CN109053446B - 金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3-二羰基化合物中的应用 - Google Patents

金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3-二羰基化合物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3‑二羰基化合物中的应用，反应包括以下步骤：氮气保护下，把钯化合物和金属氢化物悬浮于溶剂中搅拌，然后加入缺电子烯化合物，在0℃～100℃下反应0.3～10小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，然后萃取、蒸干、柱层析纯化，得到产物1,3‑二羰基化合物。本发明所用的氢化物和钯化合物催化剂都是实验室中容易获得的试剂，相比于常用的氢气氢化方法，此方法更易操作，安全性更高，条件温和，反应收率高。

Description

金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备 1,3-二羰基化合物中的应用
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物Michael-Dieckmann串联反应中的应用。
背景技术
氢化钠是一种实验室及工业上经常使用的强碱，长期以来，很少有做为还原剂被使用的相关报道。现有利用氢化钠的技术都需要大大过量的氢化钠(超过5当量)，而且需要至少2当量的碘化钠做为促进剂。
缺电子烯化合物的还原是一种常见的化学转化，生成相应的饱和的羰基化合物。这类反应一般是使用氢气/钯碳条件进行还原；另外，一些氢负试剂，比如[(Ph3P)CuH]6 (Stryker试剂)、R3SiH、Hantzsch 酯等也可以完成这种缺电子双键的还原。但是，这些还原条件要么具有一定的危险性，比如易爆炸的氢气；要么试剂较贵、反应缺乏原子经济性并且反应后需要处理较多的废弃物，比如[(Ph3P)CuH]6 (Stryker试剂)、R3SiH、Hantzsch 酯等。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种金属氢化物/钯化合物催化还原体系的应用，从而提供一种邻位酯基取代的缺电子烯化合物1进行Michael-Dieckmann串联反应，生成1,3-二羰基化合物3的方法。
本发明采用如下技术方案：
金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3-二羰基化合物中的应用。
本发明实现以上提及的串联反应（Michael-Dieckmann）的技术手段是以金属氢化物为还原剂，钯及其盐类为催化剂，以缺电子烯化合物为底物，在溶剂中反应得到串联产物1,3-二羰基化合物。
本发明中，所述金属氢化物为氢化钠、氢化锂、氢化钾和氢化钙，优选氢化钠和氢化锂，更优选氢化钠。
本发明中，所述钯化合物为氯化钯、醋酸钯、Pd2(dba)3、Pd(TFA)2、[(η3-C3H5)PdCl]2、Pd(dppp)Cl2、Pd(C6H5CN)2Cl2、Pd(OH)2，优选氯化钯和醋酸钯，更优选氯化钯。
氢化钠/钯进行Michael-Dieckmann串联反应有以下几点优势：1）相比于其它还原剂，氢化钠价格非常便宜；相比于氢气还原，氢化钠方法的安全性更高。2）氢化钠分子量小而且组成简单，反应中使用量少，所以用氢化钠做为还原剂是一种原子经济的方法；副产物除了无害的钠盐，没有其它废物产生。3）氢化钠和钯催化剂都是实验室常用的试剂，使用起来非常方便。4）相比于Stryker试剂，氢化钠/钯的组合价格要低廉很多，而且钯试剂可以回收利用，所以更适用于实验室和工业应用。
本发明中，缺电子烯化合物的化学结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
R为芳基、烷基、烷氧基、胺基等。
本发明中，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为(0.01～1) ∶(1～5) ∶1，优选的，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为(0.05～0.15)∶(1～3) ∶1，更优选的，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为0.1∶(1.5～2.5) ∶1，最更优选的，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为0.1∶2∶1。
上述技术方案可表示如下：
Figure 866543DEST_PATH_IMAGE002
其中的R为芳基、烷基、烷氧基、胺基等；M为锂、钠、钾、钙等金属。
现有技术从化合物1到3的转化，可以分步完成，比如先用氢气还原双键，再用碱处理从而得到3；也可以使用Stryker试剂一锅串联完成，也就是先把1中的缺电子烯进行Michael类型的共轭还原、Dieckmann反应得到3；其中，分步反应操作复杂，成本较高，产生的废物多，一锅串联反应虽然简单，但是Stryker试剂非常昂贵（1g>500元），所以综合成本其实比分步法还要高。
本发明金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3-二羰基化合物的方法可如下所述：氮气保护下，把钯化合物和金属氢化物悬浮于溶剂中搅拌5分钟，加入缺电子烯化合物，在0℃～100℃下反应0.3～10小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用溶剂萃取，蒸干，柱层析纯化，得到产物。
上述技术方案中，所述溶剂为DMA(N,N-二甲基乙酰胺)、DMF、THF、DME或者二氧六环。
上述技术方案中，所述反应的温度为0℃～100℃，优选25～60℃；所述反应的时间为0.3～10小时，优选0.3～2小时。
从邻位酯基取代的缺电子烯化合物1制备1,3-二羰基化合物3，一般采用两类方法：一类是使用氢气/钯碳进行氢化还原双键，然后在碱性下发生Dieckmann缩合，在这个过程中，氢气的使用是一个潜在的危险因素，操作不当就会引起着火、爆炸；另一类是使用价格非常昂贵的Stryker试剂直接串联反应。所以本发明使用相对比较安全且价格低廉的金属氢化物用于Michael-Dieckmann串联反应具有重要的意义；而且更重要的是，此方法充分利用了氢化钠的还原性和碱性，是非常原子经济的方法。
本发明所用的氢化物和钯化合物催化剂都是实验室中容易获得的试剂，相比于常用的氢气氢化方法，此方法更易操作，安全性更高，条件温和，反应收率高。
具体实施方式
实施例1
Figure DEST_PATH_IMAGE003
氮气保护下，氯化钯 (5.3 mg，0.03 mmol，10 mol%)和氢化钠 (60% in oil, 24mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率>99%。The mixture of enol and keto form, enol/keto = 16/84. 1H NMR (400 MHz,CDCl3): δ 10.37 (br, 1H, enol), 7.78 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.63 (t, J = 7.2Hz, 1H), 7.53-7.35 (m, 2H), 3.86 (s, 3H, enol), 3.79 (s, 3H, keto), 3.74 (dd,J = 8.1, 3.9 Hz, 1H, keto), 3.57 (dd, J = 17.3, 3.4 Hz, 1H, keto), 3.52 (s,2H, enol), 3.38 (dd, J = 17.2, 8.2 Hz, 1H, keto). 13C NMR (151 MHz, CDCl3): δ199.58, 169.68, 153.73, 143.33 (enol), 135.61, 135.32 (enol), 129.54 (enol),127.97, 126.97 (enol), 126.68, 124.86, 120.89, 102.30 (enol), 53.27, 52.95,51.39 (enol), 32.65 (enol), 30.40. LR-MS (ESI): m/z 191.2 [M+H]+。
实施例2
Figure 377159DEST_PATH_IMAGE004
氮气保护下，醋酸钯 (2.7 mg, 0.015 mmol, 5 mol%)和氢化锂 (7.2 mg, 0.9mmol, 3.0 equiv)悬浮于DMF(1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3 mmol)在 DMF(0.5 mL)的溶液，然后在100℃反应0.3小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率91%。
实施例3
Figure DEST_PATH_IMAGE005
氮气保护下，Pd2(dba)3 (2.7 mg, 0.003 mmol, 1 mol%)和氢化钾 (30% in oil,200 mg, 1.5 mmol, 5 equiv)悬浮于THF (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3mmol)在 THF (0.5 mL)的溶液，然后在0℃反应10小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率82%。
实施例4
Figure 376470DEST_PATH_IMAGE006
氮气保护下，Pd(TFA)2 (100 mg, 0.3 mmol, 100 mol%)和氢化钙 (24 mg, 0.6mmol, 2.0 equiv)悬浮于DME (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3 mmol)在DME (0.5 mL)的溶液，然后在90℃反应0.3小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率83%。
实施例5
Figure DEST_PATH_IMAGE007
氮气保护下，[(η3-C3H5)PdCl]2 (2.1 mg, 0.006 mmol, 2 mol%)和氢化钠(60%in oil, 12 mg, 0.30 mmol, 1.0 equiv)悬浮于二氧六环 (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3 mmol)在二氧六环 (0.5 mL)的溶液，然后在30℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率65%。
实施例6
Figure 630734DEST_PATH_IMAGE008
氮气保护下，Pd(dppp)Cl2 (18 mg, 0.03 mmol, 10 mol%)和氢化钠 (60% inoil, 24 mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a(0.3 mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率63%。
实施例7
Figure DEST_PATH_IMAGE009
氮气保护下，Pd(C6H5CN)2Cl2 (11.4 mg, 0.03 mmol, 10 mol%)和氢化钠 (60%in oil, 24 mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3 mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率77%。
实施例8
Figure 540046DEST_PATH_IMAGE010
氮气保护下，Pd(OH)2 (4.2 mg, 0.03 mmol, 10 mol%)和氢化钠 (60% in oil,24 mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1a (0.3mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3a，收率69%。
实施例9
Figure DEST_PATH_IMAGE011
氮气保护下，氯化钯 (5.3 mg，0.03 mmol，10 mol%)和氢化钠 (60% in oil, 24mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1b (0.3mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3b，收率98%。1H NMR (400 MHz, CDCl3): δ 7.69 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.59-7.40 (m, 6H),7.38-7.29 (m, 2H), 3.74 (dd, J = 8.0, 4.3 Hz, 1H), 3.56 (dd, J = 16.9, 3.9Hz, 1H), 3.37 (s, 3H), 3.13 (dd, J = 16.8, 8.1 Hz, 1H). 13C NMR (151 MHz,CDCl3): δ 202.19, 169.67, 154.41, 143.94, 135.80, 135.10, 129.94, 128.24,127.95, 127.61, 126.46, 124.42, 51.10, 37.92, 31.80. LR-MS (ESI): m/z 266.1[M+H]+。
实施例10
Figure 96929DEST_PATH_IMAGE012
氮气保护下，氯化钯 (5.3 mg，0.03 mmol，10 mol%)和氢化钠 (60% in oil, 24mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1c (0.3mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3c，收率98%。The mixture of enol and keto form, enol/keto = 84/16. 1H NMR (400 MHz,CDCl3): δ 7.81 (d, J = 7.6 Hz, 1H, enol), 7.72 (d, J = 7.6 Hz, 1H, keto),7.63-7.46 (m, 2H, enol and keto), 7.44-7.33 (m, 1H, enol and keto), 4.11-3.92(m, 1H, keto), 3.77-3.68 (m, 1H, keto), 3.58 (s, 2H, enol), 3.12 (dd, J =17.4, 7.7 Hz, 1H, keto), 2.49 (s, 3H, keto), 2.17 (s, 3H, enol). 13C NMR (151MHz, CDCl3): δ 201.52 (keto), 199.85 (keto), 191.56, 177.60, 154.24 (keto),147.63, 138.31, 135.52 (keto), 135.14 (keto), 132.88, 127.76 (keto), 127.43,126.73 (keto), 125.85, 124.61 (keto), 123.28, 110.56, 62.07 (keto), 30.38,29.82 (keto), 28.00 (keto), 21.18. LR-MS (ESI): m/z 175.1 [M+H]+。
实施例11
Figure DEST_PATH_IMAGE013
氮气保护下，氯化钯 (5.3 mg，0.03 mmol，10 mol%)和氢化钠 (60% in oil, 24mg, 0.6 mmol, 2 equiv)悬浮于DMA (1.5 mL)，25℃搅拌5分钟，加入化合物1d (0.3mmol)在 DMA (0.5 mL)的溶液，然后在25℃反应2小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，用乙酸乙酯萃取，合并萃取液，用硫酸钠干燥，旋蒸蒸干，柱层析纯化，得到产物3d，收率99%。The mixture of enol and keto form, enol/keto = 87/13. 1H NMR (400 MHz,CDCl3): δ 15.08 (br, 1H, enol), 8.14 (d, J = 7.6 Hz, 2H, keto), 8.00-7.92 (m,2H, enol), 7.89 (d, J = 7.6 Hz, 1H, enol), 7.73 (d, J = 7.6 Hz, 1H, keto),7.62-7.48 (m, 5H, enol and keto), 7.44 (t, J = 7.2 Hz, 1H, enol), 7.40-7.35(m, 1H, keto), 4.87 (dd, J = 7.4, 2.6 Hz, 1H, keto), 3.94 (s, 2H, enol),3.90-3.75 (m, 1H, keto), 3.34 (dd, J = 17.1, 7.7 Hz, 1H, keto). 13C NMR (151MHz, CDCl3): δ 200.12 (keto), 195.95, 194.40 (keto), 170.91, 154.47 (keto),148.70, 145.81 (keto), 138.03, 136.43 (keto), 135.41 (keto), 134.94 (keto),133.68 (keto), 133.47, 131.40, 129.96, 128.74, 128.25, 127.83 (keto), 127.59,126.65 (keto), 125.73, 124.77(keto), 123.57, 109.58, 56.69 (keto), 32.37,30.20 (keto). LR-MS (ESI): m/z 237.0 [M+H]+。

Claims (6)

1.金属氢化物/钯化合物体系在缺电子烯化合物串联反应制备1,3-二羰基化合物中的应用；所述金属氢化物为氢化钠；所述钯化合物为氯化钯；所述缺电子烯化合物的化学结构式如下：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
R选自芳基、烷基、烷氧基、胺基。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为(0.01～1) ∶(1～5) ∶1。
3. 根据权利要求2所述的应用，其特征在于，所述钯化合物、金属氢化物、缺电子烯化合物的摩尔比为(0.05～0.15) ∶(1～3) ∶1。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于，所述串联反应为，氮气保护下，把钯化合物和金属氢化物悬浮于溶剂中搅拌，然后加入缺电子烯化合物，在0℃～100℃下反应0.3～10小时，加入饱和氯化铵水溶液中止反应，然后萃取、蒸干、柱层析纯化，得到产物1,3-二羰基化合物。
5.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述溶剂为DMA、DMF、THF、DME或者二氧六环。
6.根据权利要求4所述的应用，其特征在于，所述反应的温度为25～60℃；所述反应的时间为0.3～2小时。
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