]或[4.2.1]異構(gòu)體。這種取代的烯的合適例子是烷基磺酸酯，例如三氟甲磺酸酯、甲苯磺酸酯、甲磺酰酯或niflate。然而，優(yōu)選使用單鹵代烯，最優(yōu)選單溴代烯。這些反應(yīng)優(yōu)選在一種堿存在下，優(yōu)選在一種有機(jī)堿存在下，更優(yōu)選在一種叔胺存在下，例如二氮雜雙環(huán)-[2.2.2]-辛烷(DABCO)，以及在一種合適的溶劑中進(jìn)行反應(yīng)。該反應(yīng)合適的溶劑是芳香溶劑，例如二甲苯、甲苯和苯；然而，只要在反應(yīng)條件下它們不與底物和9-磷雜雙環(huán)壬烷反應(yīng)，也可以使用極性溶劑，例如二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、1，3-二甲基-3，4，5，6-四氫-2(1H)-嘧啶烷酮或酯。得到的反應(yīng)產(chǎn)物包括所要的產(chǎn)品、溶劑、未反應(yīng)的初始化合物和DABCO的鹵化氫鹽(在單溴代烯作為初始化合物的情況下，其是溴化氫)。
在交叉偶聯(lián)反應(yīng)中使用的最適合的催化劑可以選自Ni(0)、Ni(II)、Pd(0)和Pd(II)絡(luò)合物以及它們的鹽。合適的催化劑的例子是乙酸Ni(II)、在碳載體上的鈀(Pd/C)、乙酸鈀(II)、Pd2(二亞芐基丙酮)3和四(三苯膦)鈀；后者，Pd(0)化合物和乙酸Pd(II)是最優(yōu)選的。
交叉偶聯(lián)反應(yīng)優(yōu)選在稍微摩爾過量(即每摩爾9-磷雜雙環(huán)壬烷，使用1.01-1.25摩爾的)的鹵素或磺酸酯取代的，最優(yōu)選單溴代烯化合物下進(jìn)行，因?yàn)檫@使得交叉偶聯(lián)反應(yīng)將9-磷雜雙環(huán)壬烷以高的轉(zhuǎn)化率得到所要的鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷。在這樣高的轉(zhuǎn)化率下，蒸餾鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷，并因此從鈀催化劑和溶劑中同時得到所要的產(chǎn)物，這樣的分離是最方便的。然而，還可以使用其它的方法分離鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷，例如結(jié)晶。
分離鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷后，在交叉偶聯(lián)反應(yīng)中使用的過渡金屬催化劑可以再循環(huán)，重新用于交叉偶聯(lián)反應(yīng)中。這是本發(fā)明有利的一面。
交叉偶聯(lián)反應(yīng)通常在120-170℃下進(jìn)行，特別是在150-165℃下進(jìn)行。壓力條件不重要。反應(yīng)可以在常壓下進(jìn)行，也可以在高壓下進(jìn)行，這取決于所使用的溶劑、底物和溫度。
在一個特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，交叉偶聯(lián)反應(yīng)在無氧存在下，在惰性氣氛下，例如在氮?dú)鈱酉逻M(jìn)行。反應(yīng)最優(yōu)選在無水的條件下進(jìn)行。
當(dāng)然，溶劑的選擇可以使鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷的沸程和溶劑的沸點(diǎn)在蒸餾的壓力下(任選減壓)是足夠地分開的。然而，如果溶劑的沸點(diǎn)與鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷的沸程接近，它們可以很容易地從催化劑中分離，然后在下一反應(yīng)步驟中使用。
因?yàn)榻徊媾悸?lián)反應(yīng)的原材料，即鹵素和磺酸酯取代的烯以及9-磷雜雙環(huán)壬烷可以是各自異構(gòu)體的混合物，即烯的順-和反-異構(gòu)體，以及鏈烯基9-磷雜雙環(huán)壬烷的磷雜部分的[3.3.1]+[4.2.1]雙環(huán)異構(gòu)體，它們以E-和Z-構(gòu)型存在，通常得到的是具有一個沸程的化合物。
或者，鏈烯基單膦化合物可以通過將9-磷雜雙環(huán)壬烷加入到合適的炔化合物中制備，其中炔化合物相當(dāng)于鏈烯基單膦的鏈烯基部分。
式2的鏈烯基單膦化合物是用于合成式(1)的雙膦化合物的極好的中間體。關(guān)于這一點(diǎn)，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，從本發(fā)明的交叉偶聯(lián)反應(yīng)中得到的反應(yīng)產(chǎn)物，在分離催化劑殘余物后，并優(yōu)選簡單除去大部分揮發(fā)性組分后，可以直接用于合成式(1)的雙膦化合物。最令人驚奇地是，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，如果加成反應(yīng)在酸催化劑存在下進(jìn)行，式(1)的化合物可以通過9-磷雜雙環(huán)壬烷與式(2)的化合物進(jìn)行未想到的反馬氏加成反應(yīng)制備。
通式(1)表示的多齒膦化合物的制備方法， 式(1)其中，在9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)之間形成橋連基的兩個碳原子分別被一個氫原子取代，另外，這兩個碳原子獨(dú)立地被取代基A和B取代，其中取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，并且取代基A和B選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)，其中9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選可以被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代，其特征在于在酸催化劑存在下，9-磷雜雙環(huán)壬烷與包含9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)的式(2)的鏈烯基單膦化合物反應(yīng)，其中雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代。
式(2)其中R1、R2和R3中的一個表示選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)的取代基，R2和R3中的另一個表示氫原子。
應(yīng)該注意到，式(1)用來表示橋和膦基團(tuán)的任何可能的立體化學(xué)構(gòu)型，其中9-磷雜-雙環(huán)壬烷，雖然在圖中表示為[3.3.3]-雙環(huán)基團(tuán)，但是也可以是[4.2.1]構(gòu)型。
在所述的加成反應(yīng)中使用的合適的酸催化劑可以選自寬范圍的無機(jī)和有機(jī)酸。這些酸的酸強(qiáng)度，pKa可以在很寬的范圍內(nèi)。本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員可以很容易地找到催化加成反應(yīng)的合適的酸。例如可以使用氫氟酸、三氟化硼、HBF4、三氟甲烷磺酸、氯磺酸、苯甲酸、萘酸、對甲苯磺酸、酸性離子交換樹脂和載體酸，例如大孔樹脂(Amberlyst)或大網(wǎng)狀樹脂(Amberlite)、以及脂肪族碳酸。酸催化劑最優(yōu)選是C1-C6脂肪酸，例如乙酸、丙酸、異丙酸和丁酸。
相對于式(2)的鏈烯基單膦化合物和/或9-磷雜雙環(huán)壬烷的用量，在該反應(yīng)步驟中酸催化劑的用量可以在1-1000(或更高)摩爾百分比的范圍內(nèi)。酸，例如乙酸，可以作為溶劑使用，無需再加入另外的酸。當(dāng)然，酸的混合物，例如在乙酸中的HBF4，也可以作為催化劑和/或溶劑使用。
反應(yīng)通常在液相中進(jìn)行，任選在一種溶劑中，而不是上述提及的酸中進(jìn)行。反應(yīng)物優(yōu)選在反應(yīng)條件下完全溶解，并且溶劑和反應(yīng)物相容。例如，可以使用芳族溶劑，例如甲苯和二甲苯。同樣，過量的膦可以用作溶劑。
最令人驚奇地是，這些加成反應(yīng)可以在酸催化下進(jìn)行，這些酸可以具有非常寬的pKa值，并且可以形成反馬氏加成產(chǎn)物。迄今為止，通過自由基反應(yīng)或堿催化反應(yīng)，進(jìn)行膦與鏈烯基膦的膦化學(xué)加成反應(yīng)，得到雙膦是已知的。然而，本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，權(quán)利要求的反應(yīng)步驟(從式(2)化合物得到式(1)化合物)通過自由基反應(yīng)或堿催化反應(yīng)不能適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行。而且，本發(fā)明人非常驚訝地發(fā)現(xiàn)，即使是很弱的酸如乙酸，都非常適合催化該反應(yīng)，因?yàn)樘颊x子化學(xué)通常需要強(qiáng)酸的存在。例如，應(yīng)該注意到，已知的與PH3的加成反應(yīng)，例如與環(huán)己烯的加成反應(yīng)，僅可以在強(qiáng)酸(例如HBF4、對甲苯磺酸)存在下進(jìn)行，這些酸需要以化學(xué)計(jì)算量的酸存在，然而即使在這么嚴(yán)格的條件下，與環(huán)己烯的反應(yīng)僅得到單環(huán)己基膦。例如參見G.M.Kosolapoff，Organic PhosphorousCompounds，Vol.1，1972，p.60-69。而且，由于反應(yīng)在酸性條件下進(jìn)行，如果本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠預(yù)見這些加成反應(yīng)的可能性，他會認(rèn)為反應(yīng)通過形成碳正離子進(jìn)行，他會認(rèn)為形成的雙膦化合物主要由馬氏型加成產(chǎn)物組成，即仲膦基會連接于已經(jīng)連有次膦基的那個碳上。例如參見G.Elsner，Houben Weyll，Methoden der organischen Chemie，I，p.113-122；Phosphane aus Phosphanen durch Addition；M.Regitz，Editor；and B.D.Dombek，J.Org.Chem.，Vol.43(17)，1978，p-3408-3409。
酸催化加成反應(yīng)優(yōu)選在鏈烯基單膦化合物的濃度為0.01M-1.0M的范圍內(nèi)、最優(yōu)選在0.1-0.7M的范圍內(nèi)進(jìn)行。
加成反應(yīng)可以在常壓下進(jìn)行，但也可以在高壓下進(jìn)行，這取決于使用的溶劑和溫度。
加成反應(yīng)通常在30℃-溶劑的沸點(diǎn)的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。反應(yīng)最優(yōu)選在乙酸中和溫度在40-120℃，特別是在80-95℃，最優(yōu)選在約90℃下進(jìn)行。在反應(yīng)期間，溫度以緩慢的速度逐漸升高是有利的。
優(yōu)選地，將鏈烯基膦加入到9-磷雜雙環(huán)壬烷的溶液中。因此可以減少副反應(yīng)的量。
在一個特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，加成反應(yīng)在沒有氧的情況下進(jìn)行，例如在惰性氣氛下進(jìn)行，例如在氮?dú)鈱酉逻M(jìn)行。優(yōu)選反應(yīng)在沒有水的情況下進(jìn)行，但是存在少量水不會干擾反應(yīng)。例如，反應(yīng)可以合適地在冰乙酸中進(jìn)行。
本發(fā)明的在酸催化條件下的9-磷雜雙環(huán)壬烷與式2的鏈烯基單膦化合物的反馬氏加成反應(yīng)可以得到極好的收率。這種反馬氏加成反應(yīng)鏈烯基單膦化合物也是可行的，因此，本發(fā)明人可以延伸它們的發(fā)明，仲膦與取代的乙烯基二烷基膦的反馬氏加成反應(yīng)。因此，本發(fā)明還涉及這種更一般的制備方法。這在制備非對稱雙膦中特別有利。
本發(fā)明還涉及通式(3)表示的多齒膦化合物的制備方法， 式(3)其中在兩個膦基團(tuán)之間形成橋連基的兩個碳原子分別被一個氫原子取代，另外這兩個碳原子各自獨(dú)立地被取代基A和B取代，其中取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，取代基A和B選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)，其特征在于在酸催化劑存在下，Rc和Rd二取代的膦與含有Ra和Rb二取代的膦基團(tuán)的式(4)的鏈烯基單膦化合物反應(yīng)，Ra-Rd表示烷基或任選取代的(雜)芳基(C4-C14)，其中Ra和Rb和/或Rc和Rd可以連接在一起，以及其中Ra-Rd任選可以被低級烷基(C1-C6)或烷氧基取代。
式(4)這種通用的制備方法，特別是制備不對稱雙膦的方法的特別優(yōu)選的實(shí)施方案與制備式(1)化合物的方法類似。
通過下面的實(shí)施例和對比實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。然而，這些實(shí)施例并不是為了將本發(fā)明的范圍限制于下面的具體的實(shí)施方案。
實(shí)施例1P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)壬烷的E-和Z-異構(gòu)體混合物的制備在氮?dú)夥障?手套箱)中，將9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(29.0g，204mmol，含0.7％9-磷雜-雙環(huán)[4.2.1]壬烷)、二氮雜雙環(huán)[2.2.2.]辛烷(DABCO；28.03g，225mmol)、間二甲苯(120mL)以及商業(yè)上的順-和反-2-溴代丁烯的剛蒸餾過的混合物(30.35g，225mmol；過量)加入到Schlenk管中。然后向其中加入四(三苯基膦)化鈀(2.3g，2mmol，1mol％)。在手套箱的外面，將Schlenk管中的物質(zhì)加熱至165℃。在第一個小時內(nèi)，逐漸形成一些白色沉淀物(僅在150℃下才開始)，同時溶液為微黃。16小時后取出樣品，進(jìn)行31P-NMR分析，分析結(jié)果表明50％的轉(zhuǎn)化率，并且有兩個產(chǎn)物(在-16.8和-19.4ppm處各有峰)。用165℃的油浴持續(xù)加熱20小時。36小時后從懸浮液中取出樣品，進(jìn)行31P-NMR分析，分析結(jié)果表明所要產(chǎn)物的收率為81％，還留有10％的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷和9％的P-P共偶聯(lián)產(chǎn)物。冷卻后，向反應(yīng)混合物中加入脫氣水(50mL)。得到清晰的兩相體系。除去水相，有機(jī)相用水萃取三次(40mL)。然后將有機(jī)相蒸發(fā)至干，并在真空中蒸餾。收集一種合并的餾分，該餾分中含有在80-90℃和1.6mbar時沸騰/升華的蠟狀至固體狀物質(zhì)(9-磷雜雙環(huán)-[3.3.1]壬烷和P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)-[3.3.1]壬烷的混合物)以及一種在95-110℃和1.6mbar下沸騰的油(P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)-[3.3.1]壬烷的兩種異構(gòu)體)。合并得到28.7g無色含蠟油，含85％∶15％的P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)-[3.3.1]壬烷和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷，稍低于6∶1(產(chǎn)物收率63.5％；回收11.2％的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷)。1H-NMR(CDCl3)δ(ppm)5.80(六重雙峰)和5.5(精細(xì)偶合五重峰)，3.7(寬峰)，2.8(三重峰)，2.6(多重峰)，2.3-1.5(多重峰)。13C-NMR(CDCl3)δ(ppm)133.7(雙重峰)，133.1(雙重峰)，129.1(雙重峰)，126.6(雙重峰)，39.1(雙重峰)，多重峰35.5-21.8，15.9(雙重峰)，13.6(雙重峰)。31P-NMR(CDCl3)δ(ppm)-19.80和-17.0。
實(shí)施例II(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷的外消旋和內(nèi)消旋異構(gòu)體混合物的制備。
在氮?dú)夥?手套箱)中，將額外量的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷加入到蒸餾過的混合物中，以在Schlenk管中制得P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(52.0mmol)和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(54.1mmol)的混合物，從而得到比例約為1∶1的反應(yīng)物。加入脫氣乙酸(50mL)。在手套箱的外面，將混合物(帶油乙酸)在125℃(因此轉(zhuǎn)化為一種溶液)加熱16小時。冷卻后，進(jìn)行樣品的未鎖峰(unlocked)的31P-NMR分析，分析結(jié)果表明9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(24％；δ-54ppm)(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷(41％；δ-8和-6ppm 1∶4)副產(chǎn)物在δ+17.7ppm(27％)，+21.3和+24.3ppm(2偶合雙峰；8％)，δ+26.2ppm(1％)。在質(zhì)子化了的鏈烯基膦處沒有信號存在，因此結(jié)束反應(yīng)。將混合物蒸發(fā)至干，得到一種無色粘性油。將該油溶解于水(40mL)和輕石油(40mL)中，并分層。兩相的31P-NMR分析結(jié)果表明所有的副產(chǎn)物(鹽和氧化物)都存在于水相中，而輕石油相僅含(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷(67％)和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(37％)。減壓下將有機(jī)相蒸發(fā)至干，并且其中大部分蒸出物進(jìn)入冷阱中，留下一種粘性油。在一小時內(nèi)，將殘余物在100℃以及真空下進(jìn)一步蒸干過量的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷升華進(jìn)入冷阱中。殘余物量為6.45g，37％收率，含(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷(89％)和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(仍然有11％)。將這兩種物質(zhì)用乙酸進(jìn)行共蒸餾，然后用間二甲苯進(jìn)行共蒸餾三次，除去所有的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷。
將粘性油殘余物溶解在熱的乙酸乙酯(40mL)中；趁熱過濾有霧溶液，冷卻至4℃，得到非常細(xì)微的針狀晶體，潷去母液，并用乙酸乙酯洗滌一次，得到該晶體。收率2.22g＝6.6mmol＝12.6％。從部分蒸餾母液(體積10mL)中，可以得到針狀和片狀的晶體的二次餾分(1.91g＝5.6mmol.＝10.9％?？偸章?3.5％。
實(shí)施例III在不同的條件下，9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷和P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷在乙酸中的反應(yīng)。反應(yīng)在0.5M和0.125M，1和2當(dāng)量(反應(yīng)在0.5M時，用1當(dāng)量)在氮?dú)夥障?手套箱)，將0.55g P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(含2.5mmol)和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(含0.4mmol)的蒸餾過的混合物放入反應(yīng)管中。加入9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(0.30g，2.1mmol)。然后加入乙酸(5mL)?；旌衔镌谑覝?r.t.)下攪拌，然后逐漸加熱至98℃并攪拌過夜。使用31P-NMR測定樣品的轉(zhuǎn)化率(在所有的情況下都接近100％)和選擇性。結(jié)果如下。
實(shí)施例IV(P，P′)-2，3-雙-(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷的外消旋和內(nèi)消旋異構(gòu)體混合物的制備在氮?dú)夥?手套箱)中，將9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(28.44g，200mmol)加入到燒瓶中，然后向其中加入24.51g P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(110mmol)和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷(20mmol)的蒸餾過的混合物。接著向其中加入脫氣乙酸(440mL)。將混合物(乙酸和油)在35℃加熱1小時，得到一種清液。31P-NMR分析表明低的轉(zhuǎn)化率(＜2％)。將該溶液加熱至80℃并在該溫度保持1.5小時。31P-NMR分析表明P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷的轉(zhuǎn)化率為43％，所要產(chǎn)物的選擇性為84％。反應(yīng)在90℃下繼續(xù)反應(yīng)16小時并過夜(接近完全轉(zhuǎn)化率；總選擇性為84％)。加熱(60℃)下將混合物在真空(1.5mbar)中蒸發(fā)至干，留下一種無色粘性油。將該油溶解于水(200mL)和輕石油(200mL)中，并讓其分層。分離輕石油相，另外使用輕石油再萃取水相三次(每次用50mL輕石油)。合并的輕石油萃取物用水萃取三次(每次40mL)，然后在硫酸鈉中干燥。過濾懸浮物，將濾液在減壓下蒸發(fā)至干(1.5mbar，60℃)，并將蒸出物進(jìn)入冷阱中，留下一種粘性油。在一小時內(nèi)，將殘余物在100℃以及真空下進(jìn)一步蒸干過量的9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷升華進(jìn)入冷阱中。回收12.45g＝87.6mmol，將殘余物用間二甲苯在真空中進(jìn)行共蒸餾(4次，每次15mL)，除去最后剩余的微量9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷。殘余物得到25.44g含幾乎31P-NMR純的(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷(＞98％)，68％收率，該(P，P′)-2，3-雙(9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬基)丁烷是約1∶4的外消旋和內(nèi)消旋異構(gòu)體的混合物。將粘性油殘余物溶解在熱的乙酸乙酯(150mL)中，冷卻至4℃，得到非常細(xì)微的針狀晶體，潷去母液，并用乙酸乙酯洗滌一次，得到該晶體(10.88g)。從部分蒸發(fā)母液中可以得到二次餾分和三次餾分(分別為4.26g和6.30g)，第三餾分通過加入丙酮得到。
對比實(shí)施例(A1)-(A5)，分別表示完全地催化反應(yīng)(A1)根據(jù)R.Uriarte等，Inorg.Chem.，1980，Vol.19，p.79-85合成無轉(zhuǎn)化率(A2)根據(jù)R.Uriarte等(ibid.)合成無轉(zhuǎn)化率堿性催化反應(yīng)(A3)根據(jù)R.B.King等，J.Org.Chem.，1976，Vol.41，p.972-977合成無轉(zhuǎn)化率(A4)根據(jù)R.B.King等(ibid)合成無轉(zhuǎn)化率(A5)根據(jù)R.B.King等(ibid)合成無轉(zhuǎn)化率。
對于每一個對比實(shí)施例，蒸餾過的P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷和9-磷雜雙環(huán)[3.3.1]壬烷按1∶1的比例摻和。所有的實(shí)驗(yàn)都是在氮?dú)夥障逻M(jìn)行。(A1)將0.10g混合物轉(zhuǎn)入到Pyrex NMR管中，并在室溫和UV光(365nm)下照射3天。沒有觀察到液體粘度的變化，31P-NMR表明無轉(zhuǎn)化率。(A2)將0.14g混合物轉(zhuǎn)入到Pyrex NMR管中，向其中加入約2mg的2，2’-偶氮-雙(2-甲基丙腈(AIBN)?；旌虾蟛⑸约訜幔玫揭环N均勻的油，該均勻的油在室溫和紫外光(365nm)下照射3天。沒有觀察到液體粘度的變化，管內(nèi)的物質(zhì)在約150℃下加熱1小時，再一次沒有觀察到液體粘度的變化。31P-NMR表明無轉(zhuǎn)化率。(A3)將0.257g 1∶1的混合物(每種化合物1.5mmol)轉(zhuǎn)入到小Schlenk管中，向其中加入0.17g的叔丁醇鉀(KOtBu，1.5mmol)和2mL二甲苯。將管內(nèi)物質(zhì)加熱至125℃(16小時)。存在幾乎無色的懸浮物。樣品(氯仿/水提取，氯仿層)的31P-NMR表明無轉(zhuǎn)化率。(A4)將0.142g 1∶1的混合物(每種化合物0.8mmol)轉(zhuǎn)入到小Schlenk管中，向其中加入0.017g的叔丁醇鉀(KOtBu，0.15mmol)和2mL二甲苯。將管內(nèi)物質(zhì)加熱至125℃(16小時)。存在澄清黃色溶液。樣品(氯仿/水提取，氯仿層)的31P-NMR表明無轉(zhuǎn)化率。(A5)將0.179g 1∶1的混合物(每種化合物1.0mmol)轉(zhuǎn)入到小Schlenk管中，向其中加入0.012g的叔丁醇鉀(0.1mmol)和2mL二甲苯。將管內(nèi)物質(zhì)加熱至125℃(16小時)。存在澄清暗黃色溶液。樣品(氯仿/水提取，氯仿層)的31P-NMR表明無轉(zhuǎn)化率。
權(quán)利要求
1.通式(1)表示的多齒膦化合物的制備方法， 式(1)其中，在9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)之間形成橋連基的兩個碳原子分別被一個氫原子取代，另外，這兩個碳原子獨(dú)立地被取代基A和B取代，其中取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，并且取代基A和B選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)，其中雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選可以被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代，其特征在于在酸催化劑存在下，9-磷雜雙環(huán)壬烷與包含9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)的式(2)的鏈烯基單膦化合物反應(yīng)，其中雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代， 式(2)其中R1、R2和R3中的一個表示選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)的取代基，R2和R3中的另一個表示氫原子。
2.權(quán)利要求1的方法，其特征在于酸催化劑選自C1-C6脂肪酸。
3.權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于相對于式(2)的鏈烯基單膦化合物和/或9-磷雜雙環(huán)壬烷的用量，酸催化劑的用量在1-1000摩爾百分比的范圍內(nèi)。
4.權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)的方法，其特征在于反應(yīng)是在鏈烯基單膦化合物的濃度在0.01-1.0M的范圍內(nèi)進(jìn)行的。
5.權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)的方法，其特征在于反應(yīng)在40-120℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
6.含有9-磷雜-雙環(huán)壬烷基團(tuán)的式(2)的鏈烯基單膦化合物、或它們的[4.2.1]異構(gòu)體、或[3.3.1]和[4.2.1]異構(gòu)體的混合物，其中雙環(huán)壬烷基團(tuán)任選被兩個低級烷基(C1-C6)或苯基取代基在(1，4)、(1，5)或(2，6)位取代， 式(2)其中R1、R2和R3中的一個表示選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或(雜)芳基(C4-C14)的取代基，R2和R3中的另一個表示氫原子。
7.權(quán)利要求6的鏈烯基單膦化合物，其中鏈烯基是C2-C8鏈烯基。
8.P-{2-(2-丁烯基)}-9-磷雜-雙環(huán)壬烷。
9.權(quán)利要求6的鏈烯基單膦化合物的制備方法，其特征在于鏈烯基單膦化合物通過9-磷雜雙環(huán)壬烷與鹵素或磺酸酯取代的烯進(jìn)行過渡金屬催化交叉偶聯(lián)反應(yīng)制備。
10.權(quán)利要求9的方法，其特征在于在交叉偶聯(lián)反應(yīng)中使用的催化劑選自Ni(0)、Ni(II)、Pd(0)和Pd(II)絡(luò)合物和它們的鹽。
11.權(quán)利要求9或10的方法，其特征在于鹵素取代的烯是單溴代烯化合物。
12.權(quán)利要求6-8任一項(xiàng)的鏈烯基單膦化合物的用途，用于制備多齒膦化合物。
13.通式(3)表示的多齒膦化合物的制備方法， 式(3)其中在兩個磷原子之間形成橋連基的兩個碳原子每個被一個氫原子取代，另外這兩個碳原子各自獨(dú)立地被取代基A和B取代，其中取代基A和B可以與橋碳原子連接在一起形成一個環(huán)，并且取代基A和B選自烷基(C1-C12)、烷氧基、酯基、酰胺基或或(雜)芳基(C4-C14)，其特征在于在酸催化劑存在下，Rc和Rd取代的膦與含有Ra和Rb取代的膦基團(tuán)的式(4)的鏈烯基單膦化合物反應(yīng)，Ra-Rd表示烷基或任選取代的苯基，并且其中Ra-Rd任選可以被低級烷基(C1-C6)或烷氧基取代， 式(4)
14.權(quán)利要求13的方法，其特征在于酸催化劑選自C1-C6脂肪酸。
15.權(quán)利要求13或14的方法，其特征在于相對于式(2)的鏈烯基單膦化合物和/或9-磷雜雙環(huán)壬烷的用量，酸催化劑的用量在1-1000摩爾百分比的范圍內(nèi)。
16.權(quán)利要求13-15任一項(xiàng)的方法，其特征在于反應(yīng)是在鏈烯基單膦化合物的濃度在0.01-1.0M的范圍內(nèi)進(jìn)行的。
17.權(quán)利要求13-16任一項(xiàng)的方法，其特征在于反應(yīng)在40-120℃的溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。
18.權(quán)利要求1中的式(1)表示的和/或權(quán)利要求13中的式(3)表示的多齒膦化合物的用途，用于氫化反應(yīng)、交叉偶聯(lián)反應(yīng)和烯或共軛二烯化合物的羰基化反應(yīng)。
全文摘要
本申請涉及制備多齒膦化合物(1)，其具有帶取代基A和B的橋連基和9－磷雜雙環(huán)壬烷基團(tuán)，其中取代基A和B選自烷基(C
文檔編號B01J31/26GK1516704SQ02812102
公開日2004年7月28日 申請日期2002年5月1日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月3日
發(fā)明者F·H·貝杰, E·G·伊佩, F H 貝杰, 伊佩 申請人:Dsmip財(cái)產(chǎn)有限公司