[发明专利]通过电化学还原制备反应性锌的方法

说明书

本发明涉及一种通过电化学还原制备反应性锌的方法，其中将铁或钢用作阴极材料。

对于制备作为官能化金属有机结构单元的原料的反应性锌的方法存在巨大的需求。这些结构单元例如用于构建药物相关活性化合物或复杂农用化学品。因此，可由反应性锌得到的锌有机基可用于过渡金属辅助的偶合中以形成C，C键，其中可使用烯丙基卤、芳基卤、链烯基卤和炔基卤作为作偶合反应的参与者。此外，锌有机基可加成至羰基化合物上，采用手性辅助试剂甚至可使得这类化合物进行立体有择性变换。

由元素锌直接合成锌有机基由于钝化ZnO层而仅在几种情况下是可能的。这些包括由市售锌粉和α-卤代乙酸酯合成的Reformatsky试剂。此外，反应性卤素化合物，首先为烷基碘，可与未活化的锌粉反应。该反应的缺点是仅可获得α-卤代乙酸酯或烷基碘的锌有机基，而不能获得其他官能化的锌有机基，这使得该制备方法受到严格限制且具有极高的基质特异性。

然而，大部分锌有机基无法由未活化的元素锌获得。用于将锌活化，随后合成相应锌有机基的各种方法已描述于现有技术中。

在Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis，Wiley-VCH Verlag Weinheim，2005中，P.Knochel描述了获得锌有机基的各种方法。这些包括金属转移、锌的化学活化以及通过化学还原制备反应性锌。

就本发明而言，金属转移为金属有机基与通常的无机金属盐之间的反应，其导致有机基部分由一种金属转移至另一种金属。Li和Mg有机基也可用于产生各种相应的锌有机基。该方法的大缺点是由于许多官能团与Li和Mg有机基不相容，通常仅可制备未官能化的金属有机基。官能团如腈基、羧酸酯基、酮基或叔酰胺基由于Li和Mg有机基的加入而受到攻击，因此无法再用于其他反应。其他官能如包含适度酸性质子的乙炔化物、仲酰胺或硝基化合物可被强金属有机基去质子化，因此这些官能团也无法再用于其他反应。

在传统方法中锌通过作为助剂的LiCl、碘化物、二溴乙烷或TMSCl而化学活化。所有这些试剂都用于克服钝化ZnO层。这些反应的缺点是所述化学助剂必须以亚化学计量量或化学计量量加入且必须不干扰随后的锌有机基反应。因此，这些锌有机基的应用受到限制。

锌为通过锂金属在萘的存在下将ZnCl₂化学还原而获得的反应性含锌试剂。该物质与化学活化锌相比具有非常高的反应性。该反应性是由于在无氧和无水条件下生成锌，因此避免形成钝化氧化物层所导致的。该反应的缺点是锂必须以化学计量量使用，从而使得原料成本高，并且还必须接受用于处理反应性碱金属的安全措施所造成的费用的提高。

在Handbook of Functionalized Organometallics-Applications in Synthesis，Wiley-VCH Verlag Weinheim，2005中，P.Knochel还描述了锌的电化学活化。WO-A 01/02625描述了过渡金属催化的电化学还原。此处，将锌阳极阳极溶解以在溶液中产生Zn²⁺。同时，过渡金属在阴极还原，然后插入C-卤键中并使有机基转移至Zn²⁺。可使用的过渡金属为Ni、Co和Fe。该方法的缺点是在将来产物中存在过渡金属。产生的锌有机基固有地被过渡金属污染，然后在下游阶段的产物中也可能存在过渡金属。然而，尤其是在药物活性化合物的合成中，必须避免过渡金属污染，因此由上述方法获得的锌有机基不适于该目的。

在Tetrahedron 2005，61，11125-11131中，N.Kurono、T.Inoue和M.Tokuda描述了另一种通过电化学还原制备反应性锌，即电生锌(EGZn)的方法。在该方法中，将Zn阳极溶解以在溶液中产生Zn²⁺离子。随后将Zn²⁺通过氧化还原介体如萘或直接在阴极上还原并在溶液中形成元素锌。对于插入C-卤键中而言，这具有极高的反应性，因为其不包含任何钝化氧化物层。该方法的缺点是使用无法在工业规模上使用且过于昂贵的Pt电极，并且采用会导致成本提高的0至-10℃的低温。

因此，本发明的目的是提供一种可非常廉价地制备反应性锌而不使用化学还原剂或试剂并且也可在工业规模上使用的方法。

该目的通过一种制备反应性锌的方法实现，其包括如下步骤：

a)提供具有阴极和锌阳极的电解槽，