CN111100159B - 一种含三(三甲基硅基)硅烷基亚甲基取代的杂环化合物的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种含三(三甲基硅基)硅烷基亚甲基取代的杂环化合物的合成方法，以含有不同取代基的1,n‑烯炔（n=6,7）和三(三甲硅烷基)硅烷为原料，有机染料为催化剂，在可见光照射条件下进行1,n‑烯炔的氢硅化环化反应，得到所述的杂环化合物，并通过¹H NMR、¹³C NMR、IR、HRMS和X‑Ray单晶衍射对所目标产品的结构进行了表征和分析。该方法具有底物合成简单、反应条件温和、转化率高、后处理方便等优点。

Description

一种含三(三甲基硅基)硅烷基亚甲基取代的杂环化合物的合 成方法

技术领域

本发明属于有机合成领域，特别涉及一类含硅烷基杂环化合物的简便合成方法。

背景技术

含硅化合物在生物体内具有独特的生理效应。用硅原子取代已知药物分子中特定的碳原子可以进一步改善原有药物的药动学性能，优化其药效。同时，硅替代药在新药研发领域也有巨大的应用前景。氮杂、氧杂五元环及六元环均是抗真菌药物的核心结构单元，其广泛作用于有机合成、医农及制药工业。

在已有的报道中，我们发现大多是通过过渡金属催化Si-H、C-H键官能化构建C-Si键。例如，文献(J.L.Speier,J.A.Webster,G.H.Barnes,J.Am.Chem.Soc.1957,79,974；b)B.D.Karstedt(General Electric Company),US3775452A,1973.)开发的铂催化剂，可以有效地实现Si-H键的直接活化，然后进行氢化硅烷化反应。近几年有文献(Du X.,Huang Z.；Advances in base-metal-catalyzed alkene hydrosilylation；ACS Catalysis,2017,7(2):1227-1243)报导了发现以铁，镍和钴等金属配合物可以作为有效的氢化硅烷化催化剂。但是，这些研究大都局限于C(sp²)或C(sp³)的直接氢硅加成，关于含硅烷基环状化合物的合成研究很少。文献(Zhou R.,Goh Y.Y.,Liu H.,et al；Visible-Light-MediatedMetal-Free Hydrosilylation of Alkenes through Selective Hydrogen AtomTransfer for Si-H Activation；Angewandte Chemie International Edition,2017,56(52):16621-16625)报导了可见光条件下硅原子自由基的产生是借助于有机碱或硅硫醇等氢原子转移催化剂，因此，该反应条件相对复杂，极大的限制了工业上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种合成三(三甲基硅基)硅烷基亚甲基取代的杂环化合物的简便方法。

实现本发明目的的技术方案是：将不同取代基的1,n-烯炔(n＝6、7)、三(三甲基硅基)硅烷((TMS)₃SiH)、有机染料催化剂加入到溶剂中，室温下光照反应，TLC监测反应进程，待反应完全后经柱层析分离提纯得到产品，

其中，R¹为甲基、H、苯基；R²为甲基、H；R³为对甲苯磺酰胺基(TsN)、氧原子(O)、丙二酸二甲酯基(C(CO₂Me)₂)；m＝1、2。

进一步的，有机染料催化剂选自曙红(Eosin Y)、茜素红S(Alizarin Red S)、酸性红94(Acid Red 94)和荧光素(Fluorescein)中任意一种，优选Eosin Y。

进一步的，反应体系的溶剂为乙酸乙酯(EtOAc)、1,2-二氯乙烷(DCE)、乙腈(MeCN)、四氢呋喃(THF)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和甲苯(Toluene)任意一种，优选乙腈(MeCN)。

进一步的，不同取代基的1,n-烯炔、三(三甲基硅基)硅烷、有机染料催化剂的摩尔比例为1.0:1.0～4.0:0.05～0.20，优选1:4.0:0.05。

进一步的，光照反应采用可见光，其光源为11W日光灯、23W日光灯、40W日光灯中任意一种，优选23W日光灯。

进一步的，反应温度为20～60℃，优选20℃。

与现有技术相比，本发明的优点和效果在于：(1)本发明底物合成方法简单；(2)本发明涉及到光催化反应，光催化剂为廉价易得、安全无害的有机染料；(3)本发明涉及到的光催化反应，光源为家用普通白炽灯，不需要特殊光源，反应设施简易；(4)本发明反应条件温和，操作简单安全；(5)本发明转化率高，原子经济性高，符合绿色化学理念。

具体实施方式

实施例1

称取4-甲基-N-(3-甲基-2-丁烯基)-N-炔丙基苯磺酰胺83.1mg(0.3mmol)、EosinY10.2mg(0.015mmol)放入反应瓶中，加入2mL乙腈溶液，再量取三(三甲基硅基)硅烷((TMS)₃SiH)368μL(1.2mmol)，在氮气保护下置于23W日光灯的照射下搅拌反应，TLC检测反应进度，约24h后，待反应完全，经柱层析分离提纯(石油醚:乙酸乙酯＝15:1)，得到白色固体，记为产物1，产率为91％。

产物1的结构表征如下：

白色固体，熔点为68-70℃；¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.65(d,J＝8.0Hz,2H),7.27(d,J＝7.7Hz,2H),5.36(s,1H),3.61(q,J＝13.9Hz,2H),3.25–3.12(m,2H),2.38(s,3H),1.75(dd,J＝13.3,6.8Hz,1H),1.21(dd,J＝7.9,6.3Hz,1H),0.85(d,J＝6.7Hz,3H),0.74(d,J＝6.6Hz,3H),0.11(s,27H)；¹³C NMR(CDCl₃,150MHz):δ155.1,135.5,132.7,129.0,127.8,114.6,53.9,52.4,49.7,30.4,20.7,18.0,1.1.IR(neat):ν＝2955,1350,1247,1166,1095,1042,835cm^-1；HRMS(ESI)理论计算值[C₂₄H₄₇NNaO₂SSi₄]⁺[M+Na]⁺:548.2297，实际测量值:548.2305.

反应条件同实施例1，使用不同种类的有机染料催化剂，产物产率如下表1所示。

表1不同种类的有机染料催化剂时产物的产率

光催化剂	Eosin Y	Alizarin Red S	Fluorescein	Acid Red 94
					产率(％)	74	45	22	20

由上表可知，当其他反应条件不变，光催化剂为Eosin Y时，产物的产率最高。

反应条件同实施例1，使用不同当量的催化剂，产物产率如下表2所示。

表2不同当量的有机染料催化剂时产物的产率

Eosin Y(equiv)	0.05	0.10	0.20
				产率(％)	74	70	76

由上表可知，当其他反应条件不变，光催化剂Eosin Y的用量为0.05-0.20当量时，产物的产率变化不明显，均在74％左右。考虑到经济问题，优选0.05当量。

反应条件同实施例1，使用不同种类的溶剂，产物产率如下表3所示：

表3不同种类的溶剂时产物的产率

溶剂

EtOAc

DCE

MeCN

Toluene

THF

DMF

产率(％)

67

<5

74

<5

70

<5

由上表可知，当其他反应条件不变，溶剂为MeCN时，产物的产率最高。

反应条件同实施例1，当其他反应条件不变，改变(TMS)₃SiH的用量，产物产率如下表4所示：

表4不同当量的(TMS)₃SiH用量时产物的产率

(TMS)<sub>3</sub>SiH(equiv)	1.0	2.0	3.0	4.0
					产率(％)	45	74	84	91

由上表可知，当其他反应条件不变，(TMS)₃SiH的用量为4倍当量时，产物的产率最高。

反应条件同实施例1，使用不同光源时，产物产率如下表5所示。

表5不同光源时产物的产率

白炽灯	11W	23W	40W
				产率(％)	56	74	70

由上表可知，当其他反应条件不变，使用23W家用白炽灯作为光源，所得产物的产率最高。

反应条件同实施例1，调节不同反应温度时，产物产率如下表6所示。

表6不同反应温度时产物的产率

反应温度(℃)	室温(约20)	40	60
				产率(％)	74	70	71

由上表可知，当其他反应条件不变，不同反应温度对产率影响不大。考虑到经济问题，优选室温条件。

实施例2

采用实施例1相同的方法和反应条件，当4-甲基-N-(3-苯基烯丙基)-N-炔丙基苯磺酰胺为原料时，得到如下不同的五元氮杂环目标产物2。

产物2结构表征如下：

白色固体；熔点78-81℃；¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ7.65(d,J＝8.1Hz,2H),7.32–7.22(m,4H),7.18(d,J＝7.3Hz,1H),7.09(d,J＝7.2Hz,2H),5.29(s,1H),3.80–3.59(m,2H),3.20(dd,J＝9.1,6.9Hz,1H),3.03(dd,J＝9.2,5.1Hz,1H),2.94–2.85(m,1H),2.79(dd,J＝13.6,6.4Hz,1H),2.56(dd,J＝13.6,8.8Hz,1H),2.41(s,3H),0.11(s,27H)；¹³C NMR(CDCl₃,150MHz):δ155.3,143.6,139.3,132.5,129.6,128.9,128.5,127.9,126.3,114.4,53.5,52.9,47.8,39.5,21.5,1.1；IR(neat):ν＝2952,2895,1351,1247,1165,1040,837cm^-1；HRMS(ESI)理论计算值[C₂₈H₄₇NNaO₂SSi₄]⁺[M+Na]⁺:596.2297,实际测量值:596.2285..

实施例3

采用实施例1相同的方法和反应条件，当2-甲基-4-炔丙氧基-2-丁烯为原料时，得到如下不同的五元氧杂环目标产物3。

产物3结构表征如下：

无色油状液体；¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ5.43(s,1H),4.18(s,2H),3.82(m,2H),2.52(s,1H),1.84(tt,J＝13.4,6.7Hz,1H),0.93(d,J＝6.9Hz,3H),0.85(d,J＝6.8Hz,3H),0.17(s,27H)；¹³C NMR(150MHz,CDCl₃):δ159.9,110.3,73.1,70.5,53.2,30.6,21.0,18.2,1.2；IR(neat):ν＝2956,2894,1246,1073,835cm^-1；HRMS(ESI)理论计算值[C₁₇H₄₀NaOSi₄]⁺[M+Na]⁺:395.2048,实际测量值:395.2045.

实施例4

采用实施例1相同的方法和反应条件，当2-(3-甲基-2-丁烯基)-2-炔丙基丙二酸二甲酯为原料时，得到如下不同五元全碳环目标产物4。

产物4结构表征如下：

无色油状液体；¹H NMR(400MHz,CDCl₃):δ5.30(s,1H),3.70(d,J＝15.0Hz,6H),2.88(dd,J＝64.0,16.7Hz,2H),2.59(s,1H),2.41(dd,J＝12.0,8.4Hz,1H),1.94(dd,J＝11.7,6.7Hz,1H),1.83–1.74(m,1H),0.92(d,J＝6.9Hz,3H),0.75(d,J＝6.7Hz,3H),0.16(s,27H)；¹³C NMR(CDCl₃,150MHz):δ172.3,172.1,159.7,111.6,58.7,52.7,52.6,51.3,43.5,34.2,30.0,21.2,16.2,1.2；IR(neat):ν＝2955,2894,1739,1245,834cm^-1；HRMS(ESI)理论计算值[C₂₂H₄₆NaO₄Si₄]⁺[M+Na]⁺:509.2365,实际测量值:509.2367.

实施例5

采用实施例1相同的方法和反应条件，当N-(4-甲基-3-戊烯基)-N-炔丙基对甲苯磺酰胺为原料时，得到如下不同六元环目标产物5。

产物5结构表征如下：

无色油状液体；¹H NMR(600MHz,CDCl₃):δ7.64(s,2H),7.33(s,2H),5.40(s,1H),3.78(d,J＝12.0Hz,1H),3.26(d,J＝5.1Hz,1H),3.11(d,J＝12.0Hz,1H),2.73(s,1H),2.44(s,3H),1.77(s,2H),1.52(s,1H),1.26(s,1H),0.81(s,3H),0.72(s,3H),0.21(s,27H)；¹³CNMR(CDCl₃,150MHz):δ150.4,143.4,132.3,129.6,128.1,119.7,52.1,49.9,42.6,26.9,25.9,21.5,21.4,19.8,1.1；IR(neat):ν＝2950,1671,1601,1350,1248,1165,836cm^-1；HRMS(ESI)理论计算值[C₂₅H₄₉NNaO₂SSi₄]⁺[M+Na]⁺:562.2453,实际测量值:562.2445。

由以上数据，可知本发明提供了一种含三(三甲基硅基)硅烷基亚甲基取代的杂环化合物的有效合成方法。

Claims (5)

1.一种杂环化合物的合成方法，其特征是，包括：以曙红Y为催化剂，将1,n-烯炔和(TMS)₃SiH发生分子内自由基氢硅化环化反应制备目标产物的步骤，

其中，R¹为烷基、H、芳基；R²为烷基、H；R³为对甲苯磺酰胺基、氧原子、丙二酸二甲酯基；m=1、2;

反应在可见光照射下进行；

反应溶剂选自乙酸乙酯、乙腈、四氢呋喃中任意一种。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是，R¹为甲基、H、苯基；R²为甲基、H；R³为对甲苯磺酰胺基、氧原子、丙二酸二甲酯基。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是，1,n-烯炔衍生物: (TMS)₃SiH : 催化剂的摩尔比例为1.0 : 1.0~4.0 : 0.05~0.20。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是，反应温度为20~60^oC。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是，可见光的光源为11 W日光灯、23 W日光灯、40W日光灯中任意一种。