CN110029356B - 一种电化学氧化方法控制的制备酮或β-羰基酯的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公布了一种电化学氧化方法控制的制备酮或β‑羰基酯的方法。以α,β,β‑三取代基‑β‑羟基羧酸为原料，在碱存在的情况下，插入电极进行电解，在不同反应条件下通过电化学氧化方法控制发生1,2‑迁移生成酮，或发生1,4‑迁移生成β‑羰基酯。该方法简单、温和、高效、可控，并且表现出广泛的官能团相容性，同时具有相当可观的产率。所得产物酮或β‑羰基酯为有机合成化学中的基本中间体，在有机合成领域有着重要的意义，同时，这种通过迁移反应使得C‑C或C‑H键官能化的策略，为复杂的酮和酯的分子构建提供了新的选择。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，涉及酮以及衍生物的合成，特别涉及一种电化学氧化方法控制的基于1,2-迁移或1,4-迁移制备酮或β-羰基酯的方法。
背景技术
自由基介导的官能团迁移反应是一类特殊的有机转化反应，这类反应被发现以来引起了研究者极大的兴趣，在有机化学中陆续发现了许多应用。自由基介导的迁移反应是常规离子型重排反应(例如频哪醇重排)的延展与补充。根据迁移位置的差异，自由基迁移反应主要分为1,2-迁移、1,3-迁移、1,4-迁移、1,5-迁移、1,6-迁移，其中1,2-迁移和1,4-迁移反应被研究得最为广泛。在1944年，Urry等人首次报道了新戊苯基自由基的1,2-苯基迁移反应，此后发表了一些相关的1，2-芳基迁移反应。近年来，自由基介导的远端官能团迁移反应受到越来越多的关注，并且已经报道了很多长距离的1,n-自由基迁移(n＝3,4,5,6)反应。
另一方面，在形成自由基中间体时，电化学方法有着独特的优势。已经发现许多电化学阳极氧化交叉偶联反应或自由基环化反应，比许多使用氧化剂的传统方法更绿色、更环保。更重要的是，近期研究证明，有机电化学方法可以实现控制产物的选择性。
Kolbe反应作为有机电化学中的经典反应近年来受到了新的关注。如图1所示，在Kolbe反应中，根据反应条件，可以发生Kolbe(单电子)过程或非Kolbe(双电子)过程。我们设想，对于β，β-二芳基-β-羟基羧酸的Kolbe(单电子)过程，原位形成的亲电子羧基氧中心基团可能引发从碳到氧的稀有自由基1,4-芳基迁移，其中具有富电子芳基的优先迁移。此外对于非Kolbe(双电子)过程，可以通过调节电化学反应条件获得离子型半频哪醇重排(1,2-芳基/烷基迁移)产物。
酮和β-羰基酯是有机化学中的基本中间体，可以通过多种方法合成，在有机合成领域有着重要的意义。复杂酮和酯的合成一直是合成领域的一大挑战，这种通过迁移反应使得C-C或C-H键官能化的策略，为复杂的酮和酯的分子构建提供了新的选择。
发明内容
本发明的目的是提供一种简单、温和、高效、可控地制备酮或酯的方法，以α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸为原料，在碱存在的条件下，通过电化学氧化方法控制发生1,2-迁移或1,4-迁移反应，其中1,2-迁移产物为酮，1,4-迁移产物为β-羰基酯。
为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案：
一种可通过电化学氧化方法控制合成酮或β-羰基酯的方法，在无金属催化剂的情况下，1当量的α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸、0.05-0.3当量的碱，溶于碱性有机溶剂和水的混合溶剂中，插入惰性电极，在恒定电流下电解1～6小时，得到1,2-迁移产物酮；或溶于极性有机溶剂和水的混合溶剂中，插入惰性电极，在恒定电流下电解1～6小时，得到1,4-迁移产物β-羰基酯。
在此发明的技术方案中，对于所述α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸的α,β位的三个取代基，α代表取代基在与羧基直接相连的碳原子上，β代表取代基在与羧基相隔一个碳的碳原子上，取代基可以是芳基或烷基，或是二者的组合。
上述制备酮或β-羰基酯的方法具有广泛的官能团相容性。所述原料可以用如下式I表示：
式I中，R1和R2相互独立或成环，各自独立选自烷基、取代烷基、环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基和取代芳基，或者，R1和R2联合代表环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基或取代芳基；R3是独立的，选自烷基、取代烷基、环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基和取代芳基。
上述烷基优选是C1～C10的直链烷基或C3～C10的支链烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、戊基、己基、庚基、辛基、壬基、癸基、十一烷基、十二烷基等；上述环烷基优选是C5～C8的环烷基，例如环戊基、环己基等；上述杂环烷基优选是C5～C8含有一个或多个杂原子的杂环烷基，所述杂原子例如N、O、S，所述杂环烷基例如四氢吡喃基、哌啶基、吗啉基等。
上述芳基优选是苯基，上述取代芳基优选是取代苯基。
上述取代烷基、取代环烷基、取代杂环烷基和取代芳基上可以带有一个或多个取代基团，所述取代基团可以选自烷基、苯基、卤素、烷氧基等及这些取代基团的组合，更优选为C1～C20烷基、氟、氯、溴、碘、苯基、C1～C10烷氧基及其组合。
上述制备酮或β-羰基酯的方法中，对于同一反应原料α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸，通过控制反应条件有两种可行的反应途径。非Kolbe途径经由1,2-迁移得到的产物为酮，结构如式Ⅱ所示：
Kolbe途径经由1，4-迁移得到的产物为β-羰基酯，结构如式Ⅲ所示：
上述制备酮或β-羰基酯的方法中，所使用的碱为反应提供了碱性环境。所述碱优选为碱金属的氢氧化物，例如氢氧化钠、氢氧化锂和氢氧化钾。优选的，1当量的α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸配比0.1当量的碱。
所述碱性有机溶剂例如吡啶、吡咯、有机胺类溶剂等。所述极性有机溶剂例如乙腈、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基亚砜(DMSO)、二甲基甲酰胺(DMF)等。
上述制备酮或β-羰基酯的方法中，不同途径产物所使用的有机溶剂不同，碱性有机溶剂如吡啶对非Kolbe途径更有利，而极性有机溶剂如乙腈对Kolbe途径更有利。在本发明的一些实施例中，制备酮使用的溶剂为吡啶/水体积比＝1:3；制备β-羰基酯使用的溶剂为乙腈/水体积比＝3:1。
上述制备酮或β-羰基酯的方法中，合适的温度对反应产率有帮助，优选条件下的反应温度为室温。
上述制备酮或β-羰基酯的方法中，电解的不同途径产物所使用的惰性电极可有所不同。在本发明的一些实施例中，对于生成酮的反应，阳极为石墨电极，阴极为铂网电极；对于生成β-羰基酯的反应，阳极阴极均为铂网电极。
本发明公开的一种电化学氧化方法控制的制备酮或β-羰基酯的方法，反应不需要催化剂，电解后进行萃取，减压旋干溶剂，可以使用柱层析色谱等方法分离得到产物，简单易行。
在本发明的一个具体的制备β-羰基酯的实施例子中，对于不对称的β,β-二芳基-β-羟基-α-甲基羧酸，二芳基分别为对甲氧基苯基和苯基，其中，甲氧基取代的富电子芳基优先发生1，4-迁移反应。如下反应式所示，若当式I中的R1和R2为不同的芳基或取代芳基，且R2比R1更富电子时，R2优先发生1,4-迁移反应：
这种现象是自由基参与的迁移反应中所独有的。
在本发明的部分实施例子中，可以实现对反应原料β位已成环的R1和R2的扩环反应，假设其反应前为n元环(n＝4～8)，对于生成酮的非Kolbe途径，得到n+1元的环酮；对于生成β-羰基酯的Kolbe途径，得到n+3元的β-羰基环内酯。
本发明的可能原理为：(1)非Kolbe途径：弱碱性条件下，羧酸被夺去质子生成羧基负离子，随后在阳极上发生双电子氧化过程，生成碳正离子，随后R2(或R1)发生1,2-迁移，正电荷从碳转移到氧上，生成羰基质子化的中间体，其脱去质子得到酮的产物；(2)Kolbe途径：弱碱性条件下，羧酸被夺去质子生成羧基负离子，随后在阳极上发生单电子氧化过程生成自由基，R2(或R1)发生1,4-迁移形成酯，生成单电子在β位碳上的自由基，随后其在阳极被氧化生成羰基。
本发明提供了一种简单、温和、高效、可控地制备酮或酯的方法，以α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸为原料，在碱存在的条件下，插入电极进行电解，控制不同条件通过电化学氧化方法，发生1,2-迁移生成酮，或发生1,4-迁移生成β-羰基酯，并且表现出广泛的官能团相容性，同时具有相当可观的产率。所得产物酮或β-羰基酯为有机合成化学中的基本中间体，在有机合成领域有着重要的意义，这种通过迁移反应使得C-C或C-H键官能化的策略，为复杂的酮和酯的分子构建提供了新的选择。
附图说明
图1是Kolbe反应中发生Kolbe(单电子)过程或非Kolbe(双电子)过程，通过控制反应条件实现1,2-迁移或1,4-迁移反应，从而合成酮或β-羰基酯的反应过程示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施例子进一步详细描述本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。
实施例1-16为发生非Kolbe过程生成酮的例子，17-28为发生Kolbe过程生成β-羰基酯的例子，但不以任何形式限制底物所可能发生的两种转化过程。
实施例1
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二苯基-β-羟基羧酸(0.3mmol，76.9mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1,2-二苯基丙-1-酮，产率74％。
实施例2
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-氟苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，82.1mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1,2-二(4-氟苯基)丙-1-酮，产率80％。
实施例3
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-氯苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，83.8mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1,2-二(4-氯苯基)丙-1-酮，产率75％。
实施例4
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-甲基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，71.5mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1,2-二(4-甲基苯基)丙-1-酮，产率73％。
实施例5
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-甲氧基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，81.1mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKAElectrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物1,2-二(4-甲氧基苯基)丙-1-酮，产率83％。
实施例6
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-β-甲基-β-苯基-β-羟基羧酸(0.3mmol，87.0mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKAElectrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1-(4-氯苯基)-1-苯基丙酮，产率71％。
实施例7
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基环丁基)羧酸(0.3mmol，72.2mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物α-(4-氯苯基)环戊酮，产率70％。
实施例8
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基环戊基)羧酸(0.3mmol，76.4mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物α-(4-氯苯基)环己酮，产率71％。
实施例9
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基环己基)羧酸(0.3mmol，80.6mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物α-(4-氯苯基)环庚酮，产率61％。
实施例10
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基环庚基)羧酸(0.3mmol，84.8mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物α-(4-氯苯基)环辛酮，产率67％。
实施例11
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基环辛基)羧酸(0.3mmol，89.0mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物α-(4-氯苯基)环壬酮，产率73％。
实施例12
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-α-(1-羟基-3-氧杂环戊基)羧酸(0.3mmol，76.8mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-(4-氯苯基)-3-氧杂环己酮，产率58％。
实施例13
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，(1-羟基环庚基)-乙酸(0.3mmol，51.7mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物环辛酮，产率58％。
实施例14
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，1-羟基-1-(1-羧基乙基)-茚满(0.3mmol，61.9mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物1-甲基-2-四氢萘酮，产率69％。
实施例15
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，2-(9-羟基-9-芴基)-2-甲基丙酸(0.3mmol，80.5mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物9,9-二甲基菲-10-酮，产率54％。
实施例16
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，反应底物化合物1(0.3mmol，82.3mg)，1mL吡啶，3mL H2O，溶液中插入石墨电极和铂网电极(52mesh，1cm2)，石墨电极连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极，铂网电极连接电源的负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物(如下所示化合物2)，产率66％。
实施例17
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二苯基-β-羟基羧酸(0.3mmol，76.9mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-苯基丙酸苯酯，产率78％。
实施例18
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-氟苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，82.1mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-(4-氟苯基)丙酸-4-氟苯酯，产率70％。
实施例19
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-氯苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，83.8mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-(4-氯苯基)丙酸-4-氯苯酯，产率74％。
实施例20
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-甲基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，71.5mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-(4-甲基苯基)丙酸-4-甲基苯酯，产率83％。
实施例21
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β,β-二(4-甲氧基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，81.1mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-(4-甲氧基苯基)丙酸-4-甲氧基苯酯，产率77％。
实施例22
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-正己基-β,β-二苯基-β-羟基羧酸(0.3mmol，72.4mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-苯甲酰基正辛酸苯酯，产率77％。
实施例23
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-甲基-β-苯基-β-(4-甲氧基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，85.8mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-甲基-3-氧代-3-苯基丙酸-4-甲氧基苯酯，产率79％。
实施例24
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氯苯基)-β,β-二苯基-β-羟基羧酸(0.3mmol，105.8mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-(4-氯苯基)-3-氧代-3-苯基丙酸苯酯，产率43％。
实施例25
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-苯基-β,β-二(4-甲氧基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，113.4mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-(4-甲氧基苯甲酰基)苯乙酸-4-甲氧基苯酯，产率63％。
实施例26
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，α-(4-氟苯基)-β,β-二(4-甲氧基苯基)-β-羟基羧酸(0.3mmol，118.9mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1～5:1的混合溶液，得到所需产物2-(4-甲氧基苯甲酰基)-4-氟苯乙酸-4-甲氧基苯酯，产率59％。
实施例27
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，2-(9-羟基-9-芴基)丙酸(0.3mmol，76.3mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物(如下所示化合物3)。反应过程如下反应式所示，产率64％。
实施例28
依次向装有搅拌子的反应管中加入NaOH(0.03mmol，0.1当量，1.2mg)，反应原料化合物4(0.3mmol，84.7mg)，1mL H2O，3mL MeCN，溶液中插入两个铂网电极(52mesh，1cm2)，分别连接电源IKA Electrasyn 2.0的正极和负极，然后将反应混合物在室温下搅拌，以恒定电流5mA电解3.7小时。反应结束后，将反应混合物在减压下除去溶剂，通过乙酸乙酯将混合物转移至125mL分液漏斗中，加入40mL乙酸乙酯和40mL水萃取三次，合并有机相，减压除去溶剂，通过柱色谱法纯化，展开剂为石油醚/乙酸乙酯体积比10:1的混合溶液，得到所需产物(如下所示化合物5)，反应过程如下反应式所示，产率63％。
Claims (6)
1.一种通过电化学氧化方法控制合成酮或β-羰基酯的方法，在无金属催化剂的情况下，取1当量的α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸和0.05-0.3当量的碱，溶于碱性有机溶剂和水的混合溶剂中，插入惰性电极，在恒定电流下电解1～6小时，得到1,2-迁移产物酮；或者，溶于极性有机溶剂和水的混合溶剂中，插入惰性电极，在恒定电流下电解1～6小时，得到1,4-迁移产物β-羰基酯；其中，所述α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸的结构如式I所示：
式I中，R1和R2相互独立或成环，各自独立选自烷基、取代烷基、环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基和取代芳基，或者，R1和R2联合代表环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基或取代芳基；R3是独立的，选自烷基、取代烷基、环烷基、取代环烷基、杂环烷基、取代杂环烷基、芳基和取代芳基；
所述碱为碱金属的氢氧化物；所述碱性有机溶剂选自吡啶、吡咯中的一种或多种；所述极性有机溶剂选自乙腈、丙酮、二氯甲烷、乙酸乙酯、四氢呋喃、二甲基亚砜和二甲基甲酰胺中的一种或多种。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，式I所示的α,β,β-三取代基-β-羟基羧酸通过非Kolbe途径经由1,2-迁移得到式II所示的产物酮，或者通过Kolbe途径经由1,4-迁移得到式III所示的产物β-羰基酯；
其中，R1、R2和R3如权利要求1中所述。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述式I化合物中R1和R2为不同的芳基或取代芳基，且R2比R1更富电子，在制备β-羰基酯时R2优先发生1,4-迁移反应，得到式III所示产物：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，制备酮使用的溶剂为吡啶:水体积比＝1:3的混合溶剂；制备β-羰基酯使用的溶剂为乙腈:水体积比＝3:1的混合溶剂。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在制备酮的反应中，阳极为石墨电极，阴极为铂网电极；在制备β-羰基酯的反应中，阳极阴极均为铂网电极。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，电解后进行萃取，减压旋干溶剂，然后使用柱层析色谱法分离得到产物。
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