本發(fā)明屬于有機(jī)電化學(xué)氧化，涉及一種清潔高效電化學(xué)氧化制備氧化膦類化合物的方法。

背景技術(shù)：

1、有機(jī)膦類化合物和有機(jī)膦氧類化合物在人類生產(chǎn)生活中有重要作用和廣泛應(yīng)用。氧化膦類化合物具有穩(wěn)定性好、極性和親脂性強(qiáng)、生物體內(nèi)溶解性好等特點(diǎn)存在于小分子藥物、精細(xì)化學(xué)品、特種功能材料、生物活性大分子結(jié)構(gòu)骨架中(如：抗癌藥布加替尼、熱活化延遲熒光材料、有機(jī)膦試劑、催化劑用有機(jī)膦配體等)。此外，膦氧(p＝o)鍵分子還具有非常好的配位解離能力，廣泛用于稀土金屬高效分離萃取劑、均相催化劑、調(diào)控金屬催化活性膦配體等等。有機(jī)膦氧類化合物可通過外加當(dāng)量或過量氧化劑從低價(jià)有機(jī)膦類化合物氧化制備，如滴加過量雙氧水溶液實(shí)現(xiàn)低價(jià)膦到高價(jià)膦氧化(eur.j.org.chem.2023,26,e202300397)。近日美國(guó)俄克拉荷馬大學(xué)kenneth?m.nicholas課題組報(bào)道了用二氧化鉬絡(luò)合物催化劑，利用氧原子轉(zhuǎn)移策略成功實(shí)現(xiàn)用氧氣為氧化劑的三苯基膦到三苯基氧膦綠色氧化過程(eur.j.inorg.chem.2024,27,e202300397)。除氧化劑氧化外，廣東工業(yè)大學(xué)陳遷教授課題組報(bào)道用親電氟化試劑(selectfluor)和水組成氧化體系，5分鐘內(nèi)實(shí)現(xiàn)三價(jià)膦的氧化反應(yīng)，該反應(yīng)適用范圍廣，高產(chǎn)率得到系列膦氧化合物(tetrahedron?lett.,2016,57,3379–3381.)。近年來有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)引起了越來越多科研工作者的興趣，相比上述文獻(xiàn)報(bào)道當(dāng)量氧化劑參與氧化反應(yīng)來說，有機(jī)電化學(xué)氧化是以綠色電子作為氧化試劑，過程無須額外氧化試劑參與，且可通過簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)電流或電壓實(shí)現(xiàn)體系氧化還原電位大小的調(diào)控，能夠高效綠色實(shí)現(xiàn)不同氧化還原電位底物氧化過程。有機(jī)電化學(xué)氧化策略減少外加氧化劑使用，降低副產(chǎn)物和廢液生成，提高反應(yīng)原子經(jīng)濟(jì)性，反應(yīng)后處理無無機(jī)鹽產(chǎn)生。同時(shí)，有機(jī)電化學(xué)反應(yīng)無須高昂反應(yīng)設(shè)備，反應(yīng)過程簡(jiǎn)單易調(diào)控，操作性強(qiáng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中現(xiàn)有氧化膦類化合物制備過程中存在的問題，例如：①當(dāng)量或過量氧化劑使用；②需金屬催化劑催化氧化；③各類添加劑使用成本高；④后處理廢鹽廢液量大等問題，本發(fā)明公開了一種以電子為綠色氧化劑、水為綠色氧源、廉價(jià)豐富的氯化鈉為電解質(zhì)；進(jìn)一步地，溫和電化學(xué)氧化過程高效制備膦氧類產(chǎn)品，反應(yīng)普適性好，產(chǎn)率和原子經(jīng)濟(jì)性高，氧化過程操作簡(jiǎn)單，能耗小，降低了該類產(chǎn)品生產(chǎn)成本和分離純化的難度。

2、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

3、本發(fā)明公開了一種清潔高效電化學(xué)氧化制備氧化膦類化合物的方法，將有機(jī)膦類化合物i與電解質(zhì)、水、溶劑混合，得到混合液；將混合液通電進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，制得氧化膦類化合物ii；

4、所述的有機(jī)膦類化合物i為

5、所述的氧化膦類化合物ii為

6、當(dāng)所述的有機(jī)膦類化合物i為時(shí)，所述的氧化膦類化合物ii為

7、

8、當(dāng)所述的所述的有機(jī)膦類化合物i為時(shí)，所述的氧化膦類化合物ii為

9、其中，r1、r2、r3獨(dú)立地選自取代或未取代的c1～c4烷基、取代或未取代的c1～c4烷氧基、取代或未取代的芳香基、取代或未取代的c3～c8環(huán)烷基、或取代或未取代的c3～c8雜環(huán)基；所述的取代被任意個(gè)相同或不同的取代基取代；所述的取代基為鹵素、c1～c4烷基、c1～c4烷氧基、c1～c4烷?；?、酯基、酰胺基、氰基或二苯基膦基；

10、其中，所述的電化學(xué)反應(yīng)在常規(guī)電解池中進(jìn)行或所述的電化學(xué)反應(yīng)在電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置中進(jìn)行；

11、其中，當(dāng)所述的電化學(xué)反應(yīng)在常規(guī)電解池中進(jìn)行時(shí)，所述的電解質(zhì)為氯化鈉。

12、其中，所述的電化學(xué)反應(yīng)無需惰性氣體保護(hù)。

13、其中，所述的電化學(xué)反應(yīng)中，無催化劑，無酸性添加劑，無堿性添加劑，無氧化劑。

14、在一些實(shí)施例中，所述的r1、r2、r3獨(dú)立地選自取代或未取代的c1～c4烷基、取代或未取代的芳香基、或取代或未取代的c3～c8環(huán)烷基；所述的取代被任意個(gè)相同或不同的取代基取代；所述的取代基為c1～c4烷基、c1～c4烷氧基或二苯基膦基。

15、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的r1、r2、r3獨(dú)立地選自取代或未取代的乙基、取代或未取代的苯基、取代或未取代的呋喃基、取代或未取代的吡啶基、或取代或未取代的環(huán)己基；所述的取代被任意個(gè)相同或不同的取代基取代；所述的取代基為甲基、甲氧基或二苯基膦基。

16、在一些實(shí)施例中，所述的電解質(zhì)為四乙基高氯酸銨、四丁基六氟磷酸銨、四丁基氟化銨、四丁基氯化銨、四丁基四氟硼酸銨、氯化鈉和溴化鉀中的任意一種或幾種的組合；所述的溶劑為乙腈、乙醇、二氯乙烷、n,n-二甲基甲酰胺和甲基叔丁基醚中的任意一種或幾種的組合。

17、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的溶劑為乙腈和乙醇的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選為乙腈和乙醇體積比為(8～28)ml：(2～12)ml的混合物，更進(jìn)一步優(yōu)選為8ml：2ml、或28ml：12ml。

18、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的溶劑為乙腈和二氯乙烷的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選為乙腈和二氯乙烷體積比為(8～28)ml：(2～12)ml的混合物，更進(jìn)一步優(yōu)選為8ml：2ml、或28ml：12ml。

19、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的溶劑為乙腈和n,n-二甲基甲酰胺的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選為乙腈和n,n-二甲基甲酰胺體積比為(8～28)ml：(2～12)ml的混合物，更進(jìn)一步優(yōu)選為8ml：2ml、或28ml：12ml。

20、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的溶劑為乙腈和甲基叔丁基醚的混合物，進(jìn)一步優(yōu)選為乙腈和甲基叔丁基醚體積比為(8～28)ml：(2～12)ml的混合物，更進(jìn)一步優(yōu)選為8ml：2ml、或28ml：12ml。

21、在一些實(shí)施例中，所述有機(jī)膦類化合物i與電解質(zhì)的摩爾比為(1～10)：(1～3)；所述的水與溶劑的體積比為2：(6～42)；所述的有機(jī)膦類化合物i的摩爾用量與所述的水和溶劑的總體積用量的比值為(0.5～8.0)mmol：(8～44)ml。

22、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述有機(jī)膦類化合物i與電解質(zhì)的摩爾比為1：1、1：2、2：1、5：1、或10：3。

23、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的水與溶劑的體積比為2：(8～40)，進(jìn)一步優(yōu)選為2：8、或2：40。

24、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的有機(jī)膦類化合物i的摩爾用量與所述的水和溶劑的總體積用量的比值為(0.5～8.0)mmol：(10～42)ml，進(jìn)一步優(yōu)選為0.5mmol：10ml、0.5mmol：42ml、1mmol：42ml、2mmol：42ml、4mmol：42ml、或8mmol：42ml。

25、在一些實(shí)施例中，所述的電化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)溫度為室溫。

26、其中，當(dāng)所述的電化學(xué)反應(yīng)在常規(guī)電解池中進(jìn)行時(shí)，所述的電化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)時(shí)間為1～4h，優(yōu)選為3h。

27、其中，當(dāng)所述的電化學(xué)反應(yīng)在常規(guī)電解池中進(jìn)行時(shí)，在敞開體系下接通恒定電流，無需惰性氣體保護(hù)。

28、在一些實(shí)施例中，所述的電化學(xué)反應(yīng)，恒定電流為10ma～330ma；所述的電化學(xué)反應(yīng)，陽極電極為碳棒或鉑片；所述的電化學(xué)反應(yīng)，陰極電極為碳棒或鉑片。

29、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的電化學(xué)反應(yīng)，恒定電流為10ma、20ma、25ma、150ma、160ma、250ma、280ma、或330ma。

30、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的電化學(xué)反應(yīng)，陽極電極為碳棒。

31、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的電化學(xué)反應(yīng)，陰極電極為碳棒。

32、在一些實(shí)施例中，當(dāng)所述的電化學(xué)反應(yīng)在電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置中進(jìn)行時(shí)，包括如下步驟：

33、將有機(jī)膦類化合物i與電解質(zhì)、水、溶劑混合，得到混合液；將混合液泵入至電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器中進(jìn)行電化學(xué)反應(yīng)，制得氧化膦類化合物ii。

34、在一些實(shí)施例中，所述的混合液泵入至電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器中的流速為0.10ml/min～0.40ml/min。

35、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的混合液泵入至電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器中的流速為0.10ml/min～0.35ml/min，進(jìn)一步優(yōu)選為0.10ml/min、0.20ml/min、0.25ml/min、0.30ml/min、或0.35ml/min。

36、在一些實(shí)施例中，所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器中，電化學(xué)反應(yīng)的停留時(shí)間為10.0min～100.0min。

37、在一些實(shí)施例中，優(yōu)選地，所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器中，電化學(xué)反應(yīng)的停留時(shí)間為14.0min～100.0min，進(jìn)一步優(yōu)選為14.3min、16.7min、20min、25min、50.0min、或100min。

38、在一些實(shí)施例中，所述的電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置包括連接管道、進(jìn)料泵、電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器、電箱以及接收器；其中，所述的進(jìn)料泵、電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器以及接收器依次通過連接管道串聯(lián)連接；所述的電箱的正極和所述電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器的陽極電極相連；所述的電箱的負(fù)極和所述電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器的陰極電極相連。

39、其中，所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器(電化學(xué)合成儀)，反應(yīng)器的體積為3～14ml，優(yōu)選為5ml或10ml。

40、其中，所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器(電化學(xué)合成儀)為管式反應(yīng)器，管徑為0.5～3.0mm，優(yōu)選為1.0mm。

41、其中，所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器的陽極的材料為石墨或鉑片，優(yōu)選為石墨；所述的電化學(xué)微通道連續(xù)流反應(yīng)器的陰極的材料為石墨或鉑片，優(yōu)選為鉑片。

42、有益效果：

43、(1)本發(fā)明是以廉價(jià)易得的電解質(zhì)(nacl)、水(h2o)作為氧源、室溫條件下，實(shí)現(xiàn)了多種結(jié)構(gòu)和電性多樣膦氧類化合物綠色高效制備。與目前廣泛使用氧化方法相比，該發(fā)明具備無須外加氧化劑和催化劑、無需在惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，反應(yīng)過程安全清潔效率高、后處理和分離過程簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明用綠色電子為氧化劑，避免如今廣泛使用的復(fù)雜氧化體系：如雙氧水體系、金屬氧化物催化氧化體系、有機(jī)催化劑氧化體系。

44、(2)本發(fā)明提供的方法無須惰性氣體保護(hù)，可綠色高效的實(shí)現(xiàn)有機(jī)膦類化合物電化學(xué)氧化到膦氧類的轉(zhuǎn)化，反應(yīng)快速、產(chǎn)率高、產(chǎn)品易分離，環(huán)境污染小，廢水排放少。

45、(3)本發(fā)明通過有機(jī)電化學(xué)綠色氧化過程實(shí)現(xiàn)了低價(jià)膦類化合物高效氧化，與過去當(dāng)量或過量h2o2氧化、金屬催化氧化、其他氧化反應(yīng)相比，該發(fā)明底物普適性好，產(chǎn)率和原子經(jīng)濟(jì)性高，氧化過程操作簡(jiǎn)單，能耗小，降低了該類產(chǎn)品生產(chǎn)成本和分離純化難度。

46、(4)微通道連續(xù)流反應(yīng)相對(duì)于釜式反應(yīng)具備以下典型優(yōu)勢(shì)：①高效傳質(zhì)傳熱加速反應(yīng)進(jìn)程；②比表面積大，高效傳熱面積，有利于反應(yīng)中反應(yīng)熱撤離；③反應(yīng)器在線體積小，反應(yīng)過程安全。進(jìn)一步地，為了驗(yàn)證本發(fā)明方法實(shí)際應(yīng)用潛力，增加反應(yīng)的效率以及更好地控制反應(yīng)的過程，嘗試將反應(yīng)從不分隔電解池轉(zhuǎn)移到電化學(xué)微通道反應(yīng)裝置中考察反應(yīng)的放大性能、設(shè)備的最大負(fù)荷以及做相應(yīng)優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，采用微流場(chǎng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)反應(yīng)的放大和連續(xù)化生產(chǎn)，催化過程無明顯放熱、無須高溫高壓、過程更加綠色高效溫和安全。