CN111018784B - 一种苯并氮杂卓类化合物的制备方法 - Google Patents

一种苯并氮杂卓类化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种苯并氮杂
Figure DDA0002311242670000011
类化合物的制备方法。该方法在无金属催化反应条件下,N‑芳基丙烯酰胺类化合物与4‑烯基烷基羧酸类化合物经氧化脱羧/环化制备获得一系列的苯并氮杂
Figure DDA0002311242670000012
类化合物,具有反应条件温和、操作简单、经济绿色、成本低廉等优点,为苯并氮杂

Description

一种苯并氮杂卓类化合物的制备方法
技术领域
本发明于有机合成技术领域,具体涉及一种苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000012
类化合物的制备方法。
背景技术
在现代有机合成中,通过环加成反应是有效并且最为直接地构建碳-和/或杂环骨架的原子经济性高的方法。然而,大多数的环加成反应集中于已经发展完善的五元或六元环系,发展通过环加成合成七元环、特别是七元含氮杂环例如氮杂
Figure BDA0002311242660000013
类化合物仍然是有机合成领域的重大挑战。氮杂
Figure BDA0002311242660000014
类化合物在过去的几年中吸引了化学家们的关注,这是由于其母核结构广泛存在于天然产物、药物、和具有重要生物活性的功能性中间体中(参见DE19910403A1; CN109071450A),因此,有机合成化学家们一直在大力开发用于构建这些N-杂环的有效合成方法(参见Bioorganic&Medicinal Chemistry Letters 16(2006) 2148-2153;Tetrahedron(2015),71(21),3411-3416;Angew.Chem.Int.Ed.2010, 49,1496-1499)。经典的合成氮杂
Figure BDA0002311242660000015
类化合物的方法包括分子内Heck偶联、环扩环、自由基环化和过渡金属催化的环加成反应。这些可用策略中的大多数都集中在过渡金属催化的环加成反应上,在2017年,
Figure BDA0002311242660000016
和他的同事描述了通过钯催化CH活化的邻烯基苯胺和丙二烯的[5+2]环加成反应,以合成2,3-官能团二氢-1H-苯并[b]氮杂
Figure BDA0002311242660000017
骨架(参见Org.Lett.,2017,19,1674)。尽管这些过渡金属催化的环加成方法具有巨大潜力,但它们需要贵金属(例如 Pd,Au,Ag,Rh)催化和/或复杂的起始原料。在这方面,发明人课题组一直致力于开发简单的起始原料和温和条件下构建氮杂
Figure BDA0002311242660000021
类化合物的新途径(参见Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,10423-10426;Angew.Chem.Int.Ed.2015,54, 6595-6599;Angew.Chem.Int.Ed.2013,52,10805-10808;Angew.Chem.Int.Ed. 2014,53,4196-4199等)。
羧酸是有机合成中极具吸引力的原材料,其可以通过大量公知的方法轻松制备获得,并在其多样的化学转化中发挥重要作用。2017年,我们课题组报告了一种银催化的N-芳基丙炔酰胺与4-乙烯基羧酸的分子间[3+2]/[5+2]环化氧化,用于制备苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000022
类化合物(ACS Catal.2017,7,10,6757-6761),该方法仍然需要使用到贵金属银催化体系,开发一种高效、直接、经济的方法来制备苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000023
类化合物,特别是使用诸如羧酸之类的低成本原料及廉价的催化反应体系,仍然是本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000024
类化合物的制备方法。该方法在无金属催化反应条件下,N-芳基丙烯酰胺类化合物与4- 烯基烷基羧酸类化合物经氧化脱羧/环化制备获得一系列的苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000025
类化合物,具有反应条件温和、操作简单、经济绿色、成本低廉等优点,为苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000026
类化合物的合成提供了一条便捷的有效途径。
根据本发明提供的一种苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000027
类化合物的制备方法,包括如下步骤:
向Schlenk封管反应器中,依次加入式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8,和有机溶剂,然后将反应混合液在惰性气氛条件下加热搅拌反应,经TLC和/或GC-MS分析监测反应完全后,经后处理得到式I所示的目标产物。反应式如下:
Figure BDA0002311242660000031
上述反应式的式I~III中,R1表示所连接苯环上的一个或多个取代基,各个R1彼此独立选自氢、卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、卤素取代的C1-6烷基、或者相邻的两个R1彼此连接形成饱和或不饱和的五元或六元碳环。
R2选自C1-6烷基、C3-12环烷基、C6-14芳基、C6-14芳基-C1-6烷基、RaSO2-;其中,Ra表示C1-6烷基、C6-14芳基;并且其中,所述R2取代基定义中的烷基、环烷基、芳基部分可以进一步被取代基所取代,所述取代基选自卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基。
R3选自C1-6烷基、C6-14芳基。
R4选自氢、C1-6烷基、C6-14芳基。
R5、R6彼此独立地选自C1-6烷基、或者R5、R6彼此连接形成含或不含杂原子的C3-7元环状结构;所述的杂原子为N、O或S。
n=1或2。
优选地,R1彼此独立选自氢、氟、氯、溴、甲基、乙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、三氟甲基、或者相邻的两个R1彼此连接形成饱和五元碳环。
R2选自甲基、乙基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基、苯基、苄基、 RaSO2-;其中,Ra表示甲基取代的苯基。
R3选自甲基、乙基、苯基。
R4选自氢、甲基、乙基、苯基。
R5、R6彼此独立地选自甲基、乙基、或者R5、R6彼此连接形成环丁基、环戊基、环己基、环庚基、四氢呋喃-2-基。
n=1或2。
最优选地,式II化合物为具有如下结构式所表示的化合物:
Figure BDA0002311242660000041
式III化合物为具有如下结构式所表示的化合物:
Figure BDA0002311242660000042
根据本发明前述的制备方法,其中,所述的有机溶剂选自DMSO。
根据本发明前述的制备方法,其中,所述的惰性气氛选自氩气气氛或氮气气氛;优选为氩气气氛。
根据本发明前述的制备方法,其中,所述加热搅拌反应的反应温度为 40℃-60℃,优选为50℃。
根据本发明前述的制备方法,其中式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8的投料摩尔比为1∶(1~3)∶ (1~3);优选地式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8的投料摩尔比为1∶2∶2。
根据本发明前述的制备方法,所述加热搅拌反应的反应时间为6-48h,优选为12小时。
根据本发明前述的制备方法,所述后处理操作如下:反应完全后,将反应液用乙酸乙酯萃取,有机相用食盐水洗涤,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到残余物,残余物经硅胶柱层析分离得到式I所示的目标产物。
本发明的制备方法取得了如下的有益效果:
本发明的制备方法以N-芳基丙烯酰胺类化合物与4-烯基烷基羧酸类化合物为原料,经氧化脱羧/环化制备获得一系列的苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000052
类化合物,不使用过渡金属/贵金属催化剂,反应条件温和、操作简单、经济绿色、成本低廉等优点,为苯并氮杂
Figure BDA0002311242660000053
类化合物的合成提供了一条便捷的新途径。
具体实施方式
以下结合具体实施例,对本发明作进一步详述。在下文中,如无特殊说明,所述方法均为本领域的常规方法,所使用的试剂均可以通过商业途径购买获得。
实施例1-15反应条件优化典型试验
以N-甲基-N-苯基甲基丙烯酰胺II-1和2,2-二甲基戊-4-烯酸III-1为模板,探讨了不同制备条件对目标产物I-1产率的影响,选择了其中具有代表性的实施例1-15,结果如表1所示。
Figure BDA0002311242660000051
其中实施例1的典型试验操作如下:
向Schlenk封管反应器中,依次加入N-甲基-N-苯基甲基丙烯酰胺II-1(0.2mmol),2,2-二甲基戊-4-烯酸III-1(2equiv),(NH4)2S2O8(2equiv),和 DMSO(2.0mL)。然后将反应混合液在氩气气氛下置于50℃油浴锅中搅拌反应12小时,经TLC和/或GC-MS分析监测反应完全后,将反应液用乙酸乙酯萃取,有机相用食盐水洗涤,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩获得残余物,残余物经硅胶柱层析分离(正己烷/乙酸乙酯为洗脱溶剂)得到目标产物 I-1。产率70%。(dr=1∶1);Yellow oil;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.28-7.25(m,1H),7.18(d,J=7.5Hz,1H),7.12-7.09(m,2H),3.42(s,3H),3.06(d,J=14.0Hz, 1H),2.65-2.57(m,2H),2.38-2.31(m,1H),1.67-1.63(m,1H),1.40(t,J=12.0Hz, 1H),1.19-1.16(m,1H),1.09(s,3H),0.99(s,3H),0.86(s,3H);13C NMR(125 MHz,CDCl3)δ176.7,144.1,135.4,128.3,127.4,125.4,122.2,56.3,53.1,52.3, 49.9,38.41,36.7,36.6,30.2,28.8,28.6;LRMS(EI,70eV)m/z(%):257(M+,30), 229(73),144(35),120(100);HRMSm/z(ESI)calcd for C17H24NO([M+H]+) 258.1852,found 258.1858.Yellow oil;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.17(t,J= 7.5Hz,1H),7,10-7.09(m,2H),7.03(t,J=7.0Hz,1H),3.42-3.37(m,1H),3.35(s, 3H),2.78-2.68(m,3H),1.75-1.72(m,1H),1.48-1.41(m,2H),1.09(s,3H),1.04(s, 3H),0.89(s,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ178.4,143.2,132.6,130.8,126.3, 124.3,122.8,53.0,52.1,48.9,43.3,39.0,35.5,35.2,31.6,31.3,18.1。
表1:
Figure BDA0002311242660000061
Figure BDA0002311242660000071
其中,实施例2-15的具体操作及参数除上述表1所列的变量与实施例1不相同之外,其余操作及参数均与实施例1相同。
由实施例1-15可以看出,在使用硝酸银作为催化剂或是不使用氧化剂 (NH4)2S2O8的情况下,反应是不能进行的(实施例2-3)。对氧化剂种类的选择优化试验表明,Na2S2O8和K2S2O8显示出较低的反应活性,(NH4)2S2O8对于本发明的反应最为有效(实施例1和4-5)。氧化剂用量的优化试验表明,使用 2当量的(NH4)2S2O8较为合适(实施例1和6-7)。考察了不同溶剂对反应的影响,包括MeCN,DCE,DMF,但仅DMSO被证明是合适的,即使DMSO/H2O 的混合物也不令人满意(实施例1和8-11)。较低的温度(40℃)急剧降低了收率(实施例12),而较高的温度(60℃)获得了与50℃基本相当的产率(实施例13)。在O2(1atm)气氛下,产量明显下降(实施例14)。此外,反应可放大至1mmol I-1,分离产率略有降低,为66%(实施例15)。
在获得最佳催化反应条件(实施例1)的基础上,发明人进一步对该最佳催化反应条件下(即实施例1的反应条件及操作),对不同结构的反底物适应性进行了研究,结果如表2所示。其中,式II-1~式II-15、式III-1~III-8具有与本文前述相同的结构,此处为节省篇幅,不再画出这些反应底物的结构式。
表2:底物拓展试验
Figure BDA0002311242660000081
Figure BDA0002311242660000091
Figure BDA0002311242660000101
Figure BDA0002311242660000111
Figure BDA0002311242660000121
Figure BDA0002311242660000131
Figure BDA0002311242660000141
Figure BDA0002311242660000151
Figure BDA0002311242660000161
反应机理控制试验
为了深入了解反应机理,将自由基抑制剂TEMPO,氢醌和BHT添加到本反应体系中(反应式3),并完全抑制了产物3aa的形成。结果表明该反应是通过自由基过程进行的。
反应式3:
Figure BDA0002311242660000171
在先前的工作和控制实验的基础上,提出了这种[3+2]/[5+2]环化方案的合理机制(方案1)。首先,在(NH4)2S2O8存在下,通过氧化脱羧,将乙烯基酸2a转化为烷基中间体A。中间体A加成至N-芳基丙烯酰胺的C=C双键,得到新的烷基中间体B,然后进行[3+2]环化反应生成不稳定的烷基自由基中间体C。随后,在与芳环的分子内进行环化反应得到中间体D,最终,自由基中间体D的去质子化导致目标产物3aa的形成。
方案1:
Figure BDA0002311242660000172
以上所述实施例仅为本发明的优选实施例,而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明原理和精神的前提下,对其所作出的任何显而易见的改动,都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种苯并氮杂
Figure FDA0003865770430000011
类化合物的制备方法,包括如下步骤:
向Schlenk封管反应器中,依次加入式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8,和有机溶剂,然后将反应混合液在惰性气氛条件下加热搅拌反应,经TLC和/或GC-MS分析监测反应完全后,经后处理得到式I所示的目标产物;反应式如下:
Figure FDA0003865770430000012
上述反应式的式I~III中,R1表示所连接苯环上的一个或多个取代基,各个R1彼此独立选自氢、卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基、卤素取代的C1-6烷基、或者相邻的两个R1彼此连接形成饱和或不饱和的五元或六元碳环;
R2选自C1-6烷基、C3-12环烷基、C6-14芳基、C6-14芳基-C1-6烷基、RaSO2-;其中,Ra表示C1-6烷基、C6-14芳基;并且其中,所述R2取代基定义中的烷基、环烷基、芳基部分可以进一步被取代基所取代,所述取代基选自卤素、C1-6烷基、C1-6烷氧基;
R3选自C1-6烷基、C6-14芳基;
R4选自氢、C1-6烷基、C6-14芳基;
R5、R6彼此独立地选自C1-6烷基、或者R5、R6彼此连接形成含或不含杂原子的C3-7元环状结构;所述的杂原子为N、O或S;
n=1或2;
其中,所述的有机溶剂选自DMSO。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:
R1彼此独立选自氢、氟、氯、溴、甲基、乙基、叔丁基、甲氧基、乙氧基、三氟甲基、或者相邻的两个R1彼此连接形成饱和五元碳环;
R2选自甲基、乙基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基、苯基、苄基、RaSO2-;其中,Ra表示甲基取代的苯基;
R3选自甲基、乙基、苯基;
R4选自氢、甲基、乙基、苯基;
R5、R6彼此独立地选自甲基、乙基、或者R5、R6彼此连接形成环丁基、环戊基、环己基、环庚基、四氢呋喃-2-基;
n=1或2。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:式II化合物为具有如下结构式所表示的化合物:
Figure FDA0003865770430000021
4.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于:式III化合物为具有如下结构式所表示的化合物:
Figure FDA0003865770430000031
5.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述的惰性气氛选自氩气气氛或氮气气氛。
6.根据权利要求5所述的制备方法,其特征在于,所述的惰性气氛选自氩气气氛。
7.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述加热搅拌反应的反应温度为40℃-60℃。
8.根据权利要求7所述的制备方法,其特征在于,所述加热搅拌反应的反应温度为50℃。
9.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法,其特征在于:式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8的投料摩尔比为1:(1~3):(1~3)。
10.根据权利要求9所述的制备方法,其特征在于,式II所示的N-芳基丙烯酰胺类化合物、式III所示的4-烯基烷基羧酸类化合物、(NH4)2S2O8的投料摩尔比为1:2:2。
11.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述加热搅拌反应的反应时间为6-48h。
12.根据权利要求11所述的制备方法,其特征在于,所述加热搅拌反应的反应时间为12小时。
13.根据权利要求1-4任意一项所述的制备方法,其特征在于:所述后处理操作如下:反应完全后,将反应液用乙酸乙酯萃取,有机相用食盐水洗涤,合并有机相并用无水硫酸钠干燥,减压浓缩得到残余物,残余物经硅胶柱层析分离得到式I所示的目标产物。
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