CN111138315A - 一种氰烷基取代的醌类化合物及其合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氰烷基取代的醌类化合物及其合成方法,属于有机合成领域,所述的合成方法为惰性气体保护条件下,将醌类化合物与环丁酮肟类化合物混合溶于溶剂中,在催化剂和氧化剂的作用下,得到氰烷基取代的醌类化合物。本发明中所述的氰烷基取代的醌类化合物作为一种重要的有机化学原料,在有机合成、催化剂配体、分子电化学领域有着广泛的应用。本发明所述的合成方法中利用Ag+/S2O8 2‑体系对醌类化合物进行氰烷基化反应,该反应不仅具有底物适应性好,原料廉价易得,可以实现多种醌类化合物的氰烷基化取代的特点,同时解决了使用光催化剂所导致的高成本以及光催化反应难以放大的问题。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域,具体涉及一种氰烷基取代的醌类化合物及其合成方法。
背景技术
醌类化合物及其衍生物是一种重要的有机化学原料,在染料、天然产物、催化剂配体、分子电化学等领域有着广泛的应用,随着对醌类化合物的深入研究,研究人员发现其在抗HIV、抗病毒、抗炎以及抗肿瘤等方面显示出了独特的药物活性,因此,醌类化合物及其衍生物在药物合成领域具有重要的研究意义。
近年来,针对醌类化合物的合成,研究人员设计并开发了多种方法,主要围绕以贵金属和光催化剂的催化反应展开。
2012年,Xu等人以苯醌和苯硼酸为原料在FeS催化剂下直接合成醌类衍生物(Iron-Mediated Direct Arylation with Arylboronic Acids through an ArylRadical Transfer Pathway.Chem.Commun.,2012,48:11769-11771.)。
2014年,Lee等人利用贵金属钯作为催化剂,实现了苯醌与硼酸的直接反应,合成了醌类化合物(Palladium-Catalyzed Direct C-H Functionation of Benzoquinone.Angew.Chem.Int.Ed.2014,53:13876-13879.)。
氰烷基官能团在有机合成中是一种常用的中间体,在天然产物和药物分子的合成过程中应用广泛,通过过渡金属或光催化剂催化环丁酮肟及其衍生物开环生成氰烷基官能团是目前较为常用的方法。
2018年,Shi等人利用光催化剂fac-Ir(ppy)3在光诱导下成功实现了环丁酮肟醚产生亚胺自由基的环化串联反应,构建了多种1,2,3,4-四氢萘醌骨架(A PhotocatalyticIminyl Radical-Mediated C-C Bond Cleavage/Addition/Cyclization Cascade forthe Synthesis of 1,2,3,4-Tetrahydrophenanthrenes.Chem.Commun.2018,54:9925-9928.)。同年,Yu等人选用烯基硼酸作为烯基源,在可见光催化下,诱导环丁酮肟酯发生N-O键的断裂产生亚胺自由基,随后开环与烯基硼酸发生反应实现烯基硼酸的氰烷基取代(Photoredox-Catalyzed Intermolecular Remote C-H and C-C Vinylation via IminylRadicals.Org.Lett.2018,20:5523-5527.)。
利用过渡金属或光催化剂虽然能够有效地催化环丁酮肟及其衍生物生成氰烷基官能团,但也存在诸多问题,如光氧化还原催化剂价格昂贵,导致难以广泛应用。此外,光催化反应还存在反应难以放大的难题,限制了其应用前景。因此,设计并开发一种廉价的催化体系用以实现有机化合物的氰烷基取代,在有机合成领域具有现实意义和重要的研究价值。
发明内容
本发明提供了一种氰烷基取代的醌类化合物,所述的氰烷基取代的醌类化合物作为一种重要的有机化学原料,在有机合成、催化剂配体、分子电化学领域有着广泛的应用。
一种氰烷基取代的醌类化合物,所述的氰烷基取代的醌类化合物具有式I所示结构:
其中,R1,R2各自独立为氢、C1~C8烷基、芳基、卤素、或相互连接成环;R3为氢、C1~C8烷基、芳基或卤素;R4,R5各自独立为氢、C1~C8烷氧基、芳基、或相互连接成芳环;
本发明还提供了一种氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,所述的合成方法具有反应条件温和、原料廉价易得以及收率良好的特点。
一种氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,所述的合成方法为在惰性气体保护下,将醌类化合物与环丁酮肟类化合物溶于溶剂中,在催化剂和氧化剂的作用下发生反应,反应结束后对反应液后处理,得到式I所示结构的氰烷基取代的醌类化合物。
所述的合成方法的反应机理为:以环丁酮肟类化合物为自由基前体,利用Ag+/S2O8 2-体系脱羧、裂解脱去丙酮基,形成氮中心自由基,后经过C-C键的裂解形成氰烷基自由基;该氰烷基自由基与醌类化合物反应形成氰烷基取代的醌类化合物。
所述的醌类化合物具有式II所示结构:
其中,R3、R4、R5的定义与式I中的定义一致。
所述的环丁酮肟类化合物的结构式,如式III所示:
其中,R1、R2的定义与式I中的定义一致。
所述的催化剂为银盐,反应中,Ag(I)被氧化为Ag(II),起关键催化作用;所述的银盐为硝酸银、氧化银、碳酸银或硫酸银;进一步优选,所述的银盐为硝酸银。
所述的氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵或Selectflour;不同的氧化剂对反应的选择性会产生一定的影响,进一步优选,所述的氧化剂为过硫酸钠。
所述的溶剂为有机溶剂与水的混合溶液;优选的,所述的有机溶剂与水的体积比例为1:1-5。
所述的有机溶剂为二氯甲烷、乙腈、1,2-二氯乙烷、四氢呋喃、二甲基亚砜、1,4-二氧六环或甲苯;进一步优选,所述的有机溶剂为1,2-二氯乙烷。
所述的反应的温度为0-80℃,温度变化会影响反应的选择性,进一步优选,进一步优选所述的反应的温度为20-30℃。
为了进一步的提高反应产率,提高原子的利用率,所述的醌类化合物、环丁酮肟类化合物、催化剂、氧化剂的物质的量之比为1:1-2:0.1-0.3:2-3。
所述的溶剂的量以式II所示的醌类化合物的物质的量计为1-10mL/mmol。
所述的后处理的方法,包括:将反应后的氰烷基取代的醌类化合物溶解于乙酸乙酯中萃取3-5次,合并乙酸乙酯;将合并后的乙酸乙酯用饱和食盐水洗涤1-2次,洗涤后的乙酸乙酯溶液用无水硫酸钠干燥,并进行减压浓缩除去乙酸乙酯得到粗产物;对粗产物进行柱层析分离,以体积比为1-10:1的石油醚/乙酸乙酯混合液为洗脱剂,收集合并含氰烷基取代的醌类化合物的洗脱液,蒸除溶剂后干燥,得到氰烷基取代的醌类化合物。
本发明具有以下优点:
(1)本发明中所提供的氰烷基取代的醌类化合物的合成反应,试剂廉价易得,操作简单,反应条件温和。
(2)本发明利用Ag+/S2O8 2-体系对醌类化合物进行氰烷基取代反应,该反应底物适应性好,可以实现多种醌类化合物的氰烷基化取代。
(3)本发明中使用银盐作催化剂,解决了使用光催化剂所导致的高成本以及光催化反应难以放大的问题。
附图说明
图1为本发明中实施例1制备的产物化合物1的1H NMR谱。
图2为本发明中实施例2制备的产物化合物2的1H NMR谱。
图3为本发明中实施例3制备的产物化合物3的1H NMR谱。
图4为本发明中实施例4制备的产物化合物4的1H NMR谱。
图5为本发明中实施例5制备的产物化合物5的1H NMR谱。
图6为本发明中实施例6制备的产物化合物6的1H NMR谱。
图7为本发明中实施例7制备的产物化合物7的1H NMR谱。
图8为本发明中实施例8制备的产物化合物8的1H NMR谱。
图9为本发明中实施例9制备的产物化合物9的1H NMR谱。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明,下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明,均为常规方法,实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例1
将苯醌(21.6mg,0.2mmol)、2-((环丁烯氨基)氧基)-2-甲基丙酸(51.3mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为3:1)分离得到10.8mg,收率为62%。
如图1所示,产物表征:黄色固体;m.p.84-86℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ6.80-6.74(m,2H),6.63-6.62(m,1H),2.61-2.57(m,2H),2.43(t,J=14.1Hz,2H),1.93-1.87(m,2H).13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ187.2,187.1,147.1,136.8,136.6,133.4,118.8,28.4,23.9,17.0。
实施例2
将苯醌(21.6mg,0.2mmol)、2-甲基-2-(((3-苯基环丁烯基)氨基)氧基)丙酸(74.2mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为3:1)分离得到29.4mg,收率为59%。
如图2所示,产物表征:黄色固体;m.p.103-104℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.34-7.32(m,2H),7.29-7.25(m,1H),7.19-7.18(m,2H),6.73(d,J=10.1Hz,1H),6.67(dd,J=2.5,10.1Hz,1H),6.38(t,J=2.4Hz,1H),3.34-3.28(m,1H),3.01-2.97(m,1H),2.85-2.80(m,1H),2.69(d,J=6.8Hz,2H).13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ187.0,187.0,145.5,139.8,136.6,136.4,134.6,129.2,128.1,127.1,117.8,40.8,34.9,24.9。
实施例3
将2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌(36.4mg,0.2mmol)、2-((环丁烯氨基)氧基)-2-甲基丙酸(51.3mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为5:1)分离得到29.8mg,收率为60%。
如图3所示,产物表征:红色油状;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ3.97-3.96(m,6H),2.59(t,J=15.6Hz,2H),2.38(t,J=14Hz,2H),2.03(s,3H),1.79-1.73(m,2H).13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ184.1,183.9,144.5,144.3,140.3,140.0,119.1,61.2,25.4,24.3,17.2,12.0。
实施例4
将2,3-二甲氧基-5-甲基-1,4-苯醌(36.4mg,0.2mmol)、2-甲基-2-(((3-苯基环丁烯基)氨基)氧基)丙酸(74.2mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为5:1)分离得到36.5mg,收率为56%。
如图4所示,产物表征:红色油状;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.33-7.30(m,2H),7.28-7.24(m,1H),7.19-7.18(m,2H),3.98(s,3H),3.92(s,3H),3.23-3.17(m,1H),3.02-2.98(m,1H),2.86-2.81(m,1H),2.72(d,J=7.1Hz,2H),1.81(s,3H).13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ184.0,144.6,144.1,140.9,140.5,139.2,129.0,127.9,127.1,118.3,61.2,61.1,41.6,32.8,24.0,12.3。
实施例5
将萘醌(31.6mg,0.2mmol)、2-((环丁烯氨基)氧基)-2-甲基丙酸(51.3mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为5:1)分离得到29.1mg,收率为65%。
如图5所示,产物表征:黄色固体;m.p.84-85℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.11-8.03(m,2H),7.76-7.72(m,2H),6.83(t,J=2.3Hz,1H),2.74-2.71(m,2H),2.46(t,J=14.2Hz,2H),2.01-1.95(m,2H);13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ184.9,184.7,149.2,135.7,133.9,133.8,132.1,132.0,126.7,126.2,118.9,28.9,24.1,17.0。
实施例6
将萘醌(31.6mg,0.2mmol)、(E)-2-甲基-2-(((2,2a,7,7a-四氢-1H-环丁烷[a]茚-1-亚基)氨基)氧基)丙酸(77.8mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为3:1)分离得到40.9mg,收率为65%。
如图6所示,产物表征:黄色固体;m.p.50-52℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.15-8.12(m,1H),8.07-8.03(m,1H),7.78-7.73(m,2H),7.35-7.34(m,1H),7.29-7.26(m,3H),6.75(s,1H),3.74-3.70(m,1H),3.58-3.54(m,1H),3.52-3.47(m,1H),3.03(dd,J=5.8,16.3Hz,1H),2.84-2.74(m,2H);13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ185.0,184.9,151.9,141.3,134.1,133.9,133.7,132.3,131.9,128.5,127.6,126.9,126.2,124.9,124.1,118.1,47.0,44.0,37.3,22.7。
实施例7
将2-甲基萘醌(34.4mg,0.2mmol)、2-甲基-2-(((3-苯基环丁烯基)氨基)氧基)丙酸(74.2mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为3:1)分离得到43.2mg,收率为68%。
如图7所示,产物表征:黄色油状;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.08-8.03(m,2H),7.72-7.68(m,2H),7.32-7.21(m,5H),3.35-3.29(m,1H),3.24-3.20(m,1H),2.97-2.93(m,1H),2.78-2.76(m,2H),1.93(s,3H);13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ184.8,184.7,145.5,143.5,140.6,133.7,133.6,132.0,131.9,129.0,127.9,127.2,126.4,126.4,118.3,41.7,33.7,24.1,13.0。
实施例8
将2-甲基萘醌(34.4mg,0.2mmol)、(E)-2-甲基-2-(((2,2a,7,7a-四氢-1H-环丁烷[a]茚-1-亚基)氨基)氧基)丙酸(77.8mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为3:1)分离得到36.7mg,收率为56%。
如图8所示,产物表征:黄色固体;m.p.210-211℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.12-8.10(m,1H),8.06-8.04(m,1H),7.72-7.71(m,2H),7.29-7.26(m,4H),4.17-4.10(m,1H),3.75-3.69(m,1H),3.40-3.35(m,1H),3.26-3.21(m,1H),2.78-2.69(m,2H),2.32(s,3H);13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ184.8,146.1,146.0,142.1,133.7,133.6,132.5,132.0,128.0,127.2,126.5,124.9,123.2,118.1,46.3,45.8,37.7,22.2,13.3。
实施例9
将2-氯萘醌(38.5mg,0.2mmol)、2-((环丁烯氨基)氧基)-2-甲基丙酸(51.3mg,0.3mmol)、硝酸银(6.8mg,0.04mmol)以及过硫酸钠(142.8mg,0.6mmol)加入到氩气保护反应瓶中,最后加入1,2-二氯乙烷和水(体积比l:2,1mL),再在25℃下反应12h,反应结束后,用柱层析色谱法(洗脱液:石油醚/乙酸乙酯体积比为10:1)分离得到27.0mg,收率为51%。
如图9所示,产物表征:黄色固体;m.p.116-117℃;1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.19-8.11(m,2H),7.80-7.75(m,2H),2.96(t,J=15.6Hz,2H),2.48(t,J=14.4Hz,2H),1.99-1.94(m,2H);13C{1H}NMR(125MHz,CDCl3)δ182.3,177.4,146.0,144.2,134.5,134.2,131.5,131.3,127.4,127.2,118.9,27.5,23.6,17.3。
Claims (9)
3.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的催化剂为硝酸银、氧化银、碳酸银或硫酸银。
4.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的氧化剂为过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸铵或Selectflour。
5.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的溶剂为有机溶剂与水的混合溶液;所述的有机溶剂与水的体积比例为1:1-5。
6.根据权利要求5所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的有机溶剂为二氯甲烷、乙腈、1,2-二氯乙烷、四氢呋喃、二甲基亚砜、1,4-二氧六环或甲苯。
7.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的反应的温度为0-80℃。
8.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的醌类化合物、环丁酮肟类化合物、催化剂、氧化剂的物质的量之比为1:1-2:0.1-0.3:2-3。
9.根据权利要求2所述的氰烷基取代的醌类化合物的合成方法,其特征在于,所述的溶剂的量以式II所示的醌类化合物的物质的量计为1-10mL/mmol。
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