CN106977447B - 一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种结构对称的羟基取代咔唑化合物的制备方法，在三氟甲烷磺酸酮的催化下，吡咯与3‑烯‑1,2‑二酮化合物在一水合对甲基苯磺酸存在下，于1，4‑二氧六环中反应得到3,6‑二羟基咔唑化合物。本发明所涉及的反应不需要严格的无水无氧条件，在空气中即可发生反应，操作简便，反应速率快，产物专一性好、副产物少，对官能团有很好的容忍性。本发明首次提供了一种结构对称的3，6‑二羟基咔唑化合物的简便高效制备方法。

Description

一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，尤其涉及一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的制备方法。
背景技术
咔唑及其衍生物是一类重要的杂环化合物，被广泛应用于科学研究及工业生产中。研究发现，许多天然产物、生物活性分子及农药中都含有咔唑结构单元。此外，咔唑衍生物在染料、光电功能材料及超分子识别等方面也有重要应用。因此，合成新型的咔唑化合物，对开发新的生物活性分子、新药研发及新材料的合成具有重要意义。传统的咔唑合成方法反应条件苛刻、步骤繁琐、分离纯化困难。近些年，许多过渡金属催化的串联反应被应用到咔唑化合物的合成中，但这些方法需要使用价格昂贵不易得的贵金属催化剂，且底物的普适性也有较大的局限性。而且，所有这些方法都无法快速高效地合成结构对称的含羟基的咔唑化合物。本发明提供了一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的简便高效制备方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种直接在空气中反应且高效便捷的结构对称的含羟基的咔唑化合物的制备方法，该方法具有反应速率快、产物专一性高、副产物少的特点，通过该方法可以合成众多结构对称的且含羟基的咔唑化合物。
本发明方法的技术方案如下：
一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的合成方法，吡咯(式)与3-烯-1,2-二酮化合物（式）在三氟甲磺酸铜的催化下，在一水合对甲基苯磺酸存在下于1，4-二氧六环中进行反应得到各种结构对称的含羟基的咔唑化合物（式Ⅲ），其反应式如下：
Ⅲ
上述反应式中：R1, R2为苯基及各种取代苯基。
本发明的方法对官能团具有很好的适应性， R1, R2苯环上取代基可以是烷基或卤素原子，且对取代基的位置没有特别限制，2-位、3-位、4-位均可。
上述卤素指氟、氯和溴原子。
本发明方法中所用吡咯可为商品化试剂，无需特殊处理。
本发明方法使用的催化剂是三氟甲磺酸酮[Cu(OTf)2]，可为商品化试剂，无需特殊处理；用量优选在基于所述吡咯的20 %当量。
本发明方法使用的一水合对甲基苯磺酸，用量优选在基于所述吡咯的10 %当量的范围内。
本发明方法所使用的1,4-二氧六环，用量按每毫摩尔吡咯使用2-3毫升1,4-二氧六环计。
本发明方法两种反应物优选的投料摩尔比为吡咯: 3-烯-1,2-二酮化合物= 1:3。
上述反应的反应温度和反应时间根据不同的原料略有不同，室温反应1-2小时，加入一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下反应3-4小时。加热过程可采用油浴（例如硅油、石蜡油等）或其它加热方式。
本发明方法首次实现了由简单原料吡咯制备3,6-二羟基-9H-咔唑化合物。该方法具有反应效率高、经济性好、合成速率快等优点，可广泛应用于制备各种含3, 6-二羟基取代咔唑化合物。具言之，本发明具有下列优势：
1. 本发明制备的含羟基并且结构对称的咔唑化合物在有机合成、新药及新材料研发领域有潜在的应用价值，所用原料价廉易得。
2. 本发明的合成过程不需要无水无氧条件，无需惰性气体保护即可进行反应；
3. 本发明具有操作简便，专一性好的特点；
4. 本发明方法所涉及的反应速度快，3-4小时即可制备各种取代的3, 6-二羟基-9H-咔唑化合物。
5. 本发明可以直接得到氮原子上不含保护基的咔唑化合物。
具体实施方式
下面结合实施例进一步描述本发明，但不以任何方式限制本发明的实施范围。
实施例1
1, 4, 5, 8-四苯基-3, 6-二羟基-9H-咔唑的合成
向25mL玻璃反应瓶中依次加入34 mg (即0.5 mmol)吡咯、354 mg (即1.5 mmol)1,4-二苯基-3-丁烯-1, 2-二酮、36 mg (即0.1 mmol)三氟甲磺酸酮，再加入4 mL 1,4-二氧六环，在25 oC下搅拌2小时，加入10 mg (即0.05 mmol)一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下搅拌3小时，反应后浓缩，以石油醚：乙酸乙酯体积比为10：1做洗脱剂，通过硅胶柱层析纯化即可得到1, 4, 5, 8-四苯基-3, 6-二羟基-9H-咔唑，其结构如下式所示：
该化合物为黄色固体，产率为52 %，其核磁数据如下：
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 4.75 (s, 1H), 6.85 - 6.70 (dd, J 1 = 7.0 Hz,J 2 = 1.5 Hz, 4H), 7.03 - 7.11 (s, 6H), 7.13 (s, 2H), 7.40 - 7.43 (t, J = 7.5Hz, 2H), 7.51 - 7.54 (t, J = 7.5 Hz, 4H), 7.70 - 7.71 (d, J = 7.0 Hz, 4H),8.42 (s, 1H);13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 114.7, 120.7, 121.5, 125.5, 127.1,127.8, 127.8, 128.2, 129.3, 129.6, 129.9, 133.7, 136.4, 138.4, 147.0.
实施例2
1, 8-双(4-氟苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑的合成
向25mL玻璃反应瓶中依次加入34 mg (即0.5 mmol)吡咯、381 mg (即1.5 mmol)1-(4-氟苯基)-4-苯基-3-丁烯-1, 2-二酮、36 mg (即0.1 mmol)三氟甲磺酸酮，再加入4mL 1,4-二氧六环，在25 oC下搅拌1小时，加入10 mg (即0.05 mmol)一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下搅拌3小时，反应后浓缩，以石油醚：乙酸乙酯体积比为10：1做洗脱剂，通过硅胶柱层析纯化即可得到1, 8-双(4-氟苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑，其结构如下式所示：
该化合物为黄色固体，产率为46 %，其核磁数据如下：
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 4.77 (s, 2H), 6.82 - 6.84 (dd, J 1 = 7.5 Hz,J 2 = 1.5 Hz, 4H), 7.17 - 7.12 (m, 8H), 7.50 - 7.52 (d, J = 8.5 Hz, 4H), 7.61- 7.63 (d, J = 8.5 Hz, 4H), 8.19 (s, 1H);13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 114.7,121.1, 121.8, 124.3, 127.2, 133.5, 133.9, 136.2, 136.8, 147.2.
实施例3
1, 8-双(2-氯苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑的合成
向25mL玻璃反应瓶中依次加入34 mg (即0.5 mmol)吡咯、407 mg (即1.5 mmol)1-(2-氯苯基)-4-苯基-3-丁烯-1, 2-二酮、36 mg (即0.1 mmol)三氟甲磺酸酮，再加入5mL 1,4-二氧六环，在25 oC下搅拌1小时，加入10 mg (即0.05 mmol)一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下搅拌4小时，反应后浓缩，以石油醚：乙酸乙酯体积比为10：1做洗脱剂，通过硅胶柱层析纯化即可得到1, 8-双(2-氯苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑，其结构如下式所示：
该化合物为黄色固体，产率为37 %，其核磁数据如下：
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 4.75 (s, 2H), 6.85 - 6.87 (dd, J 1 = 7.5 Hz,J 2 = 1.5 Hz,, 4H), 7.07 - 7.10 (m, 6H), 7.13 (s, 2H) 7.23 - 7.30 (m, 4H),7.38 - 7.41 (m, 2H), 7.58 - 7.61 (m, 2H), 8.04 (s, 1H);13C NMR (125 MHz,CDCl3) δ 116.0, 116.3, 116.5, 119.4, 121.5, 121.6, 124.9, 125.5, 125.6,127.1, 129.6, 129.7, 129.8, 130.0, 131.5, 134.2, 136.4, 146.7, 158.8, 160.8.
实施例4
1, 8-双(3-溴苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑的合成
向25mL玻璃反应瓶中依次加入34 mg (即0.5 mmol)吡咯、474 mg (即1.5 mmol)1-(3-溴苯基)-4-苯基-3-丁烯-1, 2-二酮、36 mg (即0.1 mmol)三氟甲磺酸酮，再加入6mL 1,4-二氧六环，在25 oC下搅拌1小时，加入10 mg (即0.05 mmol)一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下搅拌3小时，反应后浓缩，以石油醚：乙酸乙酯体积比为10：1做洗脱剂，通过硅胶柱层析纯化即可得到1, 8-双(3-溴苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑，其结构如下式所示：
该化合物为淡黄色固体，产率为39 %，其核磁数据如下：
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 4.77 (s, 2H), 6.82 - 6.83 (dd, J 1 = 7.5 Hz,J 2 = 1.5 Hz, 4H), 7.06 - 7.11 (m, 8H), 7.39 - 7.43 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 7.54- 7.55 (m, 2H), 7.63 - 7.65 (m, 2H), 7.89 - 7.90 (t, J = 2.0 Hz, 2H), 8.27(s, 1H);13C NMR (125 MHz, CDCl3) δ 114.7, 121.5, 121.9, 123.5, 123.9, 126.7,127.2, 129.6, 129.8, 130.8, 130.9, 131.3, 133.5, 136.2, 140.3, 147.2.
实施例5
1, 8-双(4-甲基苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑的合成
向25mL玻璃反应瓶中依次加入34 mg (即0.5 mmol)吡咯、375 mg (即1.5 mmol)1-(4-甲基苯基)-4-苯基-3-丁烯-1, 2-二酮、36 mg (即0.1 mmol)三氟甲磺酸酮，再加入4mL 1,4-二氧六环，在25 oC下搅拌1小时，加入10 mg (即0.05 mmol)一水合对甲基苯磺酸，在70 oC下搅拌4小时，反应后浓缩，以石油醚：乙酸乙酯体积比为10：1做洗脱剂，通过硅胶柱层析纯化即可得到1, 8-双(4-甲基苯基)-4, 5-二苯基-9H-咔唑，其结构如下式所示：
该化合物为淡黄色固体，产率为47 %，其核磁数据如下：
1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ 2.45 (s, 6H), 4.73 (s, 2H), 6.85 - 6.87 (dd, J 1 = 7.5 Hz, J 2 = 2.0 Hz, 4H), 7.07 - 7.10 (m, 8H), 7.34 - 7.35 (d, J = 8.0Hz, 4H), 7.60 - 7.61 (d, J = 8.0 Hz, 4H), 8.43 (s, 1H);13C NMR (125 MHz,CDCl3) δ 21.3, 114.5, 120.5, 121.6, 125.5, 127.0, 128.1, 129.5, 129.9, 130.0,133.7, 135.5, 136.5, 137.6, 146.9。

Claims (6)

1.一种结构对称的含羟基的咔唑化合物的制备方法，在三氟甲烷磺酸酮的催化下，式所示吡咯及式所示3-烯-1，2-二酮化合物在一水合对甲基苯磺酸存在下，于1，4-二氧六环中反应得到式Ⅲ所示的3，6-二羟基咔唑化合物：
Ⅲ
其中，R1，R2为苯基、卤素或烷基取代的苯基。
2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，三氟甲烷磺酸酮用量为所述吡咯的20 %当量。
3.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，反应物的投料摩尔比为吡咯：3-烯-1,2-二酮=1:3。
4.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，1，4-二氧六环的用量为每毫摩尔吡咯使用2-3毫升。
5.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，一水合对甲基苯磺酸的用量为所述吡咯的10 %当量。
6.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，先室温反应1-2小时，加入一水合对甲基苯磺酸后再升温至70 oC，反应时间为3-4小时。
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Construction of 9H-Pyrrolo[1,2-a]indoles by a Copper-Catalyzed Friedel-Crafts Alkylation/Annulation Cascade Reaction;Yongqing Sun,等;《The Journal of Organic Chemistry》;20161104;第81卷(第23期);第11987-11993页

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