CN110862421B - 含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法 - Google Patents

含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，所述合成方法包括如下步骤：(I)于原料a化学结构中的含氮杂环上引入醛基，得到中间体b；(II)将中间体b化学结构中的醛基进行羟胺化反应形成羟胺基，得到中间体c；(III)将中间体c化学结构中的羟胺基进行还原反应，得到含氮杂环二茂铁衍生物1。该合成方法步骤简单，且无需采用对人体或环境具有危险性的试剂和设备，便于含氮杂环二茂铁衍生物的大规模生产应用。

Description

含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域，特别是涉及一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法。
背景技术
含氮杂环二茂铁衍生物具有良好的脂溶性，能顺利通过细胞膜、与细胞内各种酶、DNA、RNA等物质起作用。同时，二茂铁基团特有结构使得含氮杂环二茂铁衍生物具一定的选择分布性，中心铁离子可以在+2和+3价之间转换，使得具有优良的氧化还原可逆性，容易参与生物代谢过程。因此，关于含氮杂环二茂铁衍生物的合成研究具有十分重要的意义。
现有的二茂铁衍生物的合成方法中，大多以二茂铁作为核心结构，进行不同类型取代基团的研究，而以含氮杂环二茂铁作为核心结构的研究较少。少量研究涉及含氮杂环二茂铁作为核心结构的取代方法，但是合成路线对试剂和设备要求均较为严苛，需要采用高危险性的试剂如叠氮化钠，同时需要采用高压设备进行氢化反应。该合成路线无论对人体或环境都可能存在极大的危害，难以进行工业化生产应用。
发明内容
基于此，有必要提供一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法。该合成方法步骤简单，且无需采用对人体或环境具有危险性的试剂和设备，便于含氮杂环二茂铁衍生物的大规模生产应用。
一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，所述合成方法的反应路线包括：
Figure BDA0002259188060000021
其中，R分别独立地选自C1-C3烷基；
所述合成方法包括如下步骤：
(I)于原料a化学结构中的含氮杂环上引入醛基，得到中间体b；
(II)将中间体b化学结构中的醛基进行羟胺化反应形成羟胺基，得到中间体c；
(III)将中间体c化学结构中的羟胺基进行还原反应，得到含氮杂环二茂铁衍生物1。
在其中一个实施例中，步骤(I)中，将所述原料a与试剂a进行反应，引入所述醛基；所述试剂a为：试剂1和DMF，或，试剂1和N-甲基吗啉，所述试剂1为正丁基锂、叔丁基锂或氢氧化钾。
在其中一个实施例中，步骤(I)中，所述试剂a为正丁基锂和DMF。
在其中一个实施例中，步骤(I)中，所述反应的温度为0～40℃。
在其中一个实施例中，步骤(I)中，先混合所述原料a与DMF，然后滴加所述正丁基锂，保持所述滴加的过程中，体系温度为0～5℃；再升温至20～25℃反应，得到中间体b。
在其中一个实施例中，步骤(I)中，所述反应结束后，加水猝灭反应，并以乙酸乙酯对反应液进行萃取。
在其中一个实施例中，步骤(II)中，所述羟胺化反应的步骤包括：混合碱、盐酸羟胺和溶剂，搅拌；然后于所得混合液中加入所述中间体b进行羟胺化反应。
在其中一个实施例中，所述碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。
在其中一个实施例中，所述溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、甲苯和二氯甲烷中的一种或多种混合。
在其中一个实施例中，所述羟胺化反应的反应温度为0～35℃。
在其中一个实施例中，所述羟胺化反应结束后，以乙酸乙酯对反应液进行萃取。
在其中一个实施例中，步骤(III)中，所述还原反应采用的还原剂进行，所述还原剂为氢化铝锂、锌或铁。
在其中一个实施例中，步骤(III)中，所述还原反应结束后，加水猝灭反应，并以乙醚对反应液进行萃取。
与现有技术相比较，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，该合成方法通过在含氮杂环二茂铁(原料1)中的含氮杂环上引入醛基，在对该醛基依次进行羟胺化和还原，得到胺基取代的含氮杂环二茂铁衍生物。该过程无需采用对人体或环境具有危险性的试剂和设备，试剂易于获取、反应条件温和，中间体和终产物易于分离，收率高，且工艺稳定、生产成本低。
另外，该合成方法操作简便安全、三废处理简单、环境友好，具有十分重要的工业化应用意义。
附图说明
图1为本发明一实施例制备得到的中间体b的核磁谱图；
图2为本发明一实施例制备得到的中间体c的核磁谱图；
图3为本发明一实施例制备得到的化合物1的核磁谱图。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法作进一步详细的说明。
本发明的实施例提供一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，所述合成方法的反应路线包括：
Figure BDA0002259188060000041
其中，R分别独立地选自C1-C3烷基；
所述合成方法包括如下步骤：
(I)于原料a化学结构中的含氮杂环上引入醛基，得到中间体b；
(II)将中间体b化学结构中的醛基进行羟胺化反应形成羟胺基，得到中间体c；
(III)将中间体c化学结构中的羟胺基进行还原反应，得到含氮杂环二茂铁衍生物1。
在其中一个具体的实施例中，R为C1烷基(即甲基)。更为具体地，R的数量为4个，均为C1烷基，上述反应路线为：
Figure BDA0002259188060000051
在其中一个具体的实施例中，步骤(I)中，将所述原料a与试剂a进行反应，引入所述醛基；所述试剂a为：试剂1和DMF，或，试剂1和N-甲基吗啉，所述试剂1为正丁基锂、叔丁基锂或氢氧化钾。
作为优选地，所述试剂a为正丁基锂和DMF。采用正丁基锂和DMF配合的方案引入所述醛基，反应条件更为温和，产物杂质更少，使获得的中间体b易于分离纯化，纯度更高。在其中一个具体的实施例中，引入所述醛基的反应结束后，加水猝灭反应，并以乙酸乙酯对反应液进行萃取。由此即可实现中间体b的分离纯化。
更为具体地，所述正丁基锂与原料1的摩尔比为1.5～3：1，所述DMF与原料1的摩尔比为1：15～20。
在其中一个具体的实施例中，步骤(I)中，所述反应的温度为0～40℃。作为优选地，所述反应的温度为0～25℃，该反应温度更加温和，易于控制，且有利于产率的提升。
更为具体地，步骤(I)中，先混合所述原料a与DMF，然后滴加所述正丁基锂，保持所述滴加的过程中，体系温度为0～5℃；再升温至20～25℃反应。
进一步地，步骤(II)中，所述羟胺化反应的步骤包括：混合碱、盐酸羟胺和溶剂，搅拌；然后于所得混合液中加入所述中间体b进行羟胺化反应。
在其中一个具体的实施例中，所述碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。作为优选地，所述碱为碳酸钠，反应过程更为温和，易于控制，且成本低，便于工业化应用。
在其中一个具体的实施例中，所述溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、甲苯和二氯甲烷中的一种或多种混合。作为优选地，所述溶剂为乙醇和水，复配溶剂有利于反应的效率的提高，且溶剂绿色安全，便于工业化应用。
在其中一个具体的实施例中，所述羟胺化反应的反应温度为0～35℃。作为优选地，所述羟胺化反应的反应温度为20～30℃。在该温度条件下进行羟胺化反应，反应进程易于控制，产物杂质少，使获得的中间体c易于分离纯化。在其中一个具体的实施例中，所述羟胺化反应结束后，以乙酸乙酯对反应液进行萃取，由此即可实现中间体c的分离纯化。
更为具体地，步骤(II)中，混合所述碱、盐酸羟胺和溶剂，于20～30℃搅拌反应0.5～2h；然后于所得混合液中加入所述中间体b，保持温度为20～30℃，进行羟胺化反应。
在其中一个具体的实施例中，所述碱与所述中间体b的摩尔比为8～15:1，所述盐酸羟胺与所述中间体b的摩尔比为9.5～20.5:1。
进一步地，步骤(III)中，所述还原反应采用的还原剂进行，所述还原剂为氢化铝锂、锌或铁。作为优选地，所述还原剂为氢化铝锂，由此可以获得更高的反应转化率，产物更易于分离，纯度更高。
在其中一个具体的实施例中，步骤(III)中，所述还原反应结束后，加水猝灭反应，并以乙醚对反应液进行萃取。
在其中一个具体的实施例中，步骤(III)中，先将所述还原剂溶于溶剂中，并降温至0℃左右(-5～5℃)，然后加入所述中间体c，加完后于室温(15～25℃)反应。
以下为具体的实施例，实施例中采用的试剂如无特别说明，均可通过市售获得。
实施例1
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线如下：
Figure BDA0002259188060000071
所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL DMF(0.09mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至20～25℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到中间体b，深红色液体0.55g，纯度97％。1H-NMR(300MHz,C6D6)δ＝10.15(s,1H),5.04(s,1H),4.68(s,1H),4.04(s,1H),1.64(s,15H)，图谱见图1。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、碳酸钠2.54g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于20～30℃搅拌1h，将中间体b 0.55g(0.002mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到中间体c，0.44g固体，纯度98％。1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ＝7.99(s,1H),5.08(s,1H),4.52(s,1H),4.33(s,1H),1.874(s,15H)；ESI-MASS:m/z 301(M+1)，图谱见图2。
(III)化合物1合成
将380mg LiAlH4(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.44g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到化合物1，固体0.38g，纯度98％。1H-NMR(300MHz,CDCl3)δ＝4.89(s,1H),4.12(s,1H),4.04(s,1H),3.74(s,2H),1.89(s,15H)，图谱见图3。
实施例2
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线和步骤同实施例1，区别在于：步骤(I)中，采用正丁基锂和N-甲基吗啉引入所述甲醛。
具体地，所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL N-甲基吗啉(0.06mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至20～25℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到深红色液体0.5g，纯度95％。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、碳酸钠2.54g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于20～30℃搅拌1h，将中间体b 0.5g(0.0018mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到0.44g固体，纯度96％。
(III)化合物1合成
将380mg LiAlH4(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.44g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到固体0.34g，纯度97.6％。
实施例3
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线和步骤同实施例1，区别在于：步骤(I)中，滴加完毕所述正丁基锂后，将体系升温至30～35℃反应1h。
具体地，所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL DMF(0.09mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至30～35℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到深红色液体0.45g，纯度97.5％。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、碳酸钠2.54g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于20～30℃搅拌1h，将中间体b 0.45g(0.0016mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到0.41g固体，纯度97.8％。
(III)化合物1合成
将380mg LiAlH4(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.41g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到固体0.36g，纯度98.3％。
实施例4
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线和步骤同实施例1，区别在于：步骤(II)中，所述羟胺化反应的反应温度为5～10℃。
具体地，所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL DMF(0.09mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至20～25℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到深红色液体0.53g，纯度97.6％。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、碳酸钠2.54g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于5～10℃搅拌1h，将中间体b 0.53g(0.0019mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到0.40g固体，纯度96.7％。
(III)化合物1合成
将380mg LiAlH4(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.40g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到固体0.37g，纯度98.5％。
实施例5
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线和步骤同实施例1，区别在于：步骤(II)中，采用的碱为氢氧化钠。
具体地，所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL DMF(0.09mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至20～25℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到深红色液体0.57g，纯度97.6％。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、氢氧化钠0.8g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于20～30℃搅拌1h，将中间体b 0.57g(0.002mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到0.44g固体，纯度97.9％，
(III)化合物1合成
将380mg LiAlH4(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.44g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到固体0.38g，纯度98.2％。
实施例6
本实施例一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其反应路线和步骤同实施例1，区别在于：步骤(III)中，采用的还原剂为锌粉。
具体地，所述合成方法步骤如下：
(I)中间体b合成
于反应瓶中加入400mg原料a(购自阿拉丁，1.5mmol)，7mL DMF(0.09mmol)，将体系温度降至0℃，滴加2mL正丁基锂溶液(1.6M，3.2mmol)，滴加过程控制体系温度在0～5℃，滴加完毕后将体系升温至20～25℃反应1h；反应完毕后，加入水淬灭反应，以乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到深红色液体0.56g，纯度97.3％。
(II)中间体c合成
于反应瓶中依次加入盐酸羟胺1.36g(0.02mol)、碳酸钠2.54g(0.02mol)、乙醇40mL和水2mL，于20～30℃搅拌1h，将中间体b 0.56g(0.002mol)溶于乙醇中并滴加到上述反应体系中反应4h，加入乙酸乙酯萃取，有机相减压蒸馏，得到0.44g固体，纯度97.5％。
(III)化合物1合成
将650mg锌粉(10mmol)溶解在5mL THF中，将体系降至0℃左右，中间体c 0.44g(0.001mol)溶于2mL THF中后缓慢滴加到上述反应体系，滴加完毕后于室温反应8h，反应完毕后加入水1mL淬灭反应，加入乙醚萃取，有机相减压蒸馏得到固体0.37g，纯度96％。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，所述合成方法的反应路线包括：
Figure FDA0002574171140000011
其中，R分别独立地选自C1-C3烷基；
所述合成方法包括如下步骤：
(I)于原料a化学结构中的吡咯环上引入醛基，得到中间体b；
(II)将中间体b化学结构中的醛基进行羟胺化反应形成羟胺基，得到中间体c；所述羟胺化反应的步骤包括：混合碱、盐酸羟胺和溶剂，于20～30℃搅拌；然后于所得混合液中加入所述中间体b进行所述羟胺化反应；所述羟胺化反应的反应温度为0～35℃；
(III)将中间体c化学结构中的羟胺基进行还原反应，得到含氮杂环二茂铁衍生物1。
2.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(I)中，将所述原料a与试剂a进行反应，引入所述醛基；所述试剂a为：试剂1和DMF，或，试剂1和N-甲基吗啉；所述试剂1为正丁基锂、叔丁基锂或氢氧化钾。
3.根据权利要求2所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(I)中，所述试剂a为正丁基锂和N,N-二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求3所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(I)中，所述反应的温度为0～40℃。
5.根据权利要求4所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(I)中，先混合所述原料a与N,N-二甲基甲酰胺，然后滴加所述正丁基锂，保持所述滴加的过程中体系温度为0～5℃；再升温至20～25℃反应，得到中间体b。
6.根据权利要求2所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(I)中，所述反应结束后，加水猝灭反应，并以乙酸乙酯对反应液进行萃取。
7.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(II)中，所述碱为碳酸钠、碳酸钾、氢氧化钠或氢氧化钾。
8.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(II)中，所述碱为碳酸钠或氢氧化钠。
9.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(II)中，所述溶剂选自水、乙醇、甲醇、异丙醇、甲苯和二氯甲烷中的一种或多种混合。
10.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(II)中，所述羟胺化反应的反应温度为20～30℃。
11.根据权利要求1所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(II)中，所述羟胺化反应结束后，以乙酸乙酯对反应液进行萃取。
12.根据权利要求1-6任一项所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(III)中，所述还原反应采用的还原剂进行，所述还原剂为氢化铝锂、锌或铁。
13.根据权利要求1-6任一项所述的含氮杂环二茂铁衍生物的合成方法，其特征在于，步骤(III)中，所述还原反应结束后，加水猝灭反应，并以乙醚对反应液进行萃取。
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