CN106905205A - 一种一步构筑c‑o和c‑s键双官能化产物及其制备方法 - Google Patents

一种一步构筑c‑o和c‑s键双官能化产物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种一步构筑C‑O和C‑S键双官能化产物及其制备方法，与现有技术相比，本发明提供了一系列新的C‑O和C‑S键双官能化产物及其衍生物。以不同的多重炔烃底物通过串联反应一步构筑C‑O和C‑S键双官能化产物及其衍生物，该反应克服了以往反应中必须加入过渡金属催化，底物和反应条件要求苛刻等缺点，该反应不但试剂比较廉价，并且具有高原子经济性、绿色环保的得到目标分子，为高效构筑碳‑杂原子键提供了更为实用的新方法。

Description

一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物及其制备方法
技术领域
本发明属于有机化合物领域，具体涉及一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物及其制备方法，由四炔底物一步构筑C-O和C-S键双官能化的新方法。
背景技术
近年来,一系列高效的催化体系被开发出来,尤其引人注目的是碳-杂原子键、特别是C-O和C-S键的形成。虽然这些催化体系已经完成了碳-杂原子键的构建，但是需要加入过渡金属催化。而随着可持续发展和绿色发展的工作已经在社会生产中开展起来。因此我们迫切的需要找到一种新的方法来解决化工生产中存在的重金属污染和实验室“三废”的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物，具有苯硫醚单元和多环存在，结构更复杂，有广阔的应用前景。
本发明提供的一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物的制备方法，简便、无金属催化、高原子经济性。
本发明提供的一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物的制备方法，包括以下步骤：
1)、以氢化钠为催化剂，将丙二酸酯与炔丙基溴加入到无水乙腈溶剂中，冰水浴中，分离纯化后得到化合物a；
2)、在无水无氧条件下，将步骤1)得到的化合物a与苯乙炔基溴或苯乙炔基溴的取代物在催化剂和有机碱的作用下，在无水乙腈溶剂中反应，分离纯化后，得到化合物b；
3)在空气中，将步骤2)得到的化合物b与二苯基环丙烯酮在DMSO溶剂中，反应，结束后分离纯化后即可制得一步构筑C-O和C-S键双官能化产物。
步骤1)中，丙二酸酯、炔丙基溴与氢化钠之间的物质的量之比为1：2.2～3.2：4～5，丙二酸酯在无水乙腈中的浓度为0.8～1.5mol/L；
步骤1)中，所述丙二酸酯的通式为：R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；R优选为甲基或异丙基；
步骤1)中化合物a结构式R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；R优选为甲基或异丙基。
步骤1)中冰水浴5～8小时。
步骤2)中化合物a、苯乙炔基溴或苯乙炔基溴的取代物、催化剂和有机碱之间的物质的量之比为1：2.2～3.2：0.03～0.05：4～5，化合物a在无水乙腈中的浓度为0.5～0.8mol/L。
步骤2)中所述催化剂为Pd(PPh3)2Cl2和CuI的混合物，Pd(PPh3)2Cl2和CuI之间的物质的量之比为3：1。
步骤2)中，所述苯乙炔基溴的取代物的化学结构式为：R1为卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基以及其相应的衍生物；R1可处于苯环的任意位置，R1优选为氢或甲基；
步骤2)中所述有机碱为三乙胺。
步骤2)中所述反应是在20～35℃反应10～14小时。
步骤2)中化合物b结构式为：R1为卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基以及其相应的衍生物；R1可处于苯环的任意位置，R1优选为氢或甲基；R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；R优选为甲基或异丙基。
所述步骤2)采取的分离纯化方法为：将粗产物用乙酸乙酯和水萃取分离，浓缩后，用体积比为1：40～60的乙酸乙酯：石油醚为洗脱剂进行柱层析分离纯化。
步骤3)中，化合物b与二苯基环丙烯酮之间的物质的量之比为1.0～1.5：1；化合物b在DMSO中浓度为0.1～0.3mol/L。
步骤3)中所述反应是指在100-120℃反应12～16小时。
步骤(3)采取的分离纯化方法为：将粗产物用乙酸乙酯和水萃取分离，浓缩后，用体积比为1：20～40的乙酸乙酯：石油醚为洗脱剂进行柱层析分离纯化。
本发明提供的一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物，采用上述方法制备得到。其结构通式如下：
其中，R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；
R1为卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基以及其相应的衍生物；R1可处于苯环的任意位置。
进一步地，R优选为甲基或异丙基；R1优选为氢或甲基。
C-O和C-S键是重要的碳-杂原子键，广泛存在于药物及天然产物分子中，因其具有良好的生物活性，所以在医药和农药等有关农业生产领域和人类健康中起着重要的作用。使得构建C-O和C-S键的方法对有机合成、药物合成及新材料具有重要意义。
与现有技术相比，本发明提供了一系列新的C-O和C-S键双官能化产物及其衍生物。以不同的多重炔烃底物通过串联反应一步构筑C-O和C-S键双官能化产物及其衍生物，该反应克服了以往反应中必须加入过渡金属催化，底物和反应条件要求苛刻等缺点，该反应不但试剂比较廉价，并且具有高原子经济性、绿色环保的得到目标分子，为高效构筑碳-杂原子键提供了更为实用的新方法。
附图说明
图1为C-O和C-S键双官能化产物的结构通式；
图2为C-O和C-S键双官能化产物的合成路线图；
图3为实施例1制备的C-O和C-S键双官能化产物c-1的合成路线图；
图4为实施例1制备的C-O和C-S键双官能化产物c-1的核磁共振氢谱；
图5为实施例1制备的C-O和C-S键双官能化产物c-1的核磁共振碳谱；
图6为实施例1制备的C-O和C-S键双官能化产物c-1的XRD单晶衍射图；
图7为实施例2制备的C-O和C-S键双官能化产物c-2的合成路线图；
图8为实施例2制备的C-O和C-S键双官能化产物c-2的核磁共振氢谱；
图9为实施例2制备的C-O和C-S键双官能化产物c-2的核磁共振碳谱；
图10为本申请的反应机理示意图。
具体实施方式
实施例1
一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物，其结构式为：
一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)以830mmol氢化钠为催化剂，将200mmol丙二酸二甲酯与440mmol炔丙基溴加入到210mL无水乙腈中冰水浴，搅拌反应8小时，产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到黄棕色固体产物，即化合物a-1；
(2)将80mmol化合物a-1与200mmol苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中(2.56mmol/0.85mmol)，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2：CuI＝3：1，以336mmol三乙胺作碱，以150mL无水乙腈为溶剂，20℃搅拌反应12小时，产物用水洗涤，用乙酸乙酯和水萃取分离，减压旋干，用体积比为1：40的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得白色固体产物，即化合物b-1。
(3)在115℃的条件下，步骤(2)所制备的1.2mmol化合物b-1在4-5mL DMSO溶剂中与1.0mmol二苯基环丙烯酮反应16小时，得化合物c-1，即双官能化衍生物的粗产物；将制备的双官能化衍生物的粗产物用乙酸乙酯和水萃取分离，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1：20柱层析分离，得到白色固体产物，即双官能化衍生物c-1，柱层析产率约为75％。
产物结构通过1H NMR、13C NMR来测定，结果如下：
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.09(s,1H),7.39(d,J＝8.8Hz,10H),7.29–7.07(m,11H),3.84(s,2H),3.79(s,6H),3.63(s,2H),1.87(s,3H).
13C NMR(75MHz,CDCl3)δ171.64,165.36,149.29,148.88,144.49,142.74,139.60,135.50,134.34,132.53,131.38,130.95,130.05,129.88,129.56,128.82,128.31,128.24,128.17,128.10,127.95,127.52,127.43,123.05,118.27,96.66,86.37,59.43,53.27,41.27,38.67,25.41,19.08。
本发明的反应机理如图10所示，四炔底物首先经历HDDA历程形成苯炔中间体(A)，而后DMSO中富电子的氧进攻苯炔形成中间体(B)，此时中间体(B)中的碳负离子进攻硫正离子而发生分子内重排(C)，继而离去一个带正电荷的甲基离子形成中间体(D)，(D)中的氧负离子继而进攻二苯基环丙烯酮中的三元环，最终得到双官能化的化合物(E)。
实施例2
一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物，其结构式为：
一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物的制备方法，所述的制备方法包括以下步骤：
(1)以900mmol氢化钠为催化剂，将200mmol丙二酸二异丙酯与500mmol炔丙基溴加入到160mL无水乙腈中冰水浴，搅拌反应7.5小时，产物加水洗涤，用乙酸乙酯萃取，减压旋干，得到黄棕色固体产物，即化合物a-2；
(2)将80mmol化合物a-2与224mmol对甲基苯乙炔基溴混合在Pd(PPh3)2Cl2/CuI的无水无氧催化体系中(3.84mmol/1.28mmol)，摩尔比Pd(PPh3)2Cl2：CuI＝3：1，以360mmol三乙胺作碱，以135mL无水乙腈为溶剂，室温下搅拌反应10小时，产物用乙酸乙酯和水萃取分离，减压旋干，用体积比为1：60的乙酸乙酯：石油醚柱层析分离，得到白色固体产物，即化合物b-2。
(3)在115℃的条件下，步骤(2)所制备的1.5mmol化合物b-2在5mL DMSO溶剂中与1.0mmol二苯基环丙烯酮反应16小时，得化合物c-2，即双官能化衍生物的粗产物；将制备的双官能化衍生物的粗产物用乙酸乙酯和水萃取分离，减压旋干，用体积比乙酸乙酯：石油醚＝1：40柱层析分离，得到白色固体产物，即双官能化衍生物c-2，柱层析产率约为88％。
产物结构通过1H NMR、13C NMR来测定，结果如下：
1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.08(s,1H),7.40(s,5H),7.20-7.14(m,10H),7.04(s,4H),5.08(dt,J＝12.4,6.2Hz,2H),3.77(s,2H),3.57(s,2H),2.42(s,3H),2.31(s,3H),1.27(d,J＝6.2Hz,12H).
13C NMR(75MHz,CDCl3)δ170.72,165.30,149.10,148.72,144.67,142.41,138.24,136.84,135.63,134.43,132.49,131.60,131.28,130.91,129.97,129.87,129.47,128.89,128.74,128.28,128.16,128.01,127.78,120.26,118.53,96.61,86.04,69.48,59.68,41.11,38.46,21.54,19.11。
上述参照实施例对C-O和C-S键双官能化衍生物及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
1)、以氢化钠为催化剂，将丙二酸酯与炔丙基溴加入到无水乙腈溶剂中，冰水浴中，分离纯化后得到化合物a；
2)、在无水无氧条件下，将步骤1)得到的化合物a与苯乙炔基溴或苯乙炔基溴的取代物在催化剂和有机碱的作用下，在无水乙腈溶剂中反应，分离纯化后，得到化合物b；
3)在空气中，将步骤2)得到的化合物b与二苯基环丙烯酮在DMSO溶剂中，反应，结束后分离纯化后即可制得一步构筑C-O和C-S键双官能化产物。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，丙二酸酯、炔丙基溴与氢化钠之间的物质的量之比为1：2.2～3.2：4～5，丙二酸酯在无水乙腈中的浓度为0.8～1.5mol/L。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，步骤1)中化合物a结构式R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团。
4.根据权利要求1-3任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中冰水浴5～8小时。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中化合物a、苯乙炔基溴或苯乙炔基溴的取代物、催化剂和有机碱之间的物质的量之比为1：2.2～3.2：0.03～0.05：4～5，化合物a在无水乙腈中的浓度为0.5～0.8mol/L。
6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中所述有机碱为三乙胺；所述反应是在20～35℃反应10～14小时。
7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中化合物b结构式为：R1为卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基以及其相应的衍生物；R1可处于苯环的任意位置，R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团。
8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中，化合物b与二苯基环丙烯酮之间的物质的量之比为1.0～1.5：1；化合物b在DMSO中浓度为0.1～0.3mol/L。
9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述反应是指在100-120℃反应12～16小时。
10.一种一步构筑C-O和C-S键双官能化产物，其特征在于，采用权利要求1-9任一项所述的方法制备得到，其结构式为：
其中，R为直链烷基、支链烷基、饱和烃类、不饱和烃类或芳香烃类基团；
R1为卤素、直链烷基、支链烷基、酯基、烷氧基以及其相应的衍生物；R1可处于苯环的任意位置。
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