电催化合成有机磷酸化合物的方法与应用

本发明涉及有机合成领域，尤其涉及电催化合成有机磷酸化合物的方法与应用。

背景技术：

1、在各种有机酸中，有机磷酸作为一种重要的有机酸分类，是存在于糖脂、核酸等多种生物活性物质中的重要结构基序。在药学研究中，已发现引入磷酸盐部分可提高溶解度，从而可调节母体药物/前药分子的分布和生物利用度。同时，有机酸作为去除工业废水中重金属的有效螯合剂，因其过程简单、吸附时间短而备受关注，再加上有机磷酸的生物降解使其本身具有很好的生态友好性，对环境造成生态压力十分微小等优势，在金属离子吸附、医药分子合成等领域产生了重要的研究意义和应用前景。由于近些年对于废弃金属离子回收的需求不断增大，而有机磷酸的螯合能力优于其他类型的有机酸，例如乙二胺四乙酸等羧酸；磷酸基团具有较强的给电子能力，有利于溶解以不溶盐形式沉淀的金属离子，已在实际应用中得到很好的体现。次膦酸可分为单烷基取代物和双烷基取代物两种形式。单烷基次膦酸主要用于生物制剂中间体领域，而双烷基次膦酸则在有机磷化合物取代基效应、构效关系研究以及溶剂萃取分离领域具有重要的应用价值。目前该类产品完全依赖从欧美国家公司进行进口，因此发展一种合成有机膦化合物的方法具有十分重要的经济价值和社会意义。

2、有机磷酸类化合物可以作为反应原料参与交叉偶联和亲核取代反应等有机化学反应中。其制备方法通常是由磷酰卤化物或磷酸与醇之间产生的取代反应合成的，同时化学家还开发了包括与格氏试剂的偶联反应、artherton–todd型交叉杂脱氢偶联反应，以及对烯烃或炔烃等具有不饱和架构参与的磷酰氧基化自由基加成反应。例如：cn103613614a公开了一种α-羟基不饱和烷基膦酸化合物及其制备和应用方法，2-乙基-2-己烯醛与次磷酸或次磷酸盐在酸性催化剂存在的条件下发生加成反应生成1-羟基-2-乙基-2-己烯-1-亚膦酸，1-羟基-2-乙基-2-己烯-1-亚膦酸与氧化剂反应生成1-羟基-2-乙基-2-己烯-1-膦酸，1-羟基-2-乙基-2-己烯-1-膦酸用作铝土矿、钛铁矿、金红石、白钨矿、黑钨矿、稀土矿、锡矿、萤石矿或锂矿的浮选捕收剂。但是，这些方法通常需要金属催化剂和/或化学计量的碱添加剂，因此发展一种温和简单、操作方便、具有较高经济附加值的合成有机磷酸类化合物的方法具有广泛的应用前景和研究意义。基于此又发展了很多其他的合成方法，例如：cn109776606a公开了一种有机磷酸化合物及其合成方法和作为黄铜矿捕收剂的应用，将有机羧酸化合物与亚磷酸在五氧化二磷作用下进行缩合反应，缩合反应产物经过水蒸气水解，分离提纯，即得。其中，最为广泛的一种策略是自由基加成反应，其特点是能够只有较少的合成步骤就可以快速构架高度复杂的多环分子框架。自由基反应通常条件温和，官能团兼容性优异，此外由于自由基反应具有良好的立体和对映体控制，近年来发展了许多具有高度立体选择性的自由基级联反应，并成功地应用于天然产物和材料分子的合成。

3、有机电化学是以电流促进化学转化的一门新兴学科，是构建有价值分子的最绿色、最有效的方法之一。通常电化学策略具有温和的反应条件、高选择性和易于流动技术扩展的特点。近年来，有机电合成的发展受到越来越多的关注对过去几年的兴趣，电化学驱动的自由基过程将结合环境可持续性和可选择性进行反应，导致许多传统非电化学方法无法实现的新转变的发现。电化学反应通常在不分割的电解槽中进行，采用控制电流是制备电解最方便的方法。电解槽采用双电极结构，根据反应规模使用三颈圆底烧瓶或烧杯型玻璃烧瓶。阳极材料选用具有良好耐化学腐蚀性和高比表面积的网状玻璃碳(rvc)等，阴极材料选用具有良好析氢电催化活性的金属pt等，因此电化学中电极材料的选取尤为重要。由于电流密度往往影响制备电解的效率，因此如何选择合适的电流大小也对反应产生很重要的影响。

4、目前，采用电催化合成有机磷酸化合物，未见报道。为此，提出本发明。

技术实现思路

1、鉴于上述现有技术的状况，本发明的发明人对电化学促进的偶联反应进行深入而广泛的研究，发现电催化的自由基的反应模式更有利于合成有机磷化合物，不仅操作简单、条件温和、无需额外的金属催化剂或添加剂参与反应，具有良好的经济效应和应用前景，同时可以高效构建具有多种官能团的有机膦化合物，为后期修饰提供便利。本发明正是基于上述发现完成的。

2、为此，本发明的第一个目的是提供一种电催化合成有机磷酸化合物的方法。以解决现有技术中有机磷酸化合物的合成反应成本高，反应稳定性不高，且反应复杂的技术问题。

3、本发明的第二个目的是提供上述合成方法制得的有机磷酸化合物。

4、本发明第三个目的是提供上述合成方法得到的有机磷酸化合物在药物和/或材料中的应用。

5、为了实现上述目的，本发明的技术方案可以概况如下：

6、一种电催化合成有机磷酸化合物的方法，包括以下步骤：

7、在惰性溶剂中，电极、电解质作用下，加入或不加入添加剂，将式(i)化合物与式(ii)化合物进行电催化反应，得到式(iii)化合物，即为有机磷酸化合物；

8、

9、其中，r1选自饱和或不饱和的烃基，苯基、取代苯基、含o杂环取代烃基、稠环芳基，含卤素、酯基、羰基、氨基、硝基、氰基、砜基、酰基的饱和或不饱和的直链烃基或环烃基；

10、r2选自氢，钠、钾、锂，饱和或不饱和的烃基，苯基、取代苯基、含o杂环取代烃基、稠环芳基，含卤素、酯基、羰基、氨基、硝基、氰基、砜基、酰基的饱和或不饱和的直链烃基或环烃基。

11、根据本发明，优选的，式(i)化合物为苯乙烯、取代的苯乙烯、烷基烯烃、取代的烷基烯烃、苯乙炔、取代的苯乙炔、烷基炔烃或取代的烷基炔烃；

12、更优选的，式(i)化合物为烷基烯烃或取代的烷基烯烃。

13、根据本发明，优选的，式(ii)化合物为次磷酸或次磷酸盐；

14、更优选的，式(ii)化合物为次磷酸的钠、钾、锂盐。

15、根据本发明，优选的，式(iii)化合物即有机磷酸化合物选自如下化合物：

16、双(2,4,4-三甲基戊基)膦酸、二苯乙基膦酸、双(4-苯基丁-3-烯-1-基)膦酸，双(4-苯基丁-3-炔-1-基)膦酸、双(环己基甲基)膦酸。

17、根据本发明，优选的，式(i)化合物、式(ii)化合物的摩尔比为20:1～1:20；

18、进一步优选为(0.5-10)：1。

19、根据本发明，优选的，所述电解质选自铵盐、锂盐、钠盐、钾盐、锌盐、铝盐或镁盐；

20、进一步优选的，所述电解质为四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基氟化铵；更优选的，所述电解质为四丁基溴化铵。

21、根据本发明，优选的，所述电极选自金属电极或非金属电极；进一步优选的，所述金属电极为铜电极、铁电极、铝电极、铂电极、金电极或锌电极，所述的非金属电极为碳电极；更优选的，所述电极为铂电极或碳电极。

22、根据本发明，优选的，电极的大小是1×10mm～100×100mm。

23、根据本发明，优选的，电催化反应的电流大小为0.1ma～100ma；更优选的，电流大小为0.5ma-50ma。

24、根据本发明，优选的，所述惰性溶剂选自甲苯、四氢呋喃、1,4-二氧六环、n,n’-二甲基甲酰胺、n,n’-二甲基乙酰胺、n-甲基吡咯烷酮、二甲亚砜、乙腈、1,2-二氯乙烷；更优选的，惰性溶剂为n,n’-二甲基甲酰胺。

25、根据本发明，优选的，所述添加剂为醋酸钠、碳酸锂、碳酸钾、碳酸铯或醋酸钾中的一种或多种。

26、根据本发明，优选的，催化反应温度为0℃～120℃，进一步优选5℃～60℃；

27、优选的，催化反应时间为3h～24h。

28、根据本发明，优选的，反应结束后，还包括分离提纯步骤：

29、优选的，分离提纯步骤如下：

30、反应结束后冷却至室温，经硅藻土抽滤后，浓缩得到粗产物；粗产物用硅胶板进行层析色谱分离，得到产物；层析色谱分离采用的展开剂或洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，石油醚与乙酸乙酯的体积比20：1。

31、本发明还提供上述合成方法制得的有机磷酸化合物。

32、本发明还提供上述合成方法得到的有机磷酸化合物在药物和/或材料领域中的应用。例如：在药物分子合成、金属离子吸附材料等领域的应用。

33、本发明的有益效果如下：

34、1、本发明使用电催化的策略下合成有机磷酸，该方法原料易得，操作简单、条件温和，无需额外的金属催化剂或添加剂参与反应，具有非常良好的原子经济性，符合可持续的绿色化学理念。

35、2、本发明底物适用范围广，化学选择性好，可以高效构建具有多种官能团的有机膦化合物，且反应对于大位阻官能团可以很好地兼容，为后续转化提供方便，如进行各种偶联反应，从而得到更加官能团化的衍生物。合成的有机磷酸化合物可广泛应用于医药和材料领域。