方法|Beller:Pd催化1,3-二烯羰基化

引言

通讯作者是Mathias Beller,第一作者为Ji Yang
该研究报道了钯催化1,3-二烯羰基化反应:己二酸酯和其他脂肪族二酯的选择性合成
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 简介
己二酸酯和其他脂肪族二酯用途广泛,可以用于塑料、增塑剂、香水、润滑剂、溶剂、活性药物成分(APIQs)等,最大量的用途是用于生产多聚酰胺(尼龙)。
迄今为止,己二酸酯在工业上的的主要生产方法,是使用过量的硝酸氧化混合的环己醇和环己酮,再与相应的醇进行酯化进行制备:
该反应需要到特俗的设备,并且反应后产生当量的一氧化二氮,该化合物对大气的热效应相当于二氧化碳的300倍!
为了避免一氧化二氮的生成,巴斯夫开发了直接二羰基化方法:
类似的,杜邦(Dupont)、壳牌(Shell)、Dow、Kuraray和中石化(Sinopec),都独立开发了从1,3-丁二烯制备己二酸酯的工艺:
在这些开发的过程中,有些反应需要在高温高压下进行,有的反应需要反复。
为此,作者希望研究开发一个更高效的直接制备方法:
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条件优化

条件优化如下图表所示:
以Pd(TFA)2为催化剂,添加相对于催化剂4倍量的PTSA为添加剂,加入2倍催化剂量的配体
当使用HeMaRaPhos L1为配体是,在甲醇中收率比正丁醇高一点(86% vs 85%),反应的正异比均为97:3
随后,在dtbpx L2为配体时,甲醇中不发生转化,正丁醇转化率为80%,正异比提高到98:2。当使用甲苯为溶剂时,也获得了相同的转化率,但是正异比略微下降,为97:3。后面筛选了一些常用的溶剂,没有获得更好的结果。
接下来,作者在甲苯为溶剂条件下,研究了甲醇浓度对单和双羰基化过程:

从图中可知,当使用配体L1时,在各种浓度的甲醇中,反应都给出很好的选择,双羰基化产物收率优秀,并且以10-30%之间的浓度最佳。当使用L2为配体时,随着体系中甲醇浓度的下降,二羰基化产物逐步提高,在10%浓度时候,达到80%以上的收率。

对于两个配体,对1,3-丁二烯进行二羰基甲酯化,作者进行了反应转化考察:

使用配体L1,反应进行到9小时,即达到90%的转化率,后续延长反应时间,对转化率的提升缓慢

当使用配体L2时,反应在前8小时,转化率在10%以下,随后8h-18h呈线性增长至70%,然后转化率趋于稳定,后续延长反应时间变化不大

接下来,作者考察了该反应中可能生成的产物情况:

作者进行了控制实验研究:

作者提出了反应的机理过程:

反应经历两个循环过程进行

评述

作者经过优化探索,实现了二烯的高选择、高转化率制备相应的二羧酸酯
当底物为1,2-丁二烯或1,5-戊二烯时,期望产物收率可到74%,并且区域选择性达到95%。
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