CN110467527B - 一种制备反式右旋菊酸的方法 - Google Patents

一种制备反式右旋菊酸的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种制备反式右旋菊酸的方法，属有机合成领域。本发明的方法为2‑甲基‑5,5,5‑三氯‑2‑戊烯和重氮乙酸乙酯通过不对称环丙烷化反应合成反式右旋菊酯，再经水解生成反式右旋菊酸(DV‑菊酸)。采用的手性钌催化剂是由钌盐与手性三齿P,N,N‑配体在各种极性和非极性溶剂中原位生成。本发明可以方便地合成反式右旋菊酸(DV‑菊酸)，其对映体过量百分数高达90％。本发明具有操作简单、原料易得、底物适用范围广、对映选择性高等特点。

Description

一种制备反式右旋菊酸的方法
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种制备反式右旋菊酸的方法。
背景技术
反式右旋菊酸(DV菊酸)是重要的有机合成中间体，可用于制备具有生物活性的各种天然及非天然化合物。近年来，国内外有机化学家通过合成不同骨架的手性配体来调控不对称环丙烷化反应制备手性菊酸做了许多工作，并取得了很大成功。
早在1966年Nozaki通过席夫碱与过渡金属形成的催化剂催化苯乙烯和重氮乙酸酯的不对称环丙烷化反应，获得10％(cis-)和6％(trans-)的ee值。该反应告诉人们：过渡金属配合物中的手性配体在催化反应中可以诱导潜手性底物生成特定构型的手性产物，从此解开了不对称反应的序幕。1999年Dyker等以环己二胺为手性源，与4,6-二叔丁基-2-吡啶醛的氮氧化物合成了C2轴对称的类Salen配体和CuCl络合，催化苯乙烯和重氮乙酸乙酯的环丙烷化反应，获得了顺式对映体ee值为21％、反式对映体ee值为15％的结果。但是这些体系存在着诸如反应活性低、反应条件苛刻、配体成本高等问题，因此，发展配体合成廉价并高活性、高立体选择性不对称环丙烷化的方法，具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种制备反式右旋菊酸的方法，一种钌催化的2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯通过不对称环丙烷化反应来合成反式右旋菊酸的方法。本发明具有原料易得，操作简单，对映选择性高等特点。
本发明提供了一种制备反式右旋菊酸(DV菊酸)的方法，在碱添加剂存在下，手性钌催化剂在反应介质中催化2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯通过不对称环丙烷化反应合成，具体步骤为：
(1)手性钌催化剂的制备：氮气保护下，将钌盐与P,N,N-配体按摩尔比1:0.1-10在反应介质中搅拌0.5-2小时制得手性钌催化剂；
(2)反式右旋菊酸的制备：将2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯和碱添加剂溶于反应介质中，然后将上述步骤(1)中制得的手性钌催化剂加入到该溶液中，室温搅拌反应1-12小时；匀速滴加重氮乙酸乙酯1-12小时；减压蒸除溶剂后，真空蒸出手性菊酯，再经水解、消去反应得到反式右旋菊酸；
所述手性钌催化剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比为0.001-1：1；
所述碱添加剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比为0.001-1：1；
所述2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯的摩尔比为1-5：1。
所述反应介质为甲醇、乙醇、甲苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、乙醚、四氢呋喃、乙酸乙酯中的至少一种，。
所述反式右旋菊酸具有以下结构之一：
Figure BDA0001654486540000021
所述钌盐为RuCl3、[RuCl2(p-cymene)]2、三(2,2'-联吡啶)二氯化钌、氯钌酸钾、RuCl2(PPh3)3中的一种或二种以上。
所述手性P,N,N-配体结构式为：
Figure BDA0001654486540000022
式中：R3，R4为H、C1～C10内的烷基、C3～C8内的环烷基、苯基及取代苯基或苄基及取代苄基；
R5，R6为H、卤素、烷基和环烷基、苯基及取代苯基、烷氧基、苯氧基，酰基或硝基；
R7为烷基、环烷基、苯基及取代苯基、萘基及取代萘基或含一个或以上氧、硫、氮原子的五元或六元杂环芳香基团。
所述碱添加剂为各种无机碱或有机碱，优选N,N-二异丙基乙胺、三乙胺、DBU、K3PO4、K2CO3、Cs2CO3、Na2CO3或NaHCO3。
所述步骤(2)催化反应条件优选为：温度为25℃；反应介质为二氯甲烷；压力为常压；时间为3小时。
所述手性钌催化剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比优选为0.001-0.1：1；
所述碱添加剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比优选为0.001-0.1：1；
所述2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯的摩尔比优选为1-5:1。
本发明的反应方程式为：
Figure BDA0001654486540000031
本发明具有以下优点:
1、起始原料廉价易得。
2、手性配体合成简便，催化剂廉价易得，用量少。
3、反应活性好、立体选择性高。
4、与传统方法相比较，该方法可以更方便地合成反式右旋菊酸。
附图说明
图1为反式右旋菊酸核磁氢谱，
图2为反式右旋菊酸核磁碳谱，
图3为反式右旋菊酸GC谱图。
具体实施方式
下面的实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。核磁共振是通过Bruker 400M核磁共振仪测定。GC分析通过Agilent 7890系列气相色谱测定，条件如下色谱柱：Agilent 19091J-413：325℃:30m*320μm*0.25μm，柱前压：9.8764mp(流速1.5ml/min)进样口温度：250度，检测器温度：250度，柱温:恒定温度140度，保持120分钟。
实施例1
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-1作为催化剂催化反应。
其中L-1-1的结构式为：
Figure BDA0001654486540000041
在反应瓶中加入[RuCl2(p-cymene)]2(0.1mmol)及手性配体L-1-1(0.1mmol)，氮气保护下加入1.0毫升二氯甲烷，室温搅拌1小时。
在氮气保护下将上述搅拌好的催化剂的溶液加入到10.0毫升的2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯(0.22mol,2.2equiv)和N,N-二异丙基乙胺(0.1mmol，1mol‰)混合溶液中，25℃搅拌反应2小时。匀速滴加重氮乙酸乙酯(0.1mol)，3小时滴完后，搅拌2小时。旋转蒸发除去溶剂，机械泵蒸馏手性菊酯。得15.2克，收率67.8％。顺/反＝23/77。取10克菊酯加入50毫升乙醇和20毫升水中，加入氢氧化钠10克，加热回流反应2小时，蒸出乙醇，加入甲苯50毫升，得反式右旋菊酸7.41克，水解收率97％，90％ee。
反式右旋菊酸核磁数据如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)：δ11.48(s,1H),5.62(d,J＝8.3Hz,1H),2.27(dd,J＝8.3,5.4Hz,1H),1.61(d,J＝5.4Hz,1H),1.33(s,3H),1.21(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)：177.74,124.51,77.02,34.49,33.59,29.99,22.66,20.05
反式右旋菊酸核磁氢谱如图1所示，核磁碳谱如图2所示，GC谱图如图3所示。
实施例2
Cs2CO3作为碱制备反式右旋菊酸。
将实施例1中的碱N,N-二异丙基乙胺用Cs2CO3代替，其余同实施例1。反应得到手性菊酯，65.2％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算收率98.1％，89％ee。
实施例3
K3PO4作为碱制备反式右旋菊酸。
将实施例1中的碱N,N-二异丙基乙胺用K3PO4代替，其余同实施例1。反应得到化合物手性菊酯，69.1％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算收率98.3，88％ee。
实施例4
RuCl2(PPh3)3和L-1-1作为催化剂催化反应生成产物反式右旋菊酸。
将实施例2中的[RuCl2(p-cymene)]2替换为RuCl2(PPh3)3。其余同实施例2，得到手性菊酯，71％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算收率98.5％,92％ee。
实施例5
RuCl3和L-1-1作为催化剂催化反应生成反式右旋菊酸。
将实施例2中的[RuCl2(p-cymene)]2替换为RuCl3。其余同实施例2，得到手性菊酯，71％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算收率98.3，95％ee。
实施例6
将实施例1中的溶剂二氯甲烷替换为乙酸乙酯，其余同实施例1，得到手性菊酯,69％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算98.6％收率，91％ee。
实施例7
将实施例1中的溶剂二氯甲烷替换为四氢呋喃。其余同实施例1，得到手性菊酯，73％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算收率98.3，95％ee。
实施例8
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-2作为催化剂反应生成反式右旋菊酸。
L-1-2的结构式为：
Figure BDA0001654486540000061
将实施例1中的L-1-1替换为L-1-2，其余同实施例1，得到手性菊酯,68％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算98.4％收率，90％ee。
实施例9
RuCl2(PPh3)3和L-1-2作为催化剂反应生成反式右旋菊酸。
将实施例8中的[RuCl2(p-cymene)]2替换为RuCl2(PPh3)3，其余同实施例8，得到手性菊酯,69％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算98.2％收率，90.1％ee。
实施例10
将实施例6中的L-1-1替换为L-1-2，其余同实施例6，得到手性第一菊酯,66％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算96.4％收率，88％ee。
实施例11
将实施例7中的L-1-1替换为L-1-2，其余同实施例7，得到手性菊酯,63％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算95.4％收率，86％ee。
实施例12
将实施例10中的碱N,N-二异丙基乙胺用Cs2CO3代替，其余同实施例10，得到手性菊酯,67％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算93.4％收率，88％ee。
实施例13
将实施例11中的碱N,N-二异丙基乙胺用Cs2CO3代替，其余同实施例11，得到手性菊酯,69％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算95.8％收率，83％ee。
实施例14
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-3作为催化剂反应生成反式右旋菊酸。
L-1-3的结构式为：
Figure BDA0001654486540000071
将实施例1中的L-1-1替换为L-1-3，其余同实施例1，得到手性菊酯,63％收率，收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算95.4％收率，92％ee。
实施例15
RuCl2(PPh3)3和L-1-3作为催化剂反应生成反式右旋菊酸。
将实施例8中的[RuCl2(p-cymene)]2替换为RuCl2(PPh3)3，其余同实施例8，得到手性菊酯,69％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算98.2％收率，90.1％ee。
实施例16
将实施例6中的L-1-1替换为L-1-3，其余同实施例6，得到手性菊酯,62％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算93.4％收率，86％ee。
实施例17
将实施例15中的L-1-1替换为L-1-3，其余同实施例15，得到手性菊酯,65％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算92.4％收率，85％ee。
实施例18
将实施例16中的碱N,N-二异丙基乙胺用Cs2CO3代替，其余同实施例16，得到手性菊酯,67％收率，水解得反式右旋菊酸，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算93.5％收率，88％ee。
实施例19
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-1作为催化剂催化反应。
在反应瓶中加入[RuCl2(p-cymene)]2(0.1mmol)及手性配体L-1-1(0.1mmol)，氮气保护下加入1.0毫升二氯甲烷，室温搅拌1小时。
在氮气保护下将上述搅拌好的催化剂的溶液加入到10.0毫升的2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯(0.12mol,1.2equiv)和N,N-二异丙基乙胺(0.1mmol，1mol‰)混合溶液中，25℃搅拌反应2小时。匀速滴加重氮乙酸乙酯(0.1mol)，3小时滴完后，搅拌2小时。旋转蒸发除去溶剂，机械泵蒸馏手性菊酯。收率62.3％。顺/反＝25/75。取10克菊酯加入50毫升乙醇和20毫升水中，加入氢氧化钠10克，加热回流反应2小时，蒸出乙醇，加入甲苯50毫升，得反式右旋菊酸7.41克，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算水解收率96.8％，89％ee。
实施例20
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-1作为催化剂催化反应。
在反应瓶中加入[RuCl2(p-cymene)]2(0.2mmol)及手性配体L-1-1(0.1mmol)，氮气保护下加入1.0毫升二氯甲烷，室温搅拌1小时。
在氮气保护下将上述搅拌好的催化剂的溶液加入到10.0毫升的2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯(0.15mol,1.5equiv)和N,N-二异丙基乙胺(0.2mmol，2mol‰)混合溶液中，25℃搅拌反应2小时。匀速滴加重氮乙酸乙酯(0.1mol)，6小时滴完后，搅拌2小时。旋转蒸发除去溶剂，机械泵蒸馏手性菊酯。收率64.3％。顺/反＝25/75。取10克菊酯加入50毫升乙醇和20毫升水中，加入氢氧化钠10克，加热回流反应2小时，蒸出乙醇，加入甲苯50毫升，得反式右旋菊酸7.42克，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算水解收率96.8％，88％ee。
实施例21
[RuCl2(p-cymene)]2和L-1-1作为催化剂催化反应。
在反应瓶中加入[RuCl2(p-cymene)]2(0.5mmol)及手性配体L-1-1(0.1mmol)，氮气保护下加入1.0毫升二氯甲烷，室温搅拌1小时。
在氮气保护下将上述搅拌好的催化剂的溶液加入到10.0毫升的2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯(0.3mol,3equiv)和N,N-二异丙基乙胺(0.2mmol，2mol‰)混合溶液中，25℃搅拌反应3小时。匀速滴加重氮乙酸乙酯(0.1mol)，4小时滴完后，搅拌3小时。旋转蒸发除去溶剂，机械泵蒸馏手性菊酯。收率65.4％。顺/反＝25/75。取10克菊酯加入50毫升乙醇和20毫升水中，加入氢氧化钠10克，加热回流反应2小时，蒸出乙醇，加入甲苯50毫升，得反式右旋菊酸7.4克，其核磁共振数据及谱图和实施例1类似，经计算水解收率96.8％，90％ee。

Claims (7)

1.一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于该方法为：在碱添加剂存在下，手性钌催化剂在反应介质中催化2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯和重氮乙酸乙酯通过不对称环丙烷化反应合成手性菊酯，再经水解生成反式右旋菊酸；
所述反式右旋菊酸具有以下二种结构之一：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
Ⅰ Ⅱ;
该方法具体步骤为：
（1）手性钌催化剂的制备：氮气保护下，将钌盐与手性P,N,N-配体按摩尔比1:0.1~10在反应介质中搅拌0.5~2小时制得手性钌催化剂；
（2）反式右旋菊酸的制备：将2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯和碱添加剂溶于反应介质中，然后将上述步骤（1）中制得的手性钌催化剂加入到该溶液中，室温搅拌反应1~12小时；匀速滴加重氮乙酸乙酯1~12小时；减压蒸除溶剂后，真空蒸出手性菊酯，再经水解得到反式右旋菊酸；
上述步骤（2）中所述手性钌催化剂与重氮乙酸乙酯摩尔比为0.0001~1：1；所述碱添加剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比为0.0001~1：1；
所述2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯的摩尔比为1~5：1;
所述手性P,N,N-配体结构式为：
Figure 461224DEST_PATH_IMAGE002
，
式中，R3，R4为H、C1～C10内的烷基、C3～C8内的环烷基、苯基、取代苯基、苄基或取代苄基中的一种或二种以上；取代苯基或取代苄基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或二种以上，取代基个数为1-5个；
R5，R6为H、卤素、C1-C10的烷基、C3-C8的环烷基、苯基、取代苯基、C1-C40的烷氧基、苯氧基、酰基或硝基中的一种或二种以上；取代苯基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或二种以上，取代基个数为1-5个；
R7为C1-C10烷基、C3-C8的环烷基、苯基、取代苯基、萘基、取代萘基或含一个或以上氧、硫、氮原子中的一种或二种以上的五元或六元杂环芳香基团中的一种或二种以上；取代苯基或取代萘基上的取代基为C1-C40烷基、C1-C40的烷氧基、卤素、硝基、酯基或氰基中的一种或二种以上，取代基个数为1-5个。
2.按照权利要求1所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述反应介质为甲醇、乙醇、甲苯、苯、二甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、乙醚、四氢呋喃或乙酸乙酯中的一种或二种以上。
3.按照权利要求1所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述钌盐为RuCl3、[RuCl2(p-cymene)]2、三（2,2'-联吡啶）二氯化钌、氯钌酸钾、RuCl2(PPh3)3中的一种或二种以上。
4.按照权利要求1所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述碱添加剂为各种无机碱或有机碱中的一种或二种以上。
5.按照权利要求4所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述碱添加剂为N,N-二异丙基乙胺、三乙胺、DBU、K3PO4、K2CO3、Cs2CO3、Na2CO3、或NaHCO3中的一种或二种以上。
6.按照权利要求1所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述步骤（2）催化反应条件为：温度为25℃；反应介质为二氯甲烷；压力为常压；时间为3小时。
7.按照权利要求1所述一种制备反式右旋菊酸的方法，其特征在于所述手性钌催化剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比为0.001-0.1：1；
所述碱添加剂与重氮乙酸乙酯的摩尔比为0.001-0.1:1；
所述2-甲基-5,5,5-三氯-2-戊烯与重氮乙酸乙酯的摩尔比为1-5:1；
所述钌盐为RuCl3、[RuCl2(p-cymene)]2、RuCl2(PPh3)3中的一种或二种以上；
所述反应介质为甲醇、乙醇、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种或二种。
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