CN107739353B - 一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种2,3,5‑三取代呋喃的合成方法，该方法是将芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜，在四烷基卤素季铵盐催化剂及过硫酸盐氧化剂存在下一锅反应，得到2,3,5‑三取代呋喃；该方法丰富了呋喃衍生物种类，为药物合成提供更多中间体，且原料来源广、步骤简单、反应条件温和、收率高，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种取代呋喃的合成方法，特别涉及一种由芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜在四烷基卤素季铵盐催化作用下通过过硫酸盐氧化一步反应生成2,3,5-三取代呋喃的方法，属于药物中间体合成领域。
背景技术
呋喃衍生物是有机或药物合成一种重要的原料或中间体。现有技术中，相对复杂呋喃衍生物药物类往往依靠从天然植物中提取，如中国专利(公开号：101830871A)公开了一种从瓜蒌果实中提取呋喃衍生物的方法，具体是采用乙醇提取、色谱分离，获得可以用于治疗补体系统过渡激活所引起的各种疾病的呋喃衍生物药物，这种依靠天然植物提取呋喃衍生物的方法成本高，收率低，对自然资源依赖型强。而简单的呋喃衍生物可以利用呋喃原料来合成，主要是利用呋喃环具芳环性质，通过对其进行卤化、硝化、磺化、酰化等亲电取代反应，获得不同的取代产物，如文献(“2-乙酰基呋喃的合成”，石油化工，2008年，第37卷增刊，328-330)公开了一种可以用于药物中间体和食品添加剂的2-乙酰基呋喃，主要采用碘、磷酸等作为催化剂，由乙酸酐和呋喃合成2-乙酰基呋喃。而通过简单的呋喃衍生物也可以进一步进行修饰，从而可以获得相对复杂的呋喃衍生物，如文献(“2-呋喃硼酸的合成研究”，河北科技大学学报，2012年4月，第33卷第2期，103-106页)公开了由2-溴呋喃和硼酸三丁酯为原料，采用正丁基锂法合成了2-呋喃硼酸，2-呋喃硼酸可以通过Suzuki交叉偶联反应构建SP2类型C-C单键，从而可以获得各种芳环等取代基团的呋喃衍生物。这些通过在呋喃环上直接通过取代反应等方法来合成呋喃衍生物的方法受呋喃环电子效应的影响，取代基团修饰的数量及位置有限。目前，也有通过直接合成呋喃环实现呋喃衍生物的合成，并且可以直接从原料引入复杂的取代基团，比较经典的是Paal-Knorr反应用来合成呋喃衍生物，如1,4-二羰基化合物在无水的酸性条件下脱水，生成呋喃及其衍生物，反应式如下：其中，叔丁基也可以采用其他基团替换，从而可以获得2位和5位取代的呋喃衍生物。但是该方法采用1,4-二酮类化合物本身难以获得，限制了该方法的应用。
发明内容
针对现有的合成呋喃衍生物的方法存在的缺点，本发明的目的是在于提供一种由芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜在四烷基卤素季铵盐催化作用下通过过硫酸盐氧化一步反应生成2,3,5-三取代呋喃的方法，该方法丰富了呋喃衍生物种类，为药物合成提供更多中间体，且原料来源广、步骤简单、反应条件温和、收率高，有利于工业化生产。
本发明提供了一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，该方法是将式1芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜，在四烷基卤素季铵盐催化剂及过硫酸盐氧化剂存在下一锅反应，得到式2结构2,3,5-三取代呋喃；
其中，Ar为芳基或芳杂环基。
优选的方案，所述Ar为苯基、取代苯基、萘基或噻吩基；Ar进一步优选为苯基、溴苯基、三氟甲基苯基、硝基苯基、烷基苯基、氯苯基、烷氧基苯基、甲硫基苯基、萘基或噻吩基；如比较典型的取代苯基为：邻/间/对溴苯基、邻/间/对氯苯基、邻/对三氟甲基、邻/间/对甲苯基、邻/间硝基苯基、邻/对甲氧基、对甲硫基或对叔丁基苯基。含这些取代基的苯酮类化合物在合成相应的呋喃衍生物过程中均能取得较高的收率。
优选的方案，所述芳香基乙酮化合物在二甲基亚砜中的浓度为0.1～1mol/L；较优选为0.2～0.5mol/L。
优选的方案，所述四烷基卤素季铵盐的摩尔量为芳香基乙酮化合物摩尔量的10～50％；较优选为20～40％。
优选的方案，所述过硫酸盐氧化剂的摩尔量为芳香基乙酮化合物摩尔量的2～3倍；较优选为2～2.5倍。
较优选的方案，所述四烷基卤素季铵盐包括四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵中至少一种；最优选为四丁基碘化铵。
较优选的方案，所述过硫酸盐为过硫酸钾、过一硫酸氢钾、过硫酸铵中至少一种；进一步优选为过硫酸钾。
优选的方案，所述反应的条件：反应温度为90～140℃，反应时间为5～11h；进一步优选的反应条件：反应温度为110～130℃，反应时间为7～9h。
本发明的技术方案中四烷基卤素季铵盐是作为催化剂使用，过硫酸盐是作为氧化剂使用。2,3,5-三取代呋喃由两分子芳香基乙酮化合物和一分子二甲基亚砜通过环化而成，其中一分子芳香基乙酮化合物的乙酰基、一分子芳香基乙酮化合物的甲基以及一分子二甲基亚砜的甲基在四烷基卤素季铵盐催化剂和过硫酸盐氧化剂作用下发生了环化，从而获得2、3和5位同时取代的呋喃衍生物。本发明技术方案中二甲基亚砜具有两个重要的作用，一方面作为溶解性好的有机溶剂，可以提高反应效率，另一方面作为反应底物，其一个甲基参与环化，另一个甲基以甲硫基形式修饰在形成的呋喃环上。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1)本发明技术方案首次实现由芳香基乙酮化合物与二甲基亚砜进行氧化环化得到2,3,5-三取代呋喃，为合成呋喃衍生物提供了一种全新思路。
2)本发明的技术方案采用常规的芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜作为原料，相对现有的1,4-二酮类化合物原料具有成本低的优点。
3)本发明的技术方案步骤简单、反应条件温和，通过一锅法可以实现2,3,5-三取代呋喃的合成，且反应收率高，有利于大规模生产。
4)本发明的技术方案合成的2,3,5-三取代呋喃包含的芳基及甲硫基均为易再修饰基团，作为呋喃类药物合成中间体具有明显的优势。
附图说明
【图1】为实施例1中2,3,5-三取代呋喃的1H NMR图谱；
【图2】为实施例1中2,3,5-三取代呋喃的13C NMR图谱；
【图3】为实施例2中2,3,5-三取代呋喃的1H NMR图谱；
【图4】为实施例2中2,3,5-三取代呋喃的13C NMR图谱；
【图5】为实施例19中2,3,5-三取代呋喃的1H NMR图谱；
【图6】为实施例19中2,3,5-三取代呋喃的13C NMR图谱；
【图7】为实施例20中2,3,5-三取代呋喃的1H NMR图谱；
【图8】为实施例20中2,3,5-三取代呋喃的13C NMR图谱。
具体实施方式
以下实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。
以下实施例中涉及的底物原料，以及溶剂等均为市售商业产品(分析纯试剂)，并且没有进一步纯化。
产品分离采用色谱法，色谱柱硅胶(300-400目)。
1H NMR(400MHz)，13C NMR(100MHz)，以CDCl3为溶剂，以TMS为内标。
多重性定义如下：s(单峰)；d(二重峰)；t(三重峰)；q(四重峰)和m(多重峰)。偶合常数J(赫兹)。
条件优化实验：通过以下对照实验组寻找最佳反应条件：以苯乙酮和二甲基亚砜为反应原料，同时过量二甲基亚砜作为反应溶剂，进行例举说明，具体反应如下：
称取催化剂、苯乙酮、氧化剂置于25mL的反应管中，加入二甲亚砜(DMSO)作为溶剂，混合液在空气氛围中，加热至一定温度条件下，搅拌反应。反应液冷却至室温，采用乙酸乙酯(10mL)对反应液进行稀释，水洗(5mL)，采用乙酸乙酯(5mL×3)对反应液进行萃取，萃取后的有机相利用无水硫酸钠进行干燥，过滤，然后用旋转蒸发仪将溶剂旋干。浓缩后的物质利用硅胶柱层析进行分离提纯(洗脱剂为石油醚/乙酸乙酯)，得到最终产物。
对照实验组1～11反应条件:苯乙酮(0.5mmol)、DMSO(2.0mL)、催化剂(30mol％)、氧化剂(1.0mmol)，反应时间为8h。
对照实验组12的DMSO(1.0mL)，其他条件与实验组1相同。
对照实验组13的DMSO(3.0mL)，其他条件与实验组1相同。
对照实验组14的TBAI(10mol％)，其他条件与实验组1相同。
对照实验组15的TBAI(50mol％)，其他条件与实验组1相同。
从表中对照实验组1～4中可以看出，在四烷基卤素季铵盐催化下反应均能顺利进行，但是四丁基碘化铵相比TBAB、TBAC等以及无机碘化钾具有更好的催化活性，相应得到的呋喃衍生物收率更高。
从表中对照实验组1及5～9中可以看出，除了过硫酸盐能使反应进行，其他常规氧化剂如双氧水、氧气、过氧化物TBHP等都无法实现呋喃衍生物的合成，而在过硫酸盐中，以过硫酸钾的效果最佳，能获得理想的收率，而(NH4)2S2O8、KHSO5虽然能使反应进行，但是收率并不理想。
从表中对照实验组1及10～11中可以看出，反应温度过高或过低，收率都会相应降低，在120℃左右能达到最佳的反应效果。
综上对照实验组1～16，可以获得最佳的反应条件：苯乙酮(0.5mmol)，而甲基亚砜(2mL)，TBAI(0.15mmol)，K2S2O8(1.0mmol)，120℃，8h。
以下实施例1～20按照上述优化后的最佳反应条件进行反应：
实施例1
原料：苯乙酮；
目标产物：
收率：83％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.05(dd,J＝13.7,7.6Hz,1H),7.65–7.59(m,1H),7.53(t,J＝7.1Hz,1H),7.48(t,J＝7.1Hz,1H),7.43–7.37(m,1H),7.35(s,1H),2.48(s,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ181.8,153.8,150.3,137.2,132.6,129.5,129.3,129.1,128.7,128.5,126.5,124.1,118.1,18.1.
实施例2
原料：2-溴苯乙酮；
目标产物：
收率：62％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.67(t,J＝7.7Hz,1H),7.52(d,J＝7.3Hz,1H),7.36(ddd,J＝26.3,15.5,7.6Hz,2H),7.22(s,1H),2.34(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ182.4,155.4,150.8,139.1,133.4,133.4,132.3,131.7,131.3,130.1,129.4,127.1,127.1,123.6,123.4,120.9,120.0,18.1.
实施例3
原料：2-三氟甲基苯乙酮；
目标产物：
收率：50％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.79–7.74(m,1H),7.67–7.60(m,2H),7.57(t,J＝6.4Hz,1H),7.30(s,1H),2.33(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ182.4,153.6,151.3,136.4,132.2,131.5,131.3,130.3,130.0,129.6,129.3,128.4,127.0(q,J＝5.1Hz),126.7,126.7(dd,J＝8.7,3.9Hz),124.9,124.7,122.7,120.8,18.0.
实施例4
原料：2-甲基苯乙酮；
目标产物：
收率：74％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.53(d,J＝7.5Hz,1H),7.40(t,J＝7.4Hz,1H),7.37–7.27(m,2H),7.15(s,1H),2.43(s,2H),2.40(s,1H),2.32(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ184.5,156.8,151.4,137.8,137.3,137.2,131.2,130.9,130.7,130.2,129.8,128.4,128.3,125.5,125.1,123.7,119.,20.7,19.8,18.1.
实施例5
原料：2-氯苯乙酮；
目标产物：
收率：65％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.55(t,J＝8.4Hz,1H),7.46(dd,J＝19.9,8.6Hz,1H),7.42–7.32(m,1H),7.23(s,1H),2.35(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ181.6,154.0,151.2,137.1,133.9,131.9,131.8,131.7,131.3,131.1,130.3,130.3,129.4,128.0,126.5,123.4,121.1,18.0。
实施例6
原料：2-硝基苯乙酮；
目标产物：
收率：64％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.21(d,J＝8.2Hz,1H),7.92(d,J＝8.1Hz,1H),7.82(t,J＝7.5Hz,1H),7.72(dd,J＝21.5,7.4Hz,3H),7.59(dd,J＝15.5,7.6Hz,2H),7.40(s,1H),2.41(s,3H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.5,151.2,150.6,148.1,146.8,134.2,133.9,132.7,131.4,131.2,130.4,129.2,124.7,124.4,123.0,121.6,121.4,17.9.
实施例7
原料：2-甲氧基基苯乙酮；
目标产物：
收率：70％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.53(d,J＝7.5Hz,1H),7.47(t,J＝8.9Hz,2H),7.39(dd,J＝14.8,6.8Hz,1H),7.14(s,1H),7.06–6.94(m,4H),3.86(s,3H),3.83(s,3H),2.32(s,3H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ182.3,157.5,157.2,153.4,151.6,132.2,131.2,130.7,129.69,127.8,123.1,120.4,120.2,120.2,118.4,111.6,111.3,55.8,55.5,17.8.
实施例8
原料：3-溴苯乙酮；
目标产物：
收率：84％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.19(s,1H),8.17(s,1H),7.96(dd,J＝15.7,7.8Hz,2H),7.74(d,J＝7.9Hz,1H),7.52(t,J＝9.6Hz,1H),7.41(t,J＝7.9Hz,1H),7.38–7.30(m,2H),2.49(s,3H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ179.9,152.0,150.1,138.7,135.6,132.3,132.0,131.1,130.2,130.1,129.1,127.8,124.9,123.9,122.9,122.8,119.6,17.9.
实施例9
原料：3-甲基苯乙酮；
目标产物：
收率：79％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.88(d,J＝8.9Hz,1H),7.82(s,1H),7.43(s,1H),7.36(t,J＝7.7Hz,1H),7.32(s,1H),7.21(d,J＝7.1Hz,1H),2.46(s,3H),2.43(s,2H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ182.0,154.0,150.1,138.4,138.4,137.3,133.4,129.9,129.8,129.4,128.6,128.3,127.1,126.5,124.1,123.8,117.8,21.5,21.4,18.1.
实施例10
原料：3-氯苯乙酮；
目标产物：
收率80％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.04(s,1H),8.00(s,1H),7.91(dd,J＝13.3,7.7Hz,2H),7.66(s,1H),7.59(d,J＝8.0Hz,1H),7.48(t,J＝7.7Hz,1H),7.41(t,J＝7.7Hz,1H),7.36(d,J＝7.5Hz,2H),2.49(s,3H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.1,152.1,150.1,138.5,134.8,134.8,132.7,130.9,130.0,129.9,129.4,129.1,127.4,126.3,124.5,124.0,119.6,17.9.
实施例11
原料：3-硝基苯乙酮；
目标产物：
收率：88％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ9.00(s,1H),8.95(s,1H),8.51(d,J＝8.2Hz,1H),8.38(dd,J＝13.2,7.8Hz,2H),8.25(d,J＝8.2Hz,1H),7.78(t,J＝8.0Hz,1H),7.69(t,J＝8.0Hz,1H),7.51(d,J＝13.0Hz,1H),2.57(s,4H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ178.7,151.0,150.4,148.6,148.2,137.8,134.9,131.6,130.6,130.0,130.0,127.3,124.4,123.8,123.5,121.4,121.1,17.8.
实施例12
原料：4-溴苯乙酮；
目标产物：
收率：80％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.90(t,J＝8.4Hz,1H),7.68(d,J＝7.7Hz,1H),7.60(d,J＝7.9Hz,1H),7.34(s,1H),2.48(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.5,152.7,150.2,135.7,132.0,131.8,130.8,128.2,127.8,123.9,123.4,119.0,18.0.
实施例13
原料：4-三氟甲基苯乙酮；
目标产物：
收率78％；
(4-(methylthio)-5-(4-(trifluoromethyl)phenyl)furan-2-yl)(4-(trifluoromethyl)phen yl)methanone
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.14(t,J＝9.4Hz,1H),7.82(d,J＝7.9Hz,1H),7.74(d,J＝8.0Hz,1H),7.39(s,1H),2.52(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.5,151.9,150.4,139.8,134.3,132.4,129.6,129.1,128.3,126.6,126.5,125.7(dd,J＝7.5,3.7Hz),125.6(q,J＝3.7Hz),123.8,120.8,17.8.
实施例14
原料：4-甲基苯乙酮；
目标产物：
收率：73％
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.99–7.92(m,1H),7.32(d,J＝6.6Hz,1H),7.27(d,J＝8.0Hz,1H),2.45(s,2H),2.40(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ181.4,154.12,150.2,143.4,139.2,134.6,129.5,129.4,129.2,126.8,126.5,124.0,117.2,21.7,21.5,18.1.
实施例15
原料：4-氯苯乙酮；
目标产物：
收率：80％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.03–7.93(m,1H),7.51(d,J＝8.2Hz,1H),7.45(d,J＝8.3Hz,1H),7.35(s,1H),2.48(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.3,152.7,150.2,139.2,135.3,135.1,130.7,129.0,128.9,127.8,127.7,123.9,118.8,18.0.
实施例16
原料：4-甲氧基苯乙酮；
目标产物：
收率：72％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.05(dd,J＝16.5,7.6Hz,1H),7.33(s,1H),7.05–6.94(m,2H),3.91(s,1H),3.88(s,1H),2.45(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ193.5,163.2,160.1,154.0,150.1,132.3,131.7,129.9,128.1,124.0,122.4,114.3,114.1,113.7,55.5,55.3,18.3.
实施例17
原料：4-甲硫基苯乙酮；
目标产物：
收率63％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.98(d,J＝8.2Hz,1H),7.33(t,J＝6.4Hz,1H),7.26(s,1H),2.56(s,1H),2.53(s,1H),2.47(s,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ180.5,153.4,150.2,145.5,140.3,133.3,129.8,126.7,126.0,125.9,125.0,123.9,117.6,18.1,15.2,14.8.
实施例18
原料：4-叔丁基苯乙酮；
目标产物：
收率：58％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.01(d,J＝7.8Hz,1H),7.52(dd,J＝14.9,7.6Hz,1H),7.36(s,1H),2.47(s,1H),1.38(s,2H),1.36(s,2H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ181.3,156.3,154.0,152.3,150.4,134.5,129.4,126.8,126.3,125.6,125.4,124.0,117.3,35.1,34.8,31.2,31.1,18.2.
实施例19
原料：2’-萘乙酮；
目标产物：
收率：72％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.63(s,1H),8.57(s,1H),8.21(d,J＝8.7Hz,1H),8.08(t,J＝10.1Hz,1H),8.00(dd,J＝12.6,8.3Hz,2H),7.96–7.89(m,3H),7.87–7.81(m,1H),7.69–7.55(m,2H),7.52(dd,J＝5.8,3.1Hz,2H),7.44(s,1H),2.51(s,4H).
13C NMR(10O MHz,CDCl3):δ181.6,153.8,150.6,135.4,134.5,133.2,133.1,132.5,130.9,129.5,128.7,128.5,128.4,127.8,127.7,127.0,126.9,126.9,126.7,126.4,125.2,124.2,123.5,118.6,18.1
实施例20
原料：2-噻吩乙酮；
目标产物：
收率84％；
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.19(d,J＝3.0Hz,1H),7.75(d,J＝4.5Hz,2H),7.46(d,J＝5.9Hz,1H),7.38(d,J＝3.1Hz,1H),7.31–7.27(m,1H),7.24(t,J＝3.9Hz,1H),2.48(s,4H).
13C NMR(100MHz,CDCl3):δ172.2,150.3,149.6,141.6,137.6,137.0,134.3,133.9,128.3,127.8,122.7,117.6,18.2.
Claims (6)
1.一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：式1芳香基乙酮化合物和二甲基亚砜，在四烷基卤素季铵盐催化剂及过硫酸盐氧化剂存在下一锅反应，得到式2结构2,3,5-三取代呋喃；
其中，Ar为苯基、溴苯基、三氟甲基苯基、硝基苯基、烷基苯基、氯苯基、烷氧基苯基、甲硫基苯基、萘基或噻吩基。
2.根据权利要求1所述的一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：
所述芳香基乙酮化合物在二甲基亚砜中的浓度为0.1～1mol/L；
所述四烷基卤素季铵盐的摩尔量为芳香基乙酮化合物摩尔量的10～50％；
所述过硫酸盐氧化剂的摩尔量为芳香基乙酮化合物摩尔量的2～3倍。
3.根据权利要求2所述的一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：所述四烷基卤素季铵盐包括四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵中至少一种。
4.根据权利要求3所述的一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：所述四烷基卤素季铵盐为四丁基碘化铵。
5.根据权利要求2所述的一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：所述过硫酸盐为过硫酸钾、过一硫酸氢钾、过硫酸铵中至少一种。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种2,3,5-三取代呋喃的合成方法，其特征在于：所述反应的条件：反应温度为90～140℃，反应时间为5～11h。
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| Synthesis of 2,4,5-Trisubstituted Furans via a Triple C(sp3)-H Functionalization Reaction Using Rongalite as the C1 Unit;Wang, Miao; Xiang, Jia-Chen; Cheng, Yan; Wu, Yan-Dong; Wu, An-Xi;《Organic Letters》;20160127;第18卷(第3期);P524-526 |
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