[发明专利]N-杂环卡宾金属环催化剂和方法

说明书

发明领域

本发明涉及N-杂环卡宾-配合的(ligated)金属环催化剂和预催化剂以及相关方法。

发明背景

过渡金属-催化的交叉偶联(cross-coupling)反应适用于多种在药物和材料化学中有应用的化学转化过程。过渡金属催化剂在催化循环中起到关键作用。例如，过渡金属如Pd可以与合适的旁位(spectator)配体配合，所述配体使该金属中心稳定并赋予催化性能所需的反应性模式(reactivity pattern)。叔膦属于最广泛用于交叉偶联反应的预催化剂配体。如今，最广泛使用的一种Pd-膦催化剂体系是基于三苯膦(PPh₃)的。但是，这类催化剂体系通常表现出中等的反应性和载体范围(substrate scope)。在一些情况下，该催化剂或预催化剂体系，如[Pd(PPh₃)₄]表现出短的保质期并在储存时容易分解。已经开发出其它膦配体，但许多需要多步合成，因此通常成本高。此外，许多膦有毒，对空气敏感，甚至自燃。

作为膦配体的替代，已经表明N-杂环卡宾(NHC)与膦相比在过渡金属介导的均相催化中能提供更高的稳定性和增加的催化活性。NHC与膦配体相比具有更强的σ-给体性质，从而与过渡金属中心形成更强的键。基于1，3-二芳基咪唑-2-亚基及其4，5-二氢类似物的NHC配体通常与Pd金属中心一起使用。NHC通常对空气和水分高度敏感，包含NHC的金属配合物通常通过相应的(4，5-二氢)咪唑鎓盐的脱质子化而原位制备。例如，一些催化体系可以包括单独添加催化活性物质的各种组分(例如金属源、卡宾配体的盐等)以原位形成催化活性物质。但是，尽管已表明这类催化剂体系有用，但在许多情况下，难以控制所形成的催化活性物质的量和/或化学组成。

因此，需要改进的方法。

发明概述

本发明提供合成含过渡金属的预催化剂的方法，包括使全都一起包含在单个反应室中的至少三种组分反应形成具有下面结构之一的含过渡金属的预催化剂：

其中M是Pd、Pt或Ru；R^1-8各自独立地不存在，或为氢、烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团，或其中R^1-8中的任两个连接形成环烷基、环杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团；A是碳或杂原子；B是杂原子；C是烷基或芳基；D是杂原子；X¹是卤素、磺酸根或羧酸根；X²是中性配体；Y是反离子；是烷基、杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团；单键或双键；且n是1至3的整数。

本发明还涉及包含具有下面结构之一的化合物的物质组合物，

其中M是Pd、Pt或Ru；R^1-8各自独立地不存在，或为氢、烷基、环烷基、杂烷基、环杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团，或其中R^1-8中的任两个连接形成环烷基、环杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团；A是碳或杂原子；B是杂原子；C是烷基或芳基；D是杂原子；X¹是卤素、磺酸根或羧酸根；X²是中性配体；Y是反离子；是烷基、杂烷基、芳基、杂芳基或它们的取代衍生基团；是单键或双键；且n是1至3的整数；其中该化合物不具有下面结构：

本发明还涉及包含具有下面结构的化合物的物质组合物：

其中是单键或双键。

本发明还涉及包含具有下面结构的化合物的物质组合物：

其中是单键或双键。

附图简述

图1A示出根据本发明一个实施方案的预催化剂的一锅法合成。

图1B示出根据本发明的一个实施方案使用在乙腈中的Pd盐一锅法合成包含咪唑鎓卡宾配体的预催化剂。

图2示出根据本发明的一个实施方案活化本发明的预催化剂以形成催化活性物质的提出机理。

图3A示出饱和N-杂环卡宾配体前体的通常合成。

图3B示出根据本发明的一些实施方案的N-杂环卡宾配体前体的合成。

图3C示出根据本发明的一些实施方案的N-杂环卡宾配体前体的合成。

图4A-J示出根据本发明的一些实施方案的各种预催化剂的合成。

图5示出根据本发明的一些实施方案的预催化剂的通常阴离子交换反应。