末端炔烴C-H鍵的堿催化的甲硅烷基化制造技術

本發明專利技術涉及溫和、高效并且通常直接的C(sp)?H鍵甲硅烷基化。多個實施方案包括方法，每個方法包括以下或主要由以下組成：使包含末端炔基C?H鍵的至少一種有機基質與至少一種有機硅烷和堿金屬氫氧化物的混合物在足以形成甲硅烷基化的末端炔基部分的條件下接觸。該方法在基本上不存在過渡金屬化合物下可操作。還公開了與這些方法相關的體系。

【技術實現步驟摘要】
【國外來華專利技術】末端炔烴C-H鍵的堿催化的甲硅烷基化相關申請的交叉引用本申請要求于2014年9月2日提交的第62/044,754序列號、于2015年4月13日提交的第62/146,541序列號和于2015年6月9日提交的第62/172,969序列號的美國專利申請的優先權的權益，出于所有目的，這些專利申請的內容通過引用并入本文。政府權利本專利技術使用根據由美國國家科學基金會授予的撥款號CHE1212767的政府支持而完成。政府具有本專利技術中的某些權利。
本專利技術涉及用于使用堿金屬氫氧化物、醇鹽或氫化物催化劑和有機硅烷試劑使炔烴基質——即含有末端炔烴C(sp)-H鍵的炔烴基質甲硅烷基化的方法。背景使有機部分甲硅烷基化的能力已在近年來吸引了極大關注，這歸因于甲硅烷基化材料本身、或作為用于例如在農用化學、藥學和電子材料應用中所使用的其他重要材料的中間體的效用。在過去幾十年間，已經分配了相當大的努力來開發強大的催化劑結構以完成各種C-H官能化反應，徹底改變化學合成的邏輯并因此簡化合成化學。實現這種具有挑戰性的轉化可能常常需要使用化學計量的添加劑、苛刻的反應條件、絡合物配體，并且最值得注意的是貴金屬預催化劑。值得注意的是，使用貴金屬催化劑用于這些轉化的需求仍然是根本的和長期的限制。用于合成乙炔基硅烷類的策略已經利用了強堿或已經依賴于化學計量的或催化性過渡金屬物質諸如Pt、Zn、Au和Ir，通常在高溫下使用多種預活化的有機硅偶聯配偶體。已經研究了廉價且可商購的含氫硅烷類(hydrosilanes)，但是，此特定的硅源已經帶來新的挑戰：必需的原位Si-H鍵活化需要外源的堿、犧牲性氫受體(sacrificialhydrogenacceptor)或氧化劑，以及升高的溫度(即80℃-120℃)。另外，不希望的炔烴的氫化硅烷化可能是競爭性的，使催化劑和反應設計更加復雜。這些因素已經引起了對范圍和實際應用的重要限制。例如，值得注意的是，在以上提及的報告中不存在在藥學和天然產物應用中重要的基質種類，例如脂族胺類和含氮雜環類。盡管末端乙炔類具有固有酸性，開發用于交叉脫氫的(cross-dehydrogenative)C(sp)-Si鍵形成的溫和且通用的化學計量或催化方法仍然是本領域的長期挑戰。本專利技術利用本文中引用的發現來避免與之前已知的方法相關聯的問題中的至少一些。概述本文公開了一種溫和、高效并且通常直接的C(sp)-H鍵甲硅烷基化。催化的交叉脫氫法避免了之前策略的限制并且在C-H甲硅烷基化反應中之前前所未有的以數克級別和高收率以及優良的化學選擇性成功地偶聯了炔烴和含氫硅烷。顯著地，催化劑可以為KOH和NaOH。多個實施方案包括方法，每個方法包括以下或主要由以下組成：使包含末端炔基C-H鍵的至少一種有機基質與至少一種有機硅烷和堿金屬氫氧化物、醇鹽或氫化物(優選氫氧化物)的混合物在足以形成甲硅烷基化的末端炔基部分的條件下接觸。這樣的方法在基本上不存在過渡金屬化合物或其他電磁或熱的引發或增長(electromagneticorthermalinitiationorpropagation)時可操作。在一些實施方案中，有機硅烷包括式(I)、式(II)或式(III)的有機硅烷：(R)4-mSi(H)m(I)(R)3-m(H)mSi-(CH2)q-Or-Si(R)3-p(H)p(II)R-[-SiH(R)-O-]n-R(III)其中R被靈活地定義，m和p獨立地為1、2或3；q為0、1、2、3、4、5或6；r為0或1；并且n為10至100。例如，在一些實施方案中，有機硅烷獨立地為(R)3SiH、(R)2SiH2或(R)SiH3。在式(II)的一些實施方案中，q為0。在式(II)的一些實施方案中，r為0。在一些實施方案中，R獨立地為烷氧基、烷基、烯基、芳基、芳氧基、雜芳基、芳烷基或雜芳烷基。在一些實施方案中，堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉(NaOH)或氫氧化鉀(KOH)。在一些實施方案中，堿金屬醇鹽是醇鈉(例如NaOMe、NaOEt、NaO-t-Bu)或醇鉀(例如KOMe、KOEt、KO-t-Bu、KO-t-戊基)。在一些實施方案中，堿金屬氫化物是氫化鈉(NaH)或氫化鉀(KH)。有機基質通常被定義為具有至少一個末端炔基C-H鍵、具有下式：R1-C≡C-H，其中R1包括H、任選地被取代的烷基、任選地被取代的烯基、任選地被取代的炔基、任選地被取代的芳基、任選地被取代的雜烷基、任選地被取代的雜芳基、任選地被取代的芳烷基、任選地被取代的雜芳烷基或任選地被取代的金屬茂。方法用以此方式定義的廣泛的基質是可操作的。具有兩個或更多個末端炔烴C-H鍵的化合物通常在不連續的、依序的反應中也提供甲硅烷基化的產物。基質包括單獨的化合物、寡聚物和聚合物。在使用具有兩個或三個Si-H鍵的硅烷(例如R2SiH2或(R)SiH3)的某些實施方案中，使包含末端炔基C-H鍵的第二或第三有機基質與甲硅烷基化的末端炔基部分同時或依序地接觸，可以形成二炔基硅烷產物或三炔基硅烷產物。一旦形成，甲硅烷基化的末端炔基部分可以經受多種已知的化學反應，并且當與本文描述的本專利技術的方法結合時，使用這些已知方法的方法被認為是在本專利技術的范圍內。例如，當與本文描述的本專利技術的甲硅烷基化方法結合時，以下隨后的反應中的至少一個是在范圍內的：(a)使甲硅烷基化的末端炔基部分與另一種不飽和部分在[2+2]或[4+2]環加成反應中反應以形成芳族、雜芳族、環烯基或雜環烯基部分；(b)使甲硅烷基化的末端炔基部分與第二不飽和的有機部分在交叉復分解反應(cross-metathesisreaction)中反應以形成二烯烴或聚烯烴產物；(c)使甲硅烷基化的末端炔基部分聚合；(d)使甲硅烷基化的末端炔基部分與有機疊氮化物在[3+2]疊氮化物-炔烴環加成反應中反應(通常被稱為“點擊化學”，包括1,3-偶極環加成)；(e)使甲硅烷基化的末端炔烴部分氫化；(f)去除最初添加至末端炔基C-H鍵的甲硅烷基，使得甲硅烷基化充當對于其他轉化的保護基團；(g)使甲硅烷基化的末端炔基部分與芳族鹵化物在足以形成炔基-芳烴鍵的條件下反應；和(h)使甲硅烷基化的末端炔基部分與N-鹵代琥珀酰亞胺在陽離子型金催化劑的存在下反應以產生末端炔基鹵化物。另外，在其中至少一種有機硅烷包含任選地被取代的C1-12烯基或雜烯基，使得該甲硅烷基化的末端炔基部分包含硅鍵合的任選地被取代的C1-12烯基或雜烯基的情況中，某些實施方案包括這些方法，所述方法還包括使該甲硅烷基化的末端炔基部分與醇和催化劑在產生甲硅烷基化的末端炔基部分的分子內烯丙基化的條件下反應。另外，在其中至少一種有機硅烷包含2-吡啶基(如本文中由(Me)2(吡啶基)SiH或(i-Pr)2(吡啶基)SiH實例)的情況中，所述方法還包括使甲硅烷基化的末端炔基部分與銅碳鎂化催化劑(coppercarbomagnesationcatalyst)和任選地被取代的芳基鎂絡合物或任選地被取代的雜芳基鎂絡合物在足以使甲硅烷基化的末端炔基部分碳鎂化的條件下反應。仍另外的實施方案提供了使碳鎂化的甲硅烷基化的末端炔基部分與任選地被取代的芳基碘或任選地被取代的雜芳基碘在鈀催化劑的存在下反應以形成三取代的甲硅烷基化的烯烴。并且，仍另外的實施方本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種方法，所述方法包括使包含末端炔基C?H鍵的至少一種有機基質與至少一種有機硅烷和堿金屬氫氧化物的混合物在足以形成甲硅烷基化的末端炔基部分的條件下接觸。

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】2014.09.02 US 62/044,754;2015.04.13 US 62/146,541;1.一種方法，所述方法包括使包含末端炔基C-H鍵的至少一種有機基質與至少一種有機硅烷和堿金屬氫氧化物的混合物在足以形成甲硅烷基化的末端炔基部分的條件下接觸。2.如權利要求1所述的方法，其中至少一種有機硅烷包括式(I)、式(II)或式(III)的有機硅烷：(R)4-mSi(H)m(I)(R)3-m(H)mSi-(CH2)q-Or-Si(R)3-p(H)p(II)R-[-SiH(R)-O-]n-R(III)其中：m和p獨立地為1、2或3；q為0、1、2、3、4、5或6；r為0或1；n為10至100；并且每個R獨立地為鹵素(例如F、Br、Cl、I)(條件是至少一個R為包含碳)、任選地被取代的C1-12烷基或雜烷基、任選地被取代的C1-12烯基或雜烯基、任選地被取代的C1-12炔基或雜炔基、任選地被取代的C5-20芳基或C3-20雜芳基、任選地被取代的C6-30烷芳基或雜烷芳基、任選地被取代的C5-30芳烷基或雜芳烷基、任選地被取代的-O-C1-12烷基或雜烷基、任選地被取代的-O-C5-20芳基或-O-C3-20雜芳基、任選地被取代的-O-C5-30烷芳基或雜烷芳基、或任選地被取代的-O-C5-30芳烷基或雜芳烷基，并且如果被取代，取代基可以為膦酸根、磷酰基、氧膦基、膦基、磺酸根、C1-C20烷基硫烷基、C5-C20芳基硫烷基、C1-C20烷基磺酰基、C5-C20芳基磺酰基、C1-C20烷基亞磺酰基、C5-C20芳基亞磺酰基、磺酰氨基、氨基、酰氨基、亞氨基、硝基、亞硝基、羥基、C1-C20烷氧基、C5-C20芳氧基、C2-C20烷氧基羰基、C5-C20芳氧基羰基、羧基、羧酸根、巰基、甲酰基、C1-C20硫酯、氰基、氰酸根、硫代氰酸根、異氰酸酯、硫代異氰酸酯、氨基甲酰基、環氧基、苯乙烯基、甲硅烷基、甲硅氧基、硅烷基、硅氧烷氮烷基、硼酸根、硼基或鹵素，或含有金屬的基團或含有準金屬的基團，其中所述準金屬是Sn或Ge，其中所述取代基可以任選地向包括氧化鋁、二氧化硅或碳的不溶性或微溶性支持介質提供鏈接部。3.如權利要求2所述的方法，其中所述有機硅烷是(R)3SiH、(R)2SiH2、或(R)SiH3，其中R獨立地為烷氧基、烷基、烯基、芳基、芳氧基、雜芳基、芳烷基或雜芳烷基。4.如權利要求1所述的方法，其中所述堿金屬氫氧化物是氫氧化鈉(NaOH)。5.如權利要求4所述的方法，其中所述有機硅烷是EtMe2SiH、(n-Bu)3SiH、Et2SiH2、PhMe2SiH、BnMe2SiH、(EtO)3SiH、Me2(吡啶基)SiH或Me3Si-SiMe2H。6.如權利要求1所述的方法，其中所述堿金屬氫氧化物是氫氧化鉀(KOH)。7.如權利要求6所述的方法，其中所述有機硅烷是EtMe2SiH、PhMe2SiH、(n-Bu)3SiH、Et2SiH2、(i-Pr)3SiH或(i-Pr)2(吡啶基)SiH。8.如權利要求1所述的方法，其中包含所述末端炔基C-H鍵的所述有機基質具有式：R1-C≡C-H，其中R1包括H、任選地被取代的烷基、任選地被取代的烯基、任選地被取代的炔基、任選地被取代的芳基、任選地被取代的雜烷基、任選地被取代的雜芳基、任選地被取代的芳烷基、任選地被取代的雜芳烷基或任選地被取代的金屬茂。9.如權利要求8所述的方法，其中R1為或包括：(a)任選地被取代的直鏈烷基、任選地被取代的支鏈烷基或任選地被取代的環烷基；(b)任選地被取代的直鏈烯基、任選地被取代的支鏈烯基或任選地被取代的環烯基；(c)任選地被取代的直鏈雜烷基、任選地被取代的支鏈雜烷基或任選地被取代的雜環烷基；(d)任選地被取代的芳基、任選地被取代的芳烷基、任選地被取代的雜芳基或任選地被取代的雜芳烷基；或(e)(a)至(d)中的兩個或更多個的組合。10.如權利要求1所述的方法，其中包含所述末端炔基C-H鍵的所述有機基質是聚合的。11.如權利要求1所述的方法，其中所述至少一種有機硅烷是(R)2Si(H)2，所述方法還包括使包含末端炔基C-H鍵的第二有機基質與所述甲硅烷基化的末端炔基部分接觸以形成二炔基或三炔基交叉偶聯的硅烷產物。12.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括使所述甲硅烷基化的末端炔基部分聚合。13.如權利要求1所述的方法，所述方法還包括使所述甲硅烷基化的末端炔基部分與：(a)另一種不飽和的部分在[2+2]或[4+2]環加成反應中反應以形成芳族的、雜芳族的、環烯基、或雜環烯基部分；(b)第二不飽和的有機部分在交叉復分解反應中反應以形成二烯烴或聚烯烴產物；(c)有機疊氮化合物在[3+2]疊氮化合物-炔環加成反應中反應；(d)氫、水、醇、氰化氫、氯化氰、鹵素單質或羧酸反應以產生相應的烯烴或烷烴、乙烯基化合物或羰基化合物；(e)芳族鹵化物在足以形成炔基-芳烴鍵的條件下反應；(f)N-鹵代琥珀酰亞胺在陽離子型金催化劑...

【專利技術屬性】
技術研發人員：R·H·格魯布斯，布萊恩·M·斯托爾茲，安東·陶拓夫，劉文博，凱麗·貝茨，
申請(專利權)人：加州理工學院，
類型：發明
國別省市：美國,US