CN109180601B - 一种有机胺催化co2合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法 - Google Patents

一种有机胺催化co2合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种有机胺催化CO2合成2,4‑噁唑烷二酮类化合物的方法，属于有机合成、农药及医药化工合成技术领域。该方法是在装有磁子的反应瓶加入炔酰胺原料和溶剂，加入有机碱作为催化剂，将其转移至充满二氧化碳气体的许林克瓶中，在室温下搅拌反应1～6小时，反应结束后，将反应液抽干并粗产品经柱层析纯化得到2,4‑噁唑烷二酮类化合物。本发明使用催化量的简单有机碱代替传统的金属催化，该反应具有清洁，反应条件温和，高官能团耐受性，高转化率和立体选择性特点，在有机合成、农药及医药中具有广泛用途。

Description

一种有机胺催化CO2合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法
技术领域
本发明属于有机合成、农药及医药化工合成技术领域，涉及廉价易得的商品化有机胺作为有机催化剂，高效催化二氧化碳与炔酰胺类衍生物羧环化反应合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法。
背景技术
2,4-噁唑烷二酮类杂环化合物作为一类生物活性物质和相关药物的重要结构单元，在医药和农药领域扮演着重要的角色，可用作抗癫痫药物、杀菌剂、消炎药、除草剂等。近年来，由于二氧化碳作为一种储量丰富、简单易得的C1 资源，利用其参与的环化反应构筑结构多样的杂环化合物受到了广大研究者的重视。其中，利用二氧化碳转化成2,4-噁唑烷二酮的报道却十分有限。Saliu等人最早报道了DBU参与的二氧化碳与2-氯乙酰胺一步环化反应，并在高温高压实验条件下制备2,4-噁唑烷二酮(Galliani G,Rindone B,SaliuF.Tetrahedron Lett, 2009,50,5123)。同时，麻生明课题组发展了无机碱参与的炔酰胺与二氧化碳羧环化反应，常温常压条件下制备亚叉基环状-2,4-噁唑烷二酮(Chen G,Fu C,MaS.Org.Biomol.Chem,2011,9,105)。最近，张文珍等人进一步报道了有机膦引发的二氧化碳与苯甲酰甲酸乙酯类化合物和有机胺类化合物经过两步一锅法制备噁唑烷二酮类化合物(Zhang WZ,Xia T,Yang XT,et al.Chem.Commun,2015,51, 6175)。2015年，Kim等人报道首例催化体系，采用氧化铜催化二氧化碳，2- 溴-3-苯基丙烯酸与有机胺的三组分环化反应，在80度条件下制备噁唑烷二酮类化合物(Sharma S,Singh A K,Singh D,et al.GreenChem,2015,17,1404.)。目前报道的反应体系大多是金属参与的当量反应，或是多组分多步的反应体系。因此，在实际应用中存在着一定的缺陷。
发明内容
本发明提供了一种有机催化体系催化二氧化碳与功能化炔酰胺羧环化反应的方法，用于2,4-噁唑烷二酮类化合物高效合成。该反应具有原子、步骤经济，不需要使用过渡金属催化剂，反应原料和试剂简单易得，反应底物类型普适性广，反应操作安全简单，条件温和，目标产物收率高等特点。在恶草酮等系列农药、医药及天然产物合成中具有潜在的应用价值。
本发明的技术方案：
一种有机胺催化CO2合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法，步骤如下：在反应瓶中加入炔酰胺原料和溶剂，加入有机催化剂，将反应瓶转移至二氧化碳气氛中，搅拌下进行羧环化反应，反应结束后，将反应液抽干并真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析纯化得到2,4-噁唑烷二酮类化合物；
羧环化反应如下式所示：
Figure BDA0001813740930000021
其中，R1是苯基、对氟苯基、对溴苯基、对三氟甲基苯基、对硝基苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基或2-噻吩基；
R2是苄基、对甲氧基苯基、正丁基、异丙基、环己基、环丙基或2-丙炔基；
所述有机催化剂与炔酰胺原料的摩尔比为1:20。
所述溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈或四氢呋喃。
所述的有机催化剂为1,5,7-三叠氮双环[4.4.0]癸-5-烯、1,8-二氮杂双环[5.4.0] 十一碳-7-烯、1,5-二氮杂双环[4.3.0]壬-5-烯或7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5- 烯。
所述羧环化反应的压力为0.1～2.0MPa。
所述羧环化反应的温度为25～80摄氏度。
所述羧环化反应时间为1～6小时。
所述柱层析的洗脱液为二氯甲烷。
本发明的有益效果：本发明采用催化量的有机碱催化二氧化碳与炔酰胺衍生物羧环化反应，反应具有操作安全简单，毒性低及对环境友好等特点。其他反应原料和试剂简单易得，反应底物类型普适性广，后处理过程简单，目标产物收率高，在恶草酮系列农药、医药等化工生产中有良好的应用前景。
具体实施方式
下面结合具体实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方法和适用的底物不限于此。
实施例1
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-苄基-3-苯基丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌1小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为98％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000031
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.75(dd,J＝7.5,2.1Hz,2H),7.49–7.40(m, 5H),7.39–7.30(m,3H),6.78(s,1H),4.80(s,2H)；13C NMR(126MHz,CDCl3)δ 162.1,152.1,137.7,134.6,131.2,130.8,130.6,129.1,129.0,129.0,128.7,113.8, 43.9；IR:1807,1740,1678,1626,1496,1451,1437,1405,1354,1344,1238,1178, 1090,1068,1045；HRMS(ESI):calcd for C17H13NO3:280.0968[M+H]+.Found: 280.0964[M+H]+.
实施例2
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-苄基-3-(4-氟苯基)丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌1小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为99％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000041
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.73(dd,J＝8.1,5.7Hz,2H),7.44(d,J＝7.4Hz, 2H),7.40–7.27(m,3H),7.10(t,J＝8.4Hz,2H),6.72(s,1H),4.78(s,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ165.0,162.2(d,J＝54.1Hz),151.9,137.2(d,J＝2.7Hz), 134.4,133.2(d,J＝8.6Hz),129.0,129.0,128.6,127.0(d,J＝3.4Hz),116.3(d,J＝ 21.9Hz),112.5,43.9.IR:1809,1736,1671,1439,1407,1348,1241,1174,1093； HRMS(ESI):calcd for C17H12FNO3:298.0874[M+H]+.Found:298.0870[M+H]+.
实施例3
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-苄基-3-(对甲苯基)丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌1小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为83％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000051
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.62(d,J＝8.1Hz,2H),7.44(d,J＝6.7Hz,2H), 7.39–7.28(m,3H),7.21(d,J＝8.0Hz,2H),6.74(s,1H),4.77(s,2H),2.37(s,3H). 13C NMR(126MHz,CDCl3)δ162.2,152.2,141.3,137.1,134.6,131.3,129.9,129.0, 129.0,128.6,128.1,114.1,43.9,21.7.IR:1807,1733,1673,1606,1430,1403,1342, 1168,1157,1111,1078；HRMS(ESI):calcd for C18H15NO3:316.0944[M+Na]+. Found:316.0943[M+Na]+.
实施例4
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-苄基-3-(对甲氧基苯基)丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在 25摄氏度搅拌6小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为70％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000052
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.67(d,J＝8.9Hz,2H),7.43(dd,J＝7.7,1.4Hz, 2H),7.38–7.26(m,3H),6.90(d,J＝8.9Hz,2H),6.70(s,1H),4.75(s,2H),3.82(s, 3H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ162.2,161.5,152.2,136.1,134.7,133.1,129.1, 129.0,128.6,123.5,114.6,113.9,55.5,43.8.IR:1812,1737,1671,1603,1514,1434, 1403,1347,1259,1168,1088；HRMS(ESI):calcd for C18H15NO4:310.1074[M+H]+. Found:310.1070[M+H]+.
实施例5
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-苄基3-(2-噻吩基)丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌6小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为98％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000061
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.56(d,J＝5.1Hz,1H),7.50–7.40(m,3H), 7.38–7.27(m,3H),7.10(dd,J＝5.1,3.8Hz,1H),6.99(s,1H),4.77(s,2H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ161.6,151.7,135.8,134.6,133.7,133.2,132.1,129.0, 129.0,128.6,128.2,107.5,43.9.IR:1808,1732,1666,1434,1402,1317,1246,1078； HRMS(ESI):calcd forC15H11NO3S:286.0532[M+H]+.Found:286.0528[M+H]+.
实施例6
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-正丁基-3-苯基丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌1小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50 毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为 82％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000071
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.74(dd,J＝7.7,1.6Hz,2H),7.42(q,J＝5.6Hz, 3H),6.74(s,1H),3.65(t,J＝7.3Hz,2H),1.70(dt,J＝15.1,7.5Hz,2H),1.38(dq,J ＝14.7,7.4Hz,2H),0.96(t,J＝7.4Hz,3H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ162.5, 152.4,137.7,131.1,130.9,130.5,129.1,113.3,40.2,29.7,19.9,13.6.IR:3056,2998, 2957,2873,1820,1738,1682,1496,1446,1421,1358,1317,1263,1186,1174, 1080,1011；HRMS(ESI):calcdfor C14H15NO3:300.1212[M+CH3OH+Na]+.Found: 300.1207[M+CH3OH+Na]+.
实施例7
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-环己基-3-苯基丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25摄氏度搅拌6小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50 毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为 64％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000081
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.74(d,J＝6.2Hz,2H),7.41(d,J＝7.0Hz,3H), 6.71(s,1H),4.25–3.82(m,1H),2.26–2.05(m,2H),1.88(d,J＝13.3Hz,2H), 1.77(d,J＝11.1Hz,2H),1.69(d,J＝12.4Hz,1H),1.46–1.13(m,3H).13C NMR (126MHz,CDCl3)δ162.4,151.8,137.4,131.1,131.0,130.4,129.1,112.9,53.0, 29.2,25.7,24.9.IR:2927,2852,1806,1732,1668,1402,1381,1347,1176,1076； HRMS(ESI):calcd for C16H17NO3:272.1281[M+H]+.Found:272.1277[M+H]+.
实施例8
在二氧化碳气氛下，向10毫升许林克瓶中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-(4- 甲氧基苄基)-3-苯基丙炔酰胺，0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升四氢呋喃，在25 摄氏度搅拌6小时后，将许林克瓶中的反应液溶于2毫升二氯甲烷中并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗许林克瓶，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(洗脱剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为83％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000082
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.72(dd,J＝7.7,1.7Hz,2H),7.40(dd,J＝14.7, 7.2Hz,5H),6.86(d,J＝8.7Hz,2H),6.74(s,1H),4.72(s,2H),3.78(s,3H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ162.2,159.9,152.2,137.7,131.2,130.9,130.6,130.6, 129.1,126.8,114.4,113.7,55.4,43.5.IR:1807,1738,1674,1609,1515,1296,1246, 1178,1029；HRMS(ESI):calcdfor C18H15NO4:332.0893[M+Na]+.Found:332.0889 [M+Na]+.
实施例9
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-环丙基-3-苯基丙炔酰胺， 0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升DMSO，充入2MPa的二氧化碳气体，在80摄氏度搅拌6小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的二氧化碳。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为60％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000091
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.72(dd,J＝7.6,1.8Hz,2H),7.55–7.33(m, 3H),6.72(s,1H),3.01–2.51(m,1H),1.19–0.86(m,4H).13C NMR(126MHz, CDCl3)δ162.8,152.0,137.1,131.1,130.8,130.4,129.0,113.1,22.6,5.1.IR:1821, 1740,1725,1682,1452,1340,1249,1194,1030；HRMS(ESI):calcd for C13H11NO3: 230.0812[M+H]+.Found:230.0807[M+H]+.
实施例10
在20毫升高压釜中加入搅拌子，0.5毫摩尔的N-异丙基-3-苯基丙炔酰胺， 0.025毫摩尔的TBD，0.2毫升DMSO，充入2MPa的二氧化碳气体，在80摄氏度搅拌6小时后，停止加热及搅拌，冷却至室温，缓慢释放未反应完的二氧化碳。将反应釜中的反应液溶于2毫升二氯甲烷并将其转移至50毫升的圆底单口烧瓶中，用(3×2毫升)二氯甲烷冲洗反应釜，然后真空除去溶剂后得到粗产品。粗产品经柱层析(展开剂：二氯甲烷)分离提纯。产率为63％。
所得产物的结构表征数据如下所示：
Figure BDA0001813740930000101
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.74(dd,J＝7.8,1.4Hz,2H),7.58–7.30(m, 3H),6.71(s,1H),4.67–4.26(m,1H),1.49(d,J＝6.9Hz,6H).13C NMR(126MHz, CDCl3)δ162.4,151.6,137.4,131.1,131.0,130.4,129.1,112.9,45.4,19.5.IR:2989, 1811,1739,1687,1669,1496,1452,1402,1385,1371,1249,1074；HRMS(ESI): calcd for C13H13NO3:232.0968[M+H]+.Found:232.0964[M+H]+.

Claims (5)

1.一种有机胺催化CO2合成2,4-噁唑烷二酮类化合物的方法，其特征在于，步骤如下：在反应瓶中加入炔酰胺原料和溶剂，加入有机催化剂，将反应瓶转移至二氧化碳气氛中，搅拌下进行羧环化反应；反应结束后，将反应液抽干并真空除去溶剂后得到粗产品；粗产品经柱层析纯化得到2,4-噁唑烷二酮类化合物；
羧环化反应如下式所示：
Figure FDA0002535800020000011
其中，R1是苯基、对氟苯基、对溴苯基、对三氟甲基苯基、对硝基苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基或2-噻吩基；
R2是苄基、对甲氧基苯基、正丁基、异丙基、环己基、环丙基或2-丙炔基；
所述溶剂为二氯甲烷、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈或四氢呋喃；
所述的有机催化剂为1,5,7-三叠氮双环[4.4.0]癸-5-烯或7-甲基-1,5,7-三氮杂二环[4.4.0]癸-5-烯。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机催化剂与炔酰胺原料的摩尔比为1:20。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述羧环化反应的压力为0.1～2.0MPa；羧环化反应的温度为25～80摄氏度；羧环化反应时间为1～6小时。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述柱层析的洗脱液为二氯甲烷。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述柱层析的洗脱液为二氯甲烷。
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