專利名稱：咪唑類鎓鹽的合成新方法
技術領域：
本發明涉及ー種合成一系列新型咪唑類鎗鹽的方法，屬于化學合成領域。
背景技術：
咪唑類鎗鹽是ー類性能優良的功能基團，自身具有良好的穩定性，其大都是由陽離子骨架和抗衡離子組成的，以其獨特帶有電荷的結構，備受各國化學家的關注。咪唑類鎗鹽可以應用于離子液，含有咪唑鎗的離子液性能優良，具有高的熱穩定性、高的離子傳導率、低蒸氣壓、低熔點、不可燃和可回收，被廣泛應用于有機合成、液晶材料、光電化學、聚合化學等方面[參見(a) Giernoth, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010,49,2834. (b)Giernoth, R. Angew. Chem. Int. Ed. 2010,49, 5608. ] 咪唑鐵陽離子部分，不僅能與陰離子通過靜電相互吸引，而且能通過(C-H)+…^形成強烈的相互作用，因此可以應用于陰離子傳感器[參見(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.]。咪唑鎗碳二位氫(C2-H)的活性高，在堿性條件下失去ー個質子而變成咪唑卡賓，是比磷配體更好的0 -電子供體,能夠與幾乎所有過渡金屬形成配位化合物[參見(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，主要有兩種策略來制備咪唑類鎗鹽一種是采用親核取代方法制備咪唑類鎗鹽。該方法從咪唑環出發，經Ullman反應制得I-取代咪唑，再經直接季胺化獲得目標產物[參見(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.]。該方法缺點是大部分只能與伯鹵代烴反應，若使用仲或叔鹵代烴則容易得到消除反應產物，并且受到無法直接在氮原子上引入手性基團、不容易直接引入芳基基團等的限制。第二種采用縮合反應制備咪唑類鎗鹽。傳統的方法是使用帶有兩個離去基團的次甲基與1，2-ニ亞胺直接關環得到，也可以隨意改變底物獲得含不同取代基的目標產物[參見(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.]。該類方法雖然能在咪唑N3位上合成帶有芳基取代的咪唑鎗化合物，然而冗長的合成步驟、相對較低的收率及其苛刻的反應條件，使得該類方法缺乏エ業實用十生[參見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、簡單的直接引入芳基，將大大提高N3芳基取代咪唑鎗鹽的實用性。本專利選擇金屬鹽作催化劑，在適當條件下催化咪唑類衍生物與碘鎗鹽反應，高效合成一系列咪唑類鎗鹽。
發明內容
本發明的目的在于提供ー種普適性廣、可以成功合成許多傳統方法難以合成的新型咪唑類鎗鹽，且反應條件溫和、催化劑用量少、反應時間短、產率高、エ藝簡單、操作方便、成本低、環境污染小，有望實現エ業化大規模生產咪唑類鎗鹽的制備新方法。
本發明的技術方案如下
反應式見圖1，將咪唑類衍生物、碘鎗鹽、催化劑和溶劑加入到反應器，啟動反應，反應結束后移除溶劑，通過柱層析或重結晶獲得產物。
Re} ,P‘3RgRj _ Es
Rぺ丫 k3R1^n Y^Ar1 KrN ザ,!^-Ar2
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——Ari盧溶剤へ
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底物I底物2產物3
圖I.咪唑類錯鹽合成反應式其中，底物I咪唑類衍生物可以為取代咪唑衍生物和取代稠環咪唑衍生物，取代位置可以為N1、C2、C4、C5。其中，NI取代基團為R1, R1基可以為芳基、烷基、烯基、炔基等取代基；C2、C4、C5位取代基團分別為R2、R3、R4，R2、R3、R4基可以相同，也可以不同，可以分別
為H、芳基、烷基、烯基、炔基等取代基。其中，底物2碘鎗鹽由陽離子和陰離子兩部分組成，其中陽離子部分的取代基團ArpAr2為芳基等取代基，可以相同，也可以不同；陰離子X_為親核性陰離子、非親核性陰離子。其中，金屬催化劑可以為IIA族、IB族、IIB族、IVB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族的金屬鹽，優選IB族金屬鹽。其中，所用金屬催化劑用量可以為flOO mol%當量(相對于咪唑類衍生物)，優選5 mol%。其中，可以采用質子性與非質子性溶劑為反應溶劑。其中，反應溫度可以為(TC 200°C，優選100°C。其中，反應體系中咪唑類衍生物與碘鎗鹽的摩爾投料比為I : 0. 25 1 : 5，優選為 I : I. 5。其中，反應時間可以從0. I小時到96小時，優選4小時。本發明的有益效果
本發明與現有技術相比，其顯著優點是普適性廣，可以成功合成許多傳統方法難以合成的新型咪唑類鎗鹽；且反應條件溫和、催化劑用量少、反應時間短、產率高；因其エ藝簡單、操作方便、成本低、環境污染小，有望實現エ業化大規模生產。
圖I為咪唑類鎗鹽合成反應式。圖2為1，3_ ニ苯基咪唑鎗四氟硼酸鹽(產物3a)的核磁共振氫譜。
具體實施例實施例I :1，3- ニ苯基-IH-咪唑-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3a)的合成底物I為取代咪唑衍生物苯基咪唑(36 mg),底物2為ニ芳基碘鎗非親核性陰離子鹽ニ苯基碘鎗四氟硼酸鹽(138. 0 mg)，投料比為I : I. 5，催化劑為IB族的銅鹽Cu(OAc)2 H2O (2. 5 mg)，用量為5 mol%當量(相對于底物I咪唑衍生物苯基咪唑)，溶劑選用非質子性溶劑A ニ甲基甲酰胺(I mL)，將上述4種試劑加入反應器，在100で條件下反應4小時。反應結束后移除溶劑，用柱層析方法提純得到灰白色固體，收率97%。核磁共振氫譜(氘代ニ甲亞砜為溶劑，Bruker AMX-400型核磁共振儀)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)。高分辨質譜(Waters-Q-TOF Premier檢測儀)HRMS (ESI) ([M-BF4-]+)計算值 C15H13N2, 221. 1073，測試值，221. 1074。實施例2 :1，3- ニ(2-噻吩基)咪唑鎗對甲苯磺酸鹽(產物3b)的合成實施方法同實施例1，把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代咪唑衍生物2-噻吩咪唑(37. 5mg)，把底物2 ニ芳基碘鎗非親核性陰離子鹽ニ芳基碘鎗四氟硼酸鹽換成ニ雜芳基碘鎗非親核性陰離子鹽ニ(2-噻吩基)碘鎗對甲苯磺酸鹽(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+ 計算值 C11H9N2S2, 233. 0202，測試值，233. 0202。實施例3 : 1，3- ニ苯基-2-こ烯基-IH-咪唑-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3c)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代咪唑衍生物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+)計算值C17H15N2,247. 1230，測試值，247. 1232。實施例4 :1,3,4-三苯基-7"-咪唑-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3d)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代咪唑衍生物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+)計算值 C21H17N2, 297. 1386，測試值，297.1390。
實施例5 4, 5- ニ甲基-1，3- ニ苯基-IH-咪唑_3_鎗四氟硼酸鹽(產物3e)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換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+)計算值C17H17N2, 249. 1392，測試值，249. 1396。實施例6 :3-苯基-1-(苯基こ炔基)-7"-咪唑-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3f)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代咪唑衍生物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 + )計算值 C17H13N2, 245. 1073，測試值，245. 1075。實施例7 :1，3-ニ苯基-7"-苯并咪唑-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3g)的合成實施 方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環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+ 計算值 C19H15N2,271. 1230，測試值，271.1234。實施例8 1,3- ニ苯基-IH-咪唑并[4，5-^]吡啶-3-鎗四氟硼酸鹽(產物3h)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環咪唑衍生物 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+ 計算值C18H14N3, 272. 1182，測試值，272. 1184。實施例9 :2_苯基咪唑并[1，5-a]吡啶_2_鎗四氟硼酸鹽(產物3i)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環咪唑衍生物咪唑并[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+ 計算值 C13H11N2,195. 0917，測試值，195. 0914。實施例10 2-苯基咪唑[1，5-a]吡嗪_2_鎗四氟硼酸鹽(產物3j)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環咪唑衍生物咪唑并[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+ 計算值 C12H10N3,196. 0869，測試值，196. 0872。實施例11 1-苯基咪唑并[1，2-a]吡啶-I-鎗四氟硼酸鹽(產物3k)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環咪唑衍生物咪唑并[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+ 計算值 C13H11N2,195. 0917，測試值，195. 0915。實施例12 :1-苯基咪唑并[l，2_a]吡嗪_1_鎗四氟硼酸鹽(產物31)的合成實施方法同實施例1，只是把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代稠環咪唑衍生物咪唑并[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+ 計算值 C12HltlN3,196. 0869，測試值，196. 0875。實施例13 :1，3- ニ苯基咪唑鎗硝酸鹽(產物3m)的合成實施方法同實施例1，只是把底物2 ニ芳基碘鎗非親核性陰離子鹽ニ芳基碘鎗四氟硼酸鹽換成ニ芳基碘鎗親核性陰離子鹽ニ苯基碘鎗硝酸鹽(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+)計算值 C15H13N2, 221. 1073，測試值，221. 1070。實施例14 1, 3- ニ(2-噻吩基)咪唑鎗硝酸鹽(產物3n)的合成實施方法同實施例1，把底物I取代咪唑衍生物苯基咪唑換成取代咪唑衍生物2-噻吩咪唑(37. 5 mg)，把底物2 ニ芳基碘鎗非親核性陰離子鹽ニ芳基碘鎗四氟硼酸鹽換成ニ雜芳基碘鎗親核性陰離子鹽ニ(2-噻吩基)碘鎗硝酸鹽(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+ 計算值 C11H9N2S2, 233. 0202，測試值，233. 0205。 實施例15 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 *H20換成IIA族的鎂鹽Mg(OAc)2,收率15%。實施例16 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 *H20換成IIB族的鋅鹽Zn (OAc)2,收率8%。實施例17 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 H2O換成IVB族的鈦鹽TiCl3 6H20,收率8%。實施例18 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 H2O換成VIB族的鉻鹽CrCl3 6H20,收率5%。實施例19 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 *H20換成VIIB族的錳鹽Mn(OAc)2,收率12%。實施例20 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu(OAc)2 *H20換成VIIIB 族的銠鹽 RhCl3 nH20,收率 4%。實施例21 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu (OAc)2 *H20用量從5 mol%降低至I mol% (相對于底物I咪唑衍生物)，收率為18%。實施例22 :實施方法同實施例1，只是把催化劑由IB族的銅鹽Cu (OAc)2 *H20用量從5 mol%升高到100 mol% (相對于底物I咪唑衍生物)，收率為78%。實施例23 :實施方法同實施例1，只是把溶劑由非質子性溶劑見ニ甲基甲酰胺換成質子性溶劑H20，收率28%。實施例24 :實施方法同實施例1，只是把反應溫度由100°C降低到0°C，收率3%。實施例25 :實施方法同實施例1，只是把反應溫度由100°C升高到200°C，收率88%。實施例26 :實施方法同實施例1，只是將咪唑衍生物與碘鎗鹽的摩爾投料比由I :I. 5降低到I : 0. 25，即把底物2 ニ苯基碘鎗四氟硼酸鹽用量降低到23 mg,收率20%。實施例27 :實施方法同實施例1，只是將咪唑衍生物與碘鎗鹽的摩爾投料比由I :
I.5升高到I : 5，即把底物2 ニ苯基碘鎗四氟硼酸鹽用量升高到460 mg,收率88%。
實施例28 :實施方法同實施例1，只是將反應時間由4小時減少到0. I小時，收率
7% 0
實施例29 :實施方法同實施例1，只是將反應時間由4小時延長到96小時，收率
85%。
權利要求
1.權利要求ー種利用金屬催化劑在適當條件下催化咪唑類衍生物與碘鎗鹽合成咪唑類鎗鹽的方法。
2.權利要求I中所述的方法，其特征在于咪唑類衍生物可以為取代咪唑衍生物、取代稠環咪唑衍生物，取代位置可以為NI、C2、C4、C5，取代基分別為も、R2, R3> R4。
3.權利要求I中所述的方法，其特征在于碘鎗鹽由陽離子和陰離子兩部分組成碘鎗鹽陽離子部分可以為ニ芳基碘鎗陽離子、ニ雜芳基碘鎗陽離子；碘鎗鹽陰離子部分可以為非親核性陰離子、親核性陰離子，優選非親核性陰離子。
4.權利要求I中所述的方法，其特征在于所用金屬催化劑可以為IIA族、IB族、IIB族、IVB族、VIB族、VIIB族、VIIIB族的金屬鹽，優選IB族金屬鹽。
5.權利要求I中所述的方法，其特征在于所用金屬催化劑用量可以為f100 mol%當量(相對于咪唑類衍生物)，優選5 mol%。
6.權利要求I中所述的方法，其特征在于可以采用質子性與非質子性溶劑為反應溶齊U。
7.權利要求I中所述的方法，其特征在于反應溫度可以為0°C 200°C，優選100°C。
8.權利要求1、2、3中所述，在適當催化條件下，反應體系中味唑類衍生物與碘鎗鹽的摩爾投料比為I : 0. 25 1 : 5，優選為I : 1.5。
9.權利要求I中所述的方法，其特征在于反應時間可以從0.I小時到96小時，優選4小吋。
全文摘要
本發明涉及一種合成一系列新型咪唑類鎓鹽的方法，屬于化學合成領域。以咪唑類衍生物為起始原料，與方便易得的碘鎓鹽在適當條件下反應生成咪唑類鎓鹽。本發明提供的合成方法與傳統方法相比，具有明顯優勢普適性廣，可以成功合成許多傳統方法難以合成的新型咪唑類鎓鹽；且反應條件溫和、催化劑用量少、反應時間短、產率高；因其工藝簡單、操作方便、成本低、環境污染小，有望實現工業化大規模生產。
文檔編號C07D487/04GK102863387SQ201210372909
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月29日 優先權日2012年9月29日
發明者高戈, 呂太勇, 游勁松, 吳迪, 蘭靜波, 宋飛杰, 陳世剛 申請人:四川大學