CN104557638A - 一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，属于精细化工产品的制备领域。该方法以2-位有吸电子取代基的1,3-二酮类化合物为底物，添加促进剂，以四氢呋喃和水为混合溶剂，合成α-取代酮。本发明提供了一种条件温和、成本低、适于大规模生产的高效专一的合成α-取代酮的方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，属于精细化工产品的制备领域。
背景技术
C-C键是有机化合物中最为重要的化学键之一，是构筑生物大分子、各种有机小分子的基本骨架。而C-C键的断裂则在生物降解、石油裂解、有机转化等方面都具有十分重要的应用(Hu,S.；Shima,T.；Hou,Z.Nature,2014,512,413；Jun,C.-H.Chem.Soc.Rev.2004,33,610.)。由于C-C键的键能较高(347-356kJ/mol)，活性较低，如何活化C-C键并促使其选择性的断裂一直都是有机合成中研究中的一个热门且难点的研究方向。
特别是针对1,3-二酮这类廉价易得的工业原料，为了得到工业附加值更高的产品，人们发展了多种多样的方法完成其C-C键的断裂。这些具有工业应用价值的重要中间体，包括羧酸类化合物(Zhang,Y.；Jiao,J.；Flowers II,R.A.J.Org.Chem.2006,71,4516.)，酯类类化合物(Kawata,A.；Takata,K.；Kuninobu,Y.；Takai,K.Angew.Chem.Int.Ed.2007,46,7793.)，酰胺类化合物(Sun,X.；Wang,M.；Li,P.；Zhang,X.；Wang,L.Green Chem.2013,15,3289.)，脲类化合物(Wei,Y.；Liu,J.；Lin,S.；Ding,H.；Liang,F.；Zhao,B.Org.Lett.2010,12,4220.)，以及官能团化的酮类化合物(He,C.；Guo,S.；Huang,L.；Lei,A.J.Am.Chem.Soc.2010,132,8273.)。在这些已经报道1,3-二酮C-C键断裂的方法中，目前存在的问题主要有：(1)过渡金属为催化剂，转化成本较高；(2)高温，高压或者强酸性条件的使用，对反应容器和反应条件要求苛刻；(3)转化规模小(<1mmol)，仅仅停留于实验室理论研究阶段，加大试剂和底物用量反应产量急剧下降。
发明内容
本发明旨在提供一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，通过使用2-位有吸电子取代基的1,3-二酮类化合物，选择性断裂2、3位之间的C-C键，为1,3-二酮C-C键的断裂提供一种条件温和、成本低、适于大规模生产的高效专一的方法。
本发明提供了一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，以2-位有吸电子取代基的1,3-二酮为底物，添加促进剂，四氢呋喃和水为混合溶剂，40-80℃条件下完成该转化。
一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，包括以下步骤：
(1)将1,3-二酮类化合物溶解在四氢呋喃中，将促进剂溶解在蒸馏水中，在40-80℃条件下将促进剂溶液滴加到四氢呋喃溶液中，并控制反应温度在40-80℃进行搅拌，反应时间为4-6小时；
(2)反应完毕进行分液，将水相和有机相分离，水相用乙酸乙酯萃取两次后与上述有机相合并；除去溶剂后用乙醇重结晶，可以得到α-取代酮类化合物，收率为71-90％。
本发明所使用的1,3-二酮类化合物的结构通式如下：
其中，R1代表烷基、苯基、酯基中的一种；R2代表含1～3个碳原子的烷基；R3代表具有吸电子能力的官能团，包括羰基、砜基、酯基中的一种。
本发明关于基团的定义均为本领域普通技术人员所熟知，在此及下文不再做详细的说明。
本发明使用的C-C键断裂促进剂为Na2SO3或NaHSO3。
本反应所涉及的反应通式如下：
上述合成α-取代酮的方法中，底物1,3-二酮与Na2SO3或NaHSO3的摩尔比为1:(2-4)；所用溶剂四氢呋喃和水的体积比为1:(1-4)；每摩尔1,3-二酮断裂所使用的混合溶剂量为1-2L。
上述的原料配比优选为：底物1,3-二酮与Na2SO3或NaHSO3的摩尔比为1:4；四氢呋喃和水的体积比为1:1；每摩尔1,3-二酮断裂使用2L混合溶剂；
上述合成α-取代酮的方法中，反应条件最佳为：反应温度为60℃，反应时间为6小时。
上述合成α-取代酮的方法中，滴加促进剂溶液的时间为10～20分钟。
本发明为2-位有吸电子基的1,3-二酮类化合物提供了一类断裂方法。
本发明的转化过程属于Claisen缩合反应的逆反应。其原理为：羰基官能团属于强吸电子官能团，在2-位再次引入吸电子官能团之后，使得2位碳原子与3位碳原子(R2CO)之间的键能减弱；Na2SO3亲核进攻羰基，由于C2-C3键能较弱，再次形成羰基时极易发生断裂，吸电子官能团与羰基结合形成α-取代酮；另一羰基部分与亚硫酸根的氧原子结合形成羧酸阴离子离去，亚硫酸根剩余部分以SO2的形式离去。反应机理如下：
本发明的有益效果：
本发明使用廉价易得的Na2SO3或NaHSO3为促进剂，不需要任何过渡金属催化剂的参与，也不需要使用强酸强碱等苛刻条件，在两种常见溶剂水和四氢呋喃中于40-80℃就可以完成1,3-二酮的C-C键断裂反应，合成多种α-取代酮，操作简单，且反应的选择性和收率高，极易扩大至工业生产。
附图说明
图1为实施例1产品的核磁共振氢谱图。
图2为实施例2产品的核磁共振氢谱图。
图3为实施例3产品的核磁共振氢谱图。
图4为实施例4产品的核磁共振氢谱图。
图5为实施例5产品的核磁共振氢谱图。
图6为实施例6产品的核磁共振氢谱图。
图7为实施例7产品的核磁共振氢谱图。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明，但不局限于以下实施例。
实施例1：1-苯砜基丁酮的制备
在500mL的圆底烧瓶中，加入10.7g(40mmol)4-苯砜基-3,5-庚二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将12.5g亚硫酸氢钠固体(120mmol)溶解在125mL水中，60℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌6小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体7g，产率为82％，熔点为46-48℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。
如图1所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):δ7.88(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.68(t,1H,J＝7.5Hz),7.58(t,2H,J＝7.8Hz),4.16(s,2H),2.73(qd,2H,J＝7.2,2.4Hz),1.05(td,3H,J＝7.2,2.4Hz)。
实施例2：1-苯砜基丙酮的制备
在500mL的圆底烧瓶中，加入9.6g(40mmol)3-苯砜基-2,4-丁二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将8.3g亚硫酸氢钠固体(80mmol)溶解在125mL水中，60℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌4小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体7.1g，产率为89％，熔点为51-53℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。图2所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):1HNMR(CDCl3,600MHz):δ7.89(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.69(t,1H,J＝7.5Hz),7.58(t,2H,J＝7.8Hz),4.16(s,2H),2.41(s,3H)。
实施例3：由1-苯基-2-苯砜基-1,3-戊二酮制备α-苯砜基苯乙酮
在500mL的圆底烧瓶中，加入12.6g(40mmol)2-苯砜基-1,3-戊二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将12.5g亚硫酸氢钠固体(120mmol)溶解在125mL水中，60℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌5小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体7.8g，产率为75％，熔点为90-92℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。
如图3所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):δ7.94(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.90(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.67(t,1H,J＝7.5Hz),7.62(t,1H,J＝7.5Hz),7.55(t,2H,J＝7.8Hz),7.48(t,2H,J＝7.8Hz),4.74(s,2H)。
实施例4:由1-苯基-2-苯砜基-1,3-丁二酮制备α-苯砜基苯乙酮
在500mL的圆底烧瓶中，加入12g(40mmol)2-苯砜基-1,3-丁二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将8.3g亚硫酸氢钠固体(80mmol)溶解在125mL水中，60℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌4小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体9.4g，产率为90％，熔点为90-92℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。图4所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):δ7.95(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.91(dd,2H,J＝8.4,1.2Hz),7.67(t,1H,J＝7.5Hz),7.63(t,1H,J＝7.5Hz),7.57(t,2H,J＝7.8Hz),7.49(t,2H,J＝7.8Hz),4.74(s,2H)。
实施例5：苯甲酰乙酸乙酯的制备
在500mL的圆底烧瓶中，加入9.4g(40mmol)3-苯甲酰基-2-氧代-丁酸乙酯，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将12.5g亚硫酸氢钠固体(120mmol)溶解在125mL水中，70℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌4小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后经减压蒸馏得到无色液体6.1g，产率为80％。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。
如图5所示，1H NMR(CDCl3,600MHz,酮式/烯醇式＝1:3.6):δ12.59(s,0.2H),7.96-7.94(m,1.55H),7.80-7.77(m,0.42H),7.62-7.59(m,0.75H),7.50-7.40(m,2.32H),5.67(s,0.20H),4.27(q,0.43H,J＝6.0Hz),4.22(q,1.54H,J＝6.0Hz),4.00(s,1.53H),1.34(t,0.64H,J＝6.0Hz),1.26(t,2.33H,J＝6.0Hz)。
实施例6：1,3-二苯基丙二酮的制备
在500mL的圆底烧瓶中，加入10g(40mmol)2-苯甲酰基-1-苯基-1,3-丁二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将12.5g亚硫酸氢钠固体(120mmol)溶解在125mL水中，80℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌4小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体7.6g，产率为85％，熔点为76-78℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。
如图6所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):δ8.02(d,4H,J＝8.4Hz),7.56(t,2H,J＝7.2Hz),7.50(t,4H,J＝7.8Hz),6.88(s,1H)。
实施例7：1-苯基-1,3-丁二酮的制备
在500mL的圆底烧瓶中，加入8.2g(40mmol)2-乙酰基-1-苯基-1,3-丁二酮，搅拌使其溶解于125mL四氢呋喃中。将12.5g亚硫酸氢钠固体(160mmol)溶解在125mL水中，80℃下滴加入上述四氢呋喃溶液中，10-20分钟滴加完毕，保持此温度下不变，继续搅拌6小时。
反应结束，停止搅拌并将上述混合溶液静置分层，分离有机相，水相用乙酸乙酯萃取三次，每次100mL，并将萃取液与上述有机相合并。有机相经浓缩干燥后用乙醇重结晶得到白色固体4.6g，产率为71％，熔点为55-56℃。
所得产物经核磁鉴定为目标产品。
如图7所示，1H NMR(CDCl3,600MHz):δ7.88(d,2H,J＝7.2Hz),7.51(t,1H,J＝7.2Hz),7.44(t,2H,J＝7.2Hz),6.18(s,1H),2.19(s,3H)。
Claims (8)
1.一种采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：以2-位有吸电子取代基的1,3-二酮类化合物为底物，添加促进剂，以四氢呋喃和水为混合溶剂，合成α-取代酮。
2.根据权利要求1所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将1,3-二酮类化合物溶解在四氢呋喃中，将促进剂溶解在蒸馏水中，在40-80℃条件下将促进剂溶液滴加到四氢呋喃溶液中，并控制反应温度在40-80℃进行搅拌，反应时间为4-6小时；
(2)反应完毕进行分液，将水相和有机相分离，水相用乙酸乙酯萃取三次后与上述有机相合并；除去溶剂后用乙醇重结晶，可以得到α-取代酮类化合物，收率为71-90％。
3.根据权利要求1或2所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述1,3-二酮类化合物的结构通式如下：
其中，R1代表烷基、苯基、酯基中的一种；R2代表含1～3个碳原子的烷基；R3代表具有吸电子能力的官能团，包括羰基、砜基、酯基中的一种。
4.根据权利要求1或2所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述促进剂为Na2SO3或NaHSO3。
5.根据权利要求1或2所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述1,3-二酮与促进剂的摩尔比为1：(2-4)；所用溶剂四氢呋喃和水的体积比为1:(1-4)；每摩尔1,3-二酮C-C键断裂所使用的混合溶剂量为1-2L。
6.根据权利要求5所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述1,3-二酮与促进剂的摩尔比为1:4；四氢呋喃和水的体积比为1:1；每摩尔1,3-二酮C-C键断裂使用2L混合溶剂。
7.根据权利要求2所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，反应温度为60℃，反应时间为6小时。
8.根据权利要求2所述的采用1,3-二酮类化合物合成α-取代酮的方法，其特征在于：所述步骤(1)中，滴加促进剂溶液的时间为10～20分钟。
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