CN106748708B - 一种惰性环烷烃C(sp3)-H键的官能化方法 - Google Patents

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    • C07C45/28—Preparation of compounds having >C = O groups bound only to carbon or hydrogen atoms; Preparation of chelates of such compounds by oxidation of CHx-moieties

Abstract

本申请属于有机合成领域，具体涉及一种惰性环烷烃C(sp3)‑H键的官能化方法。在干燥的反应瓶中加入式Ia所示的取代苯乙烯，催化剂氯化亚铁，氧化剂和碱，再加入式IIa所示的环烷烃，然后将反应瓶置于100～120℃条件下反应12‑24小时，反应完毕后，反应液通过装有硅胺的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到式I所示的目标产物。反应式可表示如下：

Description

一种惰性环烷烃C(sp3)-H键的官能化方法
技术领域
本申请属于有机合成领域，具体涉及一种惰性环烷烃C(sp3)-H键的官能化方法。
背景技术
C-H键活化是当代有机合成领域中的“圣杯”，是当代有机合成中最为活跃的研究领域，体现出高效、高原子经济性和环境友好的现代合成理念。随着过渡金属在C-H键活化领域中的灵活运用，各种C-H键的直接官能化均有报道。与传统的活泼官能化反应相比，惰性 C-H键的直接转化减少了原料的预先官能化，使得有机反应更加高效和绿色。惰性C(sp3)-H 键的直接官能化研究不多，因此存在很大的研究空间。
2015年，Wang课题组报道了铜/锰共催化下烯烃与酮类化合物C(sp3)-H键的官能化反应(式一)(现有技术文献1：“Unactivated C(sp3)-H Bond Functionalization ofAlkyl Nitriles with Vinylarenes and Mechanistic Studies”，Nai-Xing Wang等，《Org.Lett.》，DOI： 10.1021/acs.orglett.6b02692)。
2016年，Wang课题组发展了氧化体系下烯烃与腈类化合物C(sp3)-H键的官能化反应(式二)(现有技术文献2：“Copper/Manganese Cocatalyzed Oxidative Coupling ofVinylarenes with ketones”，Nai-Xing Wang等，《Org.Lett.》，DOI：10.1021/acs.orglett.502116)。
从以上可知，虽然现有技术中烯烃与惰性C(sp3)-H键的直接官能化反应已经有不少报道，但烯烃与惰性环烷烃C(sp3)-H键的直接官能化反应尚未见文献报道。由于惰性环烷烃的C(sp3)-H键没有空的低能量轨道和填充的高能量轨道，不容易与金属原子轨道相互作用，使得惰性环烷烃C(sp3)-H键直接官能化的研究更具挑战性。本发明提供了一种在氧化体系下经过自由基过程的烯烃与惰性环烷烃C(sp3)-H键的直接官能化方法。
发明内容
本发明在于克服现有技术的不足，提供一种在催化氧化体系下取代苯乙烯与惰性环烷烃C(sp3)-H键的直接官能化方法。
为实现上述发明的目的，本发明是通过如下技术方案实现的：
式Ia所示的取代苯乙烯与式IIa所示的环烷烃在催化氧化条件下反应，得到式I所示的目标产物(式三)。
上述反应式中，R1表示所连接苯环上的一个取代基，选自H、C1-6的烷基、卤素、C1-6 烷氧基、-NO2、-CF3；n＝1、2、3，表示式IIa中括号内的亚甲基重复单元个数；
所述方法具体操作如下：在干燥的反应瓶中加入式1a所示的取代苯乙烯，催化剂氯化亚铁，氧化剂和碱，再加入式IIa所示的环烷烃，然后将反应瓶置于100～120℃条件下反应 12-24小时，反应完毕后，反应液通过装有硅胺的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到式I所示的目标产物。
其中，所述式Ia的取代苯乙烯∶催化剂氯化亚铁∶氧化剂∶碱的摩尔比为 1∶(0.05-0.1)∶(3-5)∶(1-3)。
优选地、所述的氧化剂为TBHP。
优选地、所述的碱为碳酸钾、碳酸钠中的任意一种。
优选地、所述式Ia的取代苯乙烯∶催化剂氯化亚铁∶氧化剂∶碱的摩尔比为1∶0.1∶4∶2。
本发明的上述方法中，所述IIa所示的环烷烃同时作为反应的溶剂，其加入量可按本领域常规的反应溶剂加入量加入。
优选地、所述的反应温度优选为100℃，所述的反应时间优选为24小时。
在本发明中，如无特别说明，所述原料Ia、IIa和试剂均可以通过市售获得。
本发明的有益效果是：提出了一种在催化氧化体系下取代苯乙烯与惰性环烷烃C(sp3)-H 键的直接官能化方法，具有反应体系价格便宜、绿色环保、反应条件温和、目标产物收率高的优点。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细的描述。
实施例1-12反应条件优化
以苯乙烯、环已烷为反应原料，探索了各种不同的催化剂、氧化剂、碱及温度条件对反应的影响(式四)，选择出其中具有代表性的实施例1-12，结果如表一所示：
表一：
实施例 催化剂(10mol％) 氧化剂(4equiv) 碱(2equiv) 温度(℃) 产率(％)
1 - TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 0
2 CuCl<sub>2</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 38
3 CoCl<sub>2</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 trace
4 FeCl<sub>2</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 86
5 FeCl<sub>3</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 42
6 FeCl<sub>2</sub> DTBP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 0
7 FeCl<sub>2</sub> TBHP Na<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 100 70
8 FeCl<sub>2</sub> TBHP Et<sub>3</sub>N 100 trace
9 FeCl<sub>2</sub> TBHP DBU 100 28
10 FeCl<sub>2</sub> TBHP - 100 0
11 FeCl<sub>2</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 80 22
12 FeCl<sub>2</sub> TBHP K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> 110 84
反应条件：苯乙烯0.4mmol，环已烷2mL。
由上述条件优化实施例可以看出，在不加入过渡金属催化剂的条件下，反应不能够进行(实施例1)；对于各种过渡金属催化剂，以氯化亚铁催化效果最好，可达到86％的收率 (实施例2-5)；当替换氧化剂为类似的DTBP时，无法得到目标产物(实施例6)；对于碱的选择，碳酸钠也可以取得较好的效果，但其它的碱例如三乙胺、DBU均只能取得很低的收率或仅能通过GC检测到痕量的产物，在不加碱的情况下，反应不能够进行(实施例7-10)；对于反应温度，反应温度在80℃时仅能够获得22％的收率，而在110℃时收率与实施例4 相当(参见实施例11-12、实施例4)。
其中实施例4的具体操作如下：在干燥的10mL schlenk瓶中加入苯乙烯41.6mg(0.4 mmol)、氯化亚铁5.1mg(0.04mmol)、过氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸钾110.4mg(0.8mmol)、环己烷(2mL)，反应瓶在100℃下搅拌24h。反应完毕后，反应液通过含硅胶的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到目标产物，无色油状液体，产率86％。1H NMR(300MHz，CDCl3)δ：7.96(d，J＝6.3Hz，2H)，7.59-7.56(m，1H)，7.50-7.46 (m，2H)，2.86(d，J＝5.1Hz，2H)，2.01-1.98(m，1H)，1.80-1.71(m，4H)，1.34-1.29(m，6H)；13CNMR(75MHz，CDCl3)δ：200.2，136.8，133.2，128.9，128.7，48.1，33.2，29.3，26.1，25.6.
实施例13
在干燥的10mL schlenk瓶中加入苯乙烯41.6mg(0.4mmol)、氯化亚铁5.1mg(0.04mmol)、过氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸钾110.4mg(0.8mmol)、环庚烷(2mL)，反应瓶在100℃下搅拌24h。反应完毕后，反应液通过含硅胶的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到目标产物，无色油状液体，产率61％。
实施例14
在干燥的10mL schlenk瓶中加入对氯苯乙烯55.2mg(0.4mmol)、氯化亚铁5.1mg(0.04 mmol)、过氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸钾110.4mg(0.8mmol)、环己烷(2mL)，反应瓶在100℃下搅拌24h。反应完毕后，反应液通过含硅胶的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到目标产物，无色油状液体，产率71％。
实施例15
在干燥的10mL schlenk瓶中加入对甲氧基苯乙烯53.6mg(0.4mmol)、氯化亚铁5.1mg (0.04mmol)、过氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸钾110.4mg(0.8mmol)、环己烷(2mL)，反应瓶在100℃下搅拌24h。反应完毕后，反应液通过含硅胶的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到目标产物，无色油状液体，产率77％。

Claims (5)

1.一种惰性环烷烃C(sp3)-H键的官能化方法，其特征在于，所述方法反应式可表示如下：
上述反应式中，R1表示所连接苯环上的一个取代基，选自H、C1-6的烷基、卤素、C1-6烷氧基、-NO2、-CF3；n＝1、2、3，表示式IIa中括号内的亚甲基重复单元个数；
所述方法具体操作如下：在干燥的反应瓶中加入式Ia所示的取代苯乙烯，催化剂氯化亚铁，氧化剂和碱，再加入式IIa所示的环烷烃，然后将反应瓶置于100～120℃条件下反应12-24小时，反应完毕后，反应液通过装有硅胺的玻璃滴管过滤，乙酸乙酯冲洗后，滤液旋干，柱层析分离，得到式I所示的目标产物；
其中，所述的氧化剂为TBHP；所述的碱为碳酸钾、碳酸钠中的任意一种。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述式Ia的取代苯乙烯∶催化剂氯化亚铁∶氧化剂∶碱的摩尔比为1∶(0.05-0.1)∶(3-5)∶(1-3)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述式Ia的取代苯乙烯∶催化剂氯化亚铁∶氧化剂∶碱的摩尔比为1∶0.1∶4∶2。
4.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述IIa所示的环烷烃同时作为反应的溶剂。
5.如权利要求1-3任意一项所述的方法，其特征在于，所述的反应温度优选为100℃，所述的反应时间优选为24小时。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103232357A (zh) * 2013-04-24 2013-08-07 苏州大学 一种制备α,β-不饱和酰胺的方法

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