一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法及其应用
【技术领域】
[0001] 本发明属于精细化工产品合成领域,特别涉及一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方 法及其应用。
【背景技术】
[0002] 二茂铁环蕃是指通过一个或多个原子将二茂铁的两个环戊二烯基桥连在一起而 形成的一类化合物。近年来,由于其独特的结构和成键方式,以及在不对称催化、离子识别、 抗癌药物和多功能材料等方面突出的应用成果而备受关注。
[0003] 二茂铁环蕃的侧链长短可以改变二茂铁的两个茂环的夹角,影响茂环与中心金属 之间的成键方式,使得具有18电子稳定二茂铁夹心结构因张力而不再稳定,具有一些独特 的化学性质和物理性质,研宄二茂铁环蕃的结构和成键方式对于丰富化学成键理论,发现 新的化学反应及其应用有非常重要的意义;由于二茂铁本身就是一个良好的电化学单元, 二茂铁环蕃衍生物若具有合适的空间结构和配位点,可以构建离子或小分子识别的电化学 单元;二茂铁环蕃类衍生物引入配位原子(Ν,0,Ρ等)是一种具有空间位阻的良好配体,可 实现许多具有高选择性的不对称催化反应,构建新的高效的催化体系。
[0004] [5]二茂铁环蕃的合成方法较少。许多已知的[5]二茂铁环蕃由[5]二茂铁环 蕃-1,5-二酮衍生得到,[5]二茂铁环蕃-1,5-二酮则是由乙酰基二茂铁与3-氯丙酰氯 发生付-克酰基化反应,紧接着是碱催化环化反应制备得到(Barr,T. H. ;Watts,W. E.; Tetrahedron 1968, 24, 3219 - 3235)。3-取代的[5]二茂铁环蕃-1,5-二酮由 1,1'-二乙酰 基二茂铁与醛或酮在碱性介质中反应得到((a) Mashburn, A. T. ;Cain, C. E. ;Hauser, C. R.; J. Org. Chem. 1960, 25 ; (b)Mirek, J. ;Rachwal S. ;Go'recki,T. ;Kawalek, B. ;Milart,P.; Szneler, E. ;J. Organomet. Chem. 1988, 344, 363 - 377 ; (c) Delavaux-Nicot, B.; Fery-Forgues, S. ;Eur. J. Inorg. Chem. 19991821 - 1825 ; (d) Sonia, P. ;Angela, P.; J. Organomet. Chem. 2008, 693 (7), 1375-1381.),另外一种含 S 原子的衍生物,3-硫[5]二 茂铁环蕃-1,5-二酮由1,Γ -双(α -溴代乙酰基)二茂铁在THF-H2O中与Na2S反应得到 (Molina,P. ;Tarraga, A. ;Curiel, D. ;Velasco, M. D. , J. Organomet. Chem. 2001, 637-639, 258-265.)。在Grubbs Ru催化剂的存在下,1-(-乙烯基)-Γ-炔丙基二茂铁衍生物 通过跨环稀-炔交换反应关环合成[5]或[4]二茂铁环蕃(Masamichi,0. ;Susumu,W.; Kiyohiko,N. ;Tamotsu,T. ;0rganometallics 2008, 27(24),6565-6569·)。可见,具有五 碳桥[5]二茂铁环蕃合成方法不多,一般不具有手性,在环戊二烯基环上引入膦配体是 一个把[5]二茂铁环蕃变成手性配体的方法(Andre,S. ;a;Erik,R. ;Jozef,K. ;Radovan S. J. Organomet. Chem. 2011,696 (13) ,2600-2606·)。[5]二茂铁环蕃的手性膦配体与 过渡金属性成的络合物是良好的不对称催化剂,可以催化烯丙基取代反应(Radovan,S.; Andrea, S. ;Branislav, H. ;Tetrahedron:Asymmetry 2010,21(15), 1910-1915.),衣康 酸二甲酯的氢化反应和铜催化的二乙基锌对环己二酮的迈克尔加成反应(Ambroz, A.; Katalin, B. ;Giancarlo, F. ;Radovan, S. ;ffalter, L. ;Stefan, T. ;Tetrahedron:Asymmetry 2007, 18 (16),1893-1898.)。一个带有2, 4-桥二氢喹啉的[5]二茂铁环蕃衍生物与 二茂铁锂反应生成双二茂铁甲醇的[5]二茂铁环蕃,此化合物具有选择性识别Mg2+的 功 能(Lopez, J. L. ;Tarraga, A. ;Espinosa, A. ;Velasco, M. D. s ;Molina, Pedro ;L. . V.; Vidal-Gancedo, J. ;Rovira, C. ;Veciana, J. ;Evans, D. J. ;ffurst, K. Chemistry-A European Journal 2004,10(7), 1815-1826.)〇
[0005] 综上所述,目前合成[5]二茂铁环蕃的方法单一,大都由[5]二茂铁环蕃-1,5-二 酮衍生得到,所形成的配体一般需要引入膦配体而成为手性配体。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于提供一种[5]二茂铁环蕃。所述式I结构通式的[5]二茂铁环 蕃连接二茂铁的两个环戊二烯基环的碳桥为五个碳原子碳链,其中碳1上为烯氯,碳1和碳 2之间有一个碳碳双键,碳5上有羰基,碳3为手性碳,与碳3相连的为醚键。
[0007]
[0008] 本发明的另一目的在丁怩1六Lt·」一戊饫邱畨tfJ市?亩力y太。
[0009] 本发明提供制备式I结构通式所示的含有[5]二茂铁环蕃衍生物的方法,包括如 下步骤:在惰性气氛中,将1-(1_氯-2-甲酰乙烯基)_1'-(1-氯乙烯基)二茂铁与不同的 醇,在催化剂或无催化剂的存在下,在有机溶剂中发生环化反应,反应完毕得到所述式I结 构通式的[5]二茂铁环蕃衍生物。
[0010] 所述式I结构通式中,R选自下述基团中的任意一种:甲基,乙基,丙基,异丙基,丁 基,异丁基,2-甲基丙基,2-乙基丁基,3-甲基丁基,烯丙基,2-氯乙基,2-羟基乙基,2-正 丁基氧基乙基,(4-羟基)-丁-2-炔基,环己基,苄基,取代苄基,(2-四氢呋喃)甲基,2-噻 吩甲基。
[0011] 所述的[5]二茂铁环蕃的制备方法,所述的催化剂为乙酸、丙酸、丁酸、盐酸中的 一种,或无催化剂亦可进行。
[0012] 所述的[5]二茂铁环蕃的制备方法,该反应所用的溶剂是醇、二氯甲烷、乙酸乙酯 中的任意一种或其混合物。
[0013] 所述的[5]二茂铁环蕃的制备方法,该反应中所用的醇选自下述醇中的任意一 种:甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-甲基丙醇、2-乙基丁醇、3-甲基丁醇、烯 丙醇、2-氯乙醇、乙二醇、乙二醇独丁醚、1,4- 丁炔二醇、环己醇、苄醇、四氢糠醇、2-噻吩甲 醇。
[0014] 所述的[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征是该反应的温度为5~35°C,优选 25°C ;该反应的时间为0. 5~24hr,优选0. 5~6hr。
[0015] 本发明的再一目的在于提供[5]二茂铁环蕃的用途。其衍生物1-氯-3-(6-羟 己基)氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯(式II)具有识别银离子的特性。其衍生物 1-氯-3-甲氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯(式III)与二甲基亚砜(DMSO)、N,N-二 甲基甲酰胺(DMF)和丙酮具有蓝色反应的特性。
[0018] 本发明的有益效果为:该合成方法具有反应条件温和,产品容易分离操作简单,无 需添加催化剂,而且该类[5]二茂铁环蕃桥环3号碳上的碳链长短和端碳的官能团可以随 意改变等优点,是制备多种金属有机化合物的重要反应中间体。其衍生物可用在不对称合 成、抗癌药物合成和离子、小分子识别等方面。
【附图说明】
[0019] 图1是本发明实施例所得式II [5]二茂铁环蕃对不同阳离子的紫外-可见吸收光 谱图;b为式II中的[5]二茂铁环蕃;
[0020] 图2是本发明实施例所得式II [5]二茂铁环蕃与不同阳离子作用之后的颜色对照 图;
[0021] 图3是本发明实施例所得式II [5]二茂铁环蕃对不同浓度的银离子作用之后的紫 外-可见吸收光谱图;
[0022] 图4是本发明实施例所得式III [5]二茂铁环蕃与不同溶剂作用之后的颜色对照 图;
[0023] 图5是本发明实施例所得式III [5]二茂铁环蕃与不同溶剂作用之后的紫外-可 见吸收光谱图。
【具体实施方式】
[0024] 下面结合实施例对本发明做进一步的说明,以下所述,仅是对本发明的较佳实施 例而已,并非对本发明做其他形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示 的技术内容加以变更为同等变化的等效实施例。凡是未脱离本发明方案内容,依据本发明 的技术实质对以下实施例所做的任何简单修改或等同变化,均落在本发明的保护范围内。
[0025] 实施例1
[0026] 在氣气保护下,将200mg(0· 6mmol) I-(1-氣_2_甲醜乙條基)-1 ' -(1_氣乙條 基)二茂铁与IOml (250mmol)无水甲醇混合,室温下搅拌0. 5h,析出橙黄色固体,过滤,用环 己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶体,目标产物1-氯-3-甲氧基-5-氧基[5]二茂铁环 蕃-1-烯的产率86%。
[0027] 实施例2
[0028] 在氮气保护下,将22〇11^(0.6臟〇1)1-(1-氯-2-甲酰乙烯基)-1'-(1-氯乙烯 基)二茂铁与IOml (170mmol)无水乙醇混合,室温下搅拌lh,析出橙黄色固体,过滤,用环 己烧和二氯甲烧重结晶,得授红色晶体,目标广物1-氯-3-乙氧基_5_氧基[5]二茂铁环 蕃-1-烯的产率79%。
[0029] 实施例3
[0030] 在氣气保护下,将150mg(0. 45mmol) I-(I-氣甲醜乙條基)-广-(I-氣乙條 基)二茂铁与IOml (130mm〇l)异丙醇混合,室温下搅拌6h,溶液颜色有深红色变为橙红色, 停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集第 一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙黄色粉末状固体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶 体,目标产物1-氯-3-异丙基氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯的产率68.4%。
[0031] 实施例4
[0032] 在氣气保护下,将160mg(0. 48mmol) I-(I-氣甲醜乙條基)-广-(I-氣乙條 基)二茂铁与IOml(IlOmm 0I)正丁醇混合,室温下搅拌6h,溶液颜色有深红色变为橙红色, 停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集第 一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙黄色粉末状固体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶 体,目标产物1-氯-3-正丁基氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯的产率60%。
[0033] 实施例5
[0034] 在氣气保护下,将250mg(0. 75mmol) I-(I-氣甲醜乙條基)-广-(I-氣乙條 基)二茂铁与IOml(Il
Omm 0I)仲正丁醇混合,室温下搅拌24h,溶液颜色由深红色变为橙红 色,停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集 第一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙黄色粉末状固体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色 晶体,目标产物1-氯-3-仲丁基氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯的产率为59. 6%。
[0035] 实施例6
[0036] 在氣气保护下,将210mg(0. 63mmol) 1_(1_氣_2_甲醜乙條基)_广-(1-氣乙條 基)二茂铁与IOml(IlOmm0I)异丁醇混合,室温下搅拌8h,溶液颜色有深红色变为橙红色, 停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集第 一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙黄色粉末状固体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶 体,目标产物1-氯-3-异丁基氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯的产率为85.6%。
[0037] 实施例7
[0038] 在氣气保护下,将200mg(0· 60mmol) I-(I-氣甲醜乙條基)-广-(I-氣乙條 基)二茂铁与Iml (8. lmmol) 2-乙基丁醇,15ml二氯甲烷混合,室温下搅拌8h,溶液颜色有 深红色变为橙红色,停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V (乙酸乙酯):V (石油 醚)=1:3,收集第一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙红色片状晶体,用环己烷和二氯甲烷重 结晶,得授红色晶体,目标广物1-氯-3-(2-乙基)丁基氧基_5_氧基[5]二茂铁环番-1-稀 的产率为54. 8%。
[0039] 实施例8
[0040] 在氮气保护下,将200mg(0. 60mmol)l-(l-氯-2-甲酰乙烯基)-1' -α-氯乙烯 基)二茂铁与Iml (9. 2_〇1)异戊醇,15ml二氯甲烷混合,室温下搅拌8h,溶液颜色有深红 色变为橙红色,停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)= 1:3,收集第一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙红色片状晶体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得 橙红色晶体,目标产物1-氯-3-异戊基氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯的产率为62 %。
[0041] 实施例9
[0042] 在氣气保护下,将215mg(0. 64mmol) I-(I-氣甲醜乙條基)-1' -(I-氣乙條 基)二茂铁与Iml (14. 6_〇1)丙烯醇,15ml二氯甲烷混合,室温下搅拌8h,溶液颜色有深红 色变为橙红色,停止反应,蒸除溶剂,用大量的蒸馏水洗涤,分液收集有机相,用无水硫酸钠 干燥,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集第一层橙 黄色谱带,蒸除溶剂得橙红色片状晶体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶体,目标 广物1 _氣_3_條丙基氧基_5_氧基[5]二茂铁环番-1-條的广率为52. 8%。
[0043] 实施例10
[0044] 在氮气保护下,将150mg(0. 45mmol) 1-(1-氯-2-甲酰乙烯基)-r -(1-氯乙稀 基)二茂铁与IOml (150mm〇l) 2-氯乙醇混合,室温下搅拌6h,溶液颜色有深红色变为橙红 色,停止反应,蒸除溶剂,用柱色谱纯化,展开剂为V(乙酸乙酯):V(石油醚)=1:3,收集第 一层橙黄色谱带,蒸除溶剂得橙黄色粉末状固体,用环己烷和二氯甲烷重结晶,得橙红色晶 体,目标广物卜氯 -3_(2_氯)乙氧基_5_氧基[5]二茂铁环番-1-稀的广率为77. 8%。
[0045] 实施例11
[0046] 下面结合具体实施例说明本发明[5]二茂铁环蕃的用途之一是对Ag+的识别。
[0047] 配制母体式II [5]二茂铁环蕃的样品溶液:在烧杯中用DMF溶解式II所示[5]二 茂铁环蕃,并转移至容量瓶中用THF定容,配制成浓度为I X l(T3m〇l/L的样品溶液。
[0048] 各种离子溶液的配制:依次称取各种金属离子(Na+、K+、Ca2+、Cr 3+、Mn2+、Mg2+、Fe3+、 Co2+、Ni2+、Cu2+、Zn2+、Pb 2+、Ag+、Cd2+、Al3+、NH4+)的盐在烧杯中,用蒸馏水溶解并转移至容量瓶 中定容,配制成浓度为2X l(T2m〇l/L的离子溶液。
[0049] 测定样品与不同阳离子作用的紫外-可见光谱:分别量取式II [5]二茂铁环蕃溶 液和阳离子溶液各2ml于IOm比色管中,用DMF定容,则式II [5]二茂铁环蕃在比色管中的 浓度为2X 10_4mol/L,各种离子的浓度均为4X 10_3mol/L。
[0050] 测定结果如图1所示,加入银离子的比色管颜色由淡黄色变成棕色。其中,Fe3+本 身是棕色,为Ag +干扰离子,其它元素 Co 2+、Cr3+离子溶液与Ag+颜色差别较大,可以用"裸眼" 识别。如图2所示,式II [5]二茂铁环蕃在可见光区最大吸收峰为464nm,加入Ag+后最大 吸收峰移至446nm。
[0051] 测定样品与不同浓度银离子作用的可见-紫外光谱:
[0052] 配制式II [5]二茂铁环蕃的DMF溶液,浓度为IX l(r3m〇l/L ;分别配制浓度为 2 X I(T3、5 X I(T3、2 X I(T2、2 X I(T1、5 X I(T1Iiio I/L 的硝酸银水溶液。
[0053] 测定紫外光谱:分别量取不同浓度的银离子溶液2ml于IOml比色管中,加入上述 式II二茂铁环蕃的溶液2ml,其浓度为2 X l(T4m〇l/L,用DMF定容,得到银离子浓度分别为 0、4Χ 10-4、1 X 10-3、4Χ 10-3、4Χ 10-2、1 X KrlIiioVL 的一系列溶液。
[0054] 测定结果如图3所示,随着银离子浓度的增加,紫外-可见吸收峰逐渐增高。
[0055] 式II所示[5]二茂铁环蕃对银离子的识别实验表明:[5]二茂铁环蕃在 2Xl(T 4m〇l/L的稀溶液时可以对银离子有识别作用,在可见光区颜色变化显著,由淡黄色变 为棕色,可"裸眼"识别。
[0056] 实施例12
[0057] 本发明提供[5]二茂铁环蕃的用途之一是式III二茂铁环蕃对小分子二甲基亚砜 (DMSO),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮的蓝色反应。
[0058] 式III二茂铁环蕃的配制:分别用DMF、DMS0、乙腈、甲醇、THF、丙酮溶解式III二 茂铁环蕃,均配置成浓度均为IX I(T3HK)VL的溶液。
[0059] 氢氧化钠溶液的配制:配置浓度为2X 10_2mo/L的氢氧化钠水溶液。
[0060] 紫外-可见光谱的测定:分别量取上述不同溶剂溶解的式III二茂铁环蕃溶液 2mL,氢氧化钠溶液2mL,用与溶解式III二茂铁环蕃相对应的溶剂定容至10mL,则式III二 茂铁环蕃在比色管中的浓度为2X 10_4mol/L。空白为2mL式III二茂铁环蕃的THF溶液用 THF定容至IOml (如图4)。
[0061] 测定结果如图5所示:溶解式III二茂铁环蕃的DMSO、DMF和丙酮三种溶液都变 成蓝色,且DMSO在620nm附近的吸收强度最大,呈现深蓝色,DMF次之,丙酮的吸收强度最 小,呈浅蓝色;乙腈、甲醇和THF在620nm附近几乎无吸收峰,其在可见光区最大吸收峰在 458-472nm范围内,呈淡黄色或淡粉色,与蓝色有很大反差。
[0062] 式111[5]二茂铁环蕃对二甲基亚砜(DMSO),N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和丙酮 的蓝色反应实验表明:式III [5]二茂铁环蕃对分子结构中有极性双键(S = 0, C = 0)的 DMSO、DMF和丙酮具有显著的颜色变化,由淡黄色变为蓝色,且相同条件下,对DMSO的颜色 变化最大,呈深蓝色,DMF次之,丙酮呈现浅蓝色。实验方法快速、经济且操作简单,效果良 好。
【主权项】
1. 一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:包括如下步骤:在惰性气氛中, 将1-(1-氯-2-甲酰乙烯基)-Γ -(1-氯乙烯基)二茂铁与不同的醇,无需添加催化剂,在 有机溶剂中发生环化反应,反应完毕得到式I结构通式的[5]二茂铁环蕃衍生物,所述式I结构通式中,R选自下述基团中的任意一种:甲基,乙基,丙基异丙基,丁基,异 丁基,2-甲基丙基,2-乙基丁基,3-甲基丁基,烯丙基,2-氯乙基,2-羟基乙基,2-正丁基氧 基乙基,(4-羟基)-丁-2-炔基,环己基,苄基,取代苄基,(2-四氢呋喃)甲基或2-噻吩甲 基。2. 根据权利要求1所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:所述的 式I结构通式的[5]二茂铁环蕃连接二茂铁的两个环戊二烯基环的碳桥为五个碳原子碳 链,其中碳1上为烯氯,碳1和碳2之间有一个碳碳双键,碳5上有羰基,碳3为手性碳,与 碳3相连的为醚键。3. 根据权利要求1所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:所述的 有机溶剂为醇、二氯甲烷或乙酸乙酯中的一种或几种。4. 根据权利要求1或3所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:所 用的醇选自甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇、正丁醇、异丁醇、2-甲基丙醇、2-乙基丁醇、3-甲基 丁醇、烯丙醇、2-氯乙醇、乙二醇、乙二醇独丁醚、1,4-丁炔二醇、环己醇、苄醇、四氢糠醇或 2-噻吩甲醇中一种。5. 根据权利要求1所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:该反应 的温度为5~35°C,该反应的时间为0. 5~24hr。6. 根据权利要求5所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于:反应温 度为25°C,反应的时间为0. 5~6hr。7. 根据权利要求1所述的一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法,其特征在于: 1-(1-氯-2-甲酰乙烯基)-Γ -(1-氯乙烯基)二茂铁与醇的反应摩尔比为1:3~1:10。8. 权利要求1所述的[5]二茂铁环蕃的衍生物用于识别银离子的应用,其特征在 于:所述的[5]二茂铁环蕃衍生物为1-氯-3-(6-羟己基)氧基-5-氧基[5]二茂铁环 蕃-1-烯,结构式为:9. 权利要求1所述的[5]二茂铁环蕃的衍生物用于显色反应的应用,其特征在于:所 述的[5]二茂铁环蕃衍生物为1-氯-3-甲氧基-5-氧基[5]二茂铁环蕃-1-烯,其与二甲 基亚砜、N,N-二甲基甲酰胺和丙酮有蓝色反应的特性,结构式为:
【专利摘要】本发明涉及一种新型[5]二茂铁环蕃的制备方法及其应用。以二茂铁为起始原料,经三步反应制备一种带有羰基、碳碳双键和醚键多个官能团的手性五碳环二茂铁环蕃及其衍生物。该合成方法具有反应条件温和,产品容易分离操作简单,无需添加催化剂,而且该类[5]二茂铁环蕃桥环3号碳上的碳链长短和端碳的官能团可以随意改变等优点,是制备多种金属有机化合物的重要反应中间体。其衍生物可用在不对称合成、抗癌药物合成和离子、小分子识别等方面。
【IPC分类】C07F17/02, G01N21/78, G01N21/33
【公开号】CN104892683
【申请号】CN201510228225
【发明人】王健春, 焦晓兰, 陈振民, 牛楠楠, 邬孝芳, 李敬瑜, 武沛
【申请人】首都师范大学
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月6日