二茂铁基丙炔酸甲酯的合成*

马文兵，韩业晶，刘斯斯，连双双，刘世娟，曹端林

(中北大学化工与环境学院，山西太原 030051)

二茂铁基丙炔酸甲酯的合成*

马文兵，韩业晶，刘斯斯，连双双，刘世娟，曹端林

(中北大学化工与环境学院，山西太原 030051)

以二茂铁为原料，经Vilsmeier-Haack反应制得二茂铁甲醛(2);2与磷叶立德经Witting反应得取代烯(3);3在碱性条件下脱卤得二茂铁乙炔(4);在PdCl2催化下，4经羰基化反应合成了新化合物二茂铁基丙炔酸甲酯(5)，其结构经1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。在最佳反应条件［5 mol%PdCl2为催化剂，4 mol% CuI为助催化剂，在K2CO3作用下，回流反应2 h］下，5收率83%。

羰基化反应;二茂铁乙炔;二茂铁基丙炔酸酯;合成

丙炔酸酯是一类具有酯基的不饱和化合物，酯基的吸电子作用使碳碳三键具有较高的活性，易发生亲核加成反应［1］。近三十年来，通过对丙炔酸酯的结构进行修饰得到大量丙炔酸酯衍生物，作为有机合成中间体［2］，广泛应用于医药，香料等化学工业产品中［3］。

到目前为止，将二茂铁基团(Fc)连接到丙炔酸酯上还未见报道。由于二茂铁(FcH)及其衍生物具有疏水性、可氧化性、芳香性、稳定性、低毒性及生物活性［14］等性质。因此合成含有Fc的丙炔酸酯具有深远的研究价值。

本文以FcH为原料，经Vilsmeier-Haack反应得二茂铁甲醛(2);2与磷叶立德经Witting反应得取代烯(3);3在碱性条件下脱卤得二茂铁乙炔(4)(由于4中末端H较活泼，末端炔碳有一定负电性，有利于羰基化反应的进行);4在PdCl2催化下经羰基化偶联反应合成了新化合物二茂铁基丙炔酸甲酯(5，Scheme 1)，其结构经1H NMR，13C NMR和HR-MS表征。并对合成5的反应条件进行了优化。

本文首次以PdCl2为催化剂，CuI为助催化剂，高效合成了二茂铁基丙炔酸酯化合物5。该催化体系具有良好的催化活性;该合成方法具有操作方便、反应时间短、收率较高等优点。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

X-4型数字显微熔点仪(温度未校正); AVANCEⅢBruker-500 MHz型核磁共振仪(CDCl3为溶剂，TMS为内标);Magna-IR 750 Nicolet型傅立叶变换红外光谱仪(KBr压片);APEX IV型傅立叶变换高分辨质谱仪。

2［4］，3［5］和4［6］按文献方法合成;其余所用试剂均为分析纯。

1.2 5的合成

一氧化碳(0.1 MPa)气氛中，向干燥的反应瓶中依次加入4 210 mg(1.0 mmol)，K2CO3276 mg(2.0 mmol)，PdCl28.9 mg(5.0 mol%)，甲醇5 mL和CuI 7.6 mg(4.0 mol%)，搅拌下回流反应至终点(TLC监测)。用乙酸乙酯(3×10 mL)萃取，合并萃取液，用无水硫酸钠干燥，减压蒸除乙酸乙酯后经硅胶柱层析［洗脱剂:V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=50∶1］纯化得橙红色固体5，收率83%，m.p.116℃～118℃;1H NMR δ:4.60(s，2H)，4.35(s，2H)，4.26(s，5H)，3.81(s，3H);13C NMR δ:154.57，88.98，77.82，72.98，70.45，59.90，52.52;HR-MS m/z:Calcd for C14H12O2Fe［M+］268.176 6，found 268.0182 8。

2 结果与讨论

2.1 表征

5的1H NMR分析结果与其分子式C14H12FeO2一致:4.26～4.60处吸收峰归属二茂铁上的9个氢质子;3.81处吸收峰归属甲基氢质子，表明甲基与氧原子相连。在5的13C NMR谱中，154.57处的单峰归属羰基碳。5的HR-MS测试结果与Scheme 1(分子量:2 268.0182 8，分子式: C14H12O2Fe)预期结构吻合。

综上分析结果表明，5为Scheme 1预期产物。

2.2 合成5的反应条件优化

(1)钯催化剂

不同钯催化剂的催化活性差别较大，直接影响羰基化反应。4 1.0 mmol，其余反应条件同1. 2，考察钯催化剂在甲醇与4的羰基化偶联反应中的催化活性，结果见表1。由表1可以看出，以Pd (dba)2，Pd(dppf)Cl2和Pd(PPh3)4为催化剂时，收率均非常低(No.2～No.4);以Pd(OAc)2或Pd (OC=OCF3)2为催化剂时，收率仅为15%(No. 1)和26%(No.5);Pd(PPh3)2Cl2和PdCl2均表现出较好的催化活性，收率分别为55%(No.6)和68%(No.7)。最佳催化剂为PdCl2。

表1 羰基化偶联反应中钯催化剂的催化活性*Table 1The catalytic activity of the palladium catalysts in the carbonylation of coupling reaction

(2)碱

为了提高钯催化剂的催化活性，以PdCl2为催化剂，其余反应条件同2.2(1)，考察不同的有机碱与无机碱为助剂对羰基化偶联反应的影响，结果见表2。由表2可见，无机碱比有机碱显示了更好的活性，收率较高;而强碱KOH的加入，并未使收率提升(No.4)。由此可见，无机碱的加入有利于提高PdCl2的反应活性，K2CO3为助剂时收率最高(68%)。

(3)PdCl2和CuI用量

以PdCl2为催化剂，K2CO3为助剂，其余反应条件同2.2(2)，分别考察PdCl2用量和CuI用量对羰基化偶联反应的影响，结果分别见表3和4。由表3可见，当PdCl2用量为1.0 mol%时，收率几乎为0(No.1);随PdCl2用量增加，反应活性逐渐增强，收率提高;当PdCl2用量增至5.0 mol%(No.4)时，收率最高(76%);PdCl2用量继续增加，收率反而下降(No.5)。

由表4可以看出，助催化剂CuI的用量以4.0 mol%为最佳(No.3)。综上所述，甲醇与4的羰基化偶联反应的最佳反应条件为:5 mol%PdCl2为催化剂，4 mol% CuI为助催化剂，在K2CO3作用下，回流反应2 h，5 收率83%。

表2 碱对羰基化偶联反应的影响*Table 2Effects of different bases on the coupling reaction

表3 PdCl2用量对羰基化偶联反应的影响*Table 3Effects of PdCl2amount on the coupling reaction

表4 CuI用量对羰基化偶联反应的影响*Table 4Effects of CuI amount on the coupling reaction

［1］Winterfeldt E.Additions to the activated CC triple bond［J］.Angew Chem Internat Edit，1967，6: 424-434.

［2］Prasad J S，Liebeskind L S.Acyclic stereochemical control using dicobalt hexacarbonyl stabilized propargyl cations:A highly stereoselective route to β-Methylcarbapenem precursors［J］.Tetrahedron Lett.1987，28:1857-1860.

［3］Orndorff S A，Costantine N，Stewart D，et al.Strain improvement of rhodotorula graminis for production of a novel L-Phenylalanine ammonia-lyase［J］.Appl Environ Microbiol，1988，54(4):996-1002.

［4］M Sato，H Kono，M Shiga，et al.A simple modification of vilsmeier method for the preparation of formylferrocene［J］.Bull Chem Soc，1968，41(1):252.

［5］Luo S J，Liu Y H，Liu C M，et al.An improving method for the preparation of ethynylferrocene［J］. Synth Commun，2000，30(9):1569-1572.

［6］Z Wang，S Campagna，K H Ytmg，et al.A Practical Preparmion of Terminal Alkynes from Aldehydes［J］. Org Chem，2000，65(6): 1889-1891.

Synthesis of Ferrocene Acetylene Acid Ester

MA Wen-bing，HAN Ye-jing，LIU Si-si，LIAN Shuang-shuang，LIU Shi-juan，CAO Duan-lin

(School of Chemical and Environment，North University of China，Taiyuan 030051，China)

Formylferrocene(2)was obtained by Vilsmeier-Haack reaction of ferrocene.Ethynylferrocene(4)was obtained by Witting reaction of 2 with phosphorus ylide and then dehydrohalogenation. A novel compound，ferrocene acetylene acid ester(5)，was synthesized by carbonylation of 4 catalyzed by PdCl2.The structure was characterized by1H NMR，13C NMR and HR-MS.Under the optimum reaction conditions［5 mol%PdCl2was the catalyst，4 mol%CuI was the cocatalyst，and K2CO3as the base，reflux for 2 h］，the yield of 5 was 83%.

carbonylation;ferrocene acetylene;ferrocene;acetylene acid ester;synthesis

O627.8

A

1005-1511(2014)03-0398-3

2013-12-16;

2014-04-09

马文兵(1979-)，男，汉族，山西太原人，讲师，主要从事有机合成方法学的研究。

曹端林，教授，博士，E-mail:cdl@nuc.edu.cn