CN109824501B - 一种邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，在三氟甲磺酸三甲基硅酯存在下，结构式(I)所示的二乙酸芳基碘与结构式(II)所示的五氟丙酮烯醇硅醚进行重排反应，然后在强碱下水解得到结构式(III)所示的含二氟乙酸亚甲基的芳基碘化合物；其中，R1选自氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氧羰基取代的烷基、氨基取代的烷基、烷氧羰基和氨基取代的烷基、氰基或硝基，Ar选自苯环、萘环、噻吩环。本发明方法具有反应条件温和、选择性好，收率高、产物易分离、操作简单等优点。
Description
技术领域
本发明属于有机化学合成领域，特别涉及一种制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法及化合物。
背景技术
二氟亚甲基通常被认为是氧原子、羰基和亚甲基的生物电子等排体，具有很好的代谢稳定性和高亲脂性，而亲脂性的增强有利于提高有机分子的渗透作用和吸收率，因此含二氟亚甲基官能团的化合物在医药、农药、材料领域都有着广泛的应用(ChemBioChem2004,5,570；Chem.Eur.J.2017,23,14676)。
在这些含二氟亚甲基化合物中，含二氟亚甲基的芳香化合物倍受关注，因为这些化合物广泛的存在于各类具有重要生物活性的分子中(Chem.Rev.2016,2,422)。例如，用于治疗丙肝的药物雷迪帕韦(J.Med.Chem.2014,57,2033)；用于治疗神经退行性疾病的一氧化氮合成酶选择性抑制剂(J.Am.Chem.Soc.2010,132,14229)。因此，研究开发制备含二氟亚甲基的芳香化合物的新方法具有重要的现实意义。
含有二氟亚甲基的芳香化合物的合成一般是通过芳香醛的脱氧氟化(Synthesis1973,12,787；J.Org.Chem.1975,40,574)或者过度族金属参与的二氟亚甲基化反应实现的(Asian J.Org.Chem.2017,6,139；Chem.Eur.J.2015,21,12836；Top.Organomet.Chem.2014,52,113)。前者的缺点在于不但官能团兼容性差，而且所用氟化试剂通常有一定的危险性。对于后者，反应往往依赖用价格昂贵的过渡族金属催化剂，且某些反应必须在苛刻的条件下进行。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了一种制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的新方法，具有反应条件温和、选择性好，收率高、产物易分离、操作简单、产物结构中所保留的碘可作为离去基团，为进一步的官能团化提供广阔的空间等优点。
本发明采用的技术方案如下：
一种制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，在三氟甲磺酸三甲基硅酯存在下，结构式(I)所示的二乙酸芳基碘与结构式(II)所示的五氟丙酮烯醇硅醚进行重排反应，进而在强碱的作用下水解得到结构式(III)所示的邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物，该反应的通式如下：
其中，R1选自一个或独立的选自多个如下基团：氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氧羰基取代的烷基、氨基取代的烷基、烷氧羰基和氨基取代的烷基、氰基或硝基；
Ar选自苯环、萘环、噻吩环，分别为：
作为优选，所述制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法包括如下步骤：
(1)有机溶剂中，加入二乙酸碘苯与三氟甲磺酸三甲基硅酯，低温加入五氟丙酮烯醇硅醚，低温进行重排反应，反应结束，后处理得到重排产物；
(2)将重排产物溶解于强碱溶液中，室温进行水解反应，反应结束后，后处理得到结构式(III)所示的含二氟乙酸亚甲基的芳基碘化合物。
优选地，结构式(I)或式(III)中，R1选自一个或独立的选自多个如下基团：氢、卤素、C1～C4烷基、C1～C4烷氧基、C1～C4卤代烷基、C1～C4卤代烷氧基、C1～C4烷氧羰基取代的C1～C4烷基、氨基取代的C1～C4烷基、C1～C4烷氧羰基和氨基取代的C1～C4烷基或氰基，Ar选自苯环、萘环、噻吩环，所述氨基包括H2N-或者C1～C4烷基取代的氨基。
本发明中，卤素优选为F、Cl、Br；C1～C4烷基包括甲基、乙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基等。C1～C4烷氧基包括甲氧基、乙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基。C1～C4卤代烷基包括一个或多个F、Cl、Br取代的甲基、乙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基等。C1～C4卤代烷氧基包括一个或多个F、Cl、Br取代的甲氧基、乙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、仲丁氧基等。所述烷氧羰基包括甲氧羰基、乙氧羰基等。
优选地，R1选自一个或多个如下基团：氢、氰基、甲基、乙基、叔丁基、甲氧基、氯甲基、甲氧羰基。
本发明中，当R1选自多个基团时，具体是指，在Ar环上有两个或多个基团取代，以R1为两个甲基为例，此时
可以是间位、对位或者邻位二甲基取代的Ar环。
作为进一步优选，所述结构式(I)所示的二乙酸芳基碘选自如下化合物之一：
作为优选，所述二乙酸芳基碘与五氟丙酮烯醇硅醚的投加摩尔比为1：(1～3)，进一步优选为1：(1.2～2.2)，更进一步优选为1：2。
作为优选，所述三氟甲磺酸三甲基硅酯与二乙酸芳基碘的投加摩尔比为(1～3)：1，进一步优选为(1.2～2.2)：1，更进一步优选为2:1。
作为优选，所述强碱包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、钠氢、甲醇钠、乙醇钠中一种或多种。
作为优选，所述强碱与所述二乙酸芳基碘的摩尔比为(5～30)：1。
作为优选，所述重排反应在溶剂中进行，溶剂选自二氯甲烷、氯仿、基本、乙腈、丙酮中的一种或多种。作为进一步优选，反应溶剂为二氯甲烷。反应溶剂与二乙酸芳基碘的体积摩尔比为8～20mL：1mmol。
作为优选，所述重排反应的温度为-40～-60℃，进一步优选为45～-55℃，更进一步优选为-50℃，反应时间为1～5小时，进一步优选为1～3小时；水解反应温度为20～40℃，实际上可以直接采用室温下进行。
作为优选，所述五氟丙酮烯醇硅醚在低温下加入到溶有二乙酸碘苯和三氟甲磺酸三甲基硅酯的溶液中，加入温度为-70～-90℃，进一步优选为-70～-85℃。
所述强碱溶液可以强碱的水溶液或者是强碱的THF/水溶液。
上述重排反应结束后，可以通过后处理得到目标产物。优选的后处理方法为：
重排反应结束后，加入饱和碳酸氢钠淬灭反应，升温至室温，萃取，有机相干燥后浓缩，得到的浓缩液直接进行后续的水解反应。萃取剂可以选择二氯甲烷。
一种邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物，具有如下通式所示的结构：
其中，R1选自一个或独立的选自多个如下基团：氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氧羰基取代的烷基、氨基取代的烷基、烷氧羰基和氨基取代的烷基、氰基或硝基，Ar选自苯环、萘环、噻吩环。
作为优选，R1选自一个或多个如下基团：氢氢、卤素、C1～C4烷基、C1～C4烷氧基、C1～C4卤代烷基、C1～C4卤代烷氧基、C1～C4烷氧羰基取代的C1～C4烷基、氨基取代的C1～C4烷基、C1～C4烷氧羰基和氨基取代的C1～C4烷基或氰基，Ar选自苯环、萘环、噻吩环，所述氨基包括H2N-或者C1～C4烷基取代的氨基。
作为优选，R1选自一个或多个如下基团：氢、氰基、甲基、乙基、叔丁基、氯甲基、甲氧羰基、2-甲氧羰基-2-叔丁氧羰基氨基乙基。
作为优选，具有如下结构式所示的结构：
作为优选，具有如下结构：
与现有方法相比，本方法通过二乙酸芳基碘与五氟丙酮烯醇硅醚在温和条件下合成本发明的邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物，其优势在于：
(1)本方法反应条件温和，选择性好，收率高，产物易分离，操作简单；
(2)本方法所用原料价廉易得，避免了传统方法中使用具有危险性的氟化试剂或者昂贵的金属催化剂，反应条件要求严格，反应底物受到限制的缺点；
(3)所得产物含有芳基碘，可进一步进行偶联反应，为合成更具官能团广泛性的多取代邻位含羧二氟亚甲基的芳基化合物开辟新的合成途径；
(4)所得产物含有羧酸基团，可进一步脱羧再官能团化。
具体实施方式
实施例1
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将二乙酸碘苯161mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟丙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度99.31％，产率为62％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,CDCl3):δ7.96(d,J＝7.9Hz,1H),7.70(d,J＝7.9,1H),7.54(s,1H),7.50–7.45(m,1H),7.20–7.16(m,1H)。
13C NMR(151MHz,CDCl3):δ166.2(t,J＝34.7Hz),141.5,135.5(t,J＝24.2Hz),132.5,128.3,128.0(t,J＝9.1Hz),113.6(t,J＝250.7Hz),92.3(t,J＝4.5Hz)。
19F NMR(565MHz,CDCl3):δ-101.6。
IR(neat):2926,2647,1747,1586,1467,1437,1279,1243,1119,1020,721。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C8H4F2IO2(M-H+)]:296.9230,found:296.9238。
实施例2
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将对甲基二乙酸碘苯168mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度99.35％，产率为64％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,CDCl3):δ8.59(s,1H),7.82(d,J＝8.0Hz,1H),7.51(d,J＝1.8Hz,1H),7.00(d,J＝8.0Hz,1H),2.36(s,3H).
13C NMR(151MHz,CDCl3):δ165.3,141.3,138.6,133.4,129.5,128.8(t,J＝6.1Hz),113.6(t,J＝247.6Hz),88.1,21.2。
19F NMR(565MHz,CDCl3):δ-101.5。
IR(neat):2924,2854,2644,1750,1468,1394,1290,1247,1120,1009,848,815。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C9H6F2IO2(M-H+)]:310.9386,found:310.9384。
实施例3
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将对叔丁基二乙酸碘苯189mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度为99.48％，产率为69％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,MeOD):δ7.85(d,J＝8.3Hz,1H),7.69(d,J＝2.4Hz,1H),7.19–7.17(m,1H),1.32(s,9H)。
13C NMR(151MHz,MeOD):152.2,142.1,130.5,129.4,126.2(t,J＝9.0Hz),89.3,35.6,31.4。
19F NMR(565MHz,MeOD):δ-95.8。
IR(neat):3382,2497,1637,1459,1395,1298,1232,1116,1002,818。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C12H12F2IO2(M-H+)]:352.9856,found:352.9859。
实施例4
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将3,5-二甲基二乙酸碘苯175mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度为99.26％，产率为73％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,MeOD):δ7.69(s,1H),7.02(s,1H),2.45(t,J＝3.7Hz,3H),2.23(s,3H)。
13C NMR(151MHz,MeOD):141.6,141.3,140.4,135.3(t,J＝22.7Hz),133.9,22.9(t,J＝6.0Hz),20.2。
19F NMR(565MHz,MeOD):δ-90.4。
IR(neat):3422,1658,1235,1022,1004,821,759。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C10H8F2IO2(M-H+)]:324.9543,found:324.9529。
实施例5
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将3-甲氧基二乙酸碘苯176mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度为99.56％，产率为63％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,MeOD):δ7.54(d,J＝8.8Hz,1H),7.50(d,J＝2.4Hz,1H),7.02–6.99(m,1H),3.81(s,3H)。
13C NMR(151MHz,MeOD):162.2,131.3(t,J＝24.2Hz),129.7(t,J＝9.1Hz),128.1,113.9,93.3,56.1。
19F NMR(565MHz,MeOD):δ-101.2。
IR(neat):2963,1655,1594,1565,1436,1297,1247,1112,1031,875,823。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C9H6F2IO3(M-H+)]:326.9335,found:326.9338。
实施例6
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将二乙酸碘萘186mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度为99.60％，产率为61％。
目标产物的表征如下：
1H NMR(600MHz,CDCl3):δ8.33(d,J＝8.5Hz,1H),7.95(d,J＝8.6Hz,1H),7.85–7.81(m,1H),7.77(d,J＝8.6Hz,1H),7.67–7.59(m,2H),5.00(s,1H)。
13C NMR(151MHz,CDCl3):δ166.1(t,J＝33.2Hz),134.9(t,J＝13.6Hz),133.4,129.6,128.8,128.6,128.5,126.5,124.8,123.6(t,J＝9.1Hz),114.4(t,J＝252.2Hz).101.1(t,J＝4.5Hz)。
19F NMR(565MHz,CDCl3):δ-99.2。
IR(neat):2917,2849,2669,1729,1593,1552,1458,1263,1234,1127.
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C12H6F2IO2(M-H+)]:346.9386,found:346.9384。
实施例7
N2保护下，将重蒸过的二氯甲烷(5mL)加到25ml的反应管中，再将二乙酸碘代噻吩163mg(0.5mmol)加入，然后加入180微升三氟甲磺酸三甲基硅酯(TMSOTf,1.0mmol)，反应液在室温下搅拌5min，最后在-78℃下加入五氟苯乙酮烯醇硅醚220mg(1.0mmol)，搅拌5min，然后升温至-50℃并反应2h，用薄层色谱法跟踪反应进程，反应结束后加入饱和碳酸氢钠溶液(3ml)淬灭反应，缓慢升温至室温，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后溶解于KOH(560mg)的四氢呋喃/水(1:1)溶液，室温反应12h，反应结束后用稀盐酸调节pH值为2-3，然后用二氯甲烷(3mL×3)萃取，有机相用无水硫酸钠干燥，真空浓缩后得到产物为无色油状物，纯度为99.23％，产率为62％。
目标产物的表征如下：
13C NMR(151MHz,MeOD):δ138.4,137.8(t,J＝30.2Hz),129.3,78.8。
19F NMR(565MHz,MeOD):δ-84.1。
IR(neat):3060,1702,1518,1400,1239,1125,1044,715。
HRMS(ESI-TOF):calculated for[C6H2F2IO2S(M-H+)]:302.8794,found:302.8785。
实施例8
在亚硝酸银催化下，以Selectfluor作为氧化剂，采用丙酮，水为溶剂，55℃反应12小时，实施例1所得的重排产物可进一步实现脱酸氟化，经过常规的后处理，即可最终得到一类含三氟甲基的芳基碘化合物(收率约为60％)。该化学物是一类重要的药物中间体。
实施例2～7的底物，也可经过类似的反应得到对应的含三氟甲基的芳基碘化合物，收率约为60～75％。
Claims (9)
1.一种制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，在三氟甲磺酸三甲基硅酯存在下，结构式(I)所示的二乙酸芳基碘与结构式(II)所示的五氟丙酮烯醇硅醚进行重排反应，进而在强碱的作用下水解得到结构式(III)所示的含二氟乙酸亚甲基的芳基碘化合物；
所述结构式(I)、结构式(II)、结构式(III)分别如下：
其中，R1选自一个或独立的选自多个如下基团：氢、卤素、烷基、烷氧基、烷氧羰基、卤代烷基、卤代烷氧基、烷氧羰基取代的烷基、氨基取代的烷基、烷氧羰基和氨基取代的烷基、氰基或硝基，Ar选自苯环、萘环、噻吩环。
2.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)有机溶剂中，加入二乙酸碘苯与三氟甲磺酸三甲基硅酯，低温加入五氟丙酮烯醇硅醚，低温进行重排反应，反应结束，后处理得到重排产物；
(2)将重排产物溶解于强碱溶液中，室温进行水解反应，反应结束后，后处理得到结构式(III)所示的含二氟乙酸亚甲基的芳基碘化合物。
3.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，R1选自一个或独立的选自多个如下基团：氢、甲基、乙基、叔丁基、甲氧基。
4.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述二乙酸芳基碘与五氟丙酮烯醇硅醚的摩尔比为1：(1～3)。
5.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述三氟甲磺酸三甲基硅酯与二乙酸芳基碘的摩尔比为(1～3)：1。
6.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述重排反应在溶剂中进行，溶剂选自二氯甲烷、氯仿、乙腈、丙酮中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述强碱包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、钠氢、甲醇钠、乙醇钠中一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述强碱与所述二乙酸芳基碘的摩尔比为(5～30)：1。
9.根据权利要求2所述的制备邻位含羧二氟亚甲基的芳基碘化合物的方法，其特征在于，所述加入五氟丙酮烯醇硅醚的温度为-70～-90℃；所述重排反应的温度为-40～-60℃，水解反应温度为20～40℃。
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