CN110423190A

CN110423190A - 一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法

Info

Publication number: CN110423190A
Application number: CN201910654888.3A
Authority: CN
Inventors: 刘娥; 王洪林; 刘金丽
Original assignee: Jingchu University of Technology
Current assignee: Jingchu University of Technology
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2019-07-19
Publication date: 2019-11-08

Abstract

一种铁配合物催化酮α‑烷基化的方法，包括以下步骤：a、制备铁配合物催化剂：室温条件下，将4′‑二甲胺基苯基‑2,2′:6′,2′′‑三联吡啶溶解于四氢呋喃中，于氮气保护下加入无水氯化亚铁，搅拌过夜后过滤，所得棕色固体用四氢呋喃洗涤后干燥，收集固体，得铁配合物催化剂；b、催化酮α‑烷基化反应：氮气保护下，将铁配合物催化剂和叔丁醇钾在室温下溶解于非极性溶剂中，再加入伯醇和原料酮，回流反应12‑48 h，去除溶剂，所得混合物通过柱色谱法分离得纯品，即得到酮衍生物产品。本发明利用简单易得的铁配合物作为催化剂,选择性进行酮α‑烷基化合成复杂酮衍生物,操作方便、成本低、收率高，适宜大批量工业应用。

Description

一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法

技术领域

本发明涉及酮α-烷基化合成领域，具体涉及一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法。

背景技术

酮类化合物是最普遍、最重要的有机合成原料及中间体。另外，酮类化合物的合成和官能化也是学术界及业界重要的研究课题之一。酮类化合物的合成路线和方法很多，其中通过甲基酮的α-烷基化反应合成酮类衍生物是化学合成和中间体合成的常用方法，其合成产物不仅作为工业常用精细化学品，也是药物合成中重要的化学中间体。

传统上，酮的α-位功能化主要通过原料酮和有机卤化物在碱性条件下反应，这类反应需要加入等当量的碱和较大毒性的卤化物，不仅成本高，而且产生大量高污染副产物。为避免烷基化试剂的高毒性，使用替代型烷基化试剂（例如醇）以及发展更高效的金属催化剂已经成为近年来研究酮α-烷基化的重要趋势和热点课题。以‘借氢（或氢自动转移催化）’反应为代表、利用更绿色的醇作为烷基化实际的酮衍生化反应具有非常高的原子经济性，也成为当前绿色化学的重要研究方向之一。

借氢法进行酮α-烷基化的反应是指用金属催化剂将相对惰性的有机分子（如伯醇）催化脱氢，并形成高活性的金属氢化物催化剂中间体，其后脱氢产物与酮偶联形成α，β-不饱和酮中间体，随后金属氢化物催化剂再利用前面释放的氢分子将中间体还原成饱和酮的反应，从而实现原料酮的α-烷基化。该方法不产生有污染副产物，既简洁高效，又绿色环保。以钌和铱为代表的贵金属催化剂近年来相继被报道。虽然这些催化剂具有广泛的底物适用性，但因为这些金属价格高昂且有毒性，发展廉价而低毒的金属催化剂（如铁,钴、锰等）是当前绿色化学的重大挑战之一。

最近几年来，几种含有非贵金属（铁、钴、锰等）的催化剂已经应用到以醇为烷基化试剂的酮α-烷基化反应而合成复杂酮衍生物。但是大多数已知金属催化剂稳定性差、合成困难，并且价格昂贵。这极大地限制了它们在实际生产中的应用。本发明报道了一种结构简单、便宜易得且空气稳定的铁催化剂来进行酮α-烷基化反应。相比于其它已知的催化方法，该发明具有如下优点：1）催化剂合成简单、高效； 2）催化剂不含贵金属和复杂有机配体，价格低廉，且具有很高的化学稳定性；3）催化过程选择性好，且效率高、绿色环保。

发明内容

本发明目的在于提供操作简便、成本低、收率高的选择性进行酮α-烷基化合成复杂酮衍生物的方法。

一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，包括以下步骤：

a、制备铁配合物催化剂：

室温条件下，将4′-二甲胺基苯基-2,2′:6′,2′′-三联吡啶溶解于四氢呋喃中，于氮气保护下加入无水氯化亚铁，搅拌过夜后过滤，所得棕色固体用四氢呋喃洗涤后干燥，收集固体，得铁配合物催化剂；

b、催化酮α-烷基化反应：

氮气保护下，将上述制备的铁配合物催化剂和叔丁醇钾在室温下溶解于非极性溶剂中，再加入伯醇和原料酮，然后回流反应12-48 h，去除溶剂，所得混合物通过柱色谱法分离得纯品，即得到酮衍生物产品。

步骤b中所述非极性溶剂为甲苯、乙苯、四氢呋喃中任意一种，优选为甲苯。

步骤b中回流反应的反应温度为110-120℃，优选为120℃。

步骤b中回流反应的反应时间为24 h。

步骤b中所述的原料酮和铁配合物的投料摩尔比是10 : 0.3，原料酮和叔丁醇钾的投料摩尔比是10 : 1，伯醇和原料酮的投料摩尔比是12 : 10，原料酮在反应体系中的浓度为0.1-0.5 mol/L，优选为0.2 mol/L。

本发明的优点是: 利用简单易得的铁配合物作为催化剂,选择性进行酮α-烷基化合成复杂酮衍生物,操作方便、成本低、收率高，副产品为水，绿色无污染、且放大反应效果稳定，适宜大批量工业应用。反应底物简单易得，可作为合成酮衍生产品的优良途径。可适用于脂肪链、环烷烃、芳香基及杂环基等多种酮类衍生物的合成。因此应用广泛，可用于制备多种药物中间体的原材料。

具体实施方式

以下将对发明的优选实例进行详细描述。所举实例是为了更好地对发明内容进行，并不是发明内容仅限于实例。根据发明内容对实施方案的非本质的改进和调整，仍属于发明范畴。

本发明实施例中的反应的通式如下：

实施例一：铁配合物催化剂的制备

室温条件下，在50mL圆底烧瓶中，将4′-二甲胺基苯基-2,2′:6′,2′′-三联吡啶（352mg,1 mmol）溶解于四氢呋喃（20 mL）中，氮气保护。然后加入无水氯化亚铁（126 mg, 1 mmol）。所得溶液搅拌过夜后，过滤，所得棕色固体用四氢呋喃洗涤三次后，干燥，收集固体，即得铁配合物催化剂。产率：406mg（85%）。

实施例二：1,3-二苯基-1-丙酮的合成

N₂保护下，在100 毫升硬质烧瓶中加入铁配合物催化剂 (0.03 mmol, 3 mol%) 以及叔丁醇钾（11.2 mg, 0.10 mmol, 10 mol%），然后加入5毫升甲苯，磁子搅拌。其后分别加入苯甲醇 (118.8 mg, 1.1 mmol)和苯甲酮 (120.0 mg, 1.0 mmol)。将烧瓶置于油浴中加热至回流（110-120℃），搅拌过夜。反应24小时后冷却至室温，将溶剂减压蒸馏，粗产品通过硅胶柱分离，得1,3-二苯基-1-丙酮。产率：189 毫克（90%）。表征数据：¹H NMR (500 MHz,CDCl₃) δ 7.97 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.56 (t, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.45 (t, J =7.5 Hz, 2 H), 7.30 (t, J = 7.5 Hz, 2 H), 7.27 (d, J = 7.5 Hz, 2 H), 7.22 (t,J = 7.0 Hz, 1 H), 3.31 (t, J = 7.5 Hz, 2 H), 3.07 (t, J = 7.5 Hz, 2 H) ppm;¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ 199.2, 141.3, 136.8, 133.1, 128.6, 128.52, 128.4,128.0, 126.1, 40.4, 30.1 ppm. EI-MS (m/z): 210。

实施例三：1-苯基-3-（4-氯苯基）-1-丙酮的合成

N₂保护下，在100 毫升硬质烧瓶中加入铁配合物催化剂 (0.02 mmol, 2 mol%) 以及叔丁醇钾（11.2 mg, 0.10 mmol, 10 mol%），然后加入5毫升甲苯，磁子搅拌。其后分别加入4-氯苯甲醇 (156.2 mg, 1.1 mmol)和苯甲酮 (120.0 mg, 1.0 mmol)。将烧瓶置于油浴中加热至回流（110-120℃），搅拌过夜。反应24小时后冷却至室温，将溶剂减压蒸馏，粗产品通过硅胶柱分离，得1-苯基-3-（4-氯苯基）-1-丙酮。产率：211 毫克（86%）。表征数据：¹H NMR(500 MHz, CDCl₃) δ 7.93 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.56 (t, J = 7.0 Hz, 1 H), 7.45(t, J = 7.5 Hz, 2 H), 7.26 (d, J = 8.5 Hz, 2 H), 7.19 (d, J = 8.5 Hz, 2 H),3.27 (t, J = 7.5 Hz, 2 H), 3.04 (t, J = 7.5 Hz, 2 H) ppm; ¹³C NMR (125 MHz,CDCl₃) δ 198.8, 139.7, 136.1, 133.2, 131.8, 129.8, 128.6, 128.6, 128.0, 40.1,29.3 ppm. EI-MS (m/z): 245。

实施例四：1-苯基-1-辛酮的合成

N₂保护下，在100 毫升硬质烧瓶中加入铁配合物催化剂 (0.02 mmol, 2 mol%) 以及叔丁醇钾（11.2 mg, 0.10 mmol, 10 mol%），然后加入5毫升甲苯，磁子搅拌。其后分别加入正己醇 (112.2 mg, 1.1 mmol)和苯甲酮 (120.0 mg, 1.0 mmol)。将烧瓶置于油浴中加热至回流（110-120℃），搅拌过夜。反应24小时后冷却至室温，将溶剂减压蒸馏，粗产品通过硅胶柱分离，得1-苯基-1-辛酮。产率：186 毫克（91%）。表征数据：¹H NMR (500 MHz, CDCl₃)δ 7.96 (d, J = 7.0 Hz, 2 H), 7.55 (t, J = 7.5 Hz, 1 H), 7.45 (t, J = 7.5 Hz,2 H), 2.96 (t, J = 7.5 Hz, 2 H), 1.73 (m, 2 H), 1.27 (m, 8 H), 0.87 (t, J =7.0 Hz, 3 H) ppm; ¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ 200.7, 132.9, 128.5, 128.1,127.9, 38.6, 31.7, 29.3, 29.1, 24.4, 22.6, 14.1 ppm. EI-MS (m/z): 204。

实施例五：1-（4-甲氧基苯基）-3-苯基-1-丙酮的合成

N₂保护下，在100 毫升硬质烧瓶中加入铁配合物催化剂 (0.02 mmol, 2 mol%) 以及叔丁醇钾（11.2 mg, 0.10 mmol, 10 mol%），然后加入5毫升甲苯，磁子搅拌。其后分别加入苯甲醇 (118.8 mg, 1.1 mmol)和4′-甲氧基苯甲酮 (150.0 mg, 1.0 mmol)。将烧瓶置于油浴中加热至回流（110-120℃），搅拌过夜。反应24小时后冷却至室温，将溶剂减压蒸馏，粗产品通过硅胶柱分离，得1-（4-甲氧基苯基）-3-苯基-1-丙酮。产率：211 毫克（88%）。表征数据：¹H NMR (500 MHz, CDCl₃) δ 7.96 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.31 (t, J = 7.5 Hz,2 H), 7.26 (d, J = 7.0 Hz, 2 H), 1.21 (t, J = 7.0 Hz, 1 H), 6.92 (d, J = 8.0Hz, 2 H), 3.86 (s, 3 H), 3.26 (t, J = 7.5 Hz, 2 H), 3.06 (t, J = 7.5 Hz, 2 H)ppm; ¹³C NMR (125 MHz, CDCl₃) δ 197.8, 163.4, 141.5, 130.3, 129.9, 128.5,128.4, 126.1, 113.7, 55.5, 40.1, 30.3 ppm. EI-MS (m/z): 240。

Claims

1.一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于包括以下步骤：

a、制备铁配合物催化剂：室温条件下，将4′-二甲胺基苯基-2,2′:6′,2′′-三联吡啶溶解于四氢呋喃中，于氮气保护下加入无水氯化亚铁，搅拌过夜后过滤，所得棕色固体用四氢呋喃洗涤后干燥，收集固体，得铁配合物催化剂；

b、催化酮α-烷基化反应：氮气保护下，将上述制备的铁配合物催化剂和叔丁醇钾在室温下溶解于非极性溶剂中，再加入伯醇和原料酮，然后回流反应12-48 h，去除溶剂，所得混合物通过柱色谱法分离得纯品，即得到酮衍生物产品。

2.根据权利要求1所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中所述非极性溶剂为甲苯、乙苯、四氢呋喃中任意一种。

3.根据权利要求1所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中回流反应的反应温度为110-120℃。

4.根据权利要求1所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中回流反应的反应时间为24 h。

5.根据权利要求1所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中所述的原料酮和铁配合物的投料摩尔比是10 : 0.3，原料酮和叔丁醇钾的投料摩尔比是10 :1，伯醇和原料酮的投料摩尔比是12 : 10。

6.根据权利要求1所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中原料酮在反应体系中的浓度为0.1-0.5 mol/L。

7.根据权利要求6所述的一种铁配合物催化酮α-烷基化的方法，其特征在于步骤b中原料酮在反应体系中的浓度为0.2 mol/L。