[发明专利]一种苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种属于有机合成领域，涉及一种苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N‑杂环卡宾类催化剂及其制备方法和应用。所述苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N‑杂环卡宾类催化剂的制备方法包括以下步骤：(1)使用1,1‑二溴代对苯二乙醚、1,4‑二甲氧基苯及多聚甲醛制备柱[5]芳烃S‑I；(2)使用柱[5]芳烃S‑I与N‑甲基苯并咪唑反应制备苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N‑杂环卡宾类催化剂I。本发明所涉及的催化剂制备方法具有收率高、可操作性强、合成路线新颖及后处理方便等优点。本发明所涉及的苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N‑杂环卡宾类催化剂能够成功应用于苯甲醛参与的苯偶姻反应，具有用量低，条件温和，操作简便等优点。

技术领域

本发明公开了属于有机合成技术领域的一种苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂及其制备方法和应用。

背景技术

作为第五代超分子主体，柱[5]芳烃被广泛应用于医药、化学、生物学及功能材料等各个方面。柱[5]芳烃是一个高度对称的结构，具有刚性的骨架及富电子空腔；其两端还具有10个可衍生化位点，有利于对其进行结构及功能化修饰，从而具有不同的化学或生物活性。其中，若选择有机小分子催化剂进行功能化修饰，所得到的衍生化柱[5]芳烃被证实具有良好的催化活性，已逐渐成为化学家的研究热点。

众多有机小分子催化剂中，N-杂环卡宾因具有优异的物理、化学性质和良好的选择性，被广泛应用于有机合成的各个领域。N-杂环卡宾可有效的催化苯偶姻反应、Stetter反应、亲核取代反应等涉及到碳-碳键构筑的转化，为各种需要延长碳链的反应提供新的催化手段及合成思路，但目前效果较好并被广泛使用的N-杂环卡宾类催化剂种类较少，且多数需要较大的催化剂量。鉴于柱[5]芳烃类催化剂在一些反应中所表现出的良好性能，以及N-杂环卡宾在有机合成中的重要作用，通过高效便捷且条件温和的路线合成一类新型的柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂并研究其催化性能具有重要的应用价值。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有的N-杂环卡宾类催化剂的种类较少且用量较大等问题，设计合成一类新型的N-杂环卡宾类催化剂并研究其催化性能。

为了实现上述目的，本发明提供了一种高效便捷且条件温和的合成一类苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂，并研究了其在苯甲醛参与的苯偶姻反应中的催化性能。所述苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂具有式I所示的结构：

其制备方法如式II所示：

下面对本发明进行分步骤说明，即对上式中的各步骤按照顺序进行一步一步地具体说明。

第一步骤是柱[5]芳烃S-I的制备：

将多聚甲醛放入研钵中，充分碾碎后加入到三口烧瓶，随后将1,1-二溴代对苯二乙醚和1,4-二甲氧基苯以及磁子加入三口烧瓶中，抽换气将三口烧瓶中的混合物脱气三次后，在氮气环境下加入1,2-二氯乙烷，将反应体系在室温下剧烈搅拌30分钟后，向反应体系内加入的三氟化硼·乙醚，室温反应1小时后加入甲醇淬灭，将体系进行抽滤，滤液经减压蒸发后，反应混合物通过快速柱层析纯化，用二氯甲烷:石油醚＝1:1洗脱，得到相应的柱芳烃S-I。本步骤的反应式如下：

第二步骤是苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂I的制备：

向圆底烧瓶中加入柱[5]芳烃S-I与磁子，之后加入乙腈将其溶解，在回流温度下加入N-甲基苯并咪唑，过夜反应后将溶剂减压蒸发，然后向反应体系内加入甲基叔丁基醚并超声30分钟，停止超声后将反应体系静置直至沉淀与上清液完全分离并过滤，所得固体加入甲基叔丁基醚再次进行超声，反复进行上述操作至N-甲基苯并咪唑被完全除去，得到苯并咪唑单功能化柱[5]芳烃N-杂环卡宾类催化剂I。本步骤的反应式如下：