专利名称：咪唑类鎓盐的合成新方法
技术领域：
本发明涉及ー种合成一系列新型咪唑类鎗盐的方法，属于化学合成领域。
背景技术：
咪唑类鎗盐是ー类性能优良的功能基团，自身具有良好的稳定性，其大都是由阳离子骨架和抗衡离子组成的，以其独特带有电荷的结构，备受各国化学家的关注。咪唑类鎗盐可以应用于离子液，含有咪唑鎗的离子液性能优良，具有高的热稳定性、高的离子传导率、低蒸气压、低熔点、不可燃和可回收，被广泛应用于有机合成、液晶材料、光电化学、聚合化学等方面[參见(a) Giernoth, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010,49,2834. (b)Giernoth, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010,49, 5608. ] 咪唑鐵阳离子部分，不仅能与阴离子通过静电相互吸引，而且能通过(C-H)+…^形成強烈的相互作用，因此可以应用于阴离子传感器[參见(a) Yoon, J. ；Kim, S. K. ；Singh, N. J. ；Kim, K. S. Chem. Soc. Rev. 2006,^,355. (b)Xu，Z. ；Kim, S. K. ；Yoon, J. Chem. Soc. Rev. 2010，湖，1457.]。咪唑鎗碳二位氢(C2-H)的活性高，在碱性条件下失去ー个质子而变成咪唑卡宾，是比磷配体更好的0 -电子供体,能够与几乎所有过渡金属形成配位化合物[參见(a) Herrmann, ff.A. Angew. Chem. Int. Ed. 2002,^7,1290. (b) Topics in Organometallic Chemistry,Vol. 21 ；Glorius, F. Ed. ；Springer-Verlag Berlin/Heidelberg, Germany,2007.]。目前，主要有两种策略来制备咪唑类鎗盐一种是采用亲核取代方法制备咪唑类鎗盐。该方法从咪唑环出发，经Ullman反应制得I-取代咪唑，再经直接季胺化获得目标产物[參见(a) Fournan, P. ；deCointet, P. ；Laviron, E. Bull. Chem. Sor Fr. 1968,2438. (b) Chan, B. K. M. ；Chang, N. -H. ;Grimmett, M. R. Aust. J. Chem. 1977,30,2005. (c) Haque, M. R. ；Rasmussen, M. Tetrahedron. 1994,5^,5535.]。该方法缺点是大部分只能与伯卤代烃反应，若使用仲或叔卤代烃则容易得到消除反应产物，并且受到无法直接在氮原子上引入手性基团、不容易直接引入芳基基团等的限制。第二种采用缩合反应制备咪唑类鎗盐。传统的方法是使用带有两个离去基团的次甲基与1，2-ニ亚胺直接关环得到，也可以随意改变底物获得含不同取代基的目标产物[參见(a) Arduengo, A. J.U.S. Patent 5,077,414,1991. (b) Arduengo, A. J. ；Harlow, R. L. ；Kline, M. J. Am.Chem. Soc. 1991,77J, 361. (c) Arduengo, III A. J. ；Krafczyk, R. ；SchmutzIer, R.Tetrahedron. 1999,5^,14523. (d) Herrmann, ff. A. ；Koher C, Goopn, L. J. ；Artus, G.R. J. Chem. Eur J. 1996,J , 1627. (e) Arduengo, III A. J. ；Dias,H. V. R. ；Harlow,R. L. ；Kline,M. J. Am. Chem. Soc. 1992,77も 5530. (f) Glorius. F. ；Altenhoff,G.；Goddard, R. ；Lehmann, C. Chem. Commun. 2002,2704. ig； Gridnev, A. A. ；Mihaltseva,
I.M. Synth. Commun 1994,24. (h) Hadei, N. ；Kantchev, E. A. B. ;0’Brien, C.J. (i) Organ, M. G. J. Org 2005,70,8503. (j) ffaltman, A. ff. ； Grubbs, R. H.OrganometalIics. 2QQA,23, 3105.]。该类方法虽然能在咪唑N3位上合成带有芳基取代的咪唑鎗化合物，然而冗长的合成步骤、相对较低的收率及其苛刻的反应条件，使得该类方法缺乏エ业实用十生[參见Benhamou, L. ；Chardon, E. ；Lavigne, G. ；BelIemin-Laponnaz, S.；Cesar, V. Chem. Rev. 2011,777, 2705. ] 0如果能直接在咪唑N3位上高效、简单的直接引入芳基，将大大提高N3芳基取代咪唑鎗盐的实用性。本专利选择金属盐作催化剂，在适当条件下催化咪唑类衍生物与碘鎗盐反应，高效合成一系列咪唑类鎗盐。
发明内容
本发明的目的在于提供ー种普适性广、可以成功合成许多传统方法难以合成的新型咪唑类鎗盐，且反应条件温和、催化剂用量少、反应时间短、产率高、エ艺简单、操作方便、成本低、环境污染小，有望实现エ业化大規模生产咪唑类鎗盐的制备新方法。
本发明的技术方案如下
反应式见图1，将咪唑类衍生物、碘鎗盐、催化剂和溶剂加入到反应器，启动反应，反应结束后移除溶剂，通过柱层析或重结晶获得产物。
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Rぺ丫 k3R1^n Y^Ar1 KrN ザ,!^-Ar2
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——Ari卢溶剤へ
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底物I底物2产物3
图I.咪唑类錯盐合成反应式其中，底物I咪唑类衍生物可以为取代咪唑衍生物和取代稠环咪唑衍生物，取代位置可以为N1、C2、C4、C5。其中，NI取代基团为R1, R1基可以为芳基、烷基、烯基、炔基等取代基；C2、C4、C5位取代基团分别为R2、R3、R4，R2、R3、R4基可以相同，也可以不同，可以分别
为H、芳基、烷基、烯基、炔基等取代基。其中，底物2碘鎗盐由阳离子和阴离子两部分组成，其中阳离子部分的取代基团ArpAr2为芳基等取代基，可以相同，也可以不同；阴离子X_为亲核性阴离子、非亲核性阴离子。其中，金属催化剂可以为IIA族、IB族、IIB族、IVB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族的金属盐，优选IB族金属盐。其中，所用金属催化剂用量可以为flOO mol%当量(相对于咪唑类衍生物)，优选5 mol%。其中，可以采用质子性与非质子性溶剂为反应溶剂。其中，反应温度可以为(TC 200°C，优选100°C。其中，反应体系中咪唑类衍生物与碘鎗盐的摩尔投料比为I : 0. 25 1 : 5，优选为 I : I. 5。其中，反应时间可以从0. I小时到96小时，优选4小时。本发明的有益效果
本发明与现有技术相比，其显著优点是普适性广，可以成功合成许多传统方法难以合成的新型咪唑类鎗盐；且反应条件温和、催化剂用量少、反应时间短、产率高；因其エ艺简单、操作方便、成本低、环境污染小，有望实现エ业化大規模生产。
图I为咪唑类鎗盐合成反应式。图2为1，3_ ニ苯基咪唑鎗四氟硼酸盐(产物3a)的核磁共振氢谱。
具体实施例实施例I :1，3- ニ苯基-IH-咪唑-3-鎗四氟硼酸盐(产物3a)的合成底物I为取代咪唑衍生物苯基咪唑(36 mg),底物2为ニ芳基碘鎗非亲核性阴离子盐ニ苯基碘鎗四氟硼酸盐(138. 0 mg)，投料比为I : I. 5，催化剂为IB族的铜盐Cu(OAc)2 H2O (2. 5 mg)，用量为5 mol%当量(相对于底物I咪唑衍生物苯基咪唑)，溶剂选用非质子性溶剂A ニ甲基甲酰胺(I mL)，将上述4种试剂加入反应器，在100で条件下反应4小时。反应结束后移除溶剂，用柱层析方法提纯得到灰白色固体，收率97%。核磁共振氢谱(氘代ニ甲亚砜为溶剂，Bruker AMX-400型核磁共振仪)1H NMR (400 MHz，DMSO-式)J 10. 55 (s, 1H),8. 88 (s,2H),8. 41 (d, J = 8.0 Hz，4H)，8. 09-8. 18 (m，6H)。高分辨质谱(Waters-Q-TOF Premier检测仪)HRMS (ESI) ([M-BF4-]+)计算值 C15H13N2, 221. 1073，测试值，221. 1074。实施例2 :1，3- ニ(2-噻吩基)咪唑鎗对甲苯磺酸盐(产物3b)的合成实施方法同实施例1，把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物2-噻吩咪唑(37. 5mg)，把底物2 ニ芳基碘鎗非亲核性阴离子盐ニ芳基碘鎗四氟硼酸盐换成ニ杂芳基碘鎗非亲核性阴离子盐ニ(2-噻吩基)碘鎗对甲苯磺酸盐(174 mg)。收率86%。1H NMR (400 MHz,DMSO-J6): 5 10. 28 (s, 1H),8. 46 (s，2H)，7.73 (d, J = 5.2 Hz，2H)，7.64 (d, J = 2.8Hz，2H)，7. 46 (d, / = 8. 0 Hz，2H)，7. 20 (t, / = 4. 0 Hz，2H)，7. 10 (d, / = 8. 0 Hz，2H)，
2.29 (s，3H)。HRMS (ESI) [M-OTsI+ 计算值 C11H9N2S2, 233. 0202，测试值，233. 0202。实施例3 : 1，3- ニ苯基-2-こ烯基-IH-咪唑-3-鎗四氟硼酸盐(产物3c)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物I-苯基-2-こ烯基-7#-咪唑(42. 5 mg)。收率 65%。1H NMR (400 MHz，DMSO-式)5 8. 89 Cs,2H)，8. 42 (d,/ = 8. 0 Hz，4H)，8. 10-8. 19 (m，6H)，6. 69 (dd,/ = 17. 3，11. 2 Hz, 1H)，6. 24(d,/ = 17. 3 Hz, 1H),5. 50 (d,/ = 11. 2 Hz, 1H)0 HRMS(ESI) ([M-BF4I+)计算值C17H15N2,247. 1230，测试值，247. 1232。实施例4 :1,3,4-三苯基-7"-咪唑-3-鎗四氟硼酸盐(产物3d)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物1，4- ニ苯基咪唑(55 mg)。收率 80%。1H NMR (400 MHz,DMS0-t/6) S 10. 51 (s，lH)，8.84 (s，1H)，8. 36-8. 47(m，6H)，8. 04-8. 19 (m，9H)。HRMS (ESI) ([M-BF4I+)计算值 C21H17N2, 297. 1386，测试值，297.1390。
实施例5 4, 5- ニ甲基-1，3- ニ苯基-IH-咪唑_3_鎗四氟硼酸盐(产物3e)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物苯基4，5-ニ甲基咪唑(43 mg)。收率 93%。1H NMR (400 MHz，DMSO-J6) : 5 10.46 (s, 1H),8. 39(d, J = 8.0 Hz，4H)，8. 07-8. 18 (m，6H)，2.27 (s，6H)。HRMS (ESI) ([M-BF4I+)计算值C17H17N2, 249. 1392，测试值，249. 1396。实施例6 :3-苯基-1-(苯基こ炔基)-7"-咪唑-3-鎗四氟硼酸盐(产物3f)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物1_(苯こ炔基)-7#-咪唑(42 mg)。收率 73%。1H NMR (400 MHz,DMS0-t/6) S 10. 52 (s，lH)，8.80(s，lH)，8.69 (s，lH)，8.38 (d, J = 8.0 Hz,2H),8. 06-8. 15 (m，3H)，7. 45-7. 50 (m，2H)，
7.31-7. 36 (m，3H)。HRMS(ESI) ([M-BF4I + )计算值 C17H13N2, 245. 1073，测试值，245. 1075。实施例7 :1，3-ニ苯基-7"-苯并咪唑-3-鎗四氟硼酸盐(产物3g)的合成实施 方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物苯基苯并咪唑(48.5 mg)。收率 91%。1H NMR (400 MHz，DMSO-式)5 10.58 (s, 1H),7. 93-7. 98(m，6H)，7. 74-7. 83 (m，8H)。HRMS (ESI) [M-BF4I+ 计算值 C19H15N2,271. 1230，测试值，271.1234。实施例8 1,3- ニ苯基-IH-咪唑并[4，5-^]吡啶-3-鎗四氟硼酸盐(产物3h)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物 I-苯基-7"-咪唑并[4，5-ろ]吡啶(48. 75 mg)。收率 68%。1H NMR (400 MHz，DMSO-J6):S 10. 61 (s，1H)，7. 98-8. 12 (m，6H)，7. 74-7. 83 (m，7H)。HRMS (ESI) [M-BF4I+ 计算值C18H14N3, 272. 1182，测试值，272. 1184。实施例9 :2_苯基咪唑并[1，5-a]吡啶_2_鎗四氟硼酸盐(产物3i)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物咪唑并[I, 5-a]吡啶(29.5 mg)。收率 65%。1H NMR (400 MHz，DMSO-J6) : 5 12. 14 (s, 1H),9. 41(d, J ニ].2 Hz, 1H)，8. 22 (s, 1H)，7. 85 (d, / = 8. 2 Hz，2H)，7. 74 (d, / = 9. 4 Hz, 1H),
7.52-7. 64 (m，3H)，7.23 (d, J =6.8 Hz, 1H),7. 63 (t, J =6.8 Hz，lH)。HRMS (ESI)[M-BF4I+ 计算值 C13H11N2,195. 0917，测试值，195. 0914。实施例10 2-苯基咪唑[1，5-a]吡嗪_2_鎗四氟硼酸盐(产物3j)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物咪唑并[I, 5-a]吡嗪(29. 75 mg)。收率 72%。1H NMR (400 MHz, DMSO-J6) : J 12. 24 (s, 1H),9. 41(s，1H)，9. 18 (s，1H)，8. 43 Cd,J =8.0 Hz，2H)，8. 09-8. 18 (m，4H)，7. 80 Cd,J =7.8 Hz,1H)。HRMS (ESI) [M-BF4I+ 计算值 C12H10N3,196. 0869，测试值，196. 0872。实施例11 1-苯基咪唑并[1，2-a]吡啶-I-鎗四氟硼酸盐(产物3k)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物咪唑并[I, 2-a]吡啶(29. 5 mg)。收率 60%。1H NMR (400 MHz，DMSO-式)5 9. 52 (s, 1H),9. 43Cd,J =7.2 Hz, 1H)，9. 20 (s, 1H)，7. 96 Cd,J =7.2 Hz, 1H)，7. 69-7. 75 (m，2H)，7. 55 (d,J ニ 7.6 Hz，2H)，7. 31-7. 46 (m，3H)。HRMS (ESI) [M-BF4I+ 计算值 C13H11N2,195. 0917，测试值，195. 0915。实施例12 :1-苯基咪唑并[l，2_a]吡嗪_1_鎗四氟硼酸盐(产物31)的合成实施方法同实施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代稠环咪唑衍生物咪唑并[I, 2-a]吡嗪(29. 75 mg)。收率 64%。1H NMR (400 MHz，DMSO-J6): 59. 60 (s，lH)，9.55(s，lH)，9.48 (s，1H)，9. 01-9. 23 (m，2H)，8.21 (d, J = 8.0 Hz，2H)，7. 89-7. 98 (m，3H)。HRMS (ESI) [M-BF4I+ 计算值 C12HltlN3,196. 0869，测试值，196. 0875。实施例13 :1，3- ニ苯基咪唑鎗硝酸盐(产物3m)的合成实施方法同实施例1，只是把底物2 ニ芳基碘鎗非亲核性阴离子盐ニ芳基碘鎗四氟硼酸盐换成ニ芳基碘鎗亲核性阴离子盐ニ苯基碘鎗硝酸盐(129 mg)。收率 27%。1H NMR (400 MHz，CDCl3): 5 10.45 (s，1H),8. 78 (s，2H)，8.31 (d,/ = 7.6 Hz，4H)，8.08 (m，6H)。HRMS (ESI) ([M-NO3I+)计算值 C15H13N2, 221. 1073，测试值，221. 1070。实施例14 1, 3- ニ(2-噻吩基)咪唑鎗硝酸盐(产物3n)的合成实施方法同实施例1，把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑换成取代咪唑衍生物2-噻吩咪唑(37. 5 mg)，把底物2 ニ芳基碘鎗非亲核性阴离子盐ニ芳基碘鎗四氟硼酸盐换成ニ杂芳基碘鎗亲核性阴离子盐ニ(2-噻吩基)碘鎗硝酸盐(133 mg)，收率 20%。1H NMR (400 MHz, CDCl3) ^ 10. 18(s，1H)，8. 36 (s，2H)，7. 63 (d, / = 5. 2 Hz，2H)，7. 54 (t, / = 2. 8 Hz，2H)，7. 10 (d, J =4.0 Hz,2H)。HRMS (ESI) [M-NO3I+ 计算值 C11H9N2S2, 233. 0202，测试值，233. 0205。 实施例15 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 *H20换成IIA族的镁盐Mg(OAc)2,收率15%。实施例16 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 *H20换成IIB族的锌盐Zn (OAc)2,收率8%。实施例17 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 H2O换成IVB族的钛盐TiCl3 6H20,收率8%。实施例18 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 H2O换成VIB族的铬盐CrCl3 6H20,收率5%。实施例19 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 *H20换成VIIB族的锰盐Mn(OAc)2,收率12%。实施例20 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu(OAc)2 *H20换成VIIIB 族的铑盐 RhCl3 nH20,收率 4%。实施例21 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu (OAc)2 *H20用量从5 mol%降低至I mol% (相对于底物I咪唑衍生物)，收率为18%。实施例22 :实施方法同实施例1，只是把催化剂由IB族的铜盐Cu (OAc)2 *H20用量从5 mol%升高到100 mol% (相对于底物I咪唑衍生物)，收率为78%。实施例23 :实施方法同实施例1，只是把溶剂由非质子性溶剂见ニ甲基甲酰胺换成质子性溶剂H20，收率28%。实施例24 :实施方法同实施例1，只是把反应温度由100°C降低到0°C，收率3%。实施例25 :实施方法同实施例1，只是把反应温度由100°C升高到200°C，收率88%。实施例26 :实施方法同实施例1，只是将咪唑衍生物与碘鎗盐的摩尔投料比由I :I. 5降低到I : 0. 25，即把底物2 ニ苯基碘鎗四氟硼酸盐用量降低到23 mg,收率20%。实施例27 :实施方法同实施例1，只是将咪唑衍生物与碘鎗盐的摩尔投料比由I :
I.5升高到I : 5，即把底物2 ニ苯基碘鎗四氟硼酸盐用量升高到460 mg,收率88%。
实施例28 :实施方法同实施例1，只是将反应时间由4小时减少到0. I小时，收率
7% 0
实施例29 :实施方法同实施例1，只是将反应时间由4小时延长到96小时，收率
85%。
权利要求
1.权利要求ー种利用金属催化剂在适当条件下催化咪唑类衍生物与碘鎗盐合成咪唑类鎗盐的方法。
2.权利要求I中所述的方法，其特征在于咪唑类衍生物可以为取代咪唑衍生物、取代稠环咪唑衍生物，取代位置可以为NI、C2、C4、C5，取代基分别为も、R2, R3> R4。
3.权利要求I中所述的方法，其特征在于碘鎗盐由阳离子和阴离子两部分组成碘鎗盐阳离子部分可以为ニ芳基碘鎗阳离子、ニ杂芳基碘鎗阳离子；碘鎗盐阴离子部分可以为非亲核性阴离子、亲核性阴离子，优选非亲核性阴离子。
4.权利要求I中所述的方法，其特征在于所用金属催化剂可以为IIA族、IB族、IIB族、IVB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族的金属盐，优选IB族金属盐。
5.权利要求I中所述的方法，其特征在于所用金属催化剂用量可以为f100 mol%当量(相对于咪唑类衍生物)，优选5 mol%。
6.权利要求I中所述的方法，其特征在于可以采用质子性与非质子性溶剂为反应溶齐U。
7.权利要求I中所述的方法，其特征在于反应温度可以为0°C 200°C，优选100°C。
8.权利要求1、2、3中所述，在适当催化条件下，反应体系中味唑类衍生物与碘鎗盐的摩尔投料比为I : 0. 25 1 : 5，优选为I : 1.5。
9.权利要求I中所述的方法，其特征在于反应时间可以从0.I小时到96小时，优选4小吋。
全文摘要
本发明涉及一种合成一系列新型咪唑类鎓盐的方法，属于化学合成领域。以咪唑类衍生物为起始原料，与方便易得的碘鎓盐在适当条件下反应生成咪唑类鎓盐。本发明提供的合成方法与传统方法相比，具有明显优势普适性广，可以成功合成许多传统方法难以合成的新型咪唑类鎓盐；且反应条件温和、催化剂用量少、反应时间短、产率高；因其工艺简单、操作方便、成本低、环境污染小，有望实现工业化大规模生产。
文档编号C07D487/04GK102863387SQ201210372909
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月29日 优先权日2012年9月29日
发明者高戈, 吕太勇, 游劲松, 吴迪, 兰静波, 宋飞杰, 陈世刚 申请人:四川大学