引用本文
张仕禄, 赵波, 秦大斌, 罗杰伟. 新型吡唑基吡啶衍生物的合成及催化Suzuki 偶联反应[J]. 工业催化, 2019,27(1): 62-66.
Zhang Shilu, Zhao Bo, Qin Dabin, Luo Jiewei. Synthesis of novel pyrazolyl pyridine and its catalytic performance for Suzuki coupling reaction[J]. Industrial Catalysis, 2019,27(1): 62-66.  
DOI:10.3969/j.issn.1008-1143.2019.01.013
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新型吡唑基吡啶衍生物的合成及催化Suzuki 偶联反应
张仕禄1,*, 赵波1, 秦大斌2, 罗杰伟1
1.川北医学院 分析中心,四川 南充 637100
2.西华师范大学 化学化工学院,四川 南充 637002
通讯联系人:张仕禄。E-mail:zslnsmc2012@126.com

作者简介:张仕禄,1986年生,男,重庆市忠县人,硕士,实验师,研究方向为有机合成。

收稿日期: 2018-08-02
基金资助: 四川省科技厅资助项目(2017063); 川北医学院2018年开放性实验
摘要

以4-苯基苯酚和4-叔丁基苯酚为原料设计合成杯芳烃片段桥连的吡唑基吡啶衍生物L1、L2,并采用1H NMR、13C NMR对其结构进行表征。结果表明,化合物L1作为配体, V (DMF)∶ V (水)=2:1为溶剂,在80 ℃时对钯催化Suzuki 偶联反应有良好的促进作用。

关键词: 催化化学; 吡唑基吡啶; Suzuki 偶联反应; 杯芳烃
中图分类号:O626.21;O643.36    文献标志码:A    文章编号:1008-1143(2019)01-0062-05
Synthesis of novel pyrazolyl pyridine and its catalytic performance for Suzuki coupling reaction
Zhang Shilu1,*, Zhao Bo1, Qin Dabin2, Luo Jiewei1
1.Analysis Center,North Sichuan Medical College,Nanchong 637100,Sichuan,China
2.Chemistry and Chemical Engineering,China West Normal University,Nanchong 637002,Sichuan,China
Abstract

Two new pyrazolyl pyridine derivatives L1 and L2 connected by calixarene bridge were designed and synthesized by 4-phenyl phenol and 4- tert-butyl phenol.The structure of L1and L2 was ascertained by1H NMR,13C NMR. The study showed that L1 could accelerate Suzuki cross-coupling reaction in solvent with V (DMF)∶ V (水)=2∶1 at 80 ℃.

Keyword: catalytic chemistry; pyrazolyl pyridine; Suzuki cross-coupling reaction; calixarene

杂环化合物是现代医药、农药研究的重点, 吡唑吡啶类结构因具有较强的配位能力而备受青睐。吡唑吡啶类衍生物广泛应用于抗流感、农药中[1, 2, 3, 4]; 其Cu、Cd等过渡金属配位物在催化、材料、医药等领域也有重要应用[5, 6, 7]。邢永恒等[8]设计合成了Cd(Ⅱ )双苯吡唑基吡啶-草酸混配合物, 研究表明, 该类化合物对氧化环己烷有一定的催化作用。薛岳等[6]报道了2, 6-双吡唑基吡啶Cu(Ⅱ )配合物对环己烯的催化氧化反应, 且具有较好的立体选择性。杯芳烃作为第三代超分子化学研究的主体之一, 其衍生物在分子识别、催化、化学传感器、光电材料等领域有重要应用[9, 10, 11]。以杯芳烃片段为桥连的吡唑基吡啶衍生物的合成鲜有报道。本文以4-苯基苯酚和4-叔丁基苯酚为原料设计合成含有杯芳烃片段的吡唑基吡啶衍生物, 采用1H NMR、13C NMR对其结构进行表征, 并研究其对钯催化的Suzuki 偶联反应的促进作用。

1 实验部分
1.1 主要仪器和试剂

ZFQ85A型旋转蒸发仪, 申科仪表有限公司 ; XT-4型双目显微熔点测定仪(温度计未经校正), 上海团结仪器制造有限公司; 400MHz核磁共振仪, Bruker公司; Agilent Teehnologies 7890A气相色谱。

联苯酚、叔丁基苯酚, 分析纯, 盐城创源化工有限公司; 2-吡唑基吡啶, 参照文献[12]合成; 氢化钠、1, 4-二氧六环、碘甲烷、三溴化磷、乙腈、甲醛、氢氧化钾, 均为分析纯, 成都科龙试剂厂。

1.2 合成路线

图1为化合物L1, L2的合成路线。

图1 化合物L1, L2的合成路线Figure 1 Synthetic routes of compound L1 and L2^a HCHO, KaOH; b CH3I/CH3CN; C PBr3/1, 4-二氧六环; d NaH/1, 4-二氧六环

1.3 合成步骤

1.3.1 化合物6的合成[13]

在干燥的圆底烧瓶中加入15.3 g联苯酚, 75 mL甲醛溶液。冰浴环境搅拌下, 缓慢加入10.2 g氢氧化钾, 在40 ℃下搅拌8天。待反应结束后溶液呈黄色粘稠装液体, 用冰盐酸缓慢中和。过滤得白色固体10.72 g, 收率52%, 熔点(127~128)℃。

1.3.2 化合物5的合成[14]

将化合物6(7.5 g, 20 mmol), 碘甲烷(5 mL, 80 mmol), 无水碳酸钾(36 g)一起加入含有60 mL的无水乙腈的圆底烧瓶中, 在氮气氛环境中45 ℃搅拌12 h。待反应结束后, 用6 mol的HCl中和, 乙醚萃取合并有机相, 无水硫酸镁干燥, 经减压旋蒸得白色粉末状固体7.04 g, 收率80%, 熔点(114~116) ℃。

1.3.3 化合物3的合成

冰浴环境中, 将1.2 mL三溴化磷(12.6 mmol)缓慢注入45 mL含有5.5 g化合物5(12.5mmol)的无水1, 4-二氧六环中。然后室温搅拌24 h, 反应结束后用饱和碳酸氢钠调节溶液至中性, 乙醚萃取合并有机相, 经减压旋蒸得白色粉末状固体5.25 g, 收率93%, 熔点(98~99) ℃。

1.3.4 化合物4的合成

冰浴环境中, 将1.89 mL三溴化磷(20.0 mmol)缓慢注入60 mL含有4.0 g叔丁基苯酚杯芳烃片段(10.0 mmol)的无水1, 4-二氧六环中。室温搅拌24 h, 反应结束后用饱和碳酸氢钠调节溶液至中性, 乙醚萃取合并有机相, 无水硫酸镁干燥, 浓缩得白色粉末状固体4.87 g, 收率93%。熔点(101~102) ℃。

1.3.5 目标化合物L1的合成与结构表征

在氮气环境中向盛有0.2 g NaH 的圆底烧瓶中, 缓慢注入含有0.73 g的2-吡唑基吡啶(5 mmol)溶解于15 mL无水1, 4-二氧六环, 室温搅拌12 h。然后注入20 mL含有1.12 g 化合物3 (2 mmol)的无水1, 4-二氧六环。缓慢升温, 加热回流36 h。待反应结束后, 减压旋出1, 4-二氧六环, 残余物在冰浴环境中, 缓慢加入冰水卒灭过量的NaH 。用二氯甲烷萃取, 浓缩, 经石油醚∶ 乙酸乙酯=8∶ 1柱层析得白色粉末状固体0.95 g, 收率68%, 熔点> 200 ℃。

1H NMR(400 MHz, CDCl3):δ 3.778(s, 6H, -OCH3), δ 4.229(s, 2H, -CH2), δ 5.532(s, 4H, -CH2), δ 6.914(d, J=2.4, 2H, -ArH), δ 7.173-7.207(m, 2H, -ArH), δ 7.271-7.293(m, 3H, -ArH), δ 7.315-7.322(m, 3H, -ArH), δ 7.343-7.361(m, 3H, -ArH), δ 7.393-7.418(m, 4H, -ArH), δ 7.500-7.506(m, 2H, -ArH), δ 7.681-7.724(m, 2H, -ArH), δ 7.900-7.999(m, 2H, -ArH), δ 8.617-8.636(m, 2H, -ArH)。

13C NMR(100MHz, CDCl3):29.673, 51.340, 61.508, 104.719, 119.997, 122.201, 126.874, 127.315, 128.635, 129.648, 129.945, 130.912, 134.305, 136.408, 137.607, 140.040, 149.290, 151.625, 152.241, 155.806。

1.3.6 目标化合物L2的合成与结构表征

化合物L2的合成方法, 参照化合物L1 。得白色粉末状固体, 收率70%, 熔点> 200 ℃。

1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 1.176(s, 18H, -C(CH3)3), δ 3.666(s, 6H, -OCH3), δ 4.102(s, 2H, -CH2), δ 5.453(s, 2H, -CH2), δ 6.888-6.894(m, 2H, -ArH), δ 7.040-7.086(m, 2H, -ArH), δ 7.175-7.190(m, 2H, -ArH), δ 7.194-7.206(m, 2H, -ArH), δ 7.409-7.415(m, 2H, -ArH), δ 7.690-7.734(m, 2H, -ArH), δ 7.952-7.974(m, 2H, -ArH), δ 8.617-8.634(m, 2H, -ArH)。

13C NMR(100MHz, CDCl3):29.590, 31.182, 34.211, 51.588, 61.280, 104.460, 119.920, 122.144, 128.340, 130.678, 133.095, 136.405, 147.149, 149.277, 151.389, 152.377, 154.168。

2 结果与讨论
2.1 反应条件选择

以溴苯和苯硼酸为模版反应研究化合物L1和L2对Suzuki 偶联反应的促进作用。根据文献[15], 在反应釜中加入1 mmol溴苯, 1.2 mmol苯硼酸, 2 mmolKOH, 0.1 mmol PdCl2, 0.1mmol四丁基氟化铵, 3 mL溶剂, 80 ℃反应24 h。反应结束后, 用二氯甲烷萃取3次, 产物含量经Agilent Teehnologies 7890A GC System测定。

表1为配体、溶剂对溴苯与苯硼酸的Suzuki偶联反应的影响。

表1 配体、溶剂对溴苯与苯硼酸的Suzuki 偶联反应的影响 Table 1 Effects of ligand and solvent on Suzuki cross-coupling reaction

从表1可以看出, 只加入钯作催化剂也能发生一定的反应, 但产率只有40%。加入化合物L1、L2、L3作为配体产率均有较大幅度的提高, 但化合物L1效果最好, 产率达到80%。用V (DMF)∶ V(水)=1∶ 1作为溶剂时, 产率达到85%; 当V (DMF)∶ V (水)=2∶ 1产率达到90%; 采用纯DMF作溶剂产率最好93%, 但V (DMF)∶ V (水)=2∶ 1相对环保绿色。因此, 选用L1作为配体, V (DMF)∶ V (水)=2∶ 1作为反应体系溶剂。

2.2 底物普适性

参照文献[14], 在反应釜中加入1 mmol卤代芳烃, 1.2 mmol苯硼酸, 2 mmolKOH, 0.1 mmol四丁基氟化铵, 0.1 mmol配体L1, 溶剂3 mL[V (DMF)∶ V(水)=2∶ 1], 80 ℃反应24 h。反应结束后, 用二氯甲烷萃取3次, 产物含量经Agilent Teehnologies 7890A GC System测定。研究化合物L1对底物的普适性, 结果见表2。从表2可以看出, 碘代芳烃的活性相对较高(序号1~3); 芳环上含有供电子取代基和吸电子取代基都能取得较高的产率, 当含有吸电子基时产率优于供电子基(序号4~7); 当反应物为2-溴吡啶时产率较其他溴代芳香烃稍微有所降低(序号8)。

表2 化合物L1对Suzuki 偶联反应普适性结果 Table 2 Compound L1 for Suzuki cross-coupling reaction

部分产物结构表征如下:

序号1:1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 7.242(m, 2H, Ar-H), δ 7.351(m, 4H, Ar-H), δ 7.441(m, 4H, Ar-H)。

序号4:1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 3.689(s, 3H, -OCH3), δ 6.914(m, 2H, Ar-H), δ 7.244(m, 1H, Ar-H), δ 7.351(m, 2H, Ar-H), δ 7.384(m, 2H, Ar-H), δ 7.485(m, 2H, Ar-H)。

序号5:1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 7.302(m, 1H, Ar-H), δ 7.406(m, 2H, Ar-H), δ 7.515(m, 2H, Ar-H), δ 7.751(m, 2H, Ar-H), δ 8.302(m, 2H, Ar-H)。

序号6 :1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 7.249(m, 1H, Ar-H), δ 7.326(m, 2H, Ar-H), δ 7.403(m, 2H, Ar-H), δ 7.504(m, 4H, Ar-H)。

序号7 :1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 2.617(s, 3H, - CH3), δ 7.289(m, 1H, Ar-H), δ 7.398(m, 2H, Ar-H), δ 7.502(m, 2H, Ar-H), δ 7.603(m, 2H, Ar-H), δ 8.035(m, 2H, Ar-H)。

序号8:1H NMR(400MHz, CDCl3):δ 7.002(m, 1H, Ar-H), δ 7.243(m, 1H, Ar-H), δ 7.357(m, 2H, Ar-H), δ 7.451(m, 1H, Ar-H), δ 7.498(m, 1H, Ar-H), δ 8.013(m, 2H, Ar-H), δ 8.716(m, 1H, Ar-H)。

3 结 论

以联苯酚和叔丁基苯酚为原料, 设计合成了新型以杯芳烃片段为桥连的吡唑基吡啶衍生物L1和L2, 以L1为配体, V (DMF)∶ V (水)=2∶ 1为溶剂, 对钯原位催化Suzuki 偶联反应有良好的促进作用。在最优实验条件下对不同取代基的卤代芳烃都有良好的产率、实验条件温和。表明该类配体在工业上具有广阔的应用前景。

The authors have declared that no competing interests exist.

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