本发明属于催化领域，具体涉及一种新型ullmannc-n交叉偶联反应的催化剂及基于其的合成方法。
背景技术
c-n键的构筑是有机合成领域内一类非常重要的反应，广泛用于天然产物、医药、农药、有机光电材料等的合成，目前已成为学术研究和产业发展的热点之一。ullmannc-n交叉偶联反应是一类非常重要的生成c-n键的有机单元反应，早在1903年，德国化学家ullmann首先报道了用铜粉催化不活泼芳基卤代物的偶联反应(fullmann,jbielecki.ber.dtsch.chem.ges.,1901,34:2174)，随后goldberg等人对ullmann反应进行了改进和拓展(igoldberg.ber.dtsch.chem.ges.,1906,39:1691)，形成了铜介导的经典ullmann反应。然而，高温、强碱、大量铜的使用等苛刻的反应条件，以及中等的反应产率导致其在实际生产中的应用受到很大的限制。直到20世纪90年代，buchwald和hartwig研究组发展成了一种基于pd催化剂的构建c-n键的方法，该方法在产品选择性和产率等关键指标上具有显著优势，称之为buchwald-hartwig交叉偶联反应。但是，由于钯昂贵的售价、较强的毒性以及使用高毒性的含磷配体等缺陷，严重限制了其大规模工业化应用。
1998年，上海有机所马大为等人发展了一类α-氨基酸配体促进的铜催化c-n偶联反应，发现配体的引入提高了铜催化c-n偶联反应的活性，产率也提高。此后，许多科学家将注意力转向配体促进的铜催化化学，并发展了一系列o-o、n-n、n-o型配体。但是，目前的铜或铜盐催化的ullmann型c-n交叉偶联反应仍面临着催化活性不够高、反应条件苛刻的问题，目前的催化剂催化合成反应温度仍然在300℃左右，反应时间长，转化率90％左右。
技术实现要素：
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种ullmannc-n交叉偶联反应催化剂及基于其的合成方法，采用两种或两种以上不同种类混合配体的方法，提高了催化活性。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种ullmannc-n交叉偶联反应催化剂，包括铜源和混合有机配体，混合有机配体包括第一配体和第二配体，第一配体为o-o型配体，第二配体为n-n型配体和n-o型配体中的一种或两种。
优选的，所述铜源为金属铜或铜盐，铜盐为cui、cubr、cucl、cuscn、cu2o、cuo、cu(ch3coo)2、cubr2、cucl2、cuso4、cuco3、cu2so3、cu2(oh)2co3、cu(no3)2、cu2p2o7或cu3(po4)2。
优选的，o-o型配体为二醇类配体、β-二酮类双齿配体、β-酮酸酯类双齿配体和冠醚类双齿配体中的一种；
进一步的，二醇类配体为乙二醇、丙二醇或丁二醇；β-二酮类双齿配体为2,2,6,6-四甲基-3,5-二酮、2-丙酰基环己酮或2-乙氧甲酰基环己酮；β-酮酸酯类双齿配体为2-氧代环己基甲酸乙酯；冠醚类双齿配体为18-冠-6、15-冠-5或二环已烷并-18-冠-6。
优选的，n-n型配体为乙二胺类双齿配体和2,2-联吡啶类双齿配体中的一种；n-o型配体为氨基酸配体、8-羟基喹啉、β-羰基亚胺和1,3-二(2-吡啶基)丙烷-1,3-二酮中的一种。
进一步的，乙二胺类双齿配体为乙二胺、n1,n2-二甲基乙二胺、n1,n2-二甲基1,2-环己二胺、1,2-环己二胺、n-甲基乙二胺或n-正丁基乙二胺；2,2-联吡啶类双齿配体为2,2'-联吡啶或1,10-邻菲咯啉；氨基酸配体为l-脯氨酸、n-甲基甘氨酸或n，n-二甲基甘氨酸。
优选的，混合有机配体总的摩尔量为铜源用量的10～200％。
优选的，第一配体和第二配体之间的摩尔比为0.1～10。
基于所述的ullmannc-n交叉偶联反应催化剂的合成方法，包括如下步骤，
步骤1，在氩气保护下，向容器中加入芳胺、卤代烃、铜源、碳酸钾、混合有机配体和dmf，氩气保护下加热至150℃-180℃进行回流反应1-6h；
步骤2，反应完毕后，过滤，所得固体用dmf洗涤；然后，搅拌下向所得dmf洗涤液中滴加水，有灰白色固体析出；过滤灰白色固体，洗涤、干燥；
步骤3，将上述灰白色固体用硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到浅白色固体。
优选的，步骤1中，铜源用量为卤代烃或芳胺物质的量的0.1-10％。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明所述的ullmannc-n交叉偶联反应催化剂，采用两种或两种以上不同种类有机配体，充分发挥不同类型配体之间的协同作用。本发明利用o-o、n-n、n-o型配体之间的有机组合，提高了催化剂的催化活性，从而提高了原料转化率和产物选择性；并且配体之间的有机组合，使催化剂和配体之间形成的空间拓扑结构，孔隙多，表面积大，有利于不同结构的底物和催化剂体系相互结合，形成有效的催化反应模式，大大拓展了底物的适应性，避免了复杂配体繁琐的合成过程，不仅可以有效降低反应成本，还可以减少有机合成过程中带来的环境污染和人员健康伤害等问题。该催化剂具有产物转化率高、选择性高、用量少、底物适应性广、反应条件温和和成本低等优点，有望用于大规模工业化生产。本发明催化剂解决了现有催化剂活性低、催化剂用量大、底物适应性有限等缺点。
本发明的合成方法，由于采用了高催化活性的催化剂进行催化反应，使得反应可以在较低温度、较短时间内完成，使反应条件更加温和。
具体实施方式
以下为本发明的实施例，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，其目的仅在于更好地理解本发明的内容。因此本发明的保护范围不受所举实施例的限制。
本发明所述的ullmannc-n交叉偶联反应催化剂，包括铜源和混合有机配体，混合有机配体包括第一配体和第二配体，第一配体为o-o型配体，第二配体为n-n型配体和n-o型配体中的一种或两种。
其中，所述铜源为金属铜或铜盐，铜盐选自cui、cubr、cucl、cuscn、cu2o、cuo、cu(ch3coo)2、cubr2、cucl2、cuso4、cuco3、cu2so3、cu2(oh)2co3、cu(no3)2、cu2p2o7和cu3(po4)2等含铜化合物。
所述o-o型配体为二醇类配体、β-二酮类双齿配体、β-酮酸酯类双齿配体、冠醚类双齿配体中的一种；二醇类配体如乙二醇、丙二醇、丁二醇及其衍生物；β-二酮类双齿配体如2,2,6,6-四甲基-3,5-二酮、2-丙酰基环己酮、2-乙氧甲酰基环己酮等；β-酮酸酯类双齿配体如2-氧代环己基甲酸乙酯等；冠醚类双齿配体如18-冠-6、15-冠-5、二环已烷并-18-冠-6等。
所述的n-n型配体是乙二胺类双齿配体、2,2-联吡啶类双齿配体中的一种；所述的n-o型配体是氨基酸配体、8-羟基喹啉、β-羰基亚胺、1,3-二(2-吡啶基)丙烷-1,3-二酮中的一种。乙二胺类双齿配体如乙二胺、n1,n2-二甲基乙二胺、n1,n2-二甲基1,2-环己二胺、1,2-环己二胺、n-甲基乙二胺、n-正丁基乙二胺等；2,2-联吡啶类双齿配体如2,2'-联吡啶、1,10-邻菲咯啉及其衍生物等；氨基酸配体如l-脯氨酸、n-甲基甘氨酸、n，n-二甲基甘氨酸等。
所述的混合有机配体总的摩尔量为铜源用量的10～200％，优选50～100％。
所述的第一配体和第二配体之间的摩尔比为0.1～10，优选为0.5～2。
基于上述ullmannc-n交叉偶联催化剂的合成方法，包括如下步骤，
步骤1，在氩气保护下，向容器中加入芳胺、卤代烃、铜源、碳酸钾、混合有机配体和dmf，氩气保护下加热至150℃-180℃进行回流反应1-6h；
步骤2，反应完毕后，趁热过滤，所得固体用dmf淋洗；然后，在高速搅拌下向上述dmf滤液中滴加水，有大量灰白色固体析出；过滤固体，水洗、干燥；
步骤3，将上述灰白色固体用硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到浅白色固体。
其中，步骤1中，铜源用量为卤代烃或芳胺物质的量的0.1-10％，优选为5-10％。
具体实施例如下。
实施例1
在氩气保护下，向50ml的三口瓶中加入1.67g(10mmol)咔唑、1.88g(12mmol)溴苯、0.382g(2mol)碘化亚铜、2.76g(20mmol)碳酸钾、0.113g(0.5mmol)18-冠-6、0.078g(0.5mmol)2,2'-联吡啶和25mldmf，氩气保护下加热至156℃回流反应2h。反应完毕后，取样分析，反应的转化率99％，趁热过滤，固体用10mldmf淋洗。然后，在高速搅拌下向上述dmf滤液中滴加30ml水，有大量灰白色固体析出。过滤固体，水洗、干燥。将上述灰白色固体用硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到2.19g浅白色固体，收率90％。m.p.91-95℃；ir，ν，cm-1：483，563，626，749，846，1022，1171，1230，1337，1357，1448，1476，1500，1592，1627，1773，1891，3049，3442；1hnmr(cdcl3,400mhz),δ:7.00～7.25(m,6h)；7.40～7.60(m,6h)。1hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.26(d,j＝7.7hz,2h),7.73–7.64(m,4h),7.59–7.48(m,5h),7.44–7.36(m,2h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ140.98,137.79,129.93,127.50,127.21,125.99,123.42,120.37,119.97,109.84.hrms(ei)calcdforc18h13n:243.1048[m]+；found:243.1050。
实施例2
在氩气保护下，向50ml的三口瓶中加入1.67g(10mmol)咔唑、1.88g(12mmol)溴苯、0.382g(2mol)碘化亚铜、2.76g(20mmol)碳酸钾、0.226g(1mmol)18-冠-6和25mldmf，氩气保护下加热至156℃回流反应2h。反应完毕后，取样分析，测转化率为87％，趁热过滤，固体用10mldmf淋洗。然后，在高速搅拌下向上述dmf滤液中滴加30ml水，有大量灰白色固体析出。过滤固体，水洗、干燥。将上述灰白色固体用硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到1.95g浅白色固体，收率80％。
实施例3
在氩气保护下，向50ml的三口瓶中加入1.67g(10mmol)咔唑、1.88g(12mmol)溴苯、0.382g(2mol)碘化亚铜、2.76g(20mmol)碳酸钾、0.156g(1mmol)2,2'-联吡啶和25mldmf，氩气保护下加热至156℃回流反应2h。反应完毕后，取样，测转化率为89％，趁热过滤，固体用10mldmf淋洗。然后，在高速搅拌下向上述dmf滤液中滴加30ml水，有大量灰白色固体析出。过滤固体，水洗、干燥。将上述灰白色固体用硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到2.01g浅白色固体，收率82％。
实施例4
在氩气保护下，向50ml的三口瓶中加入1.67g(10mmol)咔唑、3.4g(12mmol)对溴碘苯、0.382g(2mol)碘化亚铜、2.76g(20mmol)碳酸钾、0.113g(0.5mmol)18-冠-6、0.078g(0.5mmol)2,2'-联吡啶和25mldmf，氩气保护下加热至156℃回流反应2h。反应完毕后，取样分析，测得反应的转化率98.5％，趁热过滤，固体用10mldmf淋洗。然后，在高速搅拌下向上述dmf滤液中滴加30ml水，有大量灰白色固体析出。过滤固体，水洗、干燥。将上述灰白色固体硅胶柱层析法分离，洗脱剂为石油醚，收集洗脱液浓缩干燥后得到2.91g白色固体，收率90％。m.p.148～149℃；ir，ν，cm-1：499，529，618，751，827，1010，1023，1182，1231，1317，1363，1403，1453，1480，1497，1535，1597，1624，3045，3499；1hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.14(d,j＝1.5hz,1h),7.97(d,j＝7.8hz,1h),7.49(t,j＝7.7hz,2h),7.42–7.33(m,4h),7.29(dd,j＝13.7,7.5hz,2h),7.20–7.12(m,2h).13cnmr(101mhz,cdcl3)δ140.66,139.13,136.86,133.16,128.97,128.76,128.40,126.16,123.57,120.93,120.47,120.31,109.83,109.62.hrms(ei)calcdforc18h12brn:321.0152[m]+；found:321.0155.
实施例5-15
按照表1和表2中的条件参数，其他条件参数与实施例1相同。
表1实施例5-13的条件参数
表2实施例14-21的条件参数