CN101851214B - 一种合成多芳基取代噁唑烷的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明涉及一种合成多芳基取代噁唑烷的方法。属于药物合成化工技术领域。
背景技术
多芳基取代噁唑烷是一类构建天然产物的重要中间体骨架结构,其水解产物为α-羟基-β-氨基酸衍生物,在抗癌药物紫杉醇侧链(Taxol)、肽酶抑制剂阿吗他定(Amastatin)和乌苯美司(Bestatin)等结构中均有此类骨架结构;也可用于合成其他众多抗肿瘤药物,抗生素,抗真菌药物。传统的一步高效制备多芳基取代噁唑烷的化学合成方法是通过3+2环化反应合成的:用羰基叶立德和亚胺的3+2环加成反应,或者用偶氮甲碱叶立德和醛的3+2环加成反应制得,但是迄今止相关文献报道很少,而且底物的反应适用性很窄,只限定在部分原料底物能反应,或者只是限定在分子内的3+2反应,分子间的3+2反应就很难发生。(Tetrahedron:Asymmetry 2009,20,723-725 J.Org.Chem.1999,64,4079-4088;J.Org.Chem.1987,52,235-244;Org.Lett.2001,3,3741-3744;J.Am.Chem.Soc.2003,125,4692-4693),这些因素使得一步高效制备多芳基取代噁唑烷的方法存在很大的局限性:选择性较低,底物适应性不广泛,操作繁琐,产物结构不够多样性等缺点。
最新的合成这类化合物的方法是以重氮化合物,醛,亚胺为原料的三组分3+2环加成反应(Angew.Chem.Int.Ed.2005,44,3096-3099;Adv.Synth.Catal.2006,348,2421-2430),其反应机理为在金属催化下重氮分解形成金属卡宾,金属卡宾与醛形成的羰基叶里德,再与亚胺发生3+2环加成反应。但其反应底物存在较大的局限性:重氮化合物只局限于重氮乙酸乙酯(未有其他不同活性的重氮化合物的报道如苯基重氮乙酸甲酯类),亚胺只局限于苄胺和芳香醛生成的亚胺(苯胺与苯甲醛生成的亚胺不发生上述3+2环加成反应)。
发明内容
本发明的目的是寻求一种成本低、产率高、选择性好、底物适用性广、操作简单的一步法制备出如下面的通式表示的一系列反式多芳基取代噁唑烷的方法。
为了达到上述目的,本发明通过引入路易斯酸共催化分子间的三组分3+2环加成反应的设计,打破了重氮化合物只局限于重氮乙酸乙酯,亚胺只局限于苄胺和芳香醛生成的亚胺的局限性,充分拓展反应的底物,重氮化合物可以是芳基重氮乙酸酯,或重氮乙酸酯,或苯乙烯基重氮乙酸酯;亚胺是芳香醛和芳香胺脱水生成的亚胺;这样可高效构建一系列如下式表示的多芳基取代噁唑烷衍生物。 多芳基取代噁唑烷的通式是:
其中:
R1为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等),或烷基,或氢。
R2为芳基,或烷基。
R3为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
R4为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
R5为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
本发明所涉及的化学反应机理如下面的反应方程式所示:金属催化下重氮分解形成金属卡宾(I),金属卡宾与醛形成的羰基叶里德(IIa)/(IIb),路易斯酸活化亚胺与羰基叶里德发生3+2环加成反应,一步形成以反式(赤式-4)为主的多芳基取代噁唑烷。
本发明采用路易斯酸共催化多组分环加成反应。由于多组分反应具有灵活性高,选择性好,原子经济性和易操作等特点,近年来随着绿色化学的概念日益发展,原子经济的多组分反应越来越成为研究的热点。将多组分反应应用于药物合成领域具有很广阔的前景。为此,本发明设计的高选择性合成反式多芳基取代噁唑烷,即用重氮化合物、醛和亚胺在路易斯酸和羧酸铑为催化剂共同催化三组分环加成反应,以有机溶剂为溶剂,以 分子筛为吸水剂,一步制备出一系列的高非对映选择性的多芳基取代噁唑烷。
本发明设计合成的反式多芳基取代噁唑烷的反应方程式:
其中的R1,R2,R3,R4和R5与上述通式中的R1,R2,R3,R4和R5相同,即
R1为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等),或烷基,或氢。
R2为芳基,或烷基。
R3为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
R4为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
R5为芳基(苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,间氯苯基等)。
本发明的多芳基取代噁唑烷的合成方法如下:
以重氮化合物、醛和亚胺三种组分为原料,以路易斯酸和羧酸铑为催化剂,以有机溶剂为溶剂,以 分子筛为吸水剂,经过一步反应得到产物。具体步骤是,先将醛,亚胺, 分子筛,羧酸铑和路易斯酸在反应瓶中用氮气保护,-20℃~20℃条件下加入有机溶剂,有机溶剂的加入量为5-6ml/mmol重氮化合物;然后,将溶解在有机溶剂中的重氮化合物1小时内滴加到反应体系中,滴加完毕后,搅拌0.5小时,除去溶剂,得到粗产物;上述投料量摩尔比为重氮化合物∶醛∶亚胺∶路易斯酸∶羧酸铑=1.1∶1∶1∶0.1∶0.02; 分子筛投料量为2-5g/mmol重氮化合物;用于溶解重氮化合物的有机溶剂为2-3ml/mmol重氮化合物;将粗产物用体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30的溶液进行柱层析,得到高非对映选择性的多芳基取代噁唑烷纯产品。
上述的重氮化合物是芳基重氮乙酸酯,或重氮乙酸酯,或烷基重氮乙酸酯;
上述醛是芳香醛;
上述亚胺是芳香醛和芳香胺脱水生成的亚胺;
上述有机溶剂是氯代烷烃,或苯,或甲苯,或二甲苯;
上述路易斯酸,包括Yb(OTf)3,或Zn(OTf)2,或Sn(OTf)2,或Sc(OTf)3,Cu(AcAc)2,或Cu(OTf)2,或Cu(OTf),或Cu(BF4),或Cu(CH3CN)4PF6,或SnCl2,或AgOTf, 或AgBF4,或AgSbF6等;
上述羧酸铑是醋酸铑,丙酸铑,丁酸铑。
本发明有益的效果是:通过引入从高效的路易斯酸共催化3+2环加成反应,从简单的原料一步反应构建高非对映选择性多芳基取代噁唑烷衍生物,其具有高原子经济(反应除放出一分子氮气,其余原子全部进入产物),高选择性(非对映选择性<90∶10),高收率(>80%)等优势,并且操作简单安全等优势。相对于原先的文献和专利报道的3+2环加成反应具有更广泛的反应活性和底物适用性:原料的由重氮乙酸乙酯拓展到了芳基重氮乙酸乙酯;亚胺由原先只能是苄氨生成的亚胺参与反应拓展到芳香胺产生的亚胺。这一共催化3+2环加成反应设计使得反应产物结构更加丰富多样,有利于满足不同中间体需求和新药研发的药物构效筛选。其次,通过已有的简单方式水解噁唑烷就可以得到顺式α-羟基-β-氨基酸衍生物(顺式-5)是重要的医药化工中间体,具有重要的市场经济价值。
具体实施方式
实施例1
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Yb(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至-20℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,-20℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为69%,非对映选择性大于70∶30。
实施例2
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Yb(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入甲苯(1.0ml),之后冷却至-20℃,搅拌条件下将1.0mL甲苯的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯(0.275mmol)溶液用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,-20℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴 加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为63%,非对映选择性大于70∶30。
实施例3
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Yb(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入对二甲苯(1.0ml),之后冷却至-20℃,搅拌条件下将1.0mL对二甲苯的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯(0.275mmol)溶液用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,-20℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为57%,非对映选择性大于70∶30。
实施例4
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Yb(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为82%,非对映选择性大于70∶30。
实施例5
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Yb(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至20℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,20℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为77%,非对映选择性大于70∶30。
实施例6
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Zn(OTf)2,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将 1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为67%,非对映选择性大于70∶30。
实施例7
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Sn(OTf)2,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为79%,非对映选择性大于80∶20。
实施例8
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Sc(OTf)3,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为76%,非对映选择性大于80∶20。
实施例9
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(Cu(OTf)2,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为54%,非对映选择性大于70∶30。
实施例10
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1 g),路易斯酸(AgSbF6,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的对甲氧基苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为87%,非对映选择性大于90∶10。
实施例11
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(AgSbF6,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为86%,非对映选择性大于90∶10。
实施例12
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),对溴苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(AgSbF6,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为88%,非对映选择性大于90∶10。
实施例13
将N-苯亚甲基苯基亚胺(0.25mmol),对溴苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(AgSbF6,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为88%,非对映选择性大于90∶10。
实施例14
将N-苯亚甲基对甲氧基苯基亚胺(0.25mmol),苯甲醛(0.25mmol), 分子筛(0.1g),路易斯酸(AgSbF6,0.025mmol)和Rh2(OAc)4(0.005mmol)共催化剂组成的反应体系氮气保护,再加入二氯甲烷(1.0ml),之后冷却至0℃,搅拌条件下将1.0mL二氯甲烷的苯基重氮乙酸甲酯溶液(0.275mmol)用自动进样泵在1小时内滴加到反应体系中。进样结束,0℃下搅拌0.5小时,然后向反应体系滴加饱和NaHCO3水溶液(0.1ml)用以淬灭反应。减压旋蒸除去溶剂,得到粗产物。将粗产物进行柱层析(乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30)得到多芳基取代噁唑烷纯产品。产率为82%,非对映选择性大于90∶10。
Claims (1)
1.一种合成多芳基取代噁唑烷的方法,其特征在于:按如下反应方程式进行
先量取重氮化合物∶醛∶亚胺∶路易斯酸∶羧酸铑=1.1∶1∶1∶0.1∶0.02摩尔比;接着,将醛,亚胺,分子筛,羧酸铑和路易斯酸加入反应瓶中,在氮气保护和-20℃~20℃条件下加入有机溶剂,有机溶剂的加入量为5-6ml/mmol重氮化合物;然后,将溶解在有机溶剂中的重氮化合物1小时内滴加到反应体系中,滴加完毕后,搅拌0.5小时,除去溶剂,得到粗产物;将粗产物用体积比为乙酸乙酯∶石油醚=1∶50~1∶30的溶剂进行柱层析,得到高非对应选择性的多芳基取代噁唑烷纯产品;
上述重氮化合物是芳基重氮乙酸酯;
上述醛是芳香醛;
上述亚胺是芳香醛和芳香胺脱水生成的亚胺
上述有机溶剂是氯代烷烃,或苯,或甲苯,或二甲苯;
上述用于溶解重氮化合物的有机溶剂的量为2-3ml/mol重氮化合物;
上述R1为苯基,对甲氧基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,或间氯苯基;
上述R2为芳基,或烷基;
上述R3为苯基,对甲氧基苯基,对甲基苯基,对氟苯基,对三氟甲基苯基,对溴苯基,邻溴苯基,间溴苯基,对氯苯基,邻氯苯基,或间氯苯基;
上述R4和R5与R3相同;
上述路易斯酸为Yb(OTf)3,或Zn(OTf)2,或Sn(OTf)2,或Sc(OTf)3,Cu(AcAc)2,或Cu(OTf)2,或Cu(OTf),或Cu(BF4),或Cu(CH3CN)4PF6,或SnCl2,或AgOTf,或AgBF4,或AgSbF6。
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郭鑫等.路易斯酸催化苯基重氮乙酸甲酯 苄醇和N 2甲基靛红三组分反应.《合成化学》.2009 |
郭鑫等.路易斯酸催化苯基重氮乙酸甲酯,苄醇和N 2甲基靛红三组分反应.《合成化学》.2009,第17卷(第2期),196-198. * |
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