專利名稱：羧基化催化劑的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬氫氧化物、醇鹽以及芳族醚(aryloxide)絡(luò)合物在羧基化反應(yīng)中的應(yīng)用，特別是在C-H和N-H鍵的官能作用以制備含有羧基的化合物中。
背景技術(shù)：
二氧化碳(CO2)被看作是一種豐富的并且可再生的Cl源，因而，在過去十年，這種熱力學(xué)和動力學(xué)穩(wěn)定的分子的過渡金屬介導(dǎo)激活(transition-metal mediatedactivation)已引起廣泛注意^在此背景下，已經(jīng)獲得只涉及CO2和具有烯丙基鹵化物、烯烴、炔烴以及丙二烯的獨特的金屬中心的C-C鍵生成反應(yīng)，盡管具有有限的官能團相容性
2-4，5另外，在有機化學(xué)中，雜環(huán)的N-H和C-H鍵的過渡金屬介導(dǎo)羰基化代表著新生的領(lǐng)域，使有價值的合成子的有效的結(jié)構(gòu)成為可能^鈀-催化的N-羰基化是有大量文件記載的，但是需要高的催化劑含量和使用氣態(tài)一氧化碳或VI族金屬羧基絡(luò)合物2。在強迫溫度(forcing temperature)下通過鑰和擬基胺鶴(tungsten carbonyl amine)物質(zhì)也能夠促進這種轉(zhuǎn)換3。已經(jīng)報道了使用釕la和鎳催化劑4的C-羰基化的幾種成功方法，然而，在溫和條件下的實施例仍難以實現(xiàn)(elusive)。再者,基質(zhì)(substrate)范圍被限定為富電子的或以合成方法限定的定向基團的芳烴，并且該產(chǎn)物經(jīng)常作為區(qū)位異構(gòu)(regioisomeric)混合物被回收。因而，在合成化學(xué)中需要尋找一種將作為Cl單元的碳添加到基質(zhì)中的可選擇的方法，例如以CO2的形式。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明第一方面提供了一種Z-M-OR形式的絡(luò)合物在基質(zhì)的羧基化中的應(yīng)用；其中基團Z 是雙電子供給配體(two-electron donor ligand)；M是金屬；以及OR是選自由0H、烷氧基和芳氧基組成的組。所述基質(zhì)可以在C-H或N-H鍵處被羧化。通常，該基質(zhì)在酸性最強的C-H或N-H鍵處被羧化。該基質(zhì)可以為取代或未取代的芳香族化合物，例如取代或未取代的雜環(huán)芳香族(heteroaraomatic)化合物?？梢员霍然幕|(zhì)的實例包括五元或六元芳環(huán)以及雜芳環(huán)。下面描述了該種基質(zhì)的具體實例。其中，OR是烷氧基，基團R可以為取代或未取代的并且可以為不飽和的伯、仲或叔烷基(例如Cl-ClO或甚至C1-C4的烷基)。也可以使用環(huán)烷基R，例如五元或六元環(huán)或甚至雙環(huán)基。環(huán)烷基R可以為取代或未取代的并且可以為不飽和的。其中，OR是芳氧基，基團R可以為取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、或取代或未取代的蒽基、或取代或未取代的雜環(huán)。
所述金屬M可以為銅、銀或金。所述雙電子供給配體可以為例如膦、碳烯或亞磷酸酯配體。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)絡(luò)合物Z-M-OR能夠使用二氧化碳本身作為-CO2源，用于含有C-H或N-H鍵的范圍的基質(zhì)的羧基 化?？梢允褂弥械鹊臏囟群蛪毫?。例如該溫度可以為o-ioo°c。例如可以使用1-10巴的CO2壓力。應(yīng)當(dāng)注意到需要或期望更高的或更低的溫度和壓力并且用于反應(yīng)的適合的條件可以易于測定。因而，本發(fā)明提供了一種制備羧酸、羧酸鹽或羧酸衍生物的方法，該方法包括在本文中所描述的Z-M-OR形式絡(luò)合物存在下，將二氧化碳與含有至少一種C-H或N-H鍵的基質(zhì)反應(yīng)。所述反應(yīng)在適合的堿例如金屬氫氧化物如NaOH、KOH或CsOH存在下進行。或者，可以使用喊金屬醇鹽喊(alkali metal alkoxide base)。所述羧酸鹽衍生物可以包括例如按下面所描述的制備的酯。其它的羧酸鹽衍生物例如酰胺也可以使用本發(fā)明的方法來制備。在本發(fā)明的羧基化過程中，絡(luò)合物Z-M-OR能夠以相對簡單且傳統(tǒng)的方法作為催化劑，下面將參考具體實施例更詳細(xì)地描述該傳統(tǒng)方法。本發(fā)明能夠提供使用CO2使C-H或N-H鍵官能化來制備含有羧基的化合物的直接且經(jīng)濟的方法。因而，本發(fā)明提供了 Z-M-OR形式的絡(luò)合物作為催化劑在基質(zhì)的羧基化中的應(yīng)用，例如含有至少一種C-H或N-H鍵的基質(zhì)。所述雙電子供給配體Z可以為幾種不同的形式。膦配體的實例包括PR3形式的那些，其中，每個R基團可以相同或不同且可以為烷基、芳基、環(huán)基或雜環(huán)基。所有這些基團可以為取代或未取代的，飽和或不飽和的。其中，基團R是環(huán)狀的或雜環(huán)的，基團R可以為芳環(huán)。優(yōu)選地，所述膦配體可以為三苯基膦或取代的三苯基苯膦。例如三(2-甲苯基)勝和三(2_Me0-苯基)勝(tris (2_Me0-phenyl)phosphine)以及三(2，4-二叔丁基苯基)膦。亞磷酸酯配體的實例包括P(OR)3形式的那些，其中，每個OR基團可以相同或不同且R可以為烷基、芳基、環(huán)狀的或雜環(huán)的。所有這些基團可以為取代或未取代的，飽和或不飽和的。其中，基團R是環(huán)狀的或雜環(huán)的，基團R可以為芳環(huán)。優(yōu)選地，所述亞磷酸酯基團可以為亞磷酸三苯酯或取代的亞磷酸三苯酯，通常含有立體上需要的取代基，例如:三(2-甲苯基)亞磷酸酯和三(2-MeO-苯基)亞磷酸酯以及三(2，4-二叔丁基苯基)亞磷酸酯。碳烯配體的實例包括具有一個或更多個雜原子的環(huán)狀或無環(huán)的碳烯。所述雜原子(或雜原子)可以相同或不同的且例如可以為N、0或S。這種雜原子的存在使所述碳烯配體穩(wěn)定。優(yōu)選地，碳烯配體是雜環(huán)碳烯配體，尤其是含有氮的雜環(huán)碳烯配體(NHC)。NHC可以為五元或六元環(huán)，通常為五元環(huán)。已經(jīng)表明N-雜環(huán)碳烯配體(NHC配體)為活潑的中間體提供了良好的穩(wěn)定作用而且它們在有機金屬化學(xué)、催化劑以及醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用正在增長(5，6)。應(yīng)用在絡(luò)合物中的NHC可以為飽和或不飽和的，且在環(huán)中可含有一個或更多個氮原子，任選可含有其它的雜原子(例如O和S)。
權(quán)利要求
1.一種Z-M-OR形式的絡(luò)合物在基質(zhì)的羧基化中的應(yīng)用；其中 基團Z是雙電子供給配體； M是金屬；以及 OR是選自由0H、烷氧基和芳氧基組成的組。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的應(yīng)用，其中，所述金屬M是選自由銅、銀和金組成的組。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其中，所述羧基化是在堿的存在下進行的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項所述的應(yīng)用，其中，所述堿是堿金屬氫氧化物或醇鹽。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的應(yīng)用，其中，所述雙電子供給配體是選自由膦、碳烯或亞磷酸酯組成的組。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的應(yīng)用，其中，所述雙電子供給配體Z是含有氮的雜環(huán)碳烯配體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其中，所述含有氮的雜環(huán)碳烯配體Z具有以下形式
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其中，所述含有氮的雜環(huán)碳烯配體Z是選自由以下組成的組
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的應(yīng)用，其中，所述絡(luò)合物是選自由以下組成的組[M(OH)(IMes)], [M(OH) (SMes) ]、[M(OH) (IPr)], [M(OH) (ItBu)]以及[M(OH) (SIPr)]，其中，M 為Au、Ag 或 Cu。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的應(yīng)用，其中，所述基質(zhì)在C-H或N-H鍵處被羧化。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的應(yīng)用，其中，所述基質(zhì)是取代或未取代的芳香族化合物。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的應(yīng)用，其中，所述基質(zhì)是取代或未取代的雜環(huán)芳香族化合物。
13.根據(jù)前述權(quán)利要求中的任意一項所述的應(yīng)用，其中，Z-M-OR形式的絡(luò)合物是由Z-M-X形式的絡(luò)合物或Ζ-Μ+Γ形式的鹽原位生成的，其中，X是陰離子配體或陰離子。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的應(yīng)用，其中，X是選自由鹵化物、羧酸鹽、烷氧基、芳氧基、烷 基磺酸鹽、乙酸鹽、三氟乙酸鹽、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、六氟銻酸鹽、氰化物、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、氰酸鹽、異氰酸鹽、氮化物以及硒代氰酸鹽組成的組。
15.一種Z-M-OR形式的銅或銀的絡(luò)合物，其中，M是銅或銀以及基團Z是雙電子供給配體。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的銅或銀的絡(luò)合物，其中，基團Z是權(quán)利要求5-8中任意一項所述的雙電子供給配體。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16所述的銅或銀的絡(luò)合物作為催化劑的應(yīng)用。
18.一種根據(jù)權(quán)利要求15或權(quán)利要求16的Z-M-OH形式的絡(luò)合物的制備方法，該方法包括將Z-M-X形式的絡(luò)合物或者Ζ-Μ+Γ形式的鹽與堿金屬氫氧化物反應(yīng)，其中，M是銅或銀并且X是陰離子配體或陰離子。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的絡(luò)合物的制備方法，其中，X是選自由鹵化物、羧酸鹽、烷氧基、芳氧基、烷基磺酸鹽、乙酸鹽、三氟乙酸鹽、四氟硼酸鹽、六氟磷酸鹽、六氟銻酸鹽、氰化物、硫氰酸鹽、異硫氰酸鹽、氰酸鹽、異氰酸鹽、氮化物以及硒代氰酸鹽組成的組。
20.一種Z-M-OR形式的金屬絡(luò)合物的制備方法，其中，OR是醇鹽或芳族醚，該方法包括將Z-M - OH形式的絡(luò)合物與通式為HOR的化合物反應(yīng)，其中，M是銅、銀或金以及Z是雙電子供給配體，OR是烷氧基或芳氧基。
21.—種Z-M-W形式的絡(luò)合物的制備方法，其中，Z是雙電子供體，M是銅、銀或金以及W是具有鍵合到M上的N或C的基質(zhì)；該方法包括 提供了 Z-M-OR形式的絡(luò)合物，其中，Z是雙電子供體，M是銅、銀或金以及OR是選自由0H、烷氧基以及芳氧基組成的組；以及 將所述Z-M-OR絡(luò)合物與含有比所述絡(luò)合物的M-OR鍵的酸性更強的C-H或N-H鍵的基質(zhì)反應(yīng)。
22.—種同位素標(biāo)記的羧酸或羧酸衍生物的制備方法，該方法包括 將通式為Rx-COOH的羧酸與權(quán)利要求I或權(quán)利要求2中所定義的Z-M-OR形式的絡(luò)合物反應(yīng)以生成Z-M-OOC-Rx形式的絡(luò)合物； 將所述Z-M-OOC-Rx形式的絡(luò)合物加熱以生成Z-M-Rx形式的絡(luò)合物； 將所述Z-M-Rx形式的絡(luò)合物與同位素標(biāo)記的二氧化碳反應(yīng)以生成Z-M-OOC-Rx形式的同位素標(biāo)記的絡(luò)合物；以及 將Rx-COOH形式的同位素標(biāo)記的同位素羧酸，或相應(yīng)的羧酸鹽或羧酸衍生物從所述絡(luò)合物Z-M-OOC-Rx中釋放。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中，所述金屬M是選自由金、銀以及銅組成的組。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或權(quán)利要求23所述的方法，其中，所述同位素標(biāo)記的羧酸從所述Z-M-OOC-Rx形式的同位素標(biāo)記的絡(luò)合物中 通過與酸反應(yīng)的方法以羧酸形式釋放；或者 通過與有機鹵化物反應(yīng)的方法以羧酸酯形式釋放。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種Z-M-OR形式的絡(luò)合物在基質(zhì)的羧基化中的應(yīng)用。所述基團Z是雙電子供給配體，M是金屬以及OR是選自由OH、烷氧基和芳氧基組成的組。所述基質(zhì)可以在C-H或N-H鍵處被羧化。所述金屬M可以為銅、銀或金。所述雙電子供給配體可以為膦、碳烯或亞磷酸酯配體。本發(fā)明也描述了該種絡(luò)合物的制備方法及其用于制備同位素標(biāo)記的羧酸和羧酸衍生物的方法。
文檔編號B01J31/24GK102947000SQ201180027771
公開日2013年2月27日 申請日期2011年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者S·P·諾蘭, C·卡津 申請人:圣安德魯斯大學(xué)董事會