一种新型三苯基有机铋（v)配合物催化剂及其制备方法以及含氮化合物合成中的催化应用
【专利说明】一种新型三苯基有机铋（V)配合物催化剂及其制备方法以 及含氮化合物合成中的催化应用 【技术领域】
[0001] 本发明属于催化有机合成领域，具体地说涉及一种新型三苯基有机铋（V)配合 物及其制备方法以及其作为路易斯酸催化剂在含氮化合物的合成中的催化应用。 【【背景技术】】
[0002] 含氮化合物作为许多具有生理活性的天然产物、医药化合物的基本骨架，是一类 非常重要的有机合成中间体；尤其是含有双吲哚甲烷，二氢嘧啶酮，二氢吡啶，0 _氨基醇 等结构的化合物由于具有独特的生理活性和药理活性，因此具有很高的合成价值，合成应 用非常广泛。寻找新型绿色高效的合成氮杂环类化合物的方法一直是化学家们的研究热 点。目前，已经报道的可以作为制备含氮化合物的催化剂有很多，但大都存在催化活性低， 对环境不友好，反应条件苛刻，催化剂用量大，选择性差，副反应多，成本较高等缺点。因此， 找到一种对空气稳定，高效，反应条件温和，绿色环保的催化剂依然是科学家们追逐的目 标。
[0003] 近年来，金属Lewis酸催化剂占据着越来越重要的位置，广泛应用于碳-碳键或 碳-杂键的构建反应中。如何合成高效稳定的绿色Lewis酸催化剂是化学工作者努力的方 向。虽然，科学家已经合成了很多含金属的配合物，具有很强的催化活性，能高效催化多类 反应。但同时也存在一些问题，如对反应条件要求苛刻，溶剂需进行无水处理，反应需在惰 性气体保护下进行等。铋因为其本身低毒无放射性等特点，已被合成各种结构多样的铋化 合物，用作催化剂或反应试剂。随着人们对绿色环保的呼吁，铋化合物的应用将会更加受到 关注。我国铋储存量很大，但铋的消费还主要局限于传统领域。将金属铋合成各种配合物 为铋的应用开拓了更为经济适用的方法，使其的应用更具有意义。经过近些年的研究和发 展，化学工作者已经合成了一系列结构多样、性能特殊的有机铋配合物，并将其应用于各种 有机反应中。但同时也存在着一些问题，如碳铋键不稳定，空气中不能长久放置；活性低， 催化效果差等，这些都对铋配合物的应用造成了限制。全氟烷基碳链呈锯齿形，氟原子紧紧 包围在其周围，这对亲水能力好的磺酸基团有很强的屏蔽作用。通过将长的全氟碳链引入 到铋化合物中，可以增加其在空气或水中的稳定性。另外，全氟烷基碳链有很强的拉电子作 用，可使配合物酸性增强。
[0004] 回顾有关铋化学的研究，多是关于铋（III)化合物，而有关铋（V)的报道很少， 因而在本发明中，我们设计将全氟烷（芳）基磺酸长链与铋（V)化合物结合起来，合成了 一种三苯基铋全氟烷（苯）基磺酸配合物，并将其应用于双吲哚甲烷衍生物、二氢嘧啶酮、 二氢吡啶，氨基醇等含氮化合物的合成中。此方法符合绿色生产的要求，产率高，对环 境无污染，且催化剂可回收利用。符合国家所提出的生态文明建设的理念。目前，国内外还 没有关于三苯基有机铋（V)配合物制备含氮化合物的公开文献和专利申请。 【
【发明内容】
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[0005] 本发明的目的在于提供一种三苯基有机铋（V)配合物及其制备方法以及其作为 路易斯酸催化剂在含氮化合物合成中的催化应用。目标在于提高目标化合物的产率和催化 剂的可重复利用性。
[0006] 为达到上述发明目的，本发明提出以下的技术方案：
[0007] 一种新型的三苯基有机铋（V)配合物催化剂，为阳离子型有机铋（V)配合物， 铋原子与三个苯基相连，显示五价；另外两个全氟辛基磺酸根与配合物的阳离子部分形成 离子键；阴离子X为全氟丁基磺酸根（0S02C4F9)，五氟苯基磺酸根（0S02C6F5)，全氟辛基磺酸 根（0S02CsF17);该配合物催化剂结构式I如下：
[0008]
[0009] 上述配合物催化剂，其合成方法的特征在于，以常用的有机溶剂为反应溶剂，以三 苯基二氯化铋和全氟烷（苯）基磺酸银为原料进行反应，反应结束后，过滤，重结晶到得三 苯基有机铋（V)配合物。
[0010] 上述配合物催化剂，其催化合成双吲哚甲烷衍生物II的特征在于，在常用有机溶 剂或无溶剂条件下，以醛和吲哚为原料，采用三苯基有机铋（V)配合物为催化剂进行反 应。反应完毕后，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收催化剂。滤液旋干得到粗产品，粗产 品通过柱层析分离，得到双吲哚甲烷衍生物II，其结构式II如下：
[0011]
[0012] 其中R1和R2分别为氢、氯、溴、氟、甲基、对甲基苯基、对溴苯基中的一种；催化剂可 进一步循环利用。
[0013] 上述配合物催化剂，其催化合成二氢嘧啶酮类化合物III的特征在于，在常用有 机溶剂或无溶剂条件下，以醛，1，3-二羰基化合物和尿素为原料，采用三苯基有机铋（V) 配合物为催化剂进行反应。反应完毕后，冷至室温，向反应液中加入一定量的石油醚，抽滤， 洗涤，得到粗产品。粗产品中加入一定的冰乙醇，过滤，滤液收集。除去溶剂，回收催化剂。 过滤得到的固体通过柱层析分离，得到二氢嘧啶酮类化合物III，其结构式III如下：
[0014]
[0015] 其中R3和R4分别为苯基、对甲氧苯基、对羟基苯基、对甲基苯基、邻羟基苯基、对氯 苯基、对溴苯基、邻氟苯基、4-N，N-二甲基氨基苯基、2-萘基、苯乙烯基、正丙基、乙氧基、甲 氧基、甲基中的一种；催化剂可进一步循环利用。
[0016] 上述配合物催化剂，其催化合成1，4-二氢吡啶类化合物IV的特征在于，在常用有 机溶剂或无溶剂条件下，以醛，乙酰乙酸乙酯和醋酸铵为原料，采用三苯基有机铋（V)配 合物为催化剂进行反应。反应完毕后，冷至室温，向反应液中加入一定量石油醚，过滤，回收 催化剂。滤液收集旋干，所得粗产品通过柱层析分离，得到1，4-二氢吡啶类化合物IV，其 结构式为（IV)如下；
[0017]
[0018] 其中R5为苯基、对甲氧基苯基、对羟基苯基、对甲基苯基、对氯苯基、对溴苯基、间 硝基苯基、苯乙烯基、咲喃基、乙基中的一种；催化剂可进一步循环利用。
[0019] 上述配合物催化剂，其催化合成0 _氨基醇类化合物V的特征在于，在常用有机溶 剂或无溶剂条件下，以环氧化合物和胺为原料，采用三苯基有机铋（V)配合物为催化剂进 行反应，反应完毕后，加入适量乙醚，静止过滤，回收催化剂，得到滤液收集旋干，通过柱层 析分离，得到0 _氨基醇类化合物V，其结构式（V)如下：
[0020]
[0021] 其中R6、R7和R8分别为1，4- 丁二基、甲基、氢、苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基、 邻甲基苯基、对氯苯基、邻氟苯基、2, 5-二甲氧基苯基中的一种；催化剂可进一步循环利 用。
[0022] 上述配合物催化剂，其催化合成含氮化合物的特征在于，所述催化剂的用量为 0. 1-50.Omol%，所述反应时间为2-10h，反应温度为25-KKTC;所述溶剂为乙腈、甲醇、乙 醇、DMF、DMSO、Hexane、二氯甲烷、四氢呋喃的一种，或者反应不需要溶剂即可进行。
[0023] 本发明所提供的的方法，为新型有机铋配合物的制备与应用开辟了一条新的经济 "绿色"途径，其优点在于：原料成本低，产率较高，实验操作简便，无有害副产物生成，绿色 环保。 【【附图说明】】
[0024] 附图1所示是本发明所提供的制备新型三苯基有机铋（V)配合物催化剂的路线 图以及含氮化合物合成中的催化应用。 【【具体实施方式】】
[0025] 本发明所提供的新型有机铋（V)配合物的合成路线，请参见附图1 :将Ph3BiCl2 溶解在除过水的二氯甲烷中，向其中加入全氟烷（苯）基磺酸银，室温下避光反应l_3h。过 滤，重结晶，抽滤得白色晶体三苯基铋全氟烷（芳）基磺酸配合物。同时将该配合物作为 催化剂应用于含氮杂环类化合物的合成中。其中双吲哚甲烷衍生物的合成路线为依次将 醛，吲哚，催化剂和溶剂加入反应容器中，室温下反应2h，反应完成后，过滤回收催化剂，滤 液经柱层析分离得目标化合物；二氢嘧啶酮类化合物的合成路线为向反应容器中加入醛、 1，3-二羰基化合物、尿素、催化剂和溶剂，在25-KKTC环境下反应3h，反应完成后，过滤旋 干以回收催化剂，粗产品经柱层析分离得目标化合物；二氢吡啶类衍生物的合成路线为向 反应容器内加入醛，乙酰乙酸乙酯、醋酸铵、催化剂和溶剂，在25-KKTC环境下反应10h，反 应完成后，过滤，回收催化剂，滤液经柱层析分离得目标化合物；0 _氨基醇类化合物的合 成路线为向反应容器内加入环氧化合物、胺、催化剂和溶剂，室温条件下反应两小时，反应 完毕后，加入适量乙醚，静止过滤，回收催化剂，滤液经柱层析分离得目标化合物。
[0026] 下面结合具体的制备例对本发明做进一步说明：
[0027] 一、三苯基有机铋（V)配合物制备例
[0028]制备例1
[0029] 将Ph3BiCl2(0. 5mmol)溶解在10mL除过水的二氯甲烷中，向其中加入AgX(X= 0S02CsF17) (1.Ommol)，室温下避光反应3h。过滤，向滤液中加入干燥的正己烷至出现浑浊， 放置于冰箱中，过夜冷却结晶，抽滤得白色晶体Ph3BiX2(X= 0S02CsF17)，产率82 %。
[0030]制备例2
[0031] 将Ph3BiCl2(0. 5mmol)溶解在10mL除过水的二氯甲烷中，向其中加入AgX(X= 0S02C4F9) (1.Ommol)，室温下避光反应3h。过滤，向滤液中加入干燥的正己烷至出现浑浊，放 置于冰箱中，过夜冷却结晶，抽滤得白色晶体Ph3BiX2(X= 0S02C4F9)，产率85 %。
[0032]制备例3
[0033] 将Ph3BiCl2(0. 5mmol)溶解在10mL除过水的二氯甲烷中，向其中加入AgX(X= 0S02C6F5) (1.Ommol)，室温下避光反应3h。过滤，向滤液中加入干燥的正己烷至出现浑浊，放 置于冰箱中，过夜冷却结晶，抽滤得白色晶体Ph3BiX2(X= 0S02C6F5)，产率70 %。
[0034]二、双吲哚甲烷衍牛物制备例
[0035]制备例1
[0036] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0.5_〇1，吲哚1. 0_〇1，催化剂Ph3BiX2(X= 0S02CsF17) 0. 025mmol，室温下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完全，除去溶剂， 加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得3, 3' -二吲哚 基苯基甲烷，产率65%。
[0037]制备例2
[0038] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0.5_〇1，吲哚1. 0_〇1，催化剂Ph3BiX2(X =0S02CsF17)0. 025mmol，THF0. 5ml，室温下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完 全，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得 3, 3'-二吲哚基苯基甲烷，产率90%。
[0039]制备例3
[0040] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0. 5mmol，吲哚1.Ommol，催化剂Ph3BiX2(X= 0S02CsF17)0. 025mmol，CH2C120. 5ml，室温下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完 全，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得 3, 3' -二吲哚基苯基甲烷，产率86%。
[0041]制备例4
[0042] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0.5mmol，吲哚1.Ommol，催化剂Ph3BiX2(X= 0S02CsF17)0. 025mmol，DMF0. 5ml，室温下反应2h。反应无预期产物生成。
[0043]制备例5
[0044] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0? 5mmol，吲哚1.Ommol，催化剂Ph3BiX2(X =0302〇^17)0.025臟〇1，1'册0.51111，40°(：下反应，11(：检测反应进程，211后原料基本反应完 全，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得 3, 3' -二吲哚基苯基甲烷，产率89%。
[0045] 制备例6
[0046] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0? 5mmol，吲哚1.Ommol，催化剂Ph3BiX2(X =0S02CsF17)0. 025mmol，THF0. 5ml，60°C下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完 全，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得 3, 3' -二吲哚基苯基甲烷，产率80%。
[0047] 制备例7
[0048] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0. 5mmol，吲哚1.Ommol，催化剂Ph3BiX2(X =0S02CsF17)0. 025mmol，THF0. 5ml，80°C下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完 全，除去溶剂，加入乙醚稀释，过滤，回收铋催化剂。滤液旋干得到粗产品，经柱层析分离得 3, 3' -二吲哚基苯基甲烷，产率75%。
[0049] 制备例8
[0050] 向50ml圆底烧瓶中，依次加入苯甲醛0. 5_〇1，吲哚1. 0_〇1，催化剂Ph3BiX2(X= 0S02CsF17)0. 025mmol，THF0. 5ml，100°C下反应，TLC检测反应进程，2h后原料基本反应完 全，除去溶