CN110105294A - 一种多取代四氢喹喔啉衍生物的制备方法 - Google Patents

一种多取代四氢喹喔啉衍生物的制备方法 Download PDF

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管晓渝
刘章琴
胡文浩
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    • C07ORGANIC CHEMISTRY
    • C07DHETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D241/00Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings
    • C07D241/36Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D241/38Heterocyclic compounds containing 1,4-diazine or hydrogenated 1,4-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems with only hydrogen or carbon atoms directly attached to the ring nitrogen atoms
    • C07D241/40Benzopyrazines
    • C07D241/44Benzopyrazines with hetero atoms or with carbon atoms having three bonds to hetero atoms with at the most one bond to halogen, e.g. ester or nitrile radicals, directly attached to carbon atoms of the hetero ring

Abstract

本发明公开了一种如式(Ⅴ)所示的四氢喹喔啉化合物的制备方法,芳基重氮乙酸甲酯和邻氨基苯基亚胺类化合物在醋酸铑的催化下,经过[5+1]环化反应,生成所述四氢喹喔啉化合物。本发明制备方法的原料价廉易得,制备路线短,操作简便,反应条件温和,时间短,能耗低。反应转化率和原子利用率高,副产物少,非对映选择性高,产物容易分离提纯。便于制备新型四氢喹喔啉衍生物,提供多样性的化合物骨架。

Description

一种多取代四氢喹喔啉衍生物的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成化学技术领域,涉及一种多取代四氢喹喔啉衍生物的制备方法。
背景技术
四氢喹喔啉衍生物作为一种非常重要的骨架结构,常见于具有生物活性的化合物和天然产物中。例如,Hunanamycin A(Ⅰ)是一种从海洋中芽孢杆菌里提取的天然产物,该物质与核黄素的降解产物相关,具有显著的抑制细菌病原体肠沙门氏菌的功效(Org. Lett.,2013, 15, 390-393)。N-取代-3-氧-1,2,3,4-四氢-喹喔啉-6-羧酸衍生物(Ⅱ)表现出非常优越的抗增殖活性,同时还可以抑制微管蛋白聚合,阻滞G2/M期的细胞周期并诱导细胞凋亡(Eur. J. Med. Chem., 2018, 143, 8-20)。四氢喹喔啉化合物(Ⅲ)作为M2乙酰胆碱受体激动剂,用于心血管疾病的预防和治疗(WO2005028451A1)。此外,四氢喹喔啉衍生物(Ⅳ)具有抑制胆固醇酯转移蛋白的活性,可用于治疗动脉粥样硬化和肥胖等疾病(WO2004085401A1, US20050282812A1)。同时,喹喔啉类化合物在有机合成中,还是一类重要的中间体,用来制备多种精细化工产品,例如染料(WO1999051688A1)或聚(苯基喹喔啉)衍生物,后者是有机聚合物发光二极管的重要结构单元(Appl. Phys. Lett., 1996, 69,881-883)。
由于四氢喹喔啉衍生物在有机合成,药物研发中的广泛应用,该类化合物的合成方法备受关注。2000年,Bunce等人报道了,邻硝基苯胺和4-溴丁烯酸乙酯在100 ℃下发生N-烷基化反应,再通过和铁粉,醋酸作用,在110 ℃还原硝基,并发生分子内的N-杂Michael加成反应,生成四氢喹喔啉衍生物(J. Org. Chem., 2000, 65, 2847-2850)。该反应所需的温度偏高,存在反应条件苛刻,底物适应性差等缺点。2005年,Jones等人以邻硝基氟苯和2-氨基-1-丁醇为起始原料,在碳酸钾的作用下,首先发生N-芳基化反应。制得的中间体再和甲磺酰氯反应,生成甲磺酸脂类中间体,最后通过Pd/C催化氢化,分子内氨化关环,得到2-乙基-四氢喹喔啉衍生物。该方法经过3步,需采用高腐蚀性的甲磺酰氯,易燃性的氢气以及易自燃的Pd/C,反应存在局限(WO2005028451A1)。2011年范清华课题组,报道了手性钌配合物催化喹喔啉类化合物的不对称氢化反应,生成光学活性的四氢喹喔啉衍生物(Org.Lett., 2011, 13, 6568-6571)。该路线需要使用手性钌配合物和氢气,钌属于贵重金属,毒性大且价格贵;而氢气易燃易爆,危险性高,不利于工业生产。
为了克服上述缺陷,合成结构新颖的四氢喹喔啉化合物,本发明目的在于公开一种基于[5+1] 环化反应,高非对应选择性的合成多取代四氢喹喔啉衍生物的方法。该法原料廉价易得,操作简单,原子经济性高,适用于工业化生产。
发明内容
本发明能弥补现有合成方法的缺点,绿色、高效合成四氢喹喔啉衍生物。
本发明采用[5+1]环化反应,以芳基重氮乙酸甲酯和邻氨基苯基亚胺类化合物为原料,合成如式(Ⅴ)所示的四氢喹喔啉化合物。其中,R1为氢,硝基,溴,氯;R2为氢,甲氧基;R3为氢,甲基,硝基,苯甲酰基;R4为苯基、4-甲氧基苯基、4-溴苯基、3-溴苯基、3-氯苯基。
式(Ⅴ)。
所述制备方法的反应式为:
式(Ⅵ)。
本发明中,“高非对映选择性的合成多取代四氢喹喔啉衍生物”是指具有两个手性中心的syn式四氢喹喔啉衍生物,其非对映选择性大于95:5。
式(Ⅵ)中,R1为氢,硝基,溴,氯;R2为氢,甲氧基;R3为氢,甲基,硝基,苯甲酰基;R4为苯基、4-甲氧基苯基、4-溴苯基、3-溴苯基、3-氯苯基。
其中,所述芳基重氮乙酸甲酯、邻氨基苯基亚胺、醋酸铑的摩尔比为1.5:1:0.01。
其中,所述重氮化合物是苯基重氮乙酸甲酯,4-甲氧基苯基重氮乙酸甲酯,4-溴苯基重氮乙酸甲酯,3-溴苯基重氮乙酸甲酯,3-氯苯基重氮乙酸甲酯。
其中,所述邻氨基苯基亚胺如式(Ⅶ)所示,R1为氢,硝基,溴,氯;R2为氢,甲氧基;R3为氢,甲基,硝基,苯甲酰基。
式(Ⅶ)。
本发明制备方法包括:将邻氨基苯基亚胺、醋酸铑、有机溶剂加入到反应瓶中,其中醋酸铑的用量为1-2 mol% / mol邻氨基苯基亚胺,有机溶剂用量为 2-5 mL / mmol邻氨基苯基亚胺。将芳基重氮乙酸甲酯溶解于有机溶剂中得到相应的重氮化合物溶液,溶解重氮所需的有机溶剂为2-5 mL / mmol 重氮化合物,芳基重氮乙酸甲酯加入量为1.5 mmol /邻氨基苯基亚胺。升温并保持反应温度为40 ℃,重氮溶液通过蠕动泵加入到反应瓶中,控制滴加速度为2-5 mL / h。滴加完成以后,在40 ℃反应3小时,旋蒸去除溶剂得到粗产品,经柱层析,得到如式(Ⅴ)所示的四氢喹喔啉化合物。本方法在40 ℃条件下进行,重氮底物滴加1小时、后续反应3小时,反应时间共计4小时即可快速构建四氢喹喔啉类化合物。
本发明中所述有机溶剂是二氯甲烷,三氯甲烷,1,2-二氯乙烷。二氯甲烷在使用前经氢化钙脱水处理,其他有机溶剂在反应前和柱层析时均预先作纯化或蒸馏处理。
本发明所用的重氮原料合成请参阅(J. Org. Chem.,1968,33,3610-3618),邻氨基苯基亚胺原料合成请参阅(Tetrahedron, 2002, 58, 5357-5366)。
本发明所用芳基乙酸甲酯,叠氮化合物,邻苯二胺,水杨醛衍生物,醋酸铑,有机溶剂,硅胶和硅胶板均可由市面购得。
本发明目的在于提供一种底物易得,原子经济性高,操作简便,高非对映选择性的四氢喹喔啉类化合物的合成方法。为实现上述目标,本发明采用 [ 5+1 ] 环化反应,由重氮化合物和邻氨基苯基亚胺经一步反应,直接合成四氢喹喔啉类化合物。该过程操作简便,反应条件温和,时间短,能耗低。反应转化率和原子利用率高,副产物少,非对映选择性高,产物容易分离提纯,适用于工业化生产。
具体实施方式
结合以下具体实施例,对本发明作进一步的详细说明,本发明的保护内容不局限于以下实施例。 在不背离发明构思的精神和范围下,本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中,并且以所附的权利要求书为保护范围。 实施本发明的过程、条件、试剂、实验方法等,除以下专门提及的内容之外,均为本领域的普遍知识和公知常识,本发明没有特别限制内容。
本发明提出的式(Ⅵ)所示多取代四氢喹喔啉类化合物制备方法,其反应路线具体包括:称取邻氨基苯基亚胺与醋酸铑的摩尔比为1:0.01加入反应瓶中,加入有机溶剂用量为 2-5 mL / mmol邻氨基苯基亚胺。接着,将芳基重氮乙酸甲酯溶解于有机溶剂中,芳基重氮乙酸甲酯加入量为1.5 mmol / 邻氨基苯基亚胺,溶解重氮所需的有机溶剂为2-5 mL /mmol 重氮化合物,得到重氮溶液。升温并保持反应温度为40 ℃,重氮溶液通过蠕动泵加入到反应瓶中,1 小时滴加完毕。滴加完成以后,在40 ℃ 反应3小时,40 ℃-50 ℃旋蒸去除溶剂,得到粗产品;将粗产品用体积比为乙酸乙酯:石油醚=1 :10 ~ 1 :5 溶液进行柱层析,得到多取代四氢喹喔啉类化合物纯品。
实施例1 制备化合物3a: 称取邻氨基苯基亚胺2a (0.10mmol),醋酸铑(0.001mmol),分别反应试管中,加入重蒸的2.0 mL 二氯甲烷。升温并保持反应温度为40℃,芳基重氮乙酸甲酯1a (0.15mmol) 溶于2mL 重蒸的二氯甲烷中,并通过蠕动泵1 小时注入反应体系中,滴加完成以后,在40 ℃继续反应3h,反应结束,40 ℃旋蒸去除溶剂,再通过柱层析( 洗脱剂:石油醚:乙酸乙酯=1 :10 ~ 1 :5) 分离出得到四氢喹喔啉类化合物3a,收率75%,d.r. 为95 :5,见表1。
产物四氢喹喔啉类化合物3a的表征:1HNMR(300MHz,CDCl3)δ8.60(s,1H), 7.57-7.54(m,2H),7.34-7.31(m,3H),6.92-6.57(m,8H),5.30(s,1H),5,19( s, 1H ), 4.07 (s, 1H ), 3.63 ( s, 3H ); 13C NMR (75MHz, CDCl3)δ 172.1, 155.3, 139.9, 131.7,130.0, 129.2, 129.0, 128.8, 128.4, 126.3, 125.1, 120.9, 119.9, 119.7, 117.7,117.3, 115.1, 65.1, 57.8, 53.0; HRMS: calcd for C22H20N2NaO3: 383.1372; found:383.1366 [M+Na]+
实施例2-12 制备化合物(3b ~ 3l)。
实施例2-12 同实施例1,反应中取代基的变化、化合物编号、d.r. 值、产率等,见表1。
表1。
实施例 1/ R<sub>4</sub> 2/ R<sub>1</sub>/ R<sub>2</sub>/ R<sub>3</sub> 产物 d.r. 产率(%)
1 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2a/ H / H / H 3a 95:5 75
2 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2b/ H / H / CH<sub>3</sub> 3b 95:5 63
3 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2c/ H / H / NO<sub>2</sub> 3c 95:5 85
4 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2d/ H / H / COC<sub>6</sub>H<sub>5</sub> 3d 95:5 83
5 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2e/ H / OCH<sub>3</sub> / H 3e 95:5 77
6 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2f/ NO<sub>2</sub> / H / H 3f 95:5 95
7 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2g/ Br / H / H 3g 95:5 81
8 1a/ C<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2h/ Cl / H / H 3h 95:5 80
9 1b/ 4-MeOC<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2a/ H / H / H 3i 95:5 67
10 1c/ 4-BrC<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2a/ H / H / H 3j 95:5 63
11 1d/ 3-BrC<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2a/ H / H / H 3k 95:5 70
12 1e/ 3-ClC<sub>6</sub>H<sub>4</sub> 2a/ H / H / H 3l 95:5 75
产物四氢喹喔啉类化合物3b ~ 3l的表征如下:。
产物3b的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.79 (s, 1H ), 7.56-7.53 ( m,2H ), 7.33-7.30 ( m, 3H ), 6.91-6.67(m,6H),6.37(s,1H),5.28(s,1H), 5,07 ( s,1H ), 4.03 ( s, 1H ), 3.61 ( s, 3H ), 2.14 ( s, 3H ); 13C NMR (75MHz, CDCl3)δ172.1, 155.4, 139.9, 130.1, 129.4, 129.3, 129.1, 128.9, 128.8, 128.3, 126.3,125.1, 121.4, 119.8, 117.8, 117.7, 115.2, 65.2, 58.2, 52.9, 20.6; HRMS: calcdfor C23H22N2NaO3: 397.1528; found: 397.1523[M+Na]+
产物3c的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.71-7.68 ( m, 1H ), 7.67-7.56( m, 2H ), 7.36-7.31 ( m, 4H ), 7.12-7.10 ( m, 2H), 6.84-6.79 ( m, 3H ), 6.57( s, 1H ), 6.04 ( s, 1H ), 5.57 ( s, 1H ), 4.46 ( s, 1H ), 3.62 ( s, 3H ); 13CNMR (75MHz, CDCl3)δ 171.1, 153.7, 140.2, 139.6, 137.7, 129.6, 128.9, 128.5,127.5, 126.3, 125.7, 120.9, 117.2, 116.7, 112.4, 111.0, 65.1, 53.2, 52.9;HRMS: calcd for C22H19N3NaO5: 428.1222; found: 428.1217 [M+Na]+
产物3d的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.69-7.66 ( m, 2H ), 7.58 ( m,2H ), 7.48 ( m, 2H ), 7.43-7.34 ( m, 6H ), 7.09 ( m, 3H ), 6.82 ( m, 3H ),5.79 ( s, 1H ), 5.45 ( s, 1H ), 4.24 ( s, 1H ), 3.63 ( s, 3H ); 13C NMR(75MHz, CDCl3)δ 195.5, 171.5, 154.5, 140.3, 138.7, 136.8, 131.3, 129.5,129.2, 128.98, 128.94, 128.5, 128.1, 127.96, 127.92, 126.0, 125.7, 125.2,120.4, 118.9, 117.0, 113.0, 65.1, 54.6, 53.1; HRMS: calcd for C29H24N2NaO4:487.1634; found: 487.1628 [M+Na]+
产物3e的表征:1HNMR(300MHz,CDCl3)δ7.54-7.51(m,2H),7.36-7.26( m, 3 ),6.76-6.22 ( m, 7H ), 5.20 ( m, 2H ), 3,71 ( s, 3H ), 3.64 ( s. 3H ); 13C NMR(75MHz, CDCl3)δ 172.17, 160.35, 156.7, 139.7, 131.7, 130.2, 128.8, 128.3,126.3, 120.9, 119.8, 117.2, 115.2, 106.0, 102.8, 65.3, 58.2, 55.1, 53.0;HRMS: calcd for C23H22N2NaO4: 413.1477; found: 413.1472 [M+Na]+
产物3f的表征:1HNMR(300MHz,CDCl3)δ10.86(s,1H),8.00(m,1H),7.84(m,1H),7.51-7.48 ( m, 2H ), 7.37-7.34 ( m, 3H ), 6.90-6.83 ( m, 3H ), 6.67-6.68 ( m,2H ), 5.32 ( s, 1H ), 5.23 ( s, 1H ), 4.01 ( s, 1H ), 3.73 ( s, 3H ); 13C NMR(75MHz, CDCl3)δ 171.1, 162.9, 140.1, 138.5, 132.4, 129.2, 129.0, 127.9,126.1, 125.7, 125.4, 124.7, 123.3, 123.0, 120.1, 119.4, 118.1, 115.8, 64.6,59.6, 53.3; HRMS: calcd for C22H19N3NaO5: 428.1222; found: 428.1217 [M+Na]+
产物3g的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.99 ( s, 1H ), 7.51-7.48 ( m,2H ), 7.37-7.33 ( m, 3H ), 7.22-7.18 ( m, 1H ), 6.94-6.93 ( m, 1H ), 6.80-6.60 ( m, 5H ), 5.16 ( s, 2H ), 4.04 ( s, 1H ), 3.67 ( s, 3H ); 13C NMR(75MHz, CDCl3)δ 171.7, 154.9, 139.2, 132.1, 131.9, 131.7, 129.5, 128.9,128.6, 126.4, 126.2, 121.5, 120.0, 119.6, 117.7, 115.4, 111.5, 65.0, 58.8,53.1 ; HRMS: calcd for C22H19BrN2NaO3: 461.0477; found: 461.0471[M+Na]+
产物3h的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.04 ( s, 1H ), 7.59 ( s, 1H ),7.42-7.42 ( m, 1H ), 7.27-7.24 ( m, 2H ), 7.12 ( m, 1H ), 6.95-54 ( m, 7H),5,30 ( s, 1H ), 5.14 ( s, 1H ), 4.11 ( s, 1H ), 3.63 ( s, 3H ); 13C NMR(75MHz, CDCl3)δ171.6, 154.9, 142.2, 134.8, 131.0, 130.1, 130.0, 129.2, 128.6,126.7, 124.7, 120.8, 120.2, 120.0, 117.6, 116.9, 115.2, 65.1, 57.0, 53.2;HRMS: calcd for C22H19ClN2NaO3: 417.0982; found: 417.0976 [M+Na]+
产物3i的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.47-7.44 ( m, 2H ), 7.11-6.57( m, 10H ), 5.25 ( s, 1H ), 5.14 ( s, 1H ), 4.11 ( s, 1H ), 3.77 ( s, 3H ),3.62 ( s, 3H ); 13C NMR (75MHz, CDCl3)δ 172.2, 159.4. 155.3, 131.8, 130.0,129.2, 129.0, 127.5, 125.1, 120.9, 119.6, 117.6, 117.3, 115.1, 114.1, 64.6,57.9, 55.2, 52.9; HRMS: calcd for C23H22N2NaO4: 413.1477; found: 413.1472 [M+Na]+
产物3j的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.45 ( s, 4H ), 7.11 ( s, 1H ),6.96-6.53 ( m, 7H ), 5.29 ( s, 1H ), 5.13 ( s, 1H ), 4.11 ( s, 1H ), 3.62 (s, 3H ); 13C NMR (75MHz, CDCl3)δ 171.6, 154.9, 139.2, 131.9, 131.0, 130.3,129.2, 129.1, 128.2, 125.3, 122.5, 120.7, 120.2, 120.0, 117.6, 116.8, 115.2,65.0, 57.0, 53.1; HRMS: calcd for C22H19BrN2NaO3: 461.0477; found: 461.0471 [M+Na]+
产物3k的表征:1HNMR(300MHz,CDCl3)δ8.03(s,1H),7.75(s,1H),7.46-7.42 ( m,2H),7.19-7.12(m,2H),6.94-6.54(m,7H),5.29(s,1H),5.14(s,1H), 4.13 ( s, 1H ),3.63 ( s, 3H ); 13C NMR (75MHz, CDCl3)δ171.6, 158.9, 154.9, 142.5, 131.5,131.0, 130.2, 130.1, 129.6, 129.2, 125.2, 125.1, 122.9, 120.8, 120.2, 120.0,117.6, 116.9, 115.2, 65.0, 57.0, 53.2; HRMS: calcd for C22H19BrN2NaO3:461.0477; found:461.0471 [M+Na]+
产物3l的表征:1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 8.86 ( s, 1H ), 7.52-7.50 ( m,2H ), 7.36-7.31 ( m, 3H ), 7.07-7.05 ( m, 1H ), 6.85-6.57 ( m, 6H ), 5.20 (s, 1H ), 5.18 ( s, 1H ), 4.05 ( s, 1H ), 3.66 ( s, 3H ); 13C NMR (75MHz,CDCl3)δ171.7, 156.3, 154.3, 139.4, 131.7, 129.5, 129.1, 129.0, 128.6, 126.2,124.4, 122.9, 121.4, 119.9, 119.1, 117.7, 115.4, 112.3, 65.0, 58.3, 53.1;HRMS: calcd for C22H19ClN2NaO3: 417.0982; found: 417.0976 [M+Na]+
最后说明的是,以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述,但本领域技术人员应当理解,可以在形式上和细节上对其做出各种各样的改变,而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (5)

1.一种如式(Ⅴ)所示的四氢喹喔啉化合物的制备方法,其特征在于,将芳基重氮乙酸甲酯和邻氨基苯基亚胺类化合物经醋酸铑催化,发生[5+1]环化反应,生成所述四氢喹喔啉化合物;
式(Ⅴ);
所述制备方法的反应式如式(Ⅵ)所示:
式(Ⅵ);
其中,
R1为氢,硝基,溴,氯;
R2为氢,甲氧基;
R3为氢,甲基,硝基,苯甲酰基;
R4为苯基、4-甲氧基苯基、4-溴苯基、3-溴苯基、3-氯苯基。
2.如权利要求1 所述的制备方法,其特征在于,所述芳基重氮乙酸甲酯、邻氨基苯基亚胺、醋酸铑的摩尔比为1.5:1:0.01。
3.如权利要求1 所述的制备方法,其特征在于,所述重氮化合物是苯基重氮乙酸甲酯,4-甲氧基苯基重氮乙酸甲酯,4-溴苯基重氮乙酸甲酯,3-溴苯基重氮乙酸甲酯,3-氯苯基重氮乙酸甲酯。
4.如权利要求1 所述的制备方法,其特征在于,反应步骤包括:将邻氨基苯基亚胺、醋酸铑、有机溶剂加入到反应瓶中,其中醋酸铑的用量为1-2 mol% / mol邻氨基苯基亚胺,有机溶剂用量为 2-5 mL / mmol邻氨基苯基亚胺;将芳基重氮乙酸甲酯溶解于有机溶剂中得到相应的重氮化合物溶液,溶解重氮所需的有机溶剂为2-5 mL / mmol 重氮化合物,芳基重氮乙酸甲酯加入量为1.5 mmol / 邻氨基苯基亚胺;升温并保持反应温度为40 ℃,重氮溶液通过蠕动泵加入到反应瓶中,控制滴加速度为2-5 mL / h;滴加完成以后,在40 ℃反应3小时,旋蒸去除溶剂得到粗产品,经柱层析,得到如式(Ⅴ)所示的四氢喹喔啉化合物。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述制备方法的反应收率为63%-95%。
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