三甲基硅胺基稀土铒配合物催化芳香仲胺合成肼

王 华 ,刘 超 ，杨金晶,张 虎，徐丽娟

1.安徽师范大学化学与材料科学学院,安徽芜湖,241000;2.宿州学院化学与生命科学学院,安徽宿州,234000

肼类化合物是一类具有较高活性的有机化合物，可以用于药物、高聚物、染料和照相材料等许多方面，在有机合成和材料领域有着重要的作用[1-2]。合成肼类化合物的方法很多，常见的是通过简单的N2H4类物质的衍生物来合成[3]，也可以通过亚胺在Dy/SiCl4催化下发生N-N键偶联反应得到[4]。但这些方法都存在一些不足，比如反应时间长、反应条件苛刻、反应步骤多等，最终导致产率不高及反应复杂等缺陷。

稀土配合物是一种常见的有机合成催化剂，在催化领域有着及其重要的应用，利用稀土配合物催化合成肼类物质是一种新型方法，近些年已受到化学工作者的广泛关注[5]。三甲基硅胺基铒配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3是一类典型的催化剂，有着较高的催化活性。本文以芳香仲胺为原料，研究其在配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3催化下，经过N-N键偶联反应生成肼类化合物的方法和活性。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

所有实验操作均在无水无氧条件下进行，Bruker AV-300核磁共振仪(德国Bruker公司)。正己烷、乙醚和THF等(在氩气保护下用钠丝、二苯甲酮回流至紫红色，用时再蒸馏)；N-甲基苯胺、N-甲基对甲基苯胺、N-甲基对溴苯胺(AR，北京维达化工有限公司)；HN(SiMe3)2(AR，北京百灵威科技有限公司)；ErCl3按文献[6]方法制备。

1.2 配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3的制备

根据文献[7]的方法，将n-BuLi(30.0 mmol)滴加到溶有HN(SiMe3)2(30.0 mmol)的40.0 mL正己烷中，室温反应6 h；真空抽干后加入30.0 mL THF，在0℃下加入ErCl3(10.0 mmol)，再室温反应24 h，经过处理，得到稀土配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3。

1.3 肼类化合物的催化合成

1.3.1 (E)-1,2-二甲基-1,2-二苯肼(1)的合成

在氩气保护下，向盛有10 mL THF的Schlenk反应管中依次加入稀土配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3(0.12 g,0.15 mmol)和N-甲基苯胺(0.22 mL,2.00 mmol)，室温反应30 min，再在空气中继续搅拌反应20 min；用10 mL×2乙醚萃取有机相，旋干后经柱层析(石油醚∶乙酸乙酯=30∶1)得到黄色液态产物1，产率为85%。1H NMR (CDCl3,ppm):δ7.27(d,J=7.4 Hz,4 H),6.86(d,J=7.4 Hz,6 H),3.00(s,6 H);13C NMR(CDCl3,ppm):δ148.9,129.3,118.5,112.4,33.8。

1.3.2 (E)-1,2-二甲基-1,2-二对甲基苯肼(2)的合成

用N-甲基对甲基苯胺(0.25 mL,2.00 mmol)代替N-甲基苯胺，按照上述过程反应，得到白色固态产物2，产率为87%。1H NMR (CDCl3,ppm):δ7.07(d,J=7.9 Hz,4 H),6.77(d,J=8.0 Hz,4 H),2.94(s,6 H),2.28(s,6 H)；13C NMR(CDCl3,ppm):δ146.9,129.8,127.7,112.7,33.6,20.4。

1.3.3 (E)-1,2-二甲基-1,2-二对溴苯肼(3)的合成

用N-甲基对溴苯胺(0.25 mL,2.00 mmol)代替N-甲基苯胺，按照上述过程反应，得到黄色液态产物3，产率为76%。1H NMR(CDCl3,ppm):δ7.34(d,J=8.5 Hz,4 H),6.70(d,J=8.5 Hz,4 H),2.96(s,6 H);13C NMR(CDCl3,ppm):δ147.7,132.1,114.2,110.9,33.9。

2 结果与讨论

2.1 肼类化合物的催化合成

在无水无氧条件下，用稀土配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3催化芳香仲胺，经空气氧化后得到产物1、2和3。1、2和3易溶于乙醇、乙醚、THF等有机溶剂，结构通过了核磁表征。反应式如图1所示。

图1 稀土铒配合物催化合成肼类化合物

2.2 稀土铒配合物催化合成肼类化合物反应条件的优化

为了寻找最适合的反应条件，笔者以稀土铒配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3催化N-甲基苯胺反应为例，通过改变反应溶剂、温度和催化剂用量来筛选和优化最佳反应条件，并系统研究上述因素对反应的影响。

2.2.1 溶剂对反应的影响

在无水无氧条件下，将催化剂[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3(0.15 mmol)加入到N-甲基苯胺(2.00 mmol)中，按1.3.1的过程反应，经处理后得到目标产物1。现将溶剂THF改变为其他溶剂，考察不同溶剂对反应的影响(表1)。

表1 溶剂对反应的影响

由表1可以看出，正己烷为溶剂时，产率最低，只有32%；以甲苯、乙醚或二氯甲烷为溶剂时，产率分别为65%、76%和65%；当使用THF时，产率达到最高85%。故而，可以使用THF为反应溶剂。

2.2.2 温度对反应的影响

在无水无氧条件下，将催化剂[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3(0.15 mmol)加入到N-甲基苯胺(2.00 mmol)中，按1.3.1的过程反应，经处理后得到目标产物1。现将反应温度在一定范围内进行变化，考察温度对反应的影响(表2)。

由表2可以看出，反应产率受温度影响较大。在冰水中反应时，产率为68%；在室温反应时产率为85%；当温度再次升高时，产率不仅没有升高，反而有所下降，这是由于N-甲基苯胺经过N-N键偶联反应，副反应有所增加的缘故。因此，可以选择在室温下反应。

表2 温度对反应的影响

2.2.3 催化剂用量对反应的影响

在无水无氧条件下，将催化剂[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3(0.15 mmol)加入到N-甲基苯胺(2.00 mmol)中，按1.3.1的过程反应，经处理后得到目标产物1。将催化剂的用量进行改变，考察其对反应的影响(表3)。

表3 催化剂用量对反应的影响

由表3可以看出，催化剂用量不同时，配合物的催化效果有一定区别。在一定范围内，催化产率随着催化剂用量的增多而逐渐增高，到0.15 mmol时产率达到85%；但继续增加催化剂的用量时，对其产率影响不大。考虑到催化产率和效果，可以根据比例要求选择0.15 mmol作为催化剂的用量。

3 结 论

配合物[(Me3Si)2N]3Er(μ-Cl)Li(THF)3在催化芳香仲胺合成肼方面具有良好的催化性能，可以在较短的时间里得到相应的目标产物。经过反应条件的筛选和优化，可知在室温下以THF为溶剂时，芳香仲胺分子间偶联反应在稀土铒配合物催化下能够高效进行。

参考文献：

[1]Ulf R.Synthetic methodology for alkyl substituted hydrazines[J].Chem Soc Rev,2001,30(4):205-213

[2]胡莉荣,杨孝辉,郭君.水合肼作为还原剂在有机合成中的应用研究[J].化工时刊,2012,26(4):41-44

[3]Sanjeev K D,David A L.1,1′-Bipyrroles:Synthesis and Stereochemistry[J]. J Org Chem,2007,72(24):9395-9397

[4]Zhu Z Y,Wang J L,Zhou X G，et al.Metallic Dysprosium Induced Silyl Radical Reactions:Intermolecular Cyclization and Reduction of Alkynes and Imines[J].Organometallics,2007,26(10):2499-2500

[5]Bradley D C,Ghotra J S,Hart F A.Low co-ordination numbers in lanthanide and actinide compounds.Part I.The preparation and characterization of tris{bis(trimethylsilyl)amido} lanthanides[J].Journal of the Chemical Society,1973,10:1021-1023

[6]Taylor M D,Carter C P.Preparation of anhydrous lanthanide halides,especially iodides[J].J Inorg Nucl Chem,1962,24:387-390

[7]Zhou S L,Wang S W,Yang G S，et al.Synthesis,structure,and catalytic activity of tetracoordinate lanthanide amides [(Me3Si)2N]3Ln(μ-Cl)Li(THF)3(Ln=Nd,Sm,Eu)[J].Polyhedron,2003,22(7):1019-1024