CN107759458B - 由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α，β‑不饱和芳基酮类化合物的方法，该方法是二甲基亚砜和芳基乙酮，在羧酸盐和过硫酸盐存在条件下一锅反应，生成α，β‑不饱和芳基酮类化合物；该方法以二甲基亚砜为亚甲基化试剂，由芳基乙酮通过一锅法高选择性、高产率合成α，β‑不饱和芳基酮类化合物，操作简单，成本低，绿色环保，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，特别涉及一种在非金属催化条件下，以二甲基亚砜为亚甲基化试剂，进行芳基乙酮的α-(C)-H亚甲基化反应，直接反应合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，属于药物中间体和成技术领域。
背景技术
酮类化合物的α-功能化反应在有机合成中具有比较重要的意义，多年来已经成为研究的焦点。特别是α,β-不饱和酮类化合物，由于含有可修饰双键，是药物合成中一类十分重要的有机中间体。目前，报道了许多不同的制备α,β-不饱和酮类化合物的方法，如文献(Eur.J.Org.Chem.2015,3044–3047)公开了一种以N,N-二甲基乙酰胺为亚甲基化试剂，氯化铁为催化剂，在过硫酸钾氧化剂作用下生成α,β-不饱和酮类化合物(如反应1)，但该方法需要用到非绿色环保的过渡金属盐做催化剂，且收率相对较低。又如文献(Chem.Commun.2010,46,1715–1717)以及文献(Tetrahedron Lett.1978,19,2955–2958)公开了以三聚甲醛作为亚甲基化试剂，以三氟乙酸仲胺盐作为催化剂，获得了较高产率的α,β-不饱和酮类化合物(如反应2和3)。但是这些方法必须要用到多聚甲醛原料及特制的三氟乙酸仲胺盐催化剂，安全环保性低，成本高，操作复杂，不利于大规模生产。
反应1：
反应2：
反应3：
发明内容
针对现有的α,β-不饱和酮类化合物的合成方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种以二甲基亚砜为亚甲基化试剂，由芳基乙酮通过一锅法高选择性、高产率合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，该方法操作简单，成本低，绿色环保，有利于工业化生产。
为了实现上述技术目的，本发明提供了一种由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，该方法是将二甲基亚砜和式1芳基乙酮，在乙酸钠和过硫酸盐存在条件下一锅反应，生成式2α,β-不饱和芳基酮类化合物；
其中，
R为芳基。
优选的方案，式1芳基乙酮和式2α,β-不饱和芳基酮类化合物中R为萘或式3取代基团；
其中，R1和R2独立选自烷基、烷氧基、卤素、氰基或氢。较优选的方案，R2和R3独立选自氢、甲基、甲氧基、乙氧基、氟、氯、溴或氰基。
优选的方案，式1芳基乙酮最优选为以下结构式中一种：
优选的方案，式2α,β-不饱和芳基酮类化合物最优选为以下结构式中一种：
较优选的方案，所述反应的条件为：温度为110～130℃，反应时间为1～24h；最优选为在110～130℃，反应6～12h。
较优选的方案，过硫酸盐包括过硫酸钾和/或过硫酸钠。最优选为过硫酸钾。
本发明的技术方案中，二甲基亚砜主要作为亚甲基化试剂，同时作为有机溶剂。二甲基亚砜的用量是过量的，这属于本领域技术人员可以理解的范畴。
本发明的技术方案中，羧酸盐和过硫酸盐的通常摩尔用量均为芳基乙酮为2倍左右。
本发明的由二甲基亚砜和芳基乙酮直接反应合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的反应方程式如下(以醋酸钠和过硫酸钾为例进行说明)：
基于大量的实验总结以及参考先前文献报道，本发明提出了如下合理的反应机制。以苯乙酮和二甲基亚砜为原料、过硫酸钾为氧化剂以及乙酸钠为催化剂，进行具体说明。苯乙酮在过硫酸钾氧化作用下失去氢离子，变成相对稳定的苯乙酮负离子，乙酸根离子作为氢离子转移剂，先结合苯乙酮释放的氢离子，再释放给二甲基亚砜；二甲基亚砜结合氢离子后，进行分子内重排，在高温下脱水，生成二甲基硫醚正离子，二甲基硫醚正离子与苯乙酮负离子反应，生成苯乙酮的硫醚衍生物中间体，该中间体化合物在高温下脱去甲硫醇，生成目标产物(关键中间体的GC-MS图如图1所示)；具体反应式如下：
本发明的由二甲基亚砜和芳基乙酮直接反应合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的反应机理通过如下反应进一步验证：
从上述反应可以看出，二甲基亚砜和芳基乙酮的反应过程中通过添加BHT或TEMPO，对反应影响不大，说明反应并不是自由基反应机理进行。并且采用氘代二甲基亚砜进行反应，得到的产物中亚甲基包含氘，说明二甲基亚砜为亚甲基源。
相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：
1)本发明的技术方案首次以二甲基亚砜作为亚甲基化试剂，在非金属催化条件下，与芳基乙酮一步反应高选择性、高产率合成α,β-不饱和芳基酮类化合物，该方法克服了现有技术必须采用过渡金属或三氟乙酸仲胺盐作为催化剂，存在环境影响大，安全性差，成本高等缺陷，同时解决了现有技术合成α,β-不饱和芳基酮类化合物产率较低的难题。
2)本发明的技术方案通过一锅法一步反应生成α,β-不饱和芳基酮类化合物，步骤简单，流程短，成本低，有利于工业化生产。
3)本发明的技术方案可以在空气环境或密闭环境中都可以进行，反应条件温和，反应选择性高，满足工业生产要求。
附图说明
【图1】为苯乙酮和二甲基亚砜反应过程中主要中间体的GC-MS图；
【图2】为实施例1的α,β-不饱和芳基酮类化合物产物的核磁氢谱图；
【图3】为实施例1的α,β-不饱和芳基酮类化合物产物的核磁碳谱图。
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各种原料及化学试剂等均为市售产品。
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
(赫兹)。
质谱是通过质谱仪EI源获得。
以下实施例1～13按以下反应方程式进行：
将苯乙酮衍生物(0.5mmol)、乙酸钠(1mmol)、K2S2O8(1mmol)和二甲基亚砜(2mL)加入到反应器中，在120℃温度下反应一段时间，反应结束后，蒸馏回收过量二甲基亚砜，混合物经过层析柱分离，得到α,β-不饱和芳基酮类化合物。
实施例1
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为无色油状物，产率85％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.95(d,J＝7.7Hz,2H),7.58(t,J＝7.3Hz,1H),7.48(t,J＝7.5Hz,2H),7.16(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.44(d,J＝17.1Hz,1H),5.94(d,J＝10.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ191.1,137.2,133.0,132.4,130.2,128.7,128.6.
实施例2
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为淡黄色油状物，产率74％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.97(d,J＝8.6Hz,2H),7.18(dd,J＝17.0,10.5Hz,1H),6.96(d,J＝8.6Hz,2H),6.42(d,J＝17.0Hz,1H),5.87(d,J＝10.5Hz,1H),3.88(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.2,163.5,132.1,131.0,130.2,129.3,113.8,55.5.
实施例3
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为淡黄色油状物，产率77％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.95(d,J＝8.6Hz,2H),7.17(dd,J＝17.1,10.5Hz,1H),6.94(d,J＝8.6Hz,2H),6.42(d,J＝17.0Hz,1H),5.86(d,J＝10.5Hz,1H),4.10(q,J＝7.0Hz,2H),1.44(t,J＝7.0Hz,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.2,163.0,132.1,131.0,130.0,129.1,114.2,63.7,14.6.
实施例4
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为无色油状物，产率80％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.87(d,J＝7.9Hz,2H),7.28(d,J＝7.8Hz,2H),7.16(dd,J＝17.1,10.5Hz,1H),6.43(d,J＝17.1Hz,1H),5.90(d,J＝10.5Hz,1H),2.42(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ190.5,143.8,134.7,132.3,129.7,129.3,128.8,21.7.
实施例5
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为无色油状物，产率75％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.72–7.63(m,2H),7.30(m,2H),7.08(dd,J＝17.2,10.5Hz,1H),6.35(d,J＝17.1Hz,1H),5.84(d,J＝10.5Hz,1H),2.34(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ191.2,138.4,137.3,133.8,132.5,130.0,129.2,128.4,125.9,21.3.
实施例6
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为无色油状物，产率56％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.44(d,J＝7.5Hz,1H),7.37(t,J＝7.4Hz,1H),7.30–7.16(m,2H),6.79(dd,J＝17.4,10.6Hz,1H),6.15(d,J＝17.4Hz,1H),6.01(d,J＝10.6Hz,1H),2.42(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ196.7,137.9,137.3,136.6,131.4,131.2,130.7,128.4,125.3,20.3.
实施例7
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为淡黄色油状物，产率73％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.60(d,J＝8.5Hz,1H),7.57(s,1H),7.20(dd,J＝17.0,10.5Hz,1H),6.91(d,J＝8.3Hz,1H),6.44(d,J＝17.0Hz,1H),5.88(d,J＝10.5Hz,1H),3.96(s,6H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.1,153.4,149.2,131.9,130.3,129.2,123.4,110.7,109.9,56.1,56.0.
实施例8
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为3h，产物为无色油状物，产率78％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.03–7.95(m,2H),7.19–7.10(m,3H),6.45(d,J＝17.1Hz,1H),5.94(d,J＝10.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.4,165.7(d,J＝255.0Hz),133.6(d,J＝3.0Hz),132.0,131.3(d,J＝9.3Hz),130.4,115.8(d,J＝21.9Hz).
实施例9
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为6h，产物为淡黄色油状物，产率80％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.90(d,J＝8.1Hz,2H),7.46(d,J＝8.1Hz,2H),7.12(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.45(d,J＝17.1Hz,1H),5.96(d,J＝10.6Hz,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.7,139.5,135.5,131.9,130.7,130.1,128.9.
实施例10
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为1h，产物为淡黄色油状物，产率42％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.82(d,J＝7.9Hz,2H),7.63(d,J＝8.0Hz,2H),7.11(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.45(d,J＝17.1Hz,1H),5.96(d,J＝10.6Hz,1H).13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.9,135.9,132.0,131.9,130.7,130.2,128.2.
实施例11
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为5h，产物为淡黄色油状物，产率76％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.02(d,J＝8.1Hz,2H),7.80(d,J＝8.1Hz,2H),7.11(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.48(d,J＝17.1Hz,1H),6.05(d,J＝10.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.8,140.4,132.5,132.0,131.7,129.0,117.9,116.2.
实施例12
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为3h，产物为淡黄色油状物，产率83％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.84(s,1H),7.74(d,J＝7.7Hz,1H),7.47(d,J＝7.9Hz,1H),7.35(t,J＝7.8Hz,1H),7.03(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.38(d,J＝17.1Hz,1H),5.90(d,J＝10.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ189.7,138.8,134.9,132.9,131.9,131.0,129.9,128.7,126.7.
实施例13
芳基乙酮原料：
α,β-不饱和芳基酮类化合物产物：
反应时间为9h，产物为无色油状物，产率90％。
1H NMR(400MHz,CDCl3):δ8.45(s,1H),8.03(d,J＝8.6Hz,1H),7.96(d,J＝8.0Hz,1H),7.91(d,J＝8.6Hz,1H),7.88(d,J＝8.1Hz,1H),7.60(t,J＝7.4Hz,1H),7.55(t,J＝7.4Hz,1H),7.32(dd,J＝17.1,10.6Hz,1H),6.50(d,J＝17.1Hz,1H),5.97(d,J＝10.5Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3):δ190.8,135.5,134.6,132.5,132.4,130.4,130.1,129.5,128.6,128.5,127.8,126.8,124.4.对照实验组1～11
将苯乙酮(0.5mmol)、催化剂(1mmol)、氧化剂(1mmol)和溶剂(2mL)加入到反应器中，在120℃温度下反应9h，反应结束后，蒸馏回收溶剂，混合物经过层析柱分离，得到目标产物。
表1反应条件及收率
| 实验组 | 催化剂 | 氧化剂 | 溶剂 | 温度(℃) | 产率(％) |
| 1 | HCOONa | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | 65 |
| 2 | CH<sub>3</sub>COONa | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | 85 |
| 3 | K<sub>2</sub>CO<sub>3</sub> | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | 30 |
| 4 | NaOH | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | 56 |
| 5 | CH<sub>3</sub>COONa | KHSO<sub>5</sub> | DMSO | 120 | trace |
| 6 | CH<sub>3</sub>COONa | Na<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | 70 |
| 7 | CH<sub>3</sub>COONa | (NH<sub>4</sub>)<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 120 | trace |
| 8 | CH<sub>3</sub>COONa | H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> | DMSO | 120 | trace |
| 9 | CH<sub>3</sub>COONa | TBHP | DMSO | 120 | trace |
| 10 | CH<sub>3</sub>COONa | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMF | 120 | trace |
| 11 | CH<sub>3</sub>COONa | K<sub>2</sub>S<sub>2</sub>O<sub>8</sub> | DMSO | 110 | 60 |
从表1中可以看出：以苯乙酮为原料，以二甲基亚砜为亚甲基化试剂，在甲酸钠或乙酸钠溶液体系中反应，反应进展顺利，得到的目标产品收率达到65％以上(实验组1和2)，选择乙酸钠作为催化剂时，目标产物收率达到85％。
从实验组3～4中可以看出，其它的无机碱(如碳酸钾和氢氧化钠)替换羧酸盐，虽然可以进行反应，但产物收率较低，无工业生产价值。
氧化剂的选择，最好是过硫酸盐，如过硫酸钾和过硫酸钠，而有机过氧化物、双氧水等都几乎得不到产物(实验组5～9)，特别是采用过硫酸铵也得不到产物。
如果采用DMF作为甲基化试剂，在本发明的实验条件下无法得到目标产物(实验组10)。
Claims (4)
1.由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，其特征在于：二甲基亚砜和式1芳基乙酮，在乙酸钠和过硫酸盐存在条件下一锅反应，生成式2α,β-不饱和芳基酮类化合物；
其中，
R为芳基；
所述过硫酸盐为过硫酸钾和/或过硫酸钠。
2.根据权利要求1所述的由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，其特征在于：R为萘或式3取代基团；
其中，
R1和R2独立选自烷基、烷氧基、卤素、氰基或氢。
3.根据权利要求2所述的由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，其特征在于：R1和R2独立选自氢、甲基、甲氧基、乙氧基、氟、氯、溴或氰基。
4.根据权利要求1～3任一项所述的由二甲基亚砜和芳基乙酮合成α,β-不饱和芳基酮类化合物的方法，其特征在于：所述反应的条件为：温度为110～130℃，反应时间为1～24h。
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| Diels–Alder/thiol–olefin co-oxygenation approach to antimalarials incorporating the2,3-dioxabicyclo[3.3.1]nonane pharmacophore;Mario D. Bachi 等;《Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters》;20060309;第16卷;2991-2995 * |
| Iron-Catalyzed α-Methylenation of Ketones with N,N-Dimethylacetamide: An Approach for α,β-Unsaturated Carbonyl Compounds;Lei Li 等;《Eur. J. Org. Chem.》;20151231;3044-3047 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107759458A (zh) | 2018-03-06 |
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