CN111304684B - 一种电催化制备苯并咪唑酮的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电催化制备苯并咪唑酮的方法。该方法是将三取代苯基脲溶于装有有机溶剂的三颈烧瓶中，并在烧瓶两端的瓶口中插入Pt电极作负极和C电极作正极，加入碱和电解质，在30‑90℃下于空气或氩气氛围反应3‑12小时，得到苯并咪唑酮；所述三取代苯基脲与碱的摩尔比为1:1‑1:5，所述三取代苯基脲与电解质的摩尔比为1:1‑1:5。该方法克服了现有技术中需要采用贵价金属试剂，强氧化剂，高温等不足，反应具有以下优点：1)以电流作为氧化剂，避免了使用强氧化剂和昂贵的化学氧化剂；2)无过渡金属催化，避免了重金属离子残留于产品中；3)无需诱导基团，避免了引入诱导基团和除去诱导基团的多余步骤。本发明公开的合成方法在制备苯并咪唑酮，将对其生产发挥重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯并咪唑酮的制备方法，具体地说，涉及一种三取代苯基脲在碱和电流的作用下于氩气或空气氛围制备苯并咪唑酮的方法。
背景技术
苯并咪唑酮类衍生物在染料和医药领域具有很广泛的用途，尤其是在医药领域，以苯并咪唑酮为母核结构的衍生物具有较多药理活性等。苯并咪唑酮的制备方法主要包括过渡金属催化法(Barbero,N；Tetrahedron 2008,64,7283；Beyer,Astrid et al，OrganicLetters,2011，13(11),2876-2879；及其引用的文献)，非金属催化法(Yu,Jipan et al，European Journal of Organic Chemistry,2015(26),5869-5875；Meng,Yinggao et al，New Journal of Chemistry,2018，42(16),13790-13796；及其引用的文献)。其中，过渡金属催化法通常需要引入导向基团，且需使用毒性较大或(且)昂贵的金属催化剂，容易造成金属离子残留；非金属催化法则需要在反应体系中加入当量或过量的氧化还原试剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料易得、工艺简单的苯并咪唑酮制备方法。
本发明所提供的苯并咪唑酮的合成方法，是将三取代苯基脲溶于盛有有机溶剂的三颈烧瓶中，并在烧瓶的两口中插入C电极作正极和Pt电极作负极，加入碱和电解质，在30-90℃下于空气或氩气氛围通电反应3-12小时，得到苯并咪唑酮；所述三取代苯基脲与碱的摩尔比为1:1-1:5，所述三取代苯基脲与电解质的摩尔比为1:1-1:5；
在上述方法中，所述的三取代苯基脲如式II所示，
其中，R1-R5为氢，烷基，卤烷基，烷氧基，卤素，酯基，醛基，芳基，
上述方法中的有机溶剂是指醇、醚、羧酸酯、烷基腈、卤代烃，通常是指甲醇、乙腈、四氢呋喃、六氟异丙醇、异丙醇、水，优选甲醇、六氟异丙醇。
上述方法中加入的碱是指低级醇的碱金属盐，通常是指甲醇钠、碳酸钠、碳酸铯、叔丁醇钠，优选甲醇钠、碳酸钠。
本发明的特点是：以三取代苯基脲(式II所示化合物)和碱在电流的作用下于空气或氩气氛围中发生环化，一步即得目标物(式I所示化合物)，克服了现有技术中的一些不足，高温高压、需要导向基团、安全性低和重金属残留；下面结合具体实例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特殊说明均为常规方法。
实施例1、用三取代苯基脲环化制备N-(4-氯苯基)苯并咪唑酮为例说明反应操作并检测不同电解质对本发明的环化反应的影响(以I-1化合物为例)
将三取代苯基脲(0.2mmol)、不同反应溶剂(12ml)(甲醇、六氟异丙醇、异丙醇、(四氢呋喃：甲醇)、乙腈、(甲醇：水))、甲醇钠(0.2mmol)和四甲基四氟硼酸铵(0.2mmol)，依次加入三颈烧瓶中，并在反应瓶两端的瓶口中插入C电极作正极和Pt电极作负极在密封条件下2mA，60℃反应6小时。对反应液进行过滤处理，得滤液，柱层析分离出环合产物。计算分离收率如表1所示，其中，在甲醇中目标产物咪唑酮的收率获得最高值，为85％。将最佳溶剂定为甲醇。无色固体,mp 153-155℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.52(s,4H),7.29(s,1H),7.19(t,J＝7.2Hz,1H),7.09(dd,J＝11.0,7.2Hz,3H),3.51(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.34,133.36,133.12,130.19,129.68,128.99,127.13,122.26,121.59,108.52,107.81,77.38,77.06,76.74,27.30.
表1不同反应溶剂对环合反应的影响
| 反应溶液 | 甲醇 | 乙腈 | 六氟异丙醇 | 异丙醇 | 四氢呋喃：甲醇 | 甲醇：水 |
| 分离收率(％) | 85 | 10 | 45 | 30 | 45 | 38 |
实施例2、反应温度对本发明的环化反应的影响
除反应温度不同(30℃、60℃、90℃)外，其余反应条件均与实施例1相同，检测反应温度对环化反应收率的影响。反应结束后，目标产物咪唑酮的分离收率测定结果如表2所示，表明随着反应温度的变化，环化反应的收率存在一个最佳值，将最佳反应温度定为60℃。
表2不同反应温度对环化反应的影响
| 反应温度(℃) | 30 | 60 | 90 |
| 分离收率(％) | 43 | 85 | 62 |
实施例3、不同碱对本发明的环化反应的影响
除反应碱不同(甲醇钠，碳酸钠，叔丁醇钠，碳酸铯)外，其他反应条件均与实施例1相同，检测碱的种类对环化反应收率的影响。反应结束后，目标产物咪唑酮的分离收率额定结果如表3所示，表明较强的碱都能够促进环化反应，所测试的碱中甲醇钠的效果最佳。
表3不同碱对环化反应的影响
| 碱 | 甲醇钠 | 碳酸钠 | 叔丁醇钠 | 碳酸铯 |
| 分离收率(％) | 85 | 67 | 30 | 20 |
实施例4、不同电解质对本发明的环化反应的影响
除电解质不同(四甲基四氟硼酸铵，四甲基六氟磷酸铵，四乙基四氟硼酸铵，四乙基六氟磷酸铵，四丁基四氟硼酸铵，四丁基六氟磷酸铵)外，其他反应条件均与实施例1相同，检测电解质的种类对环化反应收率的影响。反应结束后，目标产物咪唑酮的分离收率测定结果如表4所示，四甲基四氟硼酸铵对本反应的促进作用最佳。
表4不同电解质对环化反应的影响
实施例5、电流的强度对本发明的环化反应的影响
除电流强度不同(1毫安、2毫安、5毫安)外，其他反应条件均与实施例1相同，检测电流强度对环化反应收率的影响。反应结束后，目标咪唑酮的分离收率测定结果如表5所示，表明随着电流强度的变化，环化反应的收率存在一个最佳值，将这个最佳电流值定为2毫安。
表5电流强度对环化反应的影响
| 电流强度 | 1毫安 | 2毫安 | 5毫安 |
| 分离收率(％) | 50 | 85 | 57 |
实施例6、不同阳极材料对本发明的环化反应的影响
除正极材料不同(石墨毡电极、C毡电极、RVC电极)外，其他反应条件均与实施例1相同。检测反应温度对环化反应收率的影响。反应结束后，目标产物咪唑酮的分离收率测定结构如表6所示，表明随着正极电极材料的改变，环化反应的收率也会随着改变，将最好的电极材料定为RVC。
表6不同正极材料对环化反应的影响
| 电极材料 | 石墨毡电极 | Pt电极 | RVC电极 |
| 分离收率(％) | 85 | 20 | 87 |
实施例7、式所示I-2化合物的合成
将1-甲基-1-苯基-3-(4-(三氟甲基)苯基)脲(0.2mmol)，甲醇钠(0.2mmol)，四甲基四氟硼酸铵(0.2mmol)，甲醇(12mL)，依次加入三颈烧瓶中，并在烧瓶的两端插入C电极作正极，Pt电极作负极，电流2mA，氩气条件下反应8小时。反应结束将反应液过滤，得滤液，硅胶柱层析分离环合产物，收率78％。
无色固体，mp181-182℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.78(dd,J＝29.8,8.4Hz,4H),7.29(s,1H),7.21(dd,J＝15.6,8.1Hz,1H),7.16(d,J＝6.8Hz,1H),7.14–7.08(m,2H),3.53(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.16,138.12,130.30,129.43,129.10,128.50,126.70,126.67,126.63,126.59,125.68,125.21,122.60,122.50,121.72,108.66,107.98,77.35,77.03,76.71,27.32.
实施例8、式所示I-3化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(4-氯苯基)-1-(4-甲氧基苯基)-1-甲基脲之外，其他条件均与实施例7相同，收率75％。
无色固体，mp 205-206℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.55–7.47(m,4H),7.29(s,1H),6.95(d,J＝8.5Hz,1H),6.75(dd,J＝8.5,1.9Hz,1H),6.68(d,J＝1.8Hz,1H),3.80(s,3H),3.48(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ155.70,153.63,133.32,133.21,129.80,129.74,127.19,124.32,108.04,107.52,95.98,77.33,77.02,76.70,56.06,27.33.
实施例9、式所示I-4化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(4-氯苯基)-1-甲基-1-(吡啶-3-基)脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率77％。
无色固体，mp180-182℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.15(d,J＝5.2Hz,1H),7.58–7.47(m,4H),7.31(s,1H),7.29(s,1H),7.04(dd,J＝7.6,5.3Hz,1H),3.60(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.10,141.61,133.49,132.55,129.86,127.70,126.67,123.49,117.18,114.44,77.33,77.01,76.69,26.18.
实施例10、式所示I-5化合物的合成
除三取代苯基脲为1,3-双(4-氯苯基)-1-甲基脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率85％。
白色固体，mp185-186℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.58–7.47(m,4H),7.30(s,1H),7.18(dd,J＝8.3,1.9Hz,1H),7.08(d,J＝1.9Hz,1H),6.99(d,J＝8.3Hz,1H),3.51(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ158.23,142.60,140.00,132.00,131.34,128.81,128.60,127.64,127.62,77.33,77.01,76.69,39.81.
实施例11、式所示I-6化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(4-氯苯基)-1-(4-氟苯基)-1-甲基脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率72％。
白色固体，mp 168-169℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.51(dd,J＝19.5,8.7Hz,4H),7.29(s,1H),6.99–6.81(m,3H),3.50(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ157.62,153.59,133.57,132.93,129.85,127.03,108.72,108.48,108.04,107.94,97.24,96.95,77.33,77.01,76.69,27.40.
实施例12、式所示I-7化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(3-氯苯基)-1-甲基-1-苯基脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率89％。
白色固体，mp 14-145℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.60(s,1H),7.49(d,J＝4.9Hz,2H),7.40(d,J＝4.0Hz,1H),7.29(s,1H),7.23–7.18(m,1H),7.10(dd,J＝18.1,6.7Hz,3H),3.52(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.21,151.16,135.87,135.03,130.44,127.71,126.07,124.00,122.35,121.63,108.64,107.82,77.33,77.01,76.69,27.30.
实施例13、式所示I-8化合物的合成
除三取代苯基脲为1-甲基-1-苯基-3-(对甲苯基)脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率76％。
黄色固体，mp 107-108℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.39(dd,J＝31.1,8.1Hz,4H),7.29(s,1H),7.19–7.14(m,1H),7.08(q,J＝7.9Hz,3H),3.52(s,3H),2.45(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.68,137.55,132.08,130.15,130.10,129.66,125.92,121.80,121.37,108.60,107.53,77.34,77.03,76.71,27.25,21.19.
实施例14、式所示I-9化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(4-氯苯基)-1-甲基-1-(萘-2-基)脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率90％。
无色固体，mp190-191℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.90(d,J＝8.2Hz,1H),7.73(d,J＝8.6Hz,1H),7.59(d,J＝8.4Hz,2H),7.48(d,J＝8.4Hz,2H),7.36(dd,J＝15.5,8.4Hz,2H),7.28(s,1H),7.23(dd,J＝16.4,7.6Hz,2H),3.62(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ154.33,135.17,134.75,130.23,129.98,129.94,129.43,126.53,126.13,123.56,123.22,121.77,120.22,119.97,108.87,77.36,77.04,76.72,27.61.
实施例15、式所示I-10化合物的合成
除三取代苯基脲为3-(4-氯苯基)-1-甲基-1-(对甲苯基)脲之外,其他条件均与实施例7相同，收率75％。
白色固体，mp 150-151℃.
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.55–7.48(m,3H),6.97(dd,J＝20.0,8.0Hz,2H),6.89(s,1H),3.49(s,3H),2.39(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.48,133.44,133.09,131.47,129.67,129.12,128.05,127.24,122.73,109.11,107.50,77.33,77.02,76.70,27.30,21.49.
Claims (4)
1.一种制备式Ⅰ所示化合物的方法，是将三取代苯基脲溶于盛有有机溶剂的三颈烧瓶中，并在烧瓶的两口中插入C电极作正极和Pt电极作负极，加入碱和电解质，在60℃下于空气或氩气氛围通电反应6-12小时，得到苯并咪唑酮；所述三取代苯基脲与碱的摩尔比为1:1-1:5，所述三取代苯基脲与电解质的摩尔比为1:1-1:5；
其中，所述的三取代苯基脲为式Ⅱ所示化合物；
R1-R5为氢，烷基，卤烷基，烷氧基，卤素，酯基，醛基，芳基；
所述芳基上的取代基选自：烷基；
其中所述的有机溶剂是甲醇；所述的碱是甲醇钠；所述的电解质为四甲基四氟硼酸铵；所述的C电极是石墨毡电极、RVC电极中的其中一种；所述通电反应过程中控制电流为2毫安。
2.如权利要求1所述的制备式Ⅰ所示化合物的方法，其特征在于，其中R1为甲基，甲氧基，三氟甲基，酯基，苯基，卤素，醛基。
3.如权利要求1所述的制备式Ⅰ所示化合物的方法，其特征在于，其中R2为氢或芳基，其中芳基为对甲基苯基，苯基。
4.如权利要求1所述的制备式Ⅰ所示化合物的方法，其特征在于，其中R3-R5为甲基，卤素。
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