基本信息
- 項目名稱：
- 芳基胺類化合物的制備--一種新型的碳-氮成鍵方法
- 小類：
- 能源化工
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 有機含氮化合物是一類非常重要的有機物，特別是其中的芳基胺類化合物，在制藥、化工、材料等與國計民生息息相關(guān)的行業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。在這里，本項目設(shè)計發(fā)展了一種通過氯代酰胺來實現(xiàn)碳-氮成鍵的全新方法（即以氯化亞銅為催化劑，無需配體，在室溫即可進行的氯代酰胺對芳基硼酸的親電氨化反應(yīng)），從而高效、高選擇性、高產(chǎn)率的制得了一類芳基酰胺化合物。
- 詳細介紹：
- 有機含氮化合物廣泛存在于自然界，是一類非常重要的有機物。其中的芳基胺類化合物，在制藥、化工和材料等與國計民生息息相關(guān)的行業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，利用過渡金屬催化的碳-氮成鍵方法來制備芳基胺類化合物，多年來一直受到化學家們的關(guān)注和研究。 在這里，本項目設(shè)計發(fā)展了一種通過氯代酰胺來實現(xiàn)碳-氮成鍵的全新方法（即以氯化亞銅為催化劑，無需配體，在室溫即可進行的氯代酰胺對芳基硼酸的親電氨化反應(yīng)），從而高效、高選擇性、高產(chǎn)率的制得了一類芳基酰胺化合物，并對該新型碳-氮成鍵方法的實用價值和應(yīng)用前景進行了探討。 本項目的主要創(chuàng)新點如下： （1）別出心裁的設(shè)計路線——親核試劑氧化至極性反轉(zhuǎn)的親電成鍵模式。這是本方法最根本的創(chuàng)新點，我們以R1R2N+合成子作為氮源來實現(xiàn)碳氮偶聯(lián)，正是這種成鍵模式上的創(chuàng)新，使得本方法有著獨特的優(yōu)勢，也衍生出后面的幾點。 （2）價格低廉的實驗成本。 （3）簡單溫和的反應(yīng)條件。 （4）強大實用的成鍵方法。 本項目的應(yīng)用前景： 芳基胺類化合物，在制藥、農(nóng)藥、精細化工及材料等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。如諾氟沙星、芬太奴、雙氯芬酸鈉等一些常見有用的藥物，其結(jié)構(gòu)單元中都含有氮-芳基化的部分，都屬于芳基胺類化合物。有機光電功能材料正日益引起人們的興趣，尤其是有機發(fā)光二極管（OLED），是柔性顯示屏的重要電子組件。很多OLED其組成材料的基本結(jié)構(gòu)單元中也都含有這種碳-氮成鍵，氮-芳基化的部分。 與之前的方法相比，我們設(shè)計發(fā)展的碳-氮成鍵方法，避免了使用昂貴的Pd和復雜、高毒性的膦配體，而以廉價低毒性的CuCl為催化劑，無需配體，這就為反應(yīng)的放大和工業(yè)化提供了必要的前提。反應(yīng)的底物氯代酰胺也易于制備，使用的氯源是廉價易得的次氯酸鈣。并且，本方法室溫下即可進行，操作簡單，在非常溫和的條件下實現(xiàn)了高產(chǎn)率、高選擇性。另外，本體系可以同時兼容溴、碘鹵代官能團，這是一些經(jīng)典方法很難實現(xiàn)的，利用本方法可以制備出一些通常方法很難制得的化合物。 因此，本項目發(fā)展的新型碳-氮成鍵方法，提供了一條制備如以上藥物、有機光電材料等芳基胺類化合物的新途徑，有著較高的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 目的：有機含氮化合物是一類非常重要的有機物，特別是其中的芳基胺類化合物，在制藥、化工、材料等領(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。因此，利用過渡金屬催化的碳-氮成鍵方法來制備芳基胺類化合物，多年來一直受到化學家們的關(guān)注和研究。 基本思路：早期制備芳基胺類化合物的方法，使用的氮源都是R1R2N-合成子。在這里，我們設(shè)計了一種將親核試劑氧化至極性反轉(zhuǎn)的親電成鍵模式，使用氯代酰胺作為R1R2N+合成子，發(fā)展了一種新型的碳-氮成鍵的方法來制備芳基胺類化合物，即以廉價低毒性的CuCl為催化劑，不需要配體，在室溫下即可進行的氯代酰胺對芳基硼酸的親電氨化反應(yīng)。 創(chuàng)新點：1、別出心裁的設(shè)計路線——親核試劑氧化至極性反轉(zhuǎn)的親電成鍵模式。這是本方法最根本的創(chuàng)新點，正是這種成鍵模式的創(chuàng)新，使得本方法有著獨特的優(yōu)勢，也衍生出后面的幾點。2、價格低廉的實驗成本。催化劑是廉價易得、低毒性的CuCl。3、簡單溫和的反應(yīng)條件。室溫下即可進行，條件非常溫和。4、強大實用的成鍵方法。可以兼容芳環(huán)上的鹵代官能團。 技術(shù)關(guān)鍵：1、利用次氯酸鈣制得氯代酰胺。2、以CuCl為催化劑，無需配體，碳酸鈉作堿，室溫下實現(xiàn)氯代酰胺對芳基硼酸的親電氨化反應(yīng)，制得碳-氮成鍵的芳基酰胺化合物。 主要技術(shù)指標：1、碳氮-成鍵反應(yīng)的選擇性。2、目標產(chǎn)物芳基胺類化合物的產(chǎn)率。3、本方法的適用范圍以及催化體系的兼容性。
科學性、先進性
- 利用過渡金屬催化的碳-氮成鍵方法來制備芳基胺類化合物，已經(jīng)有一百多年的歷史，使用的催化劑主要是鈀和銅。早期的Ullmann反應(yīng)需要使用過量的銅粉，溫度高達200度，后續(xù)處理困難，產(chǎn)率低。鈀催化的反應(yīng)有條件溫和、反應(yīng)簡單等優(yōu)點，然而鈀催化劑同樣有著不可避免的缺點：毒性較大，價格高，以及對不穩(wěn)定而且劇毒的有機膦配體的依賴等。 在這里，本項目設(shè)計發(fā)展了一種通過氯代酰胺來實現(xiàn)碳-氮成鍵的全新方法，從而高效、高選擇性、高產(chǎn)率的制得了一類芳基酰胺化合物，成功實現(xiàn)了碳-氮成鍵。 本方法的催化劑是廉價易得、低毒性的銅，這便于反應(yīng)的放大。本方法在室溫下即可進行，條件非常溫和，大大擴展了底物的適用范圍?；谶@種方法的特點和優(yōu)越性，本體系可以同時兼容溴、碘鹵代官能團，這是一些經(jīng)典方法很難實現(xiàn)的，利用本方法，我們制備出了12個世上還沒有的芳基酰胺化合物。因此，本項目發(fā)展的新型碳-氮成鍵方法，提供了一條制備芳基酰胺化合物的新途徑，有著較高的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 發(fā)表在SCI期刊 《德國應(yīng)用化學》 上，Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 6414-6417.（化學領(lǐng)域的頂級雜志《德國應(yīng)用化學》，SCI 影響因子：10.031）其評審專家評價我們的工作為“最重要的貢獻之一”。 這篇論文發(fā)表后，即被國內(nèi)《有機化學》雜志的亮點介紹欄目選中點評。 2008年12月，榮獲第五屆“中國青少年科技創(chuàng)新獎”，并在人民大會堂接受頒獎。 2009年6月，榮獲湖北省第七屆“挑戰(zhàn)杯”大學生課外學術(shù)科技作品競賽特等獎。
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 自主知識產(chǎn)權(quán)
作品可展示的形式
- 實物、產(chǎn)品，模型，圖片
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 有機含氮化合物在有機物中占有很大的比重，許多是生命活動不可缺少的物質(zhì)。其中的芳基胺類化合物，在制藥、農(nóng)藥、精細化工及材料等領(lǐng)域有著非常重要的應(yīng)用。 如諾氟沙星、芬太奴、雙氯芬酸鈉等藥物，其結(jié)構(gòu)單元中都含有氮-芳基化的部分，屬于芳基胺類化合物。另外，有機發(fā)光二極管，是柔性顯示屏的重要電子組件，其組成材料的基本結(jié)構(gòu)單元中也大都含有這種氮-芳基化的部分。 與之前的方法相比，我們設(shè)計提出的碳-氮成鍵方法，避免了使用昂貴的Pd和高毒性的膦配體，而以廉價低毒性的CuCl為催化劑，無需配體（每500克CuCl是3,612元人民幣，每50克PdCl2就要20,482元），這就為反應(yīng)的放大提供了必要的前提。本方法室溫下即可進行，在非常溫和的條件下實現(xiàn)了高產(chǎn)率、高選擇性。另外，本體系可以同時兼容溴、碘鹵代官能團，這是一些經(jīng)典方法很難實現(xiàn)的。 因此，本項目發(fā)展的新型碳-氮成鍵方法，提供了一條制備如以上藥物、有機光電材料等芳基胺類化合物的新途徑，有著較高的實用價值和廣闊的應(yīng)用前景。
同類課題研究水平概述
- 利用過渡金屬催化的碳-氮成鍵方法來制備芳基胺類化合物，已經(jīng)有一百多年的發(fā)展歷史，但是直到最近的十年左右，才取得了突破性的進展，其使用的過渡金屬催化劑，主要是鈀和銅。 1、早期的Ullmann反應(yīng) 早期的Ullmann反應(yīng)局限于鹵代芳烴和芳胺之間的偶聯(lián)。在反應(yīng)中人們通常使用過量的銅粉，反應(yīng)的溫度通常高達200度，反應(yīng)的后續(xù)處理困難，反應(yīng)產(chǎn)物復雜，產(chǎn)率也不高。 2、鈀催化的 Buchwald-Hartwig 反應(yīng) 1995年，Buchwald 和 Hartwig 兩個小組同時提出以鹵代芳烴和胺為原料，以金屬鈀做催化劑，有機膦作配體，在堿的作用下直接進行的碳氮偶聯(lián)反應(yīng)。此后，這類反應(yīng)不斷進步，逐漸形成體系，成為過去十年中金屬有機化學的一個亮點，被稱為 Buchwald-Hartwig 反應(yīng)。 3、銅催化的配體改進的Ullmann反應(yīng) 然而，經(jīng)過多年對鈀催化偶聯(lián)反應(yīng)的研究，人們也逐漸認識到鈀催化劑的一些缺點，這主要包括：毒性較大，價格較高，以及對不穩(wěn)定而且劇毒的有機膦配體的依賴性等。為了尋找廉價而且低毒的催化劑，人們又對銅作為催化劑的碳氮偶聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生了濃厚的興趣。 在1998年到2001年，國內(nèi)的馬大為小組報道了鹵代芳烴與α-氨基酸或β-氨基酸之間進行偶聯(lián)得到 N-芳基-α-氨基酸的反應(yīng)。反應(yīng)使用CuI作催化劑，條件較為溫和。在此基礎(chǔ)上，Buchwald等系統(tǒng)地研究了銅催化的胺芳基化反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)雙齒氮配體可以很好的促進反應(yīng)的進行，同時雙齒氮配體氮原子上取代基團的數(shù)目對反應(yīng)有很大影響。 4、銅催化的 Chan-Evans-Lam 氧化偶聯(lián)反應(yīng) 另一方面，在1998年，Chan，Evans和Lam三個小組幾乎同時提出了銅催化的芳基硼酸和胺的碳-氮成鍵氧化偶聯(lián)反應(yīng)。這類反應(yīng)是在金屬催化劑的作用下，同時提供氧化劑，芳基親核試劑作原料提供含碳基團，胺類提供含氮基團進行的碳氮偶聯(lián)反應(yīng)。但是該方法需要加入當量的氧化劑，底物的適用范圍也比較有限。
