CN110885985A - 一种氘代化学品的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种氘代化学品的制备方法，其包括步骤：卤代烃类化合物在电场、催化剂共同催化作用下，与氘源进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。本发明以环保、廉价的氘水或氘代试剂来代替氘气作为氘源，在电催化的作用下实现在温和的条件下对卤代烃类化合物的定点选择性氘化反应。本方法较传统的氘化反应具有更高的选择性、更温和的反应条件以及更经济适用性，适合用于大规模氘代化学品生产。
Description
技术领域
本发明涉及电催化制备化学品领域，尤其涉及一种氘代化学品的制备方法。
背景技术
氘代化学品是一类特殊化合物，在反应机理研究、动力学、药物代谢和生物结构测定等领域都有重要应用。氢的重同位素(氘或氚)通常是通过多步合成引入目标化合物。目前常用的氢氘交换反应是一种非常有吸引力的策略，然而该方法面临巨大的挑战。一方面氢氘交换反应常以氘气为氘源，绝大多数过程涉及高温、高压、强酸、强碱条件，因此也对反应设备也有很高的要求；另一方面氢氘交换反应的选择性难以控制，很难实现对氘代产物氘原子数目和关键位点的定点氘代。因此，现有的氘化策略和技术有待进一步改进和发展。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氘代化学品的制备方法，旨在解决现有加氘反应需要用到氘气、高温、高压条件、选择性不高等的问题。
本发明的技术方案如下：
一种氘代化学品的制备方法，其中，包括步骤：卤代烃类化合物在电场、催化剂共同催化作用下，与氘源进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。
进一步地，具体包括步骤：往反应瓶中加入卤代烃类化合物、催化剂、氘源和溶剂，将电极置于反应瓶中，在惰性气体氛围下，反应温度为室温至80℃，通入电压进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。
进一步地，所述氘代醇类化合物为氘代甲醇、氘代乙醇、氘代丙醇或氘代异丙醇。
进一步地，所述氘代酸类化合物为氘代甲酸或氘代乙酸。
进一步地，所述催化剂为均相催化剂或异相催化剂；
所述均相催化剂为醋酸钯、乙酰丙酮钯、氯化钯或氯化铂；
所述异相催化剂为钯碳或钯三氧化二铝。
进一步地，所述电压为0-10V。
更进一步地，所述电压为2.5-5V。
进一步地，所述氘源与卤代烃类化合物的摩尔比大于1。
进一步地，所述电极为铂电极、石墨电极、玻碳电极、过渡金属氧化物电极、过渡金属硫化物电极或过渡金属碳化物电极。
进一步地，所述卤代烃类化合物的结构如式(I)所示，
其中，X为F、Cl、Br、I，R1、R2、和R3各自独立地为氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基或杂芳基；所述烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基和杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述烷基、烯基和炔基被选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R2和R3和与它们相连的碳原子一起形成碳环或杂环，所述碳环和杂环被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基、C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基和C1-4卤代烷基的取代基取代；
或R1、R2和R3各自独立地为氢、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-10元杂芳基；所述C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-10元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基被0、1、2或3个选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R3和R4、R2和R4和与它们相连的碳原子一起形成C3-10碳环或3-10元杂环，所述C3-10碳环和3-10元杂环可被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基、C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、甲基、乙基、正丙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、三氟甲基和二氟甲基的取代基取代。
有益效果：本发明以绿色、廉价的氘水或氘代试剂来代替氘气作为氘源，利用电催化技术在常温常压下实现了卤代烃的定点选择脱卤加氘反应合成高附加值氘代化学品，解决了现有加氘反应方案中使用氘气、反应条件苛刻、选择性不高等问题。由于反应条件更加温和，本发明的新方法可氘化一系列化学品，具有氘化位点和个数可控、可调等优势，可降低氘代化学品制备成本，使其广泛应用于反应机理研究、动力学研究、药物代谢标定、生物分子标记等。
附图说明
图1为实施例1产物氘代苯乙酮的高分辨质谱图。
图2为实施例2产物氘代苯乙酮的高分辨质谱图。
图3为实施例3产物氘代苯乙酮的高分辨质谱图。
图4为实施例4产物氘代香豆素的核磁谱图。
图5为实施例5产物氘代非尼拉敏的核磁谱图。
具体实施方式
本发明提供一种氘代化学品的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供一种氘代化学品的制备方法，其中，包括步骤：卤代烃类化合物在电场、催化剂共同催化作用下，与氘源进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。
本实施例以绿色、廉价的氘水或氘代试剂来代替氘气作为氘源，利用电催化技术在常温常压下实现了卤代烃的定点选择脱卤加氘反应合成氘代化学品，具体是利用电解氘水或氘代试剂产生具有高活性的氘中间体，结合碳卤键脱卤加氘技术，实现对卤代烃类化合物中特定位点的选择性氘化。旨在解决现有加氘反应中需要使用氘气、反应条件苛刻(高温、高压等苛刻条件)、选择性不高等问题。由于反应条件更加温和，本实施例的新方法可氘化一系列化学品，具有氘化位点和个数可控、可调等优势，可降低氘代化学品制备成本，使其广泛应用于反应机理研究、动力学研究、药物代谢标定、生物分子标记等。利用本实施例的新方法可以获得一系列具有高附加值的氘代化学品，反应需求能耗低、产物选择性高、分离简单、污染物排放少，符合绿色工业和国家节能减排政策的需求，具有广阔的工业应用前景。
相对于氢氘交换催化反应，本实施例的定点氘化技术具有更高的选择性和氘代效率。通过选择不同的电压，可以实现对不同官能团和位点的可控氘化，因此可以作为更为理想的氘化策略。
在一种实施方式中，所述氘代化学品的制备方法，具体包括步骤：往反应瓶中加入卤代烃类化合物、催化剂、氘源和溶剂，将电极置于反应瓶中，在惰性气体氛围下，反应温度为室温至80℃，通入电压进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。需说明的是，所述“室温”通常代表室内温度为18℃至35℃，或20℃至30℃。进一步地在一种实施方式中，所述反应温度为室温。
进一步地在一种实施方式中，所述氘代醇类化合物为氘代甲醇、氘代乙醇、氘代丙醇或氘代异丙醇等；进一步地在一种实施方式中，所述氘代酸类化合物为氘代甲酸或氘代乙酸等。
在一种实施方式中，所述溶剂为乙腈、丙酮、氮氮二甲基甲酰胺等有机溶剂中的一种或多种；进一步地在一种实施方式中，所述溶剂为乙腈。
在一种实施方式中，所述催化剂为均相催化剂或异相催化剂；所述均相催化剂为醋酸钯、乙酰丙酮钯、氯化钯或氯化铂等不限于此；所述异相催化剂为钯碳或钯三氧化二铝等不限于此。进一步地在一种实施方式中，考虑配位作用，所述均相催化剂为乙酰丙酮钯；考虑成本、反应效率及稳定性，所述异相催化剂为钯碳。
在一种实施方式中，所述电压为0-10V。进一步地在一种实施方式中，为克服反应能垒并降低副反应发生，所述电压为2.5-5V。
在一种实施方式中，考虑溶解度及反应速率，所述卤代烃类化合物的反应浓度为10～1000mmol/L；考虑氘源取代卤素的效率，所述氘源与卤代烃类化合物的摩尔比大于1。
在一种实施方式中，所述电极为铂(Pt)电极、石墨电极、玻碳电极、过渡金属氧化物电极、过渡金属硫化物电极或过渡金属碳化物电极等不限于此。进一步地在一种实施方式中，考虑成本及加工工艺，所述电极为石墨电极。
在一种实施方式中，所述卤代烃类化合物的结构如式(I)所示，
其中，X为F、Cl、Br、I，R1、R2、和R3各自独立地为氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基或杂芳基；所述烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基和杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述烷基、烯基和炔基被选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R2和R3和与它们相连的碳原子一起形成碳环或杂环，所述碳环和杂环被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基、C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基和C1-4卤代烷基的取代基取代；
或R1、R2和R3各自独立地为氢、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-10元杂芳基；所述C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-10元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基被0、1、2或3个选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R3和R4、R2和R4和与它们相连的碳原子一起形成C3-10碳环或3-10元杂环，所述C3-10碳环和3-10元杂环可被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基、C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、甲基、乙基、正丙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、三氟甲基和二氟甲基的取代基取代。
本实施例中“碳环”指饱和或含有一个或多个不饱和单元、含有3-14个环碳原子的非芳香族碳环体系。在一些实施方式中，碳原子的数量为3-12个；在另一些实施方式中，碳原子的数量为3-10个；在其它一些实施方式中，碳原子的数量为3-8个；在其它一些实施方式中，碳原子的数量为3-6个；在其它一些实施方式中，碳原子的数量为5-6个；在其它一些实施方式中，碳原子的数量为5-8个。在其它一些实施方式中，碳原子的数量为6-8个。此“碳环”包括单环、双环或多环稠合、螺式或桥连碳环环系，还包括其中碳环可与一个或多个非芳香族碳环或杂环或一个或多个芳环或其组合稠合的多环环系，其中连接的原子团或点在碳环上。双环碳环基包括桥连双环碳环基、稠合双环碳环基和螺双环碳环基，“稠合”双环环系包含两个共用2个邻接环原子的环。桥连双环基团包括两个共用3或4个相邻环原子的环。螺环环系共用1个环原子。合适的碳环基团包括，但并不限于，环烷基，环烯基和环炔基。碳环基团的实例进一步包括，但绝不限于，环丙基，环丁基，环戊基，1-环戊基-1-烯基，1-环戊基-2-烯基，1-环戊基-3-烯基，环己基，1-环己基-1-烯基，1-环己基-2-烯基，1-环己基-3-烯基，环己二烯基，环庚基，环辛基，环壬基，环癸基，环十一烷基，环十二烷基，等等。桥连碳环基基团包括但不限于，二环[2.2.2]辛基，二环[2.2.1]庚基，二环[3.3.1]壬基，二环[3.2.3]壬基，等等。
本实施例中的“杂环基”和“杂环”在此处可交换使用，都是指包含3-12个环原子的饱和或部分不饱和的，非芳香性的单环、双环或三环体系，其中至少一个环原子选自氮，硫和氧原子，且此环体系有一个或多个连接点与分子的其余部分相连。术语“杂环基”包括单环、双环或多环稠合、螺式或桥连杂环环系，还包括其中杂环可与一个或多个非芳香族碳环或杂环或一个或多个芳环或其组合稠合的多环环系，其中连接的原子团或点在杂环上。双环杂环基包括桥连双环杂环基、稠合双环杂环基和螺双环杂环基。除非另外说明，杂环基可以是碳基或氮基，且-CH2-基团可以任选地被-C(＝O)-替代。环的硫原子可以任选地被氧化成S-氧化物。环的氮原子可以任选地被氧化成N-氧化合物。在一些实施方式中，杂环基为3-12个环原子组成的环体系；在其它一些实施方式中，杂环基为3-8个环原子组成的环体系；在其它一些实施方式中，杂环基为3-6个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为5-7个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为5-8个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为6-8个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为5-6个环原子组成的环体系；在其它一些实施方式中，杂环基为3个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为4个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为5个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为6个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为7个环原子组成的环体系；在其他一些实施方式中，杂环基为8个环原子组成的环体系。
杂环基的实例包括，但不限于：杂环基可以是碳基或杂原子基。“杂环基”同样也包括杂环基团与饱和或部分不饱和环或杂环稠合所形成的基团。杂环的实例包括，但并不限于，吡咯烷基，四氢呋喃基，二氢呋喃基，四氢噻吩基，四氢吡喃基，二氢吡喃基，四氢噻喃基,哌啶基，吗啉基，硫代吗啉基，噻噁烷基，哌嗪基，高哌嗪基，氮杂环丁基，氧杂环丁基，硫杂环丁基，高哌啶基，环氧丙基，氮杂环庚基，氧杂环庚基，硫杂环庚基，氧氮杂卓基，二氮杂卓基，硫氮杂卓基，2-吡咯啉基，3-吡咯啉基，二氢吲哚基，2H-吡喃基，4H-吡喃基，二氧杂环己基，1,3-二氧戊基，吡唑啉基，二噻烷基，二噻茂烷基，二氢噻吩基，吡唑烷基，咪唑啉基，咪唑烷基，1,2,3,4-四氢异喹啉基，3-氮杂双环[3.1.0]己基，3-氮杂双环[4.1.0]庚基，氮杂双环[2.2.2]己基，3H-吲哚基喹嗪基和N-吡啶基尿素。杂环基团的实例还包括，1,1-二氧硫代吗啉基；其中，环上碳原子被氧代(＝O)基团所取代的实例包括，但不限于嘧啶二酮基、1,2,4-噻二唑-5(4H)-酮基，1,2,4-噁二唑-5(4H)-酮基，1H-1,2,4-三唑-5(4H)-酮基等；其中环上碳原子被＝S基团所取代的实例包括，但不限于1,2,4-噁二唑-5(4H)-硫酮基，1,3,4-噁二唑-2(3H)-硫酮基等。所述的杂环基基团可以任选地被一个或多个本发明实施例所描述的取代基所取代。
本实施例中的“芳基”表示含有6-14个碳原子，或6-12个碳原子，或6-10个碳原子的单环，双环，和三环的碳环体系，其中，至少一个环体系是芳香族的，其中每一个环体系包含3-7个碳原子组成的环，且有一个或多个附着点与分子的其余部分相连。术语“芳基”可以和术语“芳环”或“芳香环”交换使用，如芳基可以包括苯基，萘基和蒽基。所述芳基基团可以独立地未被取代或被一个或多个本发明所描述的取代基所取代。
本实施例中的“杂芳基”表示含有5-16个环原子的单环，双环，和三环体系，其中至少一个环体系是芳香族的，且至少一个环体系包含一个或多个杂原子，其中每一个环体系包含5-7个原子组成的环，且有一个或多个附着点与分子其余部分相连。在一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-14个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-12个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-10个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-8个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-7个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5-6个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的5个原子组成的杂芳基。在另一些实施方式中，杂芳基为包含1，2，3或4个独立选自O，S和N的杂原子的6个原子组成的杂芳基。
另外一些实施方式是，杂芳基包括以下的单环基团，但并不限于这些单环基团：2-呋喃基，3-呋喃基，N-咪唑基，2-咪唑基，4-咪唑基，5-咪唑基，3-异噁唑基，4-异噁唑基，5-异噁唑基，2-噁唑基，4-噁唑基，5-噁唑基，N-吡咯基，2-吡咯基，3-吡咯基，2-吡啶基，3-吡啶基，4-吡啶基，2-嘧啶基，4-嘧啶基，5-嘧啶基，哒嗪基(如3-哒嗪基)，2-噻唑基，4-噻唑基，5-噻唑基，四唑基(如5H-四唑基，2H-四唑基)，三唑基(如2-三唑基，5-三唑基，4H-1,2,4-三唑基，1H-1,2,4-三唑基，1,2,3-三唑基)，2-噻吩基，3-噻吩基，吡唑基(如，2-吡唑基和3-吡唑基)，异噻唑基，1,2,3-噁二唑基，1,2,5-噁二唑基，1,2,4-噁二唑基，1,3,4-噁二唑基，1,2,3-硫代二唑基，1,3,4-硫代二唑基，1,2,5-硫代二唑基，吡嗪基，1,3,5-三嗪基；也包括以下的双或者三环基团，但绝不限于这些基团：苯并咪唑基，苯并呋喃基，苯并噻吩基，吲哚基(如2-吲哚基)，嘌呤基，喹啉基(如2-喹啉基，3-喹啉基，4-喹啉基)，异喹啉基(如1-异喹啉基，3-异喹啉基或4-异喹啉基)，吩噁噻基，二苯并咪唑基，二苯并呋喃基或二苯并噻吩基等。所述杂芳基基团任选地被一个或多个本发明实施例所描述的取代基所取代。
下面通过具体的实施例对本发明作进一步地详细说明。
实施例1：以氘水为氘源，2-溴苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取2-溴苯乙酮0.3mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3.0V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物的高分辨质谱图见图1，所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为89％，氘代率为92％。
实施例2：以氘水为氘源，3-溴苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取3-溴苯乙酮0.3mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL，加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3.0V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物的高分辨质谱图见图2，所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为86％，氘代率为95％。
实施例3：以氘水为氘源，4-溴苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取4-溴苯乙酮0.3mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL，加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为2.6V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物的高分辨质谱图见图3，所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为88％，氘代率为95％。
实施例4：以氘水为氘源，电催化脱溴加氘合成氘代香豆素。
分别称取溴香豆素0.3mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物的核磁谱图见图4，所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为80％，氘代率为95％。
实施例5：以氘水为氘源，电催化脱溴加氘合成氘代非尼拉敏。
分别称取溴苯那敏0.2mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到20mL可分隔电解池中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为4.5V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物的核磁谱图见图5，所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为71％，氘代率为95％。
按照同样的合成方法，其他卤代烃类化合物可以电催化脱卤加氘得到相应的氘化产物，具体见表1。
表1、化合物脱卤加氘反应结果
实施例13：以氘水为氘源，电催化脱碘加氘制备氘代化学品
分别称取2-碘苯乙酮0.2mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为2.5V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为72％，氘代率为93％。
实施例14：以氘水为氘源，2-氯苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取2-氯苯乙酮0.3mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3.1V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为78％，氘代率为95％。
实施例15：以氘水为氘源，电催化选择性脱卤加氘反应。
分别称取3-溴，5-氯三氟甲苯0.2mmol、乙酰丙酮钯催化剂6mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中。(I)设置电压为2.9V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物A。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为83％，氘代率为93％。(II)设置电压为3.1V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物B。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为70％，氘代率为90％。
表2、卤代化合物电催化选择性脱卤加氘反应结果
实施例16：以氘水为氘源，醋酸钯为催化剂，2-溴苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取2-溴苯乙酮0.3mmol、醋酸钯催化剂4mg、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3.0V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为80％，氘代率为90％。
实施例17：以氘水为氘源，钯碳为催化剂，2-溴苯乙酮的电催化脱溴加氘反应。
分别称取2-溴苯乙酮0.3mmol、钯碳涂覆在碳布电极上、氘水7.5mL、乙腈7.5mL,加入到30mL反应瓶中，将反应体系置换为氩气保护状态，然后将石墨电极置于反应瓶中，设置电压为3.0V，反应4小时后关闭电源，将反应混合物用15mL CH2Cl2萃取，萃取液用无水硫酸钠干燥，真空脱溶剂，柱层析分离得目标产物。所得产物经GC-MS,HRMS,1HNMR,C-NMR,FT-IR等测试确定该反应的收率为小于1％，氘代率为90％。
综上所述，本发明一种碳卤键电催化定点选择性氘化合成氘代化学品的新方法，使用了绿色廉价的氘水或氘代试剂来代替氘气，实现温和反应条件下的高选择性特定官能团的定点加氘反应，解决了现有加氘反应方案中使用氘气、反应条件苛刻、选择性不高等问题。由于反应条件更加温和，本发明的新方法可氘化一系列化学品，具有氘化位点和个数可控、可调等优势，可降低氘代化学品制备成本，使其广泛应用于反应机理研究、动力学研究、药物代谢标定、生物分子标记等。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种氘代化学品的制备方法，其特征在于，包括步骤：卤代烃类化合物在电场、催化剂共同催化作用下，与氘源进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，具体包括步骤：往反应瓶中加入卤代烃类化合物、催化剂、氘源和溶剂，将电极置于反应瓶中，在惰性气体氛围下，反应温度为室温至80℃，通入电压进行脱卤加氘反应，得到氘代化学品；其中所述氘源为氘水、氘代醇类化合物、氘代酸类化合物中的一种或多种。
3.根据权利要求1或2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述氘代醇类化合物为氘代甲醇、氘代乙醇、氘代丙醇或氘代异丙醇。
4.根据权利要求1或2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述氘代酸类化合物为氘代甲酸或氘代乙酸。
5.根据权利要求1或2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述催化剂为均相催化剂或异相催化剂；
所述均相催化剂为醋酸钯、乙酰丙酮钯、氯化钯或氯化铂；
所述异相催化剂为钯碳或钯三氧化二铝。
6.根据权利要求2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述电压为0-10V。
7.根据权利要求6所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述电压为2.5-5V。
8.根据权利要求1或2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述氘源与卤代烃类化合物的摩尔比大于1。
9.根据权利要求2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述电极为铂电极、石墨电极、玻碳电极、过渡金属氧化物电极、过渡金属硫化物电极或过渡金属碳化物电极。
10.根据权利要求1或2所述的氘代化学品的制备方法，其特征在于，所述卤代烃类化合物的结构如式(I)所示，
其中，X为F、Cl、Br、I，R1、R2、和R3各自独立地为氢、烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基或杂芳基；所述烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、芳基和杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述烷基、烯基和炔基被选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R2和R3和与它们相连的碳原子一起形成碳环或杂环，所述碳环和杂环被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基、C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、C1-6烷氧基C1-6烷基、C1-6烷基-C(＝O)-、C1-6烷基-C(＝O)-O-、C1-6烷氨基、C1-6卤代烷基、C1-6羟基烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基和C1-4卤代烷基的取代基取代；
或R1、R2和R3各自独立地为氢、C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-10元杂芳基；所述C1-6烷基、C2-6烯基、C2-6炔基、C3-10环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-10元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个Ra取代；或所述C1-6烷基、C2-6烯基和C2-6炔基被0、1、2或3个选自-O-、-S-、-NH-、-C(＝O)-、-S(＝O)-和-S(＝O)2-的基团替代；或R1和R2、R1和R3、R3和R4、R2和R4和与它们相连的碳原子一起形成C3-10碳环或3-10元杂环，所述C3-10碳环和3-10元杂环可被0、1、2、3、4或5个Rb取代；
各Ra、Rb和Rc独立地为氢、氧代、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基或5-6元杂芳基；所述羟基、氨基、巯基、C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷氧基、C1-4烷基、C1-4烷基-C(＝O)-、C1-4烷基-C(＝O)-O-、C1-4烷氨基、C1-4卤代烷基、C1-4羟基烷基、C2-4烯基、C2-4炔基、C3-6环烷基、3-10元杂环基、C6-10芳基和5-6元杂芳基各自独立地被0、1、2、3、4或5个选自氢、氧代(＝O)、氟、氯、溴、碘、羟基、氨基、巯基、硝基、氰基、甲基、乙基、正丙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、三氟甲基和二氟甲基的取代基取代。
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|---|---|
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111943826A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 河南师范大学 | 一种新型氘代芳香醛类化合物的制备方法 |
| CN112281182A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 武汉大学 | 一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法 |
| CN114032568A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-11 | 南京南欣医药技术研究院有限公司 | 一种芳基氘代二氟甲基化合物的合成方法 |
| CN114436893A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-05-06 | 山东汉峰新材料科技有限公司 | 一种氘代乙腈的生产工艺 |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88100844A (zh) * | 1987-02-17 | 1988-08-31 | 赫彻斯特股份公司 | 有机化合物中进行卤原子交换的电化学方法 |
| US20070286324A1 (en) * | 2002-05-18 | 2007-12-13 | Spindletop Corporation | Direct generation of electrical and electromagnetic energy from materials containing deuterium |
| WO2014027130A1 (es) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Conicet - Consejo Nacional De Investigaciones Científicas Y Téc | Un material electroactivo capaz de anclar proteinas lectínicas y electrodos que comprenden a dicho material |
| CN109180411A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 深圳大学 | 一种碳碳不饱和键的光催化定点氘化新方法 |
| CN110438523A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-12 | 南京大学 | 一种以重水为氘源的无催化剂电化学氘代方法 |
-
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN88100844A (zh) * | 1987-02-17 | 1988-08-31 | 赫彻斯特股份公司 | 有机化合物中进行卤原子交换的电化学方法 |
| US20070286324A1 (en) * | 2002-05-18 | 2007-12-13 | Spindletop Corporation | Direct generation of electrical and electromagnetic energy from materials containing deuterium |
| WO2014027130A1 (es) * | 2012-08-15 | 2014-02-20 | Conicet - Consejo Nacional De Investigaciones Científicas Y Téc | Un material electroactivo capaz de anclar proteinas lectínicas y electrodos que comprenden a dicho material |
| CN109180411A (zh) * | 2018-10-08 | 2019-01-11 | 深圳大学 | 一种碳碳不饱和键的光催化定点氘化新方法 |
| CN110438523A (zh) * | 2019-09-05 | 2019-11-12 | 南京大学 | 一种以重水为氘源的无催化剂电化学氘代方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| BING ZHANG ET AL.: "Electrocatalytic water-splitting for the controllable and sustainable synthesis of deuterated chemicals", 《SCIENCE BULLETIN》 * |
| YIFU YU ET AL.: "Photocatalytic Deuteration of Halides Using D2O over CdSe Porous Nanosheets: A Mild and Controllable Route to Deuterated Molecules", 《ANGEW. CHEM. INT. ED.》 * |
| YUEYUE DONG ET AL.: "Plasmon-Enhanced Deuteration under Visible-Light Irradiation", 《ACS NANO》 * |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111943826A (zh) * | 2020-08-19 | 2020-11-17 | 河南师范大学 | 一种新型氘代芳香醛类化合物的制备方法 |
| CN112281182A (zh) * | 2020-10-29 | 2021-01-29 | 武汉大学 | 一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法 |
| CN114032568A (zh) * | 2021-11-11 | 2022-02-11 | 南京南欣医药技术研究院有限公司 | 一种芳基氘代二氟甲基化合物的合成方法 |
| CN114032568B (zh) * | 2021-11-11 | 2022-11-29 | 南京南欣医药技术研究院有限公司 | 一种芳基氘代二氟甲基化合物的合成方法 |
| CN114436893A (zh) * | 2022-03-04 | 2022-05-06 | 山东汉峰新材料科技有限公司 | 一种氘代乙腈的生产工艺 |
| CN114436893B (zh) * | 2022-03-04 | 2024-03-19 | 骏承(徐州)新材料科技有限公司 | 一种氘代乙腈的生产工艺 |
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