空间接近二酰胺的多米诺类型反应及其在有机合成中的应用_张佳玲.pdf

Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022059720220597(1/9)CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文空间接近二酰胺的多米诺类型反应及其在有机合成中的应用张佳玲1#，吴源源2#，张曼1#，陶正煜1，田勇攀1，张千峰1，童碧海1，何谷峰2，孔辉1（1.安徽工业大学冶金工程学院,分子工程与应用化学研究所,冶金减排与资源循环利用教育部重点实验室,马鞍山 243002；2.上海交通大学电子工程系,上海 200240）摘要 发现了空间接近的双温勒伯(Weinreb)酰胺与格氏试剂在温和条件下的单取代反应,该反应普适性强、操作简便且产率高,反应存在动力学控制和热力学控制2种产物.机理分析表明,该反应发生了分子内亲核取代反应,并生成了稳定的单取代中间体,从而避免了双取代反应的发生.通过该反应制备了一系列4-取代酞嗪酮类化合物,合成了基于酞嗪基团的纯红光三环金属化铱()配合物,采用该配合物制备的有机电致发光器件表现出高效率最大外部量子效率(EQEmax)=10.3%和低浓度猝灭性能.关键词 酞嗪酮；双温勒伯酰胺；格氏试剂；铱()配合物；有机发光二极管中图分类号 O621.25 文献标志码 A doi：10.7503/cjcu20220597Dominoes Type Reaction of Spatially Close Diamides and Their Applications in Organic SynthesisZHANG Jialing1#，WU Yuanyuan2#，ZHANG Man1#，TAO Zhengyu1，TIAN Yongpan1，ZHANG Qianfeng1，TONG Bihai1*，HE Gufeng2*，KONG Hui1*（1.Key Laboratory of Metallurgical Emission Reduction&Resources Recycling，Ministry of Education，Institute of Molecular Engineering and Applied Chemistry，School of Metallurgy Engineering，Anhui University of Technology，Maanshan 243002，China；2.Department of Electronic Engineering，Shanghai Jiao Tong University，Shanghai 200240，China）Abstract A monoaddition reaction of spatially close diamides and Grignard reagents under mild conditions was found.In some case，kinetic-controlled products and thermodynamic-controlled products were obtained at the same time.The key step involved an intramolecular nucleophilic reaction.4-Substituted phthalazinones were conveniently synthesized by this method.Pure red-light-emitting tris-cyclometalated iridium（）complex based on phthalazine building blocks that exhibit high efficiency maximum external quantum efficiency（EQEmax）=10.3%had also been 收稿日期：2022-09-07.网络首发日期：2022-11-14.联系人简介：童碧海,男,博士,教授,主要从事有机电致发光材料方面的研究.Email:何谷峰,男,博士,教授,主要从事电致发光器件方面的研究.Email:孔 辉,男,博士,教授,主要从事纯净钢冶炼及氧化物冶金方面的研究.E-mail:基金项目：国家自然科学基金(批准号:21572001,61975117)、安徽省专项支持计划项目(批准号:T000609)、皖江学者特聘教授项目和安徽省教育厅科研项目(批准号:YJS20210332)资助.Supported by the National Natural Science Foundation of China(Nos.21572001,61975117),the Anhui Special Support Plan,China(No.T000609),the Distinguished Professor of the Wanjiang Scholars Project of China and the Scientific Research Project of Anhui Provincial Department of Education,China(No.YJS20210332).#共同第一作者.CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022059720220597(2/9)synthesized.Keywords Phthalazinone；Bis-Weinreb amide；Grignard reagent；Iridium（）complex；Organic light-emitting diode（OLED）酞嗪是一种重要的杂环化合物，广泛存在于多种具有生物活性的化合物中，如抗癌药物、抗高血压药物和生物膜抑制剂等15.最典型的阿斯替林是一种治疗鼻过敏综合征的高效抗组胺药.酞嗪不仅在生物医学领域，而且在材料领域也有重要的应用.如，聚（二氮杂萘酮醚酮）是一种分子链中含有二氮杂萘酮结构的高性能聚合物，可用于耐热工程塑料和离子交换膜68.此外，由于其优异的配位能力，酞嗪衍生物易于与过渡金属形成稳定的配合物.这些配合物在有机电致发光领域表现出非常优异的性能，如高热稳定性和高器件效率917.4-取代二氮杂萘酮是酞嗪类药物和材料的关键中间体，目前已经开发了多种合成4-取代二氮杂萘酮的方法（Scheme 1）18，19.首先进行邻苯二甲酸酐的Friedel-Crafts酰化，随后与水合肼缩合是一种广泛使用的方法 Scheme 1（A）.但该反应仅适用于富含电子的芳香环底物20.邻苯二甲酸酐与有机金属试剂之间的亲核取代反应也是一种广泛研究的方法 Scheme 1（B）.然而，有机金属试剂与邻苯二甲酸酐的二取代副反应不利于产物的纯化和反应产率.尽管采用芳基铜或芳基镉试剂等作为有机金属试剂时，在某些反应中产率较高，但苛刻的制备条件、有限的反应适应性及有机金属试剂的毒性限制了其应用21.Nguyen等22开发了一种由N，N-二甲氨基邻苯二甲酰亚胺和有机金属试剂合成4-取代二氮杂萘酮的通用方法 Scheme 1（C）.但该方法需要使用高活性自燃试剂原料和苛刻的低温条件（78）.4-取代二氮杂萘酮也可以通过贵金属催化反应合成，但面临催化剂和原料昂贵的问题23，24.同时，这些研究很少关注取代基对邻苯二甲酸酐稳定性及反应活性的影响.事实上，给电子取代基会降低邻苯二甲酸酐的稳定性，使其易于水解，难以保存.这些局限性促使研究者开发一种高效、温和、通用的方法来制备4-取代二氮杂萘酮类化合物.N-甲氧基-N-甲基酰胺，即温勒伯（Weinreb）酰胺，自其被发现以来，在有机合成中获得了广泛应用2527.双温勒伯酰胺可以与有机金属试剂顺利反应，即使在显著过量的有机金属试剂存在下，由于Scheme 1Previous studies on the synthesis of 4substituted phthalazinones and this studyCHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES高 等 学 校 化 学 学 报研究论文Chem.J.Chinese Universities,2023,44(2),2022059720220597(3/9)形成了稳定的金属螯合物中间体，也能使反应停留在生成酮的阶段，而不会生成双取代的产物2830.这类酰胺可方便地由酸或其衍生物制备31.在探索4-取代二氮杂萘酮类化合物的有效合成方法的过程中，本课题组发现了空间接近的双温勒伯酰胺与有机金属试剂（格氏试剂或有机锂试剂）的单取代反应特性，并对反应的条件和底物适用范围进行了研究，推测出了其反应机理.为了进一步说明该方法的便捷性和有效性，采用此方法制备了一种新型的以酞嗪衍生物为配体的铱配合物高效磷光电致发光材料.1 实验部分1.1试剂与仪器间三氟甲基溴苯（纯度98%）、邻二氯苯（纯度99%）、水合肼（纯度98%）、二乙二醇单甲醚（纯度99%）、甘油（纯度99%）和溴苯（纯度98%），上海安耐吉化学有限公司；苯酐（纯度98%）、4，5-二氟苯酐（纯度98%）、N-甲基-N-甲氧基胺盐酸盐（纯度98%）、3，6-二叔丁基咔唑（纯度98%）和乙酰丙酮铱（纯度98%），上海皓鸿生物医药科技有限公司；三氯化磷（纯度98%）、三氯氧磷（纯度98%）、四氢呋喃（THF，分析纯）、二氯甲烷（CH2Cl2，分析纯）、N，N-二甲基甲酰胺（DMF，分析纯）、乙酸乙酯（分析纯）、石油醚（6090，分析纯）和无水硫酸钠（Na2SO4，分析纯），国药集团试剂有限公司.AVANCE 400型核磁共振谱仪（NMR），瑞士Bruker公司；TU-1901型紫外-可见光谱仪（UV-Vis），北京普析通用有限公司；SMARTAPEX 型X射线单晶衍射仪（XRD），德国Bruker公司；Q-TOF6500型高分辨质谱仪（HRMS），美国Agilent公司；FlashSmart型元素分析仪，意大利ThermoFisher公司；DTG-60H型热重-差示扫描量热仪（TG-DSC），日本岛津公司；DSC600型差示扫描量热仪（DSC），日本日立分析仪器有限公司；LS-55型荧光光谱仪（PL），美国PerkinElmer公司；FLS980型荧光光谱仪（PL），英国Edinburgh公司；CHI1140B型电化学工作站，上海辰华仪器有限公司；PR655型光谱亮度计，美国Photo Research公司；Keithley2400型数字原表，美国Keithley公司.1.2实验过程1.2.1 格氏试剂与双温勒伯酰胺的反应条件 格氏试剂（RM）为实验室自制.在氮气保护下，将含 2 mmol双温勒伯酰胺的5 mL THF溶液加入到含8 mmol格氏试剂的15 mL THF溶液中，室温下搅拌反应2 h.用饱和氯化铵水溶液猝灭反应，乙酸乙酯萃取产物，将有机相干燥后蒸除溶剂，以二氯甲烷/乙酸乙酯 V（二氯甲烷）V（乙酸乙酯）=9 1 作洗脱剂，经硅胶柱层析得到亲核单取代产物.1.2.2 4-取代酞嗪酮和哒嗪酮的制备 在氮气保护下，将3 mmol单取代产物和3 mL水合肼溶于20 mL无水乙醇中，回流反应12 h.反应完毕冷却至室温，过滤得到白色的4-取代酞嗪酮或哒嗪酮沉淀.新化合物的熔点、核磁共振波谱及质谱数据见本文支持信息.1.2.3 铱配合物KAPIr的合成 将0.5 g（0.5 mmol）配体6，7-双（3，6-二叔丁基-9H-咔唑-9-基）-N，N-二苯基-4-3-（三氟甲基）苯基 酞嗪-1-胺（11）、75 mg（0.15 mmol）乙酰丙酮铱、3 mL邻二氯苯、6 mL二乙二醇单甲醚和9 mL甘油混合