一种胺类化合物与磷氧化合物构筑C-P键的方法

一种胺类化合物与磷氧化合物构筑c-p键的方法
技术领域
1.本发明涉及催化合成技术领域。更具体地，涉及一种胺类化合物与磷氧化合物构筑c-p键的方法。

背景技术：

2.含磷有机分子是一类重要的有机化合物，广泛应用于医药、农药、化学生物学、合成化学及材料化学等众多领域。因此，建立简单高效的合成有机磷化合物的方法具有重要的合成意义。在众多方法中，通过可见光催化的c
–
h/p
–
h直接交叉偶联构筑c
–
p键简单直接。例如，2011年，magnus rueping等人利用铱催化的c
–
h键和p
–
h键偶联反应合成了α-氨基膦酸酯，在该反应中，o2作为氧化剂参与反应(chemmun.2011,47,8679-8681)；2021年，bing yu等人利用光催化剂4czipn-t
bu和强氧化剂叔丁基过氧化氢，经质子耦合电子转移过程实现了异的磷酸化反应(j.am.chem.soc.2021,143(2),964-972)。这些现有的合成技术通常需要借助氧化剂来实现。在无氧化剂存在下利用光催化实现c
–
p键的构筑鲜有报道。例如，2019年，本课题组利用烷基钴肟络合物作光催化剂，在可见光照射下，高效实现了二芳基磷氧与烯(炔)烃的偶联(加成)反应(j.am.chem.soc.2019,141,13941-13947)。相比于传统的合成方法，这种光催化放氢交叉偶联反应避免了氧化剂的使用，缩短了反应步骤，具有优异的步骤经济性和原子经济性。随着绿化学和可持续发展理念的普及，开拓一种新型的无需自由基引发剂和氧化剂参与的光催化放氢交叉偶联体系来构筑c
–
p键是大势所趋。
3.半导体量子点为发展新的光催化体系解决上述问题提供了思路。归因于其优异的光捕获能力、可调节的能带结构、丰富的表面位点和多重激子生成等特性，量子点(qds)成为了有机转化的新型理想光催化剂(chem.eur.j.2018,24,11530-11534；chem.soc.rev.2020,49(24),9028-9056.)。此前，申请人利用量子点作光催化剂，在无需氧化剂和自由基引发剂的条件下，分别实现了二硫化合物的合成、醇的氧化，碳碳键和碳硫键的构筑等重要的有机转化(angew.chem.int.ed.2014,53(8),2085-2089；angew.chem.int.ed.2017,56(11),3020-3024；chem 2021,7(5),1244-1257；angew.chem.int.ed.2021,60(21),11779-11783.)。申请人在中国专利cn 201710326976.1和cn 201810223387.5中公开了构筑c
–
c键和c
–
s键。本发明在此基础上提供了一种光催化构筑c
–
p键的方法。

技术实现要素：

4.本发明的一个目的在于提供一种胺类化合物与磷氧化合物构筑c-p键的方法，该方法在无氧化剂和自由基参与的情况下，实现了光催化c
–
h与p
–
h交叉偶联构筑c
–
p键。
5.为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
6.一种胺类化合物与磷氧化合物构筑c-p键的方法，包括以下步骤：
7.1)将光催化剂加入至溶剂中，得溶液a；
8.2)将胺类化合物与磷氧化合物加入至溶液a中，得溶液b；
9.3)在惰性气氛中，用可见光源照射溶液b，胺类化合物与磷氧化合物反应构筑c-p键。
10.本发明中，在光催化剂作用下，胺基化合物中氮邻位的c-h键能被活化生成碳自由基，磷氧化合物中的p-h键被活化成磷自由基，碳自由基和磷自由基发生偶联反应，最终形成c
–
p键。
11.优选地，所述胺类化合物中至少存在一个c1位的c-h键。
12.本发明中，胺基化合物中与氮邻位的碳原子至少有一个c-h键(c1)，该c1位的c-h键的键能比c3位的c-h键键能弱，更活泼，所以更容易被光催化剂氧化参与反应。
13.优选地，所述胺类化合物具有式1或式2所示的结构式：
[0014][0015]
其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r
10
、r
11
、r
12
、r
13
、r
14
、r
15
和r
16
各自独立的为h、烷基、烷氧基、苯基、酯基或卤素。
[0016]
优选地，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r
10
、r
11
、r
12
、r
13
、r
14
、r
15
和r
16
各自独立的为h、烷基、烷氧基、苯基或卤素。
[0017]
优选地，式1或式2化合物上的烷基为ch3，ch2ch3；烷氧基为och3；
[0018]
优选地，式1中：r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8和r9独立的为h；或
[0019]
r7为och3，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0020]
r7为ch3，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0021]
r7为ch2ch3，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0022]
r7为苯基，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0023]
r7为f，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0024]
r7为cl，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0025]
r7为br，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r8和r9独立的为h；或
[0026]
r2和r3独立的为och3，r1、r4、r5、r6、r7、r8和r9独立的为h。
[0027]
优选地，式2中：r
10
、r
11
、r
12
、r
13
、r
14
、r
15
和r
16
独立的为h。
[0028]
优选地，所述磷氧化合物具有式3或式4所示的结构式：
[0029][0030]
其中，r1和r2为烷基或苄基，
[0031]
r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r
10
、r
11
和r
12
各自独立的为氢、烷基、烷氧基、苯基、酯基或者
卤素。
[0032]
优选地，式3或式4化合物上的烷基为c1～c3烷基链。
[0033]
优选地，式3中：r1和r2独立的为苄基；或，
[0034]
r1和r2独立的为ch2ch3；或；
[0035]
r1和r2独立的为ch(ch3)2。
[0036]
优选地，r3～r
12
皆为h。
[0037]
优选地，所述光催化剂选自下列量子点中的一种或多种：cdse、cds、cdte、znse、zns、cdse/zns、cdse/zno、cdse/cds、cdte/cdse、cds/znse、cds/znte、znse/cds或cuins2。
[0038]
本发明中的量子点光催化剂具有优异可见光响应、多激子生成、光生电荷分离和迁移快的特点，是一类具有广泛应用前景的光催化剂。一个可能的实施方式是，所述光催化剂在溶液b中的摩尔浓度在零到饱和摩尔浓度之间，且不包括零；进一步优选为1
×
10-7
m～1
×
10-3
m。
[0039]
优选地，所述溶液a中还加入有金属盐；
[0040]
所述金属盐为氯化镍、氯化铁、氯化钴、硫酸镍、硫酸铁、硫酸钴、硝酸镍、硝酸铁或硝酸钴；本发明中金属盐溶液作为反应的助催化剂，可提高反应的速率。
[0041]
优选地，溶液a中金属盐溶液的浓度≥1
×
10-4
mol/l。所述金属盐在溶液中达到饱和浓度后，可以继续增加金属盐的含量，只是在理论上没有经济价值，因此更优选地，所述金属盐溶液的浓度为1
×
10-4
mol/l至饱和浓度；进一步地，所述溶液的浓度为1
×
10-4
mol/l～2.0mol/l。
[0042]
本发明中的溶剂只是为了给反应物提供溶液环境，本领域技术人员有能力选择合适的溶剂，本发明对此不作限制。
[0043]
优选地，所述溶剂为有机溶剂；
[0044]
进一步优选地，所述溶剂选自乙腈、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、甲醇、乙醇、异丙醇和四氢呋喃中的一种或多种。
[0045]
优选地，溶液b中胺类化合物与磷氧化合物的摩尔比为1:0.01～100；
[0046]
优选地，溶液b中胺类化合物与磷氧化合物的摩尔比为1:0.1～10。
[0047]
优选地，溶液b中胺类化合物的浓度1
×
10-10
mmol/l～饱和浓度；溶液b中磷氧化合物的浓度1
×
10-10
mmol/l～饱和浓度。
[0048]
本发明中可见光源为能够提供稳定可见光的光源，本发明对其类型不作限制，例如，包括但不限于太阳光、led灯、汞灯或氙灯。
[0049]
本发明的有益效果如下：
[0050]
本发明首次实现了通过可见光驱动量子点催化胺类化合物与磷氧化合物反应构筑c-p键，且反应条件温和，在室温常压下光源照射量子点催化剂就可以实现，不需要高温高压等苛刻的反应条件；同时反应物简单，不需要氧化剂、自由基引发剂参与，底物无需预活化，步骤少，原子经济。
附图说明
[0051]
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
[0052]
图1示出本发明实施例1中产物二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸
酯的氢谱图。
[0053]
图2示出本发明实施例1中产物二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0054]
图3示出本发明实施例1中产物二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0055]
图4示出本发明实施例4中产物二苄基(s)-(2-(4-甲氧基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
[0056]
图5示出本发明实施例4中产物二苄基(s)-(2-(4-甲氧基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0057]
图6示出本发明实施例4中产物二苄基(s)-(2-(4-甲氧基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0058]
图7示出本发明实施例5中产物二苄基(s)-(2-对甲苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
[0059]
图8示出本发明实施例5中产物二苄基(s)-(2-对甲苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0060]
图9示出本发明实施例5中产物二苄基(s)-(2-对甲苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0061]
图10示出本发明实施例6中产物二苄基(s)-(2-(4-乙基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
[0062]
图11示出本发明实施例6中产物二苄基(s)-(2-(4-乙基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0063]
图12示出本发明实施例6中产物二苄基(s)-(2-(4-乙基苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0064]
图13示出本发明实施例7中产物二苄基(s)-(2-([1,1
’‑
联苯]-4-基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
[0065]
图14示出本发明实施例7中产物二苄基(s)-(2-([1,1
’‑
联苯]-4-基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0066]
图15示出本发明实施例7中产物二苄基(s)-(2-([1,1
’‑
联苯]-4-基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0067]
图16示出本发明实施例8中产物二苄基(s)-(2-(4-氟苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
[0068]
图17示出本发明实施例8中产物二苄基(s)-(2-(4-氟苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的碳谱图。
[0069]
图18示出本发明实施例8中产物二苄基(s)-(2-(4-氟苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的磷谱图。
[0070]
图19示出本发明实施例8中产物二苄基(s)-(2-(4-氟苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氟谱图。
[0071]
图20示出本发明实施例9中产物二苄基(s)-(2-(4-氯苯基)-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的氢谱图。
基)膦氧化物的磷谱图。
具体实施方式
[0092]
为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。
[0093]
实施例1
[0094]
化合物二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯的合成，步骤如下：
[0095]
1)取4ml浓度为8.0
×
10-5
mol/l的cdse量子点水溶液，加入0.1ml浓度为2mol/l的硝酸的混合溶液，将该混合溶液在离心机上离心分离，除去上层水溶液，得到固体物质；此步骤的目的是(1)除去量子点表面的配体；(2)通过离心沉淀的方法除去溶剂水，得到固体物质，利于用其他溶剂进行研究。
[0096]
2)将步骤1)中的固体物质加入4ml的乙腈，超声2分钟，得到澄清的乙腈混合溶液；
[0097]
3)在10ml试管中加入步骤2)中的混合溶液，并将0.1mmol n-苯基四氢异喹啉、0.2mmol亚磷酸二苄酯、200μl nicl2·
6h2o(0.1m)加入到乙腈混合溶液中，得到反应液；
[0098]
4)在氩气保护下，采用led蓝光光照射步骤3)中的反应液18h；
[0099]
5)旋干法除去反应溶剂，再用硅胶过柱分离，得到产物二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯。
[0100]
其中产物的收率为90％。核磁氢谱、碳谱、磷谱鉴定产物为二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯，氢谱图见图1，碳谱图见图2，磷谱图见图3。
[0101]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.36
–
7.26(m,4h),7.27
–
7.18(m,8h),7.18
–
7.06(m,4h),6.96(d,j＝8.3hz,2h),6.79(t,j＝7.3hz,1h),5.28(d,j＝19.6hz,1h),5.00(dd,j＝11.6,7.3hz,1h),4.90(ddd,j＝20.6,11.7,8.0hz,2h),4.76(dd,j＝11.7,7.7hz,1h),4.01(ddd,j＝12.9,8.5,4.8hz,1h),3.70
–
3.50(m,1h),3.14
–
3.04(m,1h),3.02
–
2.87(m,1h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ149.31(d,j＝5.5hz),136.50(d,j＝5.5hz),136.45(d,j＝4.6hz),136.34(d,j＝6.0hz),130.51(s),129.16(s),128.77(d,j＝2.6hz),128.40(s),128.32(s),128.23(s),128.20(s),128.18(s),128.11(s),127.97(d,j＝4.6hz),127.51(d,j＝3.5hz),125.94(d,j＝2.9hz),118.65(s),114.99(s),68.55(d,j＝7.3hz),67.74(d,j＝7.8hz),59.07(d,j＝157.4hz),43.62(s),26.86(s).
31
p nmr(162mhz,cdcl3)δ24.38.
[0102]
实施例2
[0103]
实施例2中构筑c-p键的过程与实施例1相比较，不同之处在步骤3)中没有添加nicl2·
6h2o，反应也制备得到了二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯，只是其产率为69％，没有实施例1高。
[0104]
对比例1
[0105]
对比例1中构筑c-p键的过程与实施例1相比较，不同之处在于步骤4)中的反应过程是在空气中进行的，结果发现反应不能进行，说明本发明中够c-p键的反应必须是在惰性气氛中才能进行。
[0106]
实施例3
[0107]
测定不同溶剂种类对合成结果的影响，即方法步骤同实施例1，不同之处在于改变
步骤2)中的溶剂，将溶剂由乙腈替换为n,n-二甲基甲酰胺，反应也制备得到了二苄基(2-苯基-1,2,3,4-四氢异喹啉-1-基)膦酸酯，只是其产率为34％，没有实施例1高。
[0108]
实施例4-12
[0109]
在实施例4-12中，构筑c-p键的反应过程与实施例1完全相同，不同的是改变了胺类化合物的种类，具体请见表1：
[0110]
表1不同胺类化合物得到的结果
[0111][0112]
实验得知，当n-芳基四氢异喹啉上含有不同类型的取代基如烷基、烷氧基、苯基、卤素时，该反应均能得到很高的收率，说明本发明的底物适用范围广。当苯环上含有双取代烷氧基时，反应效果依旧良好。当5-苯基-4,5,6,7-四氢噻吩[3,2-c]吡啶作底物时，反应也能很好地进行。
[0113]
实施例13-15
[0114]
在实施例13-15中，构筑c-p键的反应过程与实施例1完全相同，不同的是改变了磷氧化合物的种类，具体请见表2：
[0115]
表2不同磷氧化合物得到的结果
[0116][0117]
实验得知，不同的磷氧化合物均能与n-芳基四氢异喹啉偶联，实现c
–
p键构筑。
[0118]
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可
以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

技术特征：

1.一种胺类化合物与磷氧化合物构筑c-p键的方法，其特征在于，包括以下步骤：1)将光催化剂加入至溶剂中，得溶液a；2)将胺类化合物与磷氧化合物加入至溶液a中，得溶液b；3)在惰性气氛中，用可见光源照射溶液b，胺类化合物与磷氧化合物反应构筑c-p键。2.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述胺类化合物中至少存在一个c1位的c-h键。3.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述胺类化合物具有式1或式2所示的结构式：其中，r1、r2、r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r
10
、r
11
、r
12
、r
13
、r
14
、r
15
和r
16
各自独立的为h、烷基、烷氧基、苯基、酯基或卤素。4.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述磷氧化合物具有式3或式4所示的结构式：其中，r1和r2为烷基或苄基，r3、r4、r5、r6、r7、r8、r9、r
10
、r
11
和r
12
各自独立的为氢、烷基、烷氧基、苯基、酯基或者卤素。5.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述光催化剂选自下列量子点中的一种或多种：cdse、cds、cdte、znse、zns、cdse/zns、cdse/zno、cdse/cds、cdte/cdse、cds/znse、cds/znte、znse/cds或cuins2。6.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述溶液a中还加入有金属盐；优选地，所述金属盐为氯化镍、氯化铁、氯化钴、硫酸镍、硫酸铁、硫酸钴、硝酸镍、硝酸铁或硝酸钴；优选地，溶液a中金属盐溶液的浓度≥1
×
10-4
mol/l。7.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述溶剂为乙腈、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、甲醇、乙醇、异丙醇和四氢呋喃的一种或多种。8.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，溶液b中胺类化合物与磷氧化合物的摩尔比为1:0.01～100。9.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，溶液a中量子点的浓度为零至饱和浓度，且不包括零；溶液b中胺类化合物的浓度为1
×
10-10
mmol/l～饱和浓度；溶液b中磷氧化合物的浓度1
×
10-10
mmol/l～饱和浓度。
10.根据权利要求1所述构筑c-p键的方法，其特征在于，所述可见光源选自太阳光、led灯、汞灯或氙灯。

技术总结

本发明公开一种胺类化合物与磷氧化合物构筑C-P键的方法，包括以下步骤：1)将光催化剂加入至溶剂中，得溶液A；2)将胺类化合物与磷氧化合物加入至溶液A中，得溶液B；3)在惰性气氛中，用可见光源照射溶液B，胺类化合物与磷氧化合物反应构筑C-P键。本发明首次实现了通过可见光驱动量子点催化胺类化合物与磷氧化合物反应构筑C-P键，且反应条件温和，在室温常压下光源照射量子点催化剂就可以实现，不需要高温高压等苛刻的反应条件；同时反应物简单，不需要氧化剂、自由基引发剂参与，底物无需预活化，步骤少，原子经济。原子经济。