CN105949168B - 一种合成异色酮类化合物的方法 - Google Patents

一种合成异色酮类化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合成异色酮类化合物的方法，该方法以廉价、易于合成的双核水杨酸铜配合物为催化剂，以绿色、环保、无毒的氧气为氧化剂，同时以氯盐为辅助催化剂，将异色满或其衍生物一步反应即可制备成异色酮类化合物。本发明操作简单，所用催化剂廉价易得，反应条件温和，产物收率较高，克服了传统的原料试剂昂贵、条件苛刻、合成步骤冗长等不足，具有很好的应用前景。

Description

一种合成异色酮类化合物的方法
技术领域
本发明属于异色酮类化合物的合成技术领域，具体涉及到异色满类化合物在双核水杨酸铜催化剂和氧气作用下直接发生氧化反应合成异色酮类化合物的方法。
背景技术
在合成化学及药物化学中，利用高效、简便的方法来合成异色酮已经成为一个很重要的研究方向。文献报道的传统的异色满氧化方法基本都是采用化学计量的重金属盐作为氧化剂来实现，例如：RuO4(Synth.Commun.1980,10,205)、CrO3(J.Chem.Soc.,Chem.Commun.1966,20,752)、Ce(OTf)4(J.Chem.Soc.,PerkinTrans.2001,1,578-583)和KMnO4(Angew.Chem.,Int.Ed.Engl.1979,18,70)等，这些氧化剂的加入使得反应完成后会产生大量的有毒废弃物，对环境造成污染，同时与当下绿色、低碳和原子经济性的概念背道而驰。因此，使氧化反应的过程符合绿色、环保，例如通过使用无毒试剂和能量高效的催化方法，是长期以来化学工作者们一直追求的目标。通过化学工作者的不断努力，近年来发展了许多利用过渡金属催化剂和有机分子催化的方法来完成异色满氧化生成异色酮的方法。
氧气是一种高原子经济性，环境友好，廉价易得和绿色清洁环保的氧化剂，当它与适当的催化剂结合时就会发生多种多样的氧化反应，它作为氧化剂的反应堪称完美。之前已有文献报道了利用其他金属催化剂结合氧气的催化体系合成异色酮类化合物。例如：
(1)Co-催化氧化法(TetrahedronLett.1995，36，9461-9464)
此方法中Manfred T.Reetz等以Co(acac)2作催化剂，氧气作氧化剂高效氧化醚化合物得到目标产物。
(2)NHPI-催化法(TetrahedronLett.1995，36，9461-9464)
同年，YasutakaIshii研究小组报道了催化量的N-羟基邻苯二甲酰亚胺与氧气结合实现了烃类、醚类化合物的氧化。该反应中的NHPT是常作为一种自由基引发剂使用，此法底物适用性强，产率高。
(3)Fe-催化法(J.Am.Chem.Soc.2014，136，8350)
2014年，肖建良等人报道了以原位生成的非血红素铁配合物为催化剂，氧气作氧化剂的反应，高选择性的将异色满及其衍生物氧化成相应的酮类化合物。此合成方法虽然中心金属铁盐廉价易得，但是配体合成较为复杂。
(4)可见光催化法(Chem.Commun.2015，51，14046-14049)
2015年，雷爱文课题组报道了可见光照射下以1mol％Acr-MesClO4作催化剂，氧气作为氧化剂，以中等收率将异色满氧化成相应的酮。
可见光催化与非血红素铁催化剂相结合的方法(Angew.Chem.Int.Ed.2016，55，427-430)：
RobertWolf等人将可见光催化与非血红素铁催化剂相结合，在空气中蓝光照射下中等产率将异色满氧化生成异色酮。
(5)有机小分子催化法(OrganicLett.2015，17，5492-5495)
2015年，HaoLi等人报道了以可回收利用的TEMPO衍生的磺酸盐为催化剂，结合无机酸(HCl和亚硝酸钠)为助催化剂，氧气作氧化剂，以良好的收率将异色满及其衍生物氧化成相应的酮。此合成方法催化剂用量低，底物范围广泛，选择性好。
以上这些合成方法存在的问题是操作复杂，催化剂昂贵且用量较大等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种操作简单、成本低、催化剂用量少、产物选择性好、收率高的合成异色酮类化合物的方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：在氧气气氛下，将式I所示的异色满或其衍生物、双核水杨酸铜配合物、氯盐，在有机溶剂中30～60℃反应12～24小时，分离纯化产物，得到式II所示的异色酮类化合物。
式中R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立的代表H、卤素、类卤素、C1～C10烷基、C1～C10烷氧基、C1～C8烯基、C1～C8炔基、羟基、羧基、醛基、苯基、C1～C4烷基取代苯基、C1～C4烷氧基取代苯基中的任意一种，优选R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立的代表H、卤素、C1～C4烷基中的任意一种。
上述双核水杨酸铜配合物的用量优选为异色满或其衍生物摩尔量的0.1％～0.2％，双核水杨酸铜配合物的制备方法为：以乙腈为溶剂，将氯化亚铜与水杨酸按摩尔比为1:2加入Scheck管中，反应液在液氮冷冻下用氧气换气3～5次，在40℃下搅拌过夜，待反应结束，冷却至室温，将反应液置于-10℃下2～3天，过滤、洗涤、干燥，得双核水杨酸铜配合物。
上述的氯盐优选四丁基氯化铵、氯化钾、氯化钠中的任意一种，氯盐的用量优选为异色满或其衍生物摩尔量的0.2％～0.4％。
上述的有机溶剂优选乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一种。
本发明合成方法的反应机理如下所示：
首先，催化剂1(双核水杨酸铜配合物)与TBAC(正四丁基氯化铵)的Cl-进行配体交换，形成动态平衡，催化剂1中的一分子MeCN被Cl-取代得到催化剂2；接着，催化剂2失去一个MeCN分子得活性催化剂3；然后，催化剂3与反应底物异色满进行配位，得到中间体4，中间体4经过单电子转移过程形成异色满阳离子自由基，并伴随Cl-与Cu配位得到中间体5；然后，中间体5与氧气作用，得到[Cu…Cu-OOH]中间体6和异色满氧正离子盐，中间体6中的-OOH作为亲核试剂进攻异色满氧正离子盐的碳氧双键，从而得到催化剂3和异色满过氧化物。催化剂3又可以进行下一轮催化循环。最后，异色满过氧化物分解释放出一分子异色酮和H2O。
本发明用廉价、易于合成的双核水杨酸铜配合物作催化剂，清洁、绿色、无毒的氧气作氧化剂，一歩法温和条件下即可得到较高产率的异色酮类化合物，表现出较好的官能团容忍性，克服了传统的原料试剂昂贵、条件苛刻、合成步骤冗长等不足，并减少了环境污染，与目前追求的原子经济性和可持续发展的绿色合成化学理念相一致，具有很好的应用前景。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围并不仅限于这些实施例。
下面实施例中的双核水杨酸铜配合物参考文献方法合成，具体合成方法为：将氯化亚铜200mg(2mmol)、水杨酸552mg(4mmol)、10mL乙腈加入Scheck管中，反应液在液氮冷冻下用氧气换气3次，在40℃下搅拌过夜，待反应结束，冷却至室温，取出磁子；将反应液置于-10℃下2天，有绿色晶体析出，过滤绿色晶体，并用冷的乙腈洗涤、干燥，得双核水杨酸铜配合物331mg，其产率为27％。
实施例1
以制备结构式如下的异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在氧气气氛下，将1.0mg(0.0014mmol)双核水杨酸铜配合物、0.9mg(0.0028mmol)四丁基氯化铵(TBAC)、134mg(1mmol)异色满、1.0mL乙二醇二甲醚加入Scheck管中，在60℃下搅拌反应12小时，待反应结束，向混合物中加入10mL蒸馏水，然后用15mL二氯甲烷分三次萃取，收集有机相，用无水Na2SO4干燥，抽滤，用旋转蒸发仪除去二氯甲烷，柱层析分离得到无色油状物异色酮，其产率为70％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.10(d，J＝7.6Hz，1H)，7.54(td，J＝7.6、1.2Hz，1H)，7.40(t，J＝7.6Hz，1H)，7.26(d，J＝7.6Hz，1H)，4.54(d，J＝6.0Hz，2H)，3.06(d，J＝6.0Hz，1H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：165.1，139.5，133.6，130.3，127.6，127.2，125.2，67.3，27.7；IR(KBr)ν(cm-1)：1723，1607，1463，1393，1294，1121，1092，1031，950，748，695；HRMS(ESI)m/z：C9H8NaO2[M+Na]+理论值171.0422，实测值171.0414。
实施例2
以制备结构式如下的7-甲基异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的7-甲基异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到无色油状物7-甲苯异色酮，其产率为62％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：7.91(s，1H)，7.34(d，J＝8.0Hz，2H)，7.15(d，J＝8.0Hz，1H)，4.51(d，J＝6.0Hz，1H)，3.01(d，J＝6.0Hz，2H)，2.39(s，3H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：165.4，137.5，136.6，134.5，130.6，127.1，125.0，67.5，27.4，21.0；IR(KBr)ν(cm-1)：1724，1617，1503，1421，1300，1246，1182，1141，1092，1038，828，783；HRMS(ESI)m/z：C10H10NaO2[M+Na]+理论值185.0578，实测值185.0579。
实施例3
以制备结构式如下的4-甲基异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的4-甲苯异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到无色油状物4-甲基异色酮，其产率为60％，波谱数据为：1HNMR(400MHz，CDCl3)δ：8.10(d，J＝8.0Hz，1H)，7.57(t，J＝7.6Hz，1H)，7.40(t，J＝8.0Hz，1H)，7.30(d，J＝8.0Hz，1H)，4.52(dd，J＝10.8，4.0Hz，2H)，4.24(dd，J＝11.0，6.6Hz，2H)，3.20-3.12(m，1H)，1.37(d，J＝6.8Hz，3H)；13CNMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)165.1，144.6，133.9，130.5，127.5，125.7，124.4，72.5，32.8，16.7；IR(KBr)ν(cm-1)：1725，1606，1465，1396，1283，1238，1126，1086，1023，989，760，698；HRMS(ESI)m/z：C10H10NaO2[M+Na]+理论值185.0578，实测值185.0578。
实施例4
以制备结构式如下的3-甲基异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的3-甲苯异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到无色油状物3-甲基异色酮，其产率为63％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.07(d，J＝7.6Hz，1H)，7.52(t，J＝7.0Hz，1H)，7.37(t，J＝7.6Hz，1H)，7.22(d，J＝7.6Hz，1H)，4.71-4.63(m，1H)，2.99-2.88(m，2H)，1.51(d，J＝6.4Hz，3H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：165.6，139.1，133.6，130.2，127.6，127.3，124.9，75.0，34.8，20.9；IR(KBr)ν(cm-1)：1727，1606，1460，1387，1351，1282，1239，1121，1089，1031，956，746，694；HRMS(ESI)m/z：C10H10NaO2[M+Na]+理论值185.0578，实测值185.0581。
实施例5
以制备结构式如下的7-叔丁基异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的7-叔丁基异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到白色固体7-叔丁基异色酮，其产率为64％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.12(s，1H)，7.58(d，J＝7.2Hz，1H)，7.20(d，J＝8.0Hz，1H)，4.52(t，J＝5.8Hz，2H)，3.02(d，J＝6.0Hz，2H)，1.34(s，9H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：165.6，151.0，136.6，131.0，127.1，127.0，124.8，67.4，34.7，31.2，27.4；IR(KBr)ν(cm-1)：1726，1614，1501，1469，1421，1388，1303，1250，1226，1147，1089，1034，870，837；HRMS(ESI)m/z：C13H16NaO2[M+Na]+理论值227.1048，实测值227.1050。
实施例6
以制备结构式如下的7-溴异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的7-溴异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到白色固体7-溴异色酮，其产率为55％，波谱数据为：1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.21(s，1H)，7.64(dd，J＝8.6、2.2Hz，1H)，7.16(d，J＝8.8Hz，1H)，4.52(t，J＝6.2 Hz，2H)，3.01(d，J＝6.2 Hz，2H)；13C NMR(100 MHz，CDCl3)δ(ppm)：163.7，138.2，136.6，133.1，129.0，127.0，121.4，67.2，27.4；IR(KBr)ν(cm-1)：1713，1479，1426，1298，1242，1138，1030，950，834，777；HRMS(ESI)m/z：C9H7BrNaO2[M+Na]+理论值248.9527，实测值248.9530。
实施例7
以制备结构式如下的5-溴异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的5-溴异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到白色固体5-溴异色酮，其产率为50％，波谱数据为：1H NMR(400 MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.09(d，J＝7.6 Hz，1H)，7.78(d，J＝8.0 Hz，1H)，7.29(d，J＝7.8 Hz，1H)，4.55(t，J＝6.0Hz，2H)，3.15(t，J＝6.0 Hz，2H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：164.1，139.4，137.3，129.7，128.7，127.3，122.8，66.6，28.1；IR(KBr)ν(cm-1)：1719，1453，1399，1294，1275，1238，1096，1030，951，744；HRMS(ESI)m/z：C9H7BrNaO2[M+Na]+理论值248.9527，实测值248.9530。
实施例8
以制备结构式如下的7-氯异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的7-氯异色满替换，其他步骤与实施例1相同，得到白色固体7-氯异色酮，其产率为58％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：8.06(d，J＝2.0Hz，1H)，7.50(dd，J＝8.2、2.2Hz，1H)，7.22(d，J＝8.0Hz，1H)，4.53(t，J＝6.2Hz，2H)，3.03(t，J＝6.2Hz，2H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：163.9，137.8，133.7，130.2，128.7，126.8，67.3，27.3；IR(KBr)ν(cm-1)：1714，1484，1427，1299，1243，1134，1028，831，779；HRMS(ESI)m/z：C9H7ClO2Na[M+Na]+理论值205.0032，实测值205.0033。
实施例9
以制备结构式如下的7-氟异色酮为例，所用原料及制备方法为：
在实施例1中，所用的异色满用等摩尔的7-氟异色满替换，其他步骤与实施例1相同，反应时间延长至24小时，得到白色固体7-氟异色酮，其产率为40％，波谱数据为：1H NMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：7.77(d，J＝8.4Hz，1H)，7.30-7.23(m，2H)，4.55(t，J＝6.0Hz，2H)，3.05(t，J＝6.0Hz，2H)；13C NMR(100MHz，CDCl3)δ(ppm)：164.0，161.8(d，1JC-F＝245.7Hz)，135.3(d，4JC-F＝3.2Hz)，129.1(d，3JC-F＝7.5Hz)，126.9(d，3JC-F＝7.5Hz)，121.0(d，2JC-F＝21.9Hz)，116.7(d，2JC-F＝22.8Hz)，67.5，27.1；IR(KBr)ν(cm-1)：1719，1493，1439，1307，1276，1237，1127，1083，1026，887；HRMS(ESI)m/z：C9H7FNaO2[M+Na]+理论值189.0328，实测值189.0329。

Claims (4)

1.一种合成异色酮类化合物的方法，其特征在于：在氧气气氛下，将式I所示的异色满或其衍生物、双核水杨酸铜配合物、氯盐，在有机溶剂中30～60℃反应12～24小时，分离纯化产物，得到式II所示的异色酮类化合物；
式中R1、R2、R3、R4、R5、R6各自独立的代表H、卤素、C1～C4烷基；
上述的氯盐为四丁基氯化铵、氯化钾、氯化钠中的任意一种。
2.根据权利要求1所述的合成异色酮类化合物的方法，其特征在于：所述双核水杨酸铜配合物的用量为异色满或其衍生物摩尔量的0.1％～0.2％。
3.根据权利要求1所述的合成异色酮类化合物的方法，其特征在于：所述氯盐的用量为异色满或其衍生物摩尔量的0.2％～0.4％。
4.根据权利要求1所述的合成异色酮类化合物的方法，其特征在于：所述的有机溶剂为乙二醇二甲醚、四氢呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一种。
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