CN109796426A - 一种利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成化学技术领域，公开了一种利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，本发明以不同取代基的肉桂酸和四氢呋喃为反应底物，碱性的微孔或介孔ETS‑10沸石(ETS‑10或ETS‑10‑M)为催化剂，在氮气氛围下的玻璃反应管中进行，合成苯乙烯基呋喃产物。利用强碱ETS‑10沸石中的碱性位点活化肉桂酸的C＝C双键，与此同时还能促进四氢呋喃自由基的生成，该自由基进攻肉桂酸中被活化的C＝C键，然后脱去一分子的二氧化碳，生成目标产物苯乙烯基呋喃，该合成高效、清洁，没有使用昂贵的有机配体。
Description
技术领域
本发明属于有机合成化学技术领域，本发明涉及一种苯乙烯基呋喃类化合物的合成方法。
背景技术
在现代有机合成中，分子间的脱羧偶联是一种非常重要、灵活构建C-C键有机分子的方法。例如苯乙烯基呋喃类化合物是一种重要的药物中间体(Journal Of the AmericanChemical Society,2012,134:14330-14333.；Scientific Reports,2014,4:7446.)，该类化合物通常是由肉桂酸和四氢呋喃在催化剂作用下脱羧偶联合成的(Chemical Science,2012,3:2853-2858.；Journal Of the American Chemical Society,2012,134:14330-14333.)。通常这种反应都是以过渡金属为催化剂在均相反应体系中进行，例如CuBr2(Chemical Science,2012,3:2853-2858.)、MnCl2(Chemistry A European Journal,2015,21:16272-16279.)和Fe(acac)2(Tetrahedron Letters,2013,54:6507-6510.)，甚至使用复杂的金属络合物为催化剂。这些合成策略不仅需要在反应中的添加各种添加剂，而且反应时间长，温度高，反应的后处理也较为复杂，而且，催化剂重复使用性较差，这些缺点使得该策略在制药工业的实际应用中存在许多问题。并且目前在肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联反应中均需要金属参与才能实现这个反应，这是由于金属不仅能否活化四氢呋喃，生成对应的四氢呋喃自由基，而且金属还能与肉桂酸分子中的羧基基团络合，进而活化肉桂酸分子。
本发明在没有昂贵的有机配体的反应体系中，不需要任何金属参与的反应条件下，利用介孔或微孔ETS-10沸石的强碱性位点能够活化肉桂酸中的C＝C双键，以及促进四氢呋喃自由基的生成的特点，成功实现了肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联反应。这对在较低温度，较短时间，低成本实现肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联很有必要。到目前为止，利用ETS-10沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应还未见文献报道。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用强碱性ETS-10沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法。本发明在没有昂贵的有机配体、和金属参与的反应体系中，仅利用介孔或微孔ETS-10沸石的碱性位点吸附活化肉桂酸中的C＝C双键，以及促进四氢呋喃自由基的生成的特点，成功实现了肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联反应。
本发明的技术方案是以取代肉桂酸和四氢呋喃为反应底物，碱性的介孔ETS-10沸石(ETS-10-M)或微孔ETS-10沸石(ETS-10)为催化剂，以叔丁基过氧化氢为氧化剂，在氮气氛围下的玻璃反应管中进行，合成苯乙烯基呋喃产物。
所述取代肉桂酸的结构式为：
其中R为甲基、甲氧基、氟基、三氟甲基、氯基或溴基。
所述肉桂酸与催化剂的摩尔质量比为1：0.01～0.06。所述叔丁基过氧化氢(TBHP)的用量是反应底物肉桂酸摩尔质量的1.5倍。
所述脱羧偶联反应的反应温度为85～115℃，优选为100℃，反应时间为0.5～8h。
其中四氢呋喃既作为反应原料，也作为溶剂，既避免了添加其它溶剂，减小以溶剂参与反应的副产物的生成，也清洁了反应路径。
其中ETS-10沸石可从在市场上购买得到，也可根据专利ZL201410404060.X合成得到。介孔ETS-10沸石可根据专利ZL201410404060.X合成
本发明提供一种新颖、绿色而又高效的催化理念。利用强碱性沸石(ETS-10-M或ETS-10)中的碱性位点活化肉桂酸的C＝C双键，与此同时还能促进四氢呋喃自由基的生成，该自由基进攻肉桂酸中被活化的C＝C键，然后脱去一分子的二氧化碳，生成目标产物苯乙烯基呋喃。
本发明所涉及的合成苯乙烯基呋喃类产物的反应方程式如下：
一种全新的利用沸石的碱性位点活化肉桂酸分子中的C＝C，在一定的反应条件下，由碱性沸石分子筛促进生成的烷基自由基进攻活化的C＝C反应，实现了肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联反应。本发明利用碱性ETS-10沸石为催化剂，高效合成苯乙烯基呋喃类化合物。
本发明的优点：
(1)本发明使用的ETS-10沸石分子筛是由钛氧八面体和硅氧四面体组成的特殊的骨架结构。采用其作为催化剂，可以直接实现偶联反应，这是由于碱性位点不仅可以活化四氢呋喃，生成对应的四氢呋喃自由基，而且碱性位点也能与肉桂酸分子中的酸性羟基相互作用，更重要的是强碱性位点还可以活化肉桂酸分子中的C＝C键，更加有利于与活化的四氢呋喃分子进行反应，生成目标产物。
(2)ETS-10沸石的孔结构有利于反应物的扩散，提高催化剂的反应活性、本发明利用碱性ETS-10沸石催化剂中的碱性位点活化肉桂酸的C＝C双键，与此同时还能促进四氢呋喃自由基的生成，该自由基进攻肉桂酸中被活化的C＝C键，然后脱去一分子的二氧化碳，不需要金属铜的参与，便可实现肉桂酸与四氢呋喃的反应，生成目标产物苯乙烯基呋喃产物。
(3)本发明提供了一种高效、清洁、绿色的反应路径，反应体系中没有使用没有昂贵的有机配体和金属催化剂。
附图说明
图1是实施例3对甲基苯乙烯基呋喃产物3b的核磁谱图。
图2是实施例4对氯苯乙烯基呋喃产物3c的核磁谱图。
具体实施方式
下面的实施例将有助于说明本发明，但是不局限其范围。
实施例1：
对甲基肉桂酸、四氢呋喃和叔丁基过氧化氢在碱性、介孔ETS-10沸石催化下进行的脱羧偶联反应，该反应是在氮气氛围下的玻璃反应管中进行的。反应活性测试是在以下条件进行的：10mg 2wt.％ETS-10-M催化剂、0.3mmol肉桂酸类底物、0.45mmol叔丁基过氧化氢溶于1.5mL四氢呋喃中，置于10mL玻璃反应管，氮气环境反应于100℃反应2小时。反应结束后，催化剂和反应液通过离心分离，然后反应液用安捷伦液相色谱1260分析。目的产物通过柱层析分离得到无色油状产物。产物的结构经过NMR、MS证实为对甲基苯乙烯基呋喃3b。
谱图解析:
对甲基苯乙烯基呋喃
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.28–7.24(m,2H),7.11–7.09(m,2H),6.54(d,J＝15.6Hz,1H),6.14(dd,J＝16.0,2.8Hz,1H),4.45–4.43(m,1H),3.98–3.79(m,2H),2.31(s,3H),2.11–2.06(m,1H),1.98–1.92(m,2H),1.74–1.67(m,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ137.33,134.09,130.50,129.46,129.25,126.41,79.86,68.17,32.45,25.98,21.23.
实施例2
对氯肉桂酸、四氢呋喃和叔丁基过氧化氢在碱性、介孔ETS-10沸石催化下进行的脱羧偶联反应，该反应是在氮气氛围下的玻璃反应管中进行的。反应活性测试是在以下条件进行的：10mg 2wt.％ETS-10-M催化剂、0.3mmol肉桂酸类底物、0.45mmol叔丁基过氧化氢溶于1.5mL四氢呋喃中，置于10mL玻璃反应管，氮气环境反应于100℃反应2小时。反应结束后，催化剂和反应液通过离心分离，然后反应液用安捷伦液相色谱1260分析。目的产物通过柱层析分离得到无色油状产物。产物的结构经过NMR、MS证实为对氯苯乙烯基呋喃3c。
谱图解析:
对氯苯乙烯基呋喃
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.22–7.16(m,4H),6.45(d,J＝16.0Hz,1H),6.10(dd,J＝15.6,6.4Hz,1H),4.40–4.35(m,1H),3.91–3.72(m,2H),2.06–2.00(m,1H),1.92–1.84(m,2H),1.62–1.59(m,1H).
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ135.39,133.08,131.26,129.18,128.68,127.69,79.51,68.25,32.38,25.95.
实施例3：
对甲基肉桂酸、四氢呋喃和叔丁基过氧化氢在碱性、微孔ETS-10沸石催化下进行的脱羧偶联反应，该反应是在氮气氛围下的玻璃反应管中进行的。反应活性测试是在以下条件进行的：10mg 2wt.％微孔ETS-10催化剂、0.3mmol肉桂酸类底物、0.45mmol叔丁基过氧化氢溶于1.5mL四氢呋喃中，置于10mL玻璃反应管，氮气环境反应于100℃反应2小时。反应结束后，催化剂和反应液通过离心分离，然后反应液用安捷伦液相色谱1260分析。目的产物通过柱层析分离得到无色油状产物。产物的结构经过NMR、MS证实为对甲基苯乙烯基呋喃3b。
实施例4：
对氯肉桂酸、四氢呋喃和叔丁基过氧化氢在碱性、微孔ETS-10沸石催化下进行的脱羧偶联反应，该反应是在氮气氛围下的玻璃反应管中进行的。反应活性测试是在以下条件进行的：10mg 2wt.％微孔ETS-10催化剂、0.3mmol肉桂酸类底物、0.45mmol叔丁基过氧化氢溶于1.5mL四氢呋喃中，置于10mL玻璃反应管，氮气环境反应于100℃反应2小时。反应结束后，催化剂和反应液通过离心分离，然后反应液用安捷伦液相色谱1260分析。目的产物通过柱层析分离得到无色油状产物。产物的结构经过NMR、MS证实为对氯苯乙烯基呋喃3c。
对比实施例1
将对甲基肉桂酸、四氢呋喃和叔丁基过氧化氢在CuO催化下进行的脱羧偶联反应，该反应是在氮气氛围下的玻璃反应管中进行的。反应活性测试是在以下条件进行的：1mgCuO催化剂、0.3mmol肉桂酸类底物、0.45mmol叔丁基过氧化氢溶于1.5mL四氢呋喃中，置于10mL玻璃反应管，氮气环境反应于100℃反应2小时。反应结束后，催化剂和反应液通过离心分离，然后反应液用安捷伦液相色谱1260分析，目的产物通过柱层析分离得到无色油状产物。产物的结构经过NMR、MS证实为对氯苯乙烯基呋喃3b。
表1:活性数据
由活性数据表1可知，介孔ETS-10-M催化剂的底物转化率和产物选择性略高于微孔ETS-10催化剂。而当以氧化铜为催化剂时，虽然能实现对甲基肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联反应，但是转化率和选择性较差。因此在本发明中ETS-10-M和ETS-10的催化剂以高效、绿色型催化剂实现了肉桂酸与四氢呋喃的脱羧偶联生成苯乙烯基呋喃的反应。
Claims (6)
1.一种利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：以取代肉桂酸和四氢呋喃为反应底物，碱性沸石为催化剂，加入氧化剂，在氮气下进行脱羧偶联反应，合成得到苯乙烯基呋喃产物；
所述取代肉桂酸的结构式为：
其中R为甲基、甲氧基、氟基、三氟甲基、氯基或溴基。
2.根据权利要求1所述利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：所述催化剂为碱性沸石为微孔ETS-10或介孔ETS-10沸石(ETS-10-M)。
3.根据权利要求1或2所述利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：所述肉桂酸与催化剂的摩尔质量比为1：0.01～0.06。
4.根据权利要求1所述利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：所述氧化剂为叔丁基过氧化氢(TBHP)。
5.根据权利要求4所述利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：叔丁基过氧化氢(TBHP)的用量是反应底物肉桂酸摩尔质量的1.5倍。
6.根据权利要求1所述利用碱性沸石分子筛催化肉桂酸脱羧偶联反应的方法，其特征在于：所述脱羧偶联反应的反应温度为85～115℃，反应时间为0.5～8h。
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