CN103242357B - 一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法 - Google Patents

一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法。利用2-(三甲基硅)芳基三氟甲烷磺酸盐衍生物与炔烃反应，在催化剂作用下，制备多取代硅杂环戊二烯衍生物，产率较高，合成方法科学合理，且该方法原料易得，适用范围广，分离产率高，实验设备及操作简单易行，便于进一步开发应用。

Description

一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，涉及具有多种取代基硅杂环戊二烯衍生物的通用合成方法。
背景技术
具有多取代的硅杂环戊二烯（噻咯）衍生物具有较低的还原电位和最低空轨道（LUMO），有较强的电子流动性和电子亲合势，接受电子能力很强。这种独特的电子结构使其在光电子材料领域具有极大的应用前景，如用作为电发光（EL）材料、发光二极管（LED）有机半导体材料、电子传输材料、非线性光学材料等。目前所报道的合成方法多使用当量的金属试剂，反应比较苛刻，官能团容忍度低，从而无法有效的实现多取代基团，也限制了取代基团的多样性。
发明内容
本发明的目的是提供一种合成具有多种取代基的硅杂环戊二烯衍生物的通用方法。本发明的技术方案如下：
一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法，是将式（I）所示的2-(三甲基硅)芳基三氟甲烷磺酸盐衍生物与式（II）所示的炔共同与式（III）所示的催化剂在非极性溶剂中反应，反应温度在90℃和所述非极性溶剂的沸点之间；
其中：
R1为苯环上任意位置的取代基，可以为单取代、多取代或并环结构，其表示：
碳原子数为1-12或更多的烷基，比如：甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、…、十一基、十二基、十三基、…、十八基等，更优选为C1-6烷基，进一步优选为C1-4烷基；
碳原子数为6-12的芳基，比如苯基、联苯基、萘基等；
或碳原子数为2-5的杂环芳基，比如噻吩基、噻唑基、吡啶基等。
上述基团可被取代基所取代，所述取代基可以是常见的C1-4烷基或烷氧基、氢原子、卤原子（F、Cl、Br）、氰基、硝基等等。
R2和R3可以相同也可以不同，各自独立地表示：
碳原子数为3-12的硅烷基，比如三甲基硅基、三乙基硅基、三丙级硅基等；
碳原子数为6-12的芳基，比如苯基、联苯基、萘基等；
或碳原子数为2-5的杂环芳基，比如噻吩基、噻唑基、吡啶基等。
上述基团可被取代基所取代，所述取代基可以是常见的C1-4烷基或烷氧基、氢原子、卤原子（F、Cl、Br）、氰基、硝基等等。
本发明所使用的催化剂为氯化烯丙基钯或其二聚物、三叔丁基磷、乙醇锂和溴化钾或四甲基溴化铵的混合物。所有试剂均可用商品化试剂，无需特殊处理。
本发明所使用的非极性溶剂可以是甲苯、二甲苯或1,4-二氧六环等或它们的混合物。该非极性溶剂可用商品化试剂，使用前经分子筛干燥即可。所述非极性溶剂的组成成分可以相同，也可以不同，并无特别要求。
本发明的各种反应原料或试剂的摩尔比优选范围如表1所示：
表1.各种反应原料或试剂的优选摩尔比
上表中，当所用催化剂中的氯化烯丙基钯用其二聚物替代时，则用量为0.025摩尔当量。
本发明方法对非极性溶剂的比例没有严格限制，只要能使反应液均匀搅拌即可，优选1mmol的化合物（I）溶于体积不少于5mL的非极性溶剂。
本发明方法各步反应时间根据不同的原料多少略有不同，以原料检测消失为准，一般6-24小时。
本发明采用油浴（例如硅油，石蜡油等）或其他方式加热，只要维持在反应温度即可。
本发明可对反应后得到的反应液进行后处理，后处理通常是过滤，然后用乙酸乙酯洗涤滤渣，并将洗涤液与滤液合并，然后简单的滤液浓缩，滤液浓缩过程采用常压蒸馏、减压蒸馏、或用旋转蒸发仪蒸发。
为了获得更高纯度的产物，优选对后处理后的产物进行纯化，所述纯化过程可用一定极性的溶剂作洗脱剂，色谱柱分离即可。所选洗脱剂根据产物的不同极性有一定差异。一般情况下，洗脱剂选用石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂，体积比为1：（0.001-0.02）。所使用色谱柱如实验室常用硅胶柱或高效液相色谱柱等，所用硅胶为200-300目。
本发明利用2-(三甲基硅)芳基三氟甲烷磺酸盐衍生物与炔烃反应，在催化剂作用下，制备多取代硅杂环戊二烯（噻咯）衍生物，产率较高，合成方法科学合理，从而提供了一种合成具有多种取代基的硅杂环戊二烯衍生物的通用方法。该方法原料易得，适用范围广，分离产率高，实验设备及操作简单易行，便于进一步开发应用。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1——制备式IVa（R1=H,R2=R3=Ph）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)苯基三氟甲烷磺酸盐，1.2mmol的二苯乙炔，0.05mmol的氯化烯丙基钯，0.1mmol的三叔丁基磷，3mmol的乙醇锂，2mmol的溴化钾以及5mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-2,3-二苯基苯并噻咯250mg（纯度＞98%，无色固体），分离产率80%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.47(s,6H,CH3),6.96-6.99(m,2H,CH),7.04-7.07(m,2H,CH),7.11-7.14(m,2H,CH),7.18-7.21(m,2H,CH),7.26-7.34(m,5H,CH),7.60-7.62(m,1H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-3.51(2CH3),123.98,125.66,126.65,127.05,127.93(2CH),128.34(2CH),128.59(2CH),129.66(2CH),129.76,131.62,138.13,138.16,139.96,142.99,150.71,153.12.
实施例2——制备式IVb（R1=OMe,R2=Ph,R3=TMS）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-3-甲氧基苯基三氟甲烷磺酸盐，1.2mmol的苯基乙炔基三甲基硅烷，0.05mmol的氯化烯丙基钯，0.1mmol的三叔丁基磷，3mmol的乙醇锂，2mmol的溴化钾以及5mL的二甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-2-(三甲基硅)-3-苯基-7-甲氧基苯并噻咯220mg（纯度＞98%，无色油状液体），分离产率65%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.49(s,6H,CH3),3.85(s,3H,CH3),6.69(d,J=7.5Hz,1H,CH),6.76(d,J=8.2Hz,1H,CH),6.96-6.98(m,2H,CH),7.04-7.32(m,9H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-4.03(2CH3),55.41,109.03,117.41,123.60,125.57,126.93,127.87(2CH),128.22(2CH),128.57(2CH),129.68(2CH),131.87,138.32,140.07,143.85,152.32,152.35,162.96.
实施例3——制备式IVc（R1=2F,R2=R3=Ph）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-4,5-二氟代苯基三氟甲烷磺酸盐，2mmol的二苯乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，2mmol的乙醇锂，1mmol的四甲基溴化铵以及6mL的1,4-二氧六环溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应12小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二苯基-5,6-二氟代苯并噻咯174mg（纯度>98%，白色固体），分离产率50%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(CDCl3,399.78MHz)δ:0.47(s,9H),6.85(dd,JH-F=11.8Hz,JH-F=7.6Hz),6.93-6.96(m,2H),7.06-7.17(m,5H),7.28-7.38(m,4H);13CNMR(CDCl3,100.53MHz)δ:-3.62,113.4(d,JC-F=18.2Hz),120.2(d,JC-F=16.3Hz),126.0,127.5,128.0,128.5,128.6,129.4,134.5(t,JC-F=3.9Hz),137.4,139.3,143.8(d,JC-F=3.8Hz),147.6(dd,JC-F=5.3Hz,JC-F=3.8Hz),149.7(dd,JC-F=258Hz,JC-F=13.0Hz),151.3,151.5(dd,JC-F=248Hz,JC-F=13.0Hz).
实施例4——制备式IVd（R1=OMe,R2=R3=2-Thenyl）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-3-甲氧基苯基三氟甲烷磺酸盐，1.2mmol的二(2-噻吩)乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，1mmol的乙醇锂，1mmol的四甲基溴化铵以及8mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二(2-噻吩)-7-甲氧基苯并噻咯258mg（纯度>98%，白色固体），分离产率73%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.57(s,6H,CH3),3.85(s,3H,CH3),6.63(d,J=7.5Hz,1H,CH),6.75(d,J=8.2Hz,1H,CH),6.93-7.02(m,3H,CH),7.16-7.22(m,2H,CH),7.28(t,J=7.9Hz,1H,CH),7.54(dd,J=5.1,0.9Hz,1H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-3.30(2CH3),55.43,109.01,117.07,121.78,126.14,127.07(2CH),127.87,127.93,128.06,132.36,138.10,139.90,141.57,142.54,153.06,162.85.
实施例5——制备式IVe（R1=Naph,R2=R3=Ph）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-萘基三氟甲烷磺酸盐，1mmol的二苯乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，3mmol的乙醇锂，1mmol的溴化钾以及7mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二苯基萘并噻咯210mg（纯度>98%，白色固体），分离产率58%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.52(s,6H,CH3),7.00-7.16(m,6H,CH),7.23-7.27(m,1H,CH),7.33-7.42(m,6H,CH),7.64-7.67(m,1H,CH),7.81-7.83(m,1H,CH),8.06(m,1H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-2.87(2CH3),122.43,125.75,125.79,126.47,127.15,127.82,127.95(2CH),128.39(2CH),128.45,128.58(2CH),129.77(2CH),132.37,132.69,134.59,136.45,138.20,140.07,144.72,147.55,153.65.
实施例6——制备式IVf（R1=OMe,R2=R3=1-Naph）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-3-甲氧基苯基三氟甲烷磺酸盐，1.2mmol的二萘乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，3mmol的乙醇锂，2mmol的溴化钾以及10mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二萘基-7-甲氧基苯并噻咯296mg（纯度>98%，白色固体），分离产率67%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.46(s,3H,CH3),0.49(s,3H,CH3),3.88(s,3H,CH3),6.27(d,J=7.5Hz,1H,CH),6.77(d,J=8.2Hz,1H,CH),6.92(br,1H,CH),7.11-7.17(m,4H,CH),7.31-7.36(m,4H,CH),7.45(d,J=8.2Hz,1H,CH),7.54(dd,J=7.6,1.3Hz,1H,CH),7.65-7.70(m,2H,CH),7.88(d,J=7.6Hz,1H,CH),8.01(d,J=7.3Hz,1H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-4.13,-3.69,55.43,109.11,117.97,123.72,124.86,125.23,125.27,125.35(2CH),125.42(3CH),125.63,126.58,126.67,127.26,127.94,128.05,131.58,131.84,132.09,133.20,133.35,135.93,138.56,146.97,152.40,153.34,162.99.
实施例7——制备式IVg（R1=OMe,R2=R3=4-FPh）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-3-甲氧基苯基三氟甲烷磺酸盐，2mmol的二(4-氟苯基)乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，2mmol的乙醇锂，1.5mmol的四甲基溴化铵以及5mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二(4-氟苯基)-7-甲氧基苯并噻咯223mg（纯度>98%，白色固体），分离产率59%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.47(s,6H,CH3),3.86(s,3H,CH3),6.66(d,J=7.5Hz,1H,CH),6.77-6.91(m,5H,CH),7.01(t,J=8.8Hz,2H,CH),7.11-7.15(m,2H,CH),7.28(t,J=7.9Hz,H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-4.18(2CH3),55.43,109.22,114.96(d,J=21.0Hz,2CH),115.37(d,J=21.1Hz,2CH),117.19,123.38,129.93(d,JC-F=7.8Hz,2CH),131.35(d,JC-F=7.8Hz,2CH),132.02,133.85(d,JC-F=3.4Hz),135.88(d,JC-F=3.5Hz),143.41,151.39,151.95,160.24(d,JC-F=88.1Hz),162.69(d,JC-F=88.9Hz),163.05.
实施例8——制备式IVh（R1=Me,R2=R3=Ph）化合物：
在氮气保护下，在50mL反应管中加入1mmol的2-(三甲基硅)-4-甲基苯基三氟甲烷磺酸盐，1.5mmol的二苯乙炔，0.025mmol的氯化烯丙基钯二聚物，0.1mmol的三叔丁基磷，1mmol的乙醇锂，1mmol的四甲基溴化铵以及5mL的甲苯溶剂。采用油浴将反应温度恒定在120℃下反应24小时。冷却后过滤，浓缩滤液得到粗产物。粗产物经过硅胶柱脱色分离，用石油醚做洗脱剂，得到1,1-二甲基-3,4-二苯基-6-甲基苯并噻咯183mg（纯度>98%，淡黄色固体），分离产率56%。该化合物的核磁数据如下：1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:0.46(s,6H,CH3),2.37(s,3H,CH3),6.93-6.98(m,3H,CH),7.03-7.13(m,4H,CH),7.18-7.20(m,2H,CH),7.26-7.33(m,3H,CH),7.44(s,1H,CH);13CNMR(100MHz,CDCl3)δ:-3.42(2CH3),21.21,123.80,125.51,126.96,127.89(2CH),128.29(2CH),128.59(2CH),129.59(2CH),130.26,132.60,136.30,138.21,138.32,140.04,141.71,148.14,153.02。

Claims (9)

1.一种多取代硅杂环戊二烯衍生物的合成方法，其特征在于，是将式(I)所示的2-(三甲基硅)芳基三氟甲烷磺酸盐衍生物与式(II)所示的炔共同与式(III)所示的催化剂在非极性溶剂中反应，反应温度在90℃和所述非极性溶剂的沸点之间，所述催化剂为氯化烯丙基钯或其二聚物、三叔丁基磷、乙醇锂和溴化钾或四甲基溴化铵的混合物；
其中，R1，R2和R3各自独立地表示取代或非取代的C1-12烷基、C3-12硅烷基、C6-12芳基、或C2-5杂环芳基。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述非极性溶剂选自甲苯、二甲苯或1,4-二氧六环中的一种或几种。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述2-(三甲基硅)芳基三氟甲烷磺酸盐衍生物(I)和炔(II)的摩尔当量比为1：1-2。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，所述催化剂(III)中氯化烯丙基钯，三叔丁基磷，乙醇锂，溴化钾的摩尔当量比为0.05：0.1：1-3：1-2。
5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于，还包括对反应后得到的反应液进行后处理，所述的后处理包括过滤以及使用乙酸乙酯洗涤滤渣后将滤液和洗涤液合并。
6.如权利要求5所述的合成方法，其特征在于，所述后处理还包括将合并后的滤液浓缩，浓缩过程采用常压蒸馏、减压蒸馏、或用旋转蒸发仪蒸发。
7.如权利要求5所述的合成方法，其特征在于，通过色谱柱分离纯化后处理产物，纯化用洗脱剂是石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂，所述色谱柱包括硅胶柱或高效液相色谱柱。
8.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述洗脱剂中石油醚和乙酸乙酯的体积比为1：0.001-0.02。
9.如权利要求7所述的合成方法，其特征在于，所述硅胶柱中的硅胶为200-300目。
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