CN110272392A - 过渡金属催化的c-h偶联高效制备2-(4(3h)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物 - Google Patents

过渡金属催化的c-h偶联高效制备2-(4(3h)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物 Download PDF

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Abstract

喹唑啉酮类化合物具有广泛的药理活性。本发明涉及一种以5‑重氮米氏酸作为烷基化试剂，通过过渡金属催化的C‑H偶联反应高效制备2‑(4(3H)‑喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物的方法。本发明能高效快速地获得2‑芳基喹唑啉酮衍生物分子库，可以对天然化合物进行后期修饰，从而合成新的药物候选分子。

Description

过渡金属催化的C-H偶联高效制备2-(4(3H)-喹唑啉酮)芳基 乙酸烷基酯衍生物
技术领域
本发明涉及一种以5-重氮米氏酸作为烷基化试剂，通过过渡金属催化的C-H偶联反应高效制备2-(4(3H)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物的方法。
背景技术
喹唑啉酮类化合物广泛分布于天然产物和生物活性分子中，因其具有抗癌、抗炎、抗菌、抗疟、抗糖尿病、降压等多种药理活性而受到了来自医药化学领域的高度重视[参见：(a) G. H. Zhang, W. B. Xue, Y. F. An, J. M. Yuan, J. K. Qin, C. X. Pan, G. F.Su, Eur. J. Med. Chem., 2015, 95, 377-387; (b) K. Ozaki, Y. Yamada, T, Oine,T. Ishizuka, Y. Iwasawa, J. Med. Chem., 1985, 28, 568-576; (c) K. Ozaki, Y.Yamada, T, Oine, T. Ishizuka, Y. Iwasawa, J. Med. Chem., 1985, 28, 568-576;(d) R. Gali, J. Banothu, M. Porika, R. Velpula, S. Hnamte, R. Bavantula, S.Abbagani, S. Busi, Bioorg. Med. Chem. Lett., 2014, 24, 4239-4242.]。近年来，随着过渡金属催化的C-H键活化研究的飞速发展，为达到快速构建多取代喹唑啉酮化合物的目的，合成化学家们开发了以喹唑啉-4(3H)-酮作为导向基团的C-H键官能团化方法[参见：(a) B. Reddy, G. Narasimhulu, N. Umadevi, J. Yadav, Synlett2012, 23, 1364-1370;(b) J. B. Lee, M. E. Kang, J. Kim, C. Y. Lee, J. M. Kee, K. Myung, J. U.Park, S. Y. Hong,Chem. Commun., 2017, 53, 10394-10397; (c) M. Dabiri, N.Farajinia Lehi, S. Kazemi Movahed, H. R. Khavasi,Org. Bio. Chem., 2017, 15,6264-6268; (d)M. Lou, Z. Deng, X. Mao, Y. Fu, Q. Yang, Y. Peng, Org. Bio. Chem., 2018, 16, 1851-1859; (e) A. B. Viveki, S. B. Mhaske, J. Org. Chem., 2018, 83, 8906-8913.]。但目前的反应类型相对单一，结合喹唑啉酮类化合物的应用前景，因此，十分有必要发展更多的C-H键活化方法。
另一方面，重氮类化合物，特别是α-重氮丙二酸酯衍生物在过渡金属的作用下释放氮气后生成的金属卡宾体能参与C-H键活化反应。作为α-羰基重氮化合物的典型代表，市售的5-重氮米氏酸具有反应活性高，使用安全方便等特点，是常用的C-H键烷基化反应试剂[参见：(a) P. Patel, G. Borah,Chem. Commun., 2016, 53, 443-446; (b) R. S.Phatake, P. Patel, C. V. Ramana, Org. Lett., 2016, 18, 2828-2831; (c) S.Sharma, S. H. Han, S. Han, W. Ji, J. Oh, S. Y. Lee, J. S. Oh, Y. H. Jung, I.S. Kim, Org. Lett., 2015, 17, 2852-2855; (d)J. Shi, Y. Yan, Q. Li, H. E. Xu,W. Yi,Chem. Commun., 2014, 50, 6483-6486.]。但目前未见其与2-芳基喹唑啉酮类化合物的偶联反应。
发明内容
本发明涉以5-重氮米氏酸作为烷基化试剂，以醇类作为溶剂，通过过渡金属催化的C-H偶联反应高效制备2-(4(3H)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物。
本发明的技术路线以2-苯基-4(3H)-喹唑啉酮类化合物为底物，以5-重氮米氏酸作为烷基化试剂。其化学反应式如下所示：
A环为苯基、α-萘基、β-萘基、噻吩基、呋喃基、吡啶基、吡咯基、吲哚基、二氢吲哚基；R1为氢、卤素、烷基、苯基、烷氧基、羰基、醛基、羧基、烷酰氧基、氰基、酰胺基中的一种或一种以上；R2为甲基、乙基、正丙基、正丁基；R3为氢或者CH2CO2R2。
制备步骤如下：
（1）向洁净的封管中依次加入2-苯基-4(3H)-喹唑啉酮类化合物、5-重氮米氏酸、催化剂、添加剂和醇类溶剂，于80-100 oC搅拌18-24小时；
（2）反应完全后，直接减压浓缩除去溶剂，残留物采用硅胶柱层析分离纯化，即得产品。
步骤（1）中的催化剂为铑碳、三氯化铑、醋酸铑、乙酰丙酮三苯基膦羰基铑、双环辛烯氯化铑二聚体、二氯（五甲基环戊二烯）合铑（III）二聚体、二(六氟锑酸)三乙腈(五甲基环戊二烯基)铑(III)、三苯基膦氯化铑、三氯化钌、三苯基膦氯化钌、二氯二羰基双三苯基膦钌、双（2-甲基烯丙基）（1,5-环辛二烯）钌（II）、对伞花烃二氯化钌二聚体、三氯化铱、二氯（五甲基环戊二烯）合铱（III）二聚体、双（1,5-环辛二烯）氯化铱（I）二聚体、甲氧基（环辛二烯）合铱二聚体中的一种或一种以上。
步骤（1）中的添加剂为硝酸银、乙酸银、碳酸银、硫酸银、甲烷磺酸银、三氟甲烷磺酸银、对甲苯磺酸银、双三氟甲烷磺酰亚胺银、三氟甲烷磺酸银、六氟锑酸银、四氟硼酸银、六氟磷酸银中的一种或一种以上。
步骤（1）中2-芳基-4(3H)-喹唑啉酮化合物：5-重氮米氏酸：催化剂：添加剂的摩尔比为1：（1.5~3.0）：（0.01~0.02）：（0.1~0.2）。
采用核磁共振氢谱（1H NMR）、碳谱（13C NMR）以及高分辨质谱对产品的结构进行了确证，证明其为2-(2-烷基苯基)-4(3H)-喹唑啉酮衍生物。其中，核磁共振图谱采用VarianUNITY INOVA400高分辨率超导核磁共振仪测定，以四甲基硅烷（TMS）为内标（δ 0ppm），氘代二甲基亚砜（DMSO-d 6）为溶剂；高分辨质谱采用Bruker Apex IV FTMS质谱仪测定。
相比于传统的反应条件，本发明具有以下特点：
1. 铑、钌和铱三种过渡金属复合物均能催化该反应。其中，使用铑或钌催化体系主要得到了单烷基化取代产物，而使用铱催化体系则选择性生成了双烷基化取代产物；
2. 催化剂使用量极低；
3. 以醇类作为反应溶剂，价格低廉，无毒无污染；
4. 反应步骤简单，可一步制得邻位烷氧羰乙基化取代产物。
具体实施方法
下面结合具体实施方法对本发明作进一步描述，有助于对本发明的理解。但并不能以此来限制本发明的权利范围，而本发明的权利范围应以权利要求书阐述的为准。
实施实例1：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)苯乙酸甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-苯基-4(3H)-喹唑啉酮（44.4 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（54.4 mg，0.32 mmol）、[Cp*RhCl2]2（1.2 mg，1 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02 mmol）和2mL MeOH，于80 oC反应18 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=20/1，v/v）即得产物47.8 mg，白色固体，收率81%。熔点165-166 oC；1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 12.49 (s, 1H), 8.15 (d, J = 8.0, 1H), 7.83 (t, J = 8.0 Hz, 1H),7.66 (d, J = 8.0 Hz, 2H), 7.54-7.50 (m, 2H), 7.45 (t, J = 8.0 Hz, 2H), 3.97(s, 2H), 3.45 (s, 3H)；13C NMR (150 MHz, DMSO-d 6) δ 171.3, 161.7, 153.3, 148.6,137.1, 134.4, 134.2, 130.9, 129.7, 128.9, 127.3, 126.6, 126.1, 125.7, 121.1,51.9, 38.6；HRMS (ESI)：计算值C17H15N2O3 [M+H]+: 295.1083，实测值295.1082。
实施实例2：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-5-氯苯乙酸甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(4-氯苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（51.3 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（54.4 mg，0.32 mmol）、[Cp*RhCl2]2（1.2 mg，1 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应18 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=20/1，v/v）即得产物59.8 mg，白色固体，收率91%。熔点193-194 oC；1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 12.56 (s, 1H), 8.15 (dd, J = 8.0, 1.2 Hz, 1H), 7.84 (ddd, J = 8.4,7.2, 1.6 Hz, 1H), 7.70 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.60-7.57 (m, 2H), 7.56-7.51 (m,2H), 3.99 (s, 2H), 3.48 (s, 3H)；13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6) δ 171.4, 162.5,153.0, 148.6, 136.8, 135.1, 135.0, 132.7, 132.2, 131.78, 127.7, 127.5, 127.3,126.2, 121.4, 52.0, 39.1；HRMS (ESI)：计算值C17H14ClN2O3 [M+H]+ 329.0693，测定值329.0693。
实施实例3：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-4-溴苯乙酸甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(3-溴苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（60.2 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（54.4 mg，0.32 mmol）、[Cp*RhCl2]2（1.2 mg，1 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应18 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=20/1，v/v）即得产物38.1 mg，白色固体，收率51%。熔点157-159oC；1H NMR (400 MHz, DMSO-d 6) δ 12.42 (s, 1H), 8.15 (dd, J = 8.0, 1.2 Hz, 1H), 7.83 (ddd, J = 8.4, 7.2,1.6 Hz, 1H), 7.59 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.55-7.49 (m, 2H), 7.31 (d, J = 0.8Hz, 2H), 3.93 (s, 2H), 2.37 (s, 3H)；13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6) δ 172.0, 162.5,154.1, 148.8, 136.9, 134.9, 133.7, 132.4, 131.3, 131.2, 130.6, 127.7 127.1,126.2, 121.2, 51.8, 39.1；HRMS (ESI)：计算值C17H14BrN2O3 [M+H]+ 373.0188，测定值373.0188。
实施实例4：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-3-(甲氧基)苯乙酸甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(2-甲氧基苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（50.5 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（54.4 mg，0.32 mmol）、[Cp*RhCl2]2（1.2 mg，1 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应18 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=20/1，v/v）即得目标产物56.4 mg，白色固体，收率87%。熔点170-171 oC；1H NMR (600 MHz,DMSO-d 6) δ 12.32 (s, 1H), 8.15 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.82 (t, J = 7.6 Hz, 1H),7.60 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.54 (t, J = 7.6Hz, 1H), 7.45 (t, J = 8.0 Hz, 1H),7.10 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.01 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 3.77 (s, 3H), 3.67 (s,2H), 3.42 (s, 3H); 13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6) δ 171.2, 162,0, 157.7, 152.0,149.1, 135.0, 134.8, 131.2, 127.7, 127.2, 126.2, 124.0, 123.5, 121.7, 110.8,56.2, 52.0, 38.7; HRMS (ESI)：计算值C18H17N2O4 [M+H]+ 325.1188，测定值325.1188。
实施实例5：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-1,3-苯二乙酸二甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-苯基喹唑啉-4(3H)-酮（44.4 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（74.9 mg，0.44 mmol）、[Cp*IrCl2]2（3.2 mg，2 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02 mmol）和2mL MeOH，于80 oC反应24 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=15/1，v/v）即得目标产物65.9 mg，白色固体，收率90%。熔点120-122 oC； 1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 12.41 (s, 1H), 8.16 (d, J = 8.0, 1H), 7.84 (t, J = 8.0 Hz, 1H),7.62 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.56 (t, J = 8.0 Hz, 1H), 7.47 (d, J = 8.0, 1H),7.37 (d, J = 8.0, 1H), 3.72 (s, 2H), 3.62 (s, 2H), 3.38 (s, 6H)；13C NMR (150MHz, DMSO-d 6) δ 171.5, 153.4, 151.8, 146.8, 136.2, 135.4, 135.3, 130.9, 129.4,128.2, 127.5, 126.6, 121.9, 52.1, 38.3；HRMS (ESI)：计算值C20H19N2O5 [M+H]+367.1294，实测值367.1294。
实施实例6：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-5-氯-1,3-苯二乙酸二甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(4-氯苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（51.3 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（74.9 mg，0.44 mmol）、[Cp*IrCl2]2（3.2 mg，2 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应24 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=15/1，v/v）即得目标产物51.3 mg，白色固体，收率64%。熔点150-152 oC；1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 12.45 (s, 1H), 8.16 (dd, J = 8.0, 1.2 Hz, 1H), 7.84 (ddd, J = 8.4,7.2, 1.6 Hz, 1H), 7.62 (d, J = 7.6Hz, 1H), 7.60-7.54 (m, 1H), 7.51 (s, 2H),3.75 (s, 2H), 3.64 (s, 2H), 3.39 (s, 6H);13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6) δ 170.7,161.9, 151.9, 148.8, 136.1, 134.9, 134.2, 134.0, 129.9, 127.9, 127.6, 126.3,121.7, 52.2, 38.5; HRMS (ESI)：计算值C20H18ClN2O5 [M+H]+ 401.0904，测定值401.0905。
实施实例7：2-(4(3H)-喹唑啉酮基)-4-溴-1,3-苯二乙酸二甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(3-溴苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（60.2 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（74.9 mg，0.44 mmol）、[Cp*IrCl2]2（3.2 mg，2 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应24 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=15/1，v/v）即得目标产物43.6 mg，白色固体，收率49%。熔点124-125oC；1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 11.47 (s, 1H), 8.06 (d, J = 6.8 Hz, 1H), 7.89-7.7 (m, 3H), 7.45(d, J = 8.0 Hz, 1H), 7.38 (d, J = 8.0 Hz, 1H), 3.76 (s, 2H), 3.67 (s, 2H),3.35 (s, 6H)；13C NMR (100 MHz, DMSO-d 6) δ 171.3, 171.0, 162.0, 153.3, 145.0,137.2, 135.7, 134.9, 132.2, 131.7, 131.0, 129.9, 127.8, 127.4, 126.3, 121.6,52.1, 52.0, 39.2, 38.8；HRMS (ESI)：计算值C20H18BrN2O5 [M+H]+ 445.0399，测定值445.0401。
实施实例8：3-(4(3H)-喹唑啉酮基)-2,4-噻吩二乙酸二甲酯的合成
向洁净的封管中依次加入2-(3-溴苯基)-4(3H)-喹唑啉酮（45.7 mg，0.2 mmol）、5-重氮米氏酸（74.9 mg，0.44 mmol）、[Cp*IrCl2]2（3.2 mg，2 mol%）、AgNTf2（7.8 mg，0.02mmol）和2 mL MeOH，于80 oC反应24 h后冷却至室温。
反应液经减压浓缩后得到粗产品。粗产品进行柱层析（洗脱剂为石油醚/丙酮=15/1，v/v）即得目标产物59.7 mg，白色固体，收率80%。熔点148-149oC；1H NMR (400 MHz,DMSO-d 6) δ 12.31 (s, 1H), 8.13 (dd, J = 8.0, 1.2 Hz, 1H), 7.82 (ddd, J = 8.4,7.2, 1.6 Hz, 1H), 7.61 (d, J = 7.6 Hz, 1H), 7.55-7.50 (m, 1H), 7.41 (s, 1H),4.08 (s, 2H), 3.83 (s, 2H), 3.52 (s, 3H), 3.37 (s, 3H)；13C NMR(100 MHz, DMSO-d 6) δ 171.3, 170.6, 162.2, 150.2, 149.1, 137.4, 134.9, 133.9, 133.5, 127.7,127.1, 126.2, 124.0, 121.4, 52.4, 52.0, 34.9, 34.0；HRMS (ESI): 计算值C18H17N2O5S [M+H]+ 373.0858，测定值373.0858。

Claims (5)

1.一种基于过渡金属催化的C-H偶联高效制备2-(4(3H)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物的合成方法，其特征在于以5-重氮米氏酸作为烷基化试剂，以醇类作为溶剂，制备了2-(4(3 H)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯，其化学反应式为：
其中：
A环为苯基、α-萘基、β-萘基、噻吩基、呋喃基、吡啶基、吡咯基、吲哚基、二氢吲哚基；
R1为氢、卤素、烷基、苯基、烷氧基、羰基、醛基、羧基、烷酰氧基、氰基、酰胺基中的一种或一种以上；
R2为甲基、乙基、正丙基、正丁基；
R3为氢或者CH2CO2R2。
2.根据权利要求1，一种制备合成2-(4(3H)-喹唑啉酮)芳基乙酸烷基酯衍生物的方法，其特征在于采用如下制备步骤：
(1)在洁净的反应器中加入2-芳基-4(3H)-喹唑啉酮化合物、5-重氮米氏酸化合物、催化剂、添加剂和醇类溶剂，于80-100oC搅拌18-24小时；
(2)反应完全后，直接减压蒸馏除去溶剂，残留物采用硅胶柱层析分离纯化，即得产品。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中的催化剂为三氯化铑、醋酸铑、乙酰丙酮三苯基膦羰基铑、双环辛烯氯化铑二聚体、二氯（五甲基环戊二烯）合铑（III）二聚体、二(六氟锑酸)三乙腈(五甲基环戊二烯基)铑(III)、三苯基膦氯化铑、三氯化钌、三苯基膦氯化钌、二氯二羰基双三苯基膦钌、双（2-甲基烯丙基）（1,5-环辛二烯）钌（II）、对伞花烃二氯化钌二聚体、三氯化铱、二氯（五甲基环戊二烯）合铱（III）二聚体、双（1,5-环辛二烯）氯化铱（I）二聚体、甲氧基（环辛二烯）合铱二聚体中的一种或一种以上。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中的添加剂为硝酸银、乙酸银、碳酸银、硫酸银、甲烷磺酸银、三氟甲烷磺酸银、对甲苯磺酸银、双三氟甲烷磺酰亚胺银、三氟甲烷磺酸银、六氟锑酸银、四氟硼酸银、六氟磷酸银中的一种或一种以上。
5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于步骤（1）中2-芳基-4(3H)-喹唑啉酮化合物：5-重氮米氏酸：催化剂：添加剂的摩尔比为1：（1.5~3.0）：（0.01~0.02）：（0.1~0.2）。
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