一种温和条件下钴催化脲基导向芳烃的高选择性单烯基化的方法

技术领域

本发明属于化工合成领域，具体涉及一种采用金属钴催化脲基导向芳烃的高选择性单烯基化方法。

技术背景

烯烃是有机化合物中无处不在的基团，通常在天然产物，药物分子，有机材料等中具有的应用前景(Chem.Soc.Rev.2015,44,1070；J.Med.Chem.2010,53,139)。在过去的几十年中，已经开发了各种方法将烯烃基团引入芳烃或芳杂烃中。过渡金属催化的芳烃或芳杂烃C—H功能化为引入芳族化合物引入烯基提供了许多直接且具有区域选择性的方法(ChemCommun,2012,48，36)。

目前，芳族化合物的选择性烯基化反应主要由昂贵的金属催化剂如钯、铑、钌、铱和金属氧化剂进行催化反应(Chem.Rev.2010,110,1147-1169；Chem.Soc.Rev.2012,41,3651-3678)，而且需要较高的反应温度和较长的反应时间(Org.Lett.2021,23,9078-9082.)。此外，反应的选择性也较差，经常有双取代产物的生成。在前述的合成方法中，所必须的昂贵金属催化剂、金属氧化剂、高温等条件极大地增加了合成成本和难度，且选择性差使其难以分离。这都极大地限制了这些方法的实用性。这些缺陷不仅带来了安全和环境隐患，还给工业放大生产带来了较高的成本。因此，寻找一种廉价且高选择性的催化剂和温和催化反应条件是降低芳族化合物单烯基化反应成本和实现工业化生产的关键技术问题。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种采用廉价金属钴催化脲基导向芳烃的高选择性单烯基化方法，以提高反应效率，适用性广。本发明方法具有反应条件温和、副反应少、反应选择性高等特点，并且在反应过程中使用廉价的金属催化剂和非金属氧化剂催化，反应节能高效，生产成本低，环境友好。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：制备方法如下:将式Ⅰ所示的1，1-二甲基-3-苯基脲类化合物、式Ⅱ所示烯烃、金属钴催化剂五甲基环戊二烯羰基二碘钴，氧化剂，添加剂，金属活化剂双三氟甲烷磺酰亚胺银盐溶解在溶剂中进行反应，即得如Ⅲ所示的反应产物：

反应路线如下：

式中，R

R

具体的，所述的1,1-二甲基-3-苯基脲类化合物选自1,1-二甲基-3-苯基脲、1,1-二甲基-3-(2-甲基苯基)脲、1,1-二甲基-3-(3-甲基苯基)脲、1,1-二甲基-3-(4-氟苯基)脲、1,1-二甲基-3-(4-氯苯基)脲；优选为1,1-二甲基-3-苯基脲。

具体的，所述的烯烃类化合物选自丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸苄酯、丙烯酸环己酯、丙烯酸3-甲氧基丙酯、丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸三氟乙酯；优选为丙烯酸乙酯。

具体的，所述的氧化剂选自醋酸铜、三氟甲磺酸铜、磷酸银、碳酸银、过硫酸钠、苯醌、醋酸碘苯中的任意一种；优选为苯醌。

具体的，所述的添加剂选自醋酸钠、醋酸钾、醋酸铯、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾、磷酸钠、磷酸钾、磷酸氢二钠中的任意一种；优选为醋酸钠。

具体的，所述混合溶液中1，1-二甲基-3-苯基脲类化合物、烯烃、五甲基环戊二烯羰基二碘钴、氧化剂、添加剂和双三氟甲烷磺酰亚胺银盐的用量比为0.1-0.5mmol：0.2-0.6mmol：0.015-0.06mmol：0.15-0.75mmol：0.03-0.06mmol：0.02-0.07mmol。优选为0.1mmol：0.25mmol：0.015mmol：0.2mmol：0.04mmol：0.04mmol。

具体的，所述的溶剂选自二氯甲烷、二氯乙烷、甲醇、1,4-二氧六环、四氢呋喃中的任意一种；优选为二氯乙烷。

具体的，所述的溶剂量为反应中每0.1mmol1,1-二甲基-3-苯基脲类化合物添加溶剂0.5-3ml。优选为2ml。

具体的，反应温度控制为25-50℃；优选为25℃。

具体的，反应的停留时间为18-36h；优选为24h。

具体的，制备方法如下:将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中,25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤,用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶,滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为90％。

进一步地，反应结束后，所得到的反应液经过浓缩，柱层析提纯式Ⅲ所示的反应目标产物。

所述柱层析的洗脱剂为己烷与乙酸乙酯按照体积比1：1的混合溶剂。

有益效果：

本发明方法具有反应条件温和，反应温度低，反应时间短，副反应少，反应选择性高，生产成本低，产品质量好等优点，在反应过程中廉价的金属催化剂催化，室温反应节能高效，适于推广应用。

对比实施例1-11可知，即实施例1中当氧化剂为苯醌，添加剂选自为醋酸钠，溶剂为1,2二氯乙烷时反应效果为最佳，25℃下，收率最高，收率为90％，产物中全部为单取代化合物。

通过对比例1、对比例2与实施例1的比较，在只改变钴催化剂的种类而不改变其它反应条件下，对比例1、2未能检测到反应产物的生成，说明五甲基环戊二烯羰基二碘钴作为催化剂对于该反应是必须的。

通过对比例3、对比例4与实施例1进行比较，可以发现，在使用其他的金属活化剂的情况下，反应收率低甚至不反应。

附图说明

图1是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)苯基)丙烯酸乙酯(1a)的

图2是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)苯基)丙烯酸乙酯(1a)的

图3是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-甲基苯基)丙烯酸乙酯(3a)的

图4是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-甲基苯基)丙烯酸乙酯(3a)的

图5是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-6-甲基苯基)丙烯酸乙酯(2a)的

图6是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-6-甲基苯基)丙烯酸乙酯(2a)的

图7是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-甲氧基苯基)丙烯酸乙酯(4a)的

图8是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-甲氧基苯基)丙烯酸乙酯(4a)的

图9是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-氟苯基)丙烯酸乙酯(5a)的

图10是本发明实施例中的化合物3-(2-(3,3-二甲基脲基)-4-氟苯基)丙烯酸乙酯(5a)的

具体实施方案

根据下述实施例，可以更好地理解本发明。

表1为部分目标产物。

实施例1：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为90％，产物中全部为单取代化合物。

实施例1：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。40℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为91％，产物中全部为单取代化合物。

实施例2：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、过硫酸钠(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为80％，产物中全部为单取代化合物。

实施例3：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钾(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和二氯甲烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为79％，产物中全部为单取代化合物。

实施例4：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸铯(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为78％，产物中全部为单取代化合物。

实施例5：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、碳酸银(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和二氯甲烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为79％，产物中全部为单取代化合物。

实施例6：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、三氟甲磺酸铜(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为71％，产物中全部为单取代化合物。

实施例7：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、碳酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为66％，产物中全部为单取代化合物。

实施例8：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、醋酸碘苯(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、磷酸钾(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为69％，产物中全部为单取代化合物。

实施例9：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、碳酸银(0.3mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、碳酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.15mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。40℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为91％。，产物中全部为单取代化合物

实施例10：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和二氯甲烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。30℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为89％，产物中全部为单取代化合物。

实施例11：化合物2a的合成

将1,1-二甲基-3-(2-甲基苯基)脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为76％，产物中全部为单取代化合物。

实施例12：化合物3a的合成

将1,1-二甲基-3-(4-甲基苯基)脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为62％，产物中全部为单取代化合物。

实施例13：化合物4a的合成

将1,1-二甲基-3-(2-甲氧基苯基)脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为69％，产物中全部为单取代化合物。

实施例14：化合物5a的合成

将1,1-二甲基-3-(4-氟苯基)脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为81％，产物中全部为单取代化合物。

实施例15：化合物6a的合成

将1,1-二甲基-3-(4-氯苯基)脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为77％，产物中全部为单取代化合物。

实施例16：化合物1b的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸甲酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为80％，产物中全部为单取代化合物。

实施例18：化合物1c的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸三氟乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为74％，产物中全部为单取代化合物。

对比例1：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、氯化钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。40℃下搅拌24小时，未检测到反应产物的生成。

对比例2：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、硫酸钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、双三氟甲烷磺酰亚胺银盐(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。40℃下搅拌24小时，未检测到反应产物的生成。

通过对比例1、对比例2与实施例1的比较，在只改变钴催化剂的种类而不改变其它反应条件下，对比例1、2未能检测到反应产物的生成，说明五甲基环戊二烯羰基二碘钴作为催化剂对于该反应是必须的。

对比例3：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、六氟锑酸银(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时反应混合物用100-200目硅胶过滤。用10毫升二氯甲烷冲洗硅胶。滤液真空浓缩得到粗产品，以己烷：乙酸乙酯(1：1)为洗脱剂，柱层析纯化得到纯品，收率为30％，产物中全部为单取代化合物。

对比例4：化合物1a的合成

将1,1-二甲基-3-苯基脲(0.1mmol)、五甲基环戊二烯羰基二碘钴(0.015mmol)、苯醌(0.2mmol)、三氟甲烷磺酸银(0.04mmol)、醋酸钠(0.04mmol)、丙烯酸乙酯(0.25mmol)和1,2二氯乙烷(2.0mL)添加到25mL装有磁力搅拌棒的密封管中。25℃下搅拌24小时，未检测到化合物的生成。

通过对比例3、对比例4与实施例1进行比较，可以发现，在使用其他的金属活化剂的情况下，反应收率低甚至不反应。