CN111574567B - 刚性杂环化合物及其制备方法和用途和含膦磺酰胺化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种结构如以下通式(I)所示的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物及其制备方法和用途。该杂环化合物由于其新颖的杂原子富集的刚性结构有望在有机合成、生物医药、功能材料等领域具有广泛的应用。本发明还涉及一种含膦磺酰胺化合物及其制备方法和用途。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，特别是涉及一种具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物及其制备方法和用途，还涉及一种含膦磺酰胺化合物及其制备方法。
背景技术
杂环化合物是一类重要的核心骨架，在自然界中广泛存在。所有核酸、大多数生物质(纤维素和相关材料)、大多数药物、以及许多天然和合成染料都含有至少一个杂环系统。美国FDA批准的药物中有59％含有氮杂环(J.Med. Chem.2014,57,10257-10274)。
含磺酰、S＝N双键的五元杂环已经作为氮宾前体(Org.Lett.2011,13, 1738-1741)、潜在的环氧化酶-2(cyclooxygenase-2，COX-2)的抑制剂和5-脂氧合酶(5-lipoxygenase，5-LOX)的抑制剂(Bioorg.Med.Chem.2011,19,6316–6328) 被报导过。然而，含磺酰、P＝N双键的新型刚性杂环化合物尚未被报道。我们计划合成含磺酰、P＝N双键的新型刚性杂环化合物，以便研究这种新型杂环化合物的各种性质和用途。
发明内容
本发明的目的是提供一种同时具有磺酰和五价磷氮双键的新型刚性杂环化合物，其新颖的杂原子富集的刚性结构有望在有机合成、生物医药、功能材料等领域有广泛的应用。
本发明还有一个目的是提供一种新型含膦磺酰胺。新型含膦磺酰胺还可以有诸如与醛酮反应制备含膦磺酰亚胺的诸多用途。
本发明的另一个目的是提供上述新型刚性杂环化合物的制备方法。
本发明还有一个目的是将上述新型刚性杂环化合物用作潜在药物分子和路易斯碱催化剂。
基于之前合成的一类新型含膦磺酰氟，设想利用该化合物与TMSN3反应得到一种新型刚性杂环化合物；或者利用氧化剂进行关环。新的杂环系统能够帮助我们了解有机化学的规律，进一步发现潜在的应用，比如作为药物分子、功能材料等。
第一种合成方法是利用氧化剂关环，膦被氧化剂氧化，再脱去磺酰胺的氢。第二种方法则是利用之前合成的含膦磺酰氟，将其与TMSN3反应关环。膦先进攻TMSN3，然后脱去一份子氮气和TMSF，得到关环产物。
具体地，本发明的目的是这样实现的：本发明提供一种具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物，其结构如以下通式(I)所示：
其中，
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-10烷基、C6-10芳基C1-6烷基、 C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、包含1-3个N、O 和/或S杂原子的五至八元杂芳基、饱和或不饱和的三至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，前述基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、 C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-和苯基或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C、N或O原子；
n为0或1；
(a)当n为0时，
(a1)Ra和Rb分别为*＝C(R2)2并且为顺式结构，其中*处的双键分别直接连接到X原子和Y原子上，四个R2可以相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基羰基、C1-6烷氧基羰基、C1-6烷基羰基氧基、C1-6烷基、 C6-10芳基C1-6烷基、C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、 -C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在，Y为C原子；或者，
(a2)Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成单环结构，
(a21)当Y为C原子时，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成苯基、包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(a22)当Y为N原子时，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成吡啶环、除了Y原子之外还包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、除了Y原子之外不包含其他杂原子的饱和或不饱和的四至八元环、除了Y 原子之外还包含1-3个N、O和/或S的饱和或不饱和的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、 C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(b)当n为1时，
(b1)Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成稠合双环结构，
(b11)当Y为C原子时，Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成萘环、苯并杂芳基、苯并碳环基、苯并杂环基、杂芳基并杂芳基、杂芳基并碳环基、杂芳基并杂环基、碳环基并碳环基、碳环基并杂环基、杂环基并杂环基，其中X原子和Y原子之间的碳原子是两个稠合碳原子之一，并且其中这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、 -NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，所述杂芳基是包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基，所述碳环基是饱和或不饱和的四至八元碳环，所述杂环基是饱和或不饱和的包含1-3 个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基；
(b12)当Y为N原子时，Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成喹啉环、杂芳基并吡啶环、碳环基并吡啶环、杂环基并吡啶环、二氢喹啉环、杂芳基并哌啶环、碳环基并哌啶环、杂环基并哌啶环、吲哚环、杂芳基并吡咯环、碳环基并吡咯环、杂环基并吡咯环、二氢吲哚环、杂芳基并吡咯烷环、碳环基并吡咯烷环、杂环基并吡咯烷环，其中X原子和Y原子之间的碳原子是两个稠合碳原子之一，并且其中这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，所述杂芳基是包含1-3个N、O和/或 S杂原子的五至六元杂芳基，所述碳环基是饱和或不饱和的四至八元碳环，所述杂环基是饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基；或者
(b2)Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成苯基、包含1-3个N、O和/ 或S的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、 C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，其中Rd不存在或者在存在时为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，
(b21)当Y原子为C原子时，Ra和Rc彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(b22)当Y原子为N原子时，Ra为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、 C1-6烷氧基，Rc不存在，
(b23)当Y原子为O原子时，Ra和Rc均不存在。
在一个实施方案中，所述的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物具有以下通式(II)所示的结构，
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-6烷基，优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基叔丁基；苯基；萘基，优选1-萘基或2-萘基；噻吩基，优选2-噻吩基，前述基团是任选地被选自卤素，优选F或Cl；C1-4烷基，优选甲基、乙基、异丙基或叔丁基；C1-4烷氧基，优选甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基；-NH2；C1-4烷基NH-，优选CH3NH-、CH3CH2NH-、CH3CH2 CH2NH-；(C1-4烷基)2N-，优选(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-、(CH3CH2CH2)2N-；和苯基；或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
n为0；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A，环A为苯环或萘环；包含 1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环，优选为噻吩、呋喃、吡啶或吡喃；四至八元环烷，优选为环戊烷或环己烷，所述环A任选地被选自卤素，优选F或Cl；C1-3烷基，优选甲基或乙基；-NH2；C1-4烷基NH-，优选CH3NH-、CH3CH2NH-、CH3CH2 CH2NH-；(C1-4烷基)2N-，优选(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-、(CH3CH2CH2)2N-；硝基；C1-3卤代烷基，优选三氟甲基；C6-C10芳基，优选苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、1-萘基或2-萘基；氰基；-C(＝O)OC1-3烷基，优选-C(＝O)OCH3、-C(＝O)OCH2CH3、-C(＝O)OCH2CH2CH3；和C1-3烷氧基，优选甲氧基或乙氧基；或其组合的基团单取代或多取代的，
当环A为苯环、萘环或杂芳环时，Rc和Rd不存在；
当环A为环烷时，Rc和Rd彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基或C1-6烷氧基。
在一个实施方案中，所述的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物选自：
本发明还提供一种含膦磺酰胺化合物，其结构如以下通式(V′)所示：
其中，
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-10烷基、C6-10芳基C1-6烷基、 C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、包含1-3个N、O 和/或S杂原子的五至八元杂芳基、饱和或不饱和的三至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，前述基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、 C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-和苯基或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C、N或O原子；
n为0或1；
(x)当n为0时，
(x1)Ra和Rb分别为*＝C(R2)2并且为顺式结构，其中*处的双键分别直接连接到X原子和Y原子上，四个R2可以相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基羰基、C1-6烷氧基羰基、C1-6烷基羰基氧基、C1-6烷基、 C6-10芳基C1-6烷基、C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、 -C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在，Y为C原子；或者，
(x2)Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成单环结构，
(x21)当Y为C原子时，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成苯基、包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(x22)当Y为N原子时，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成吡啶环、除了Y原子之外还包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基、除了Y原子之外不包含其他杂原子的饱和或不饱和的四至八元环、除了Y 原子之外还包含1-3个N、O和/或S的饱和或不饱和的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、 C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和 C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(y)当n为1时，
(y1)Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成稠合双环结构，
(y11)当Y为C原子时，Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成萘环、苯并杂芳基、苯并碳环基、苯并杂环基、杂芳基并杂芳基、杂芳基并碳环基、杂芳基并杂环基、碳环基并碳环基、碳环基并杂环基、杂环基并杂环基，其中X原子和Y原子之间的碳原子是两个稠合碳原子之一，并且其中这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、 -NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，所述杂芳基是包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基，所述碳环基是饱和或不饱和的四至八元碳环，所述杂环基是饱和或不饱和的包含1-3 个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基；
(y12)当Y为N原子时，Ra、Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成喹啉环、杂芳基并吡啶环、碳环基并吡啶环、杂环基并吡啶环、二氢喹啉环、杂芳基并哌啶环、碳环基并哌啶环、杂环基并哌啶环、吲哚环、杂芳基并吡咯环、碳环基并吡咯环、杂环基并吡咯环、二氢吲哚环、杂芳基并吡咯烷环、碳环基并吡咯烷环、杂环基并吡咯烷环，其中X原子和Y原子之间的碳原子是两个稠合碳原子之一，并且其中这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，所述杂芳基是包含1-3个N、O和/或 S杂原子的五至六元杂芳基，所述碳环基是饱和或不饱和的四至八元碳环，所述杂环基是饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基；或者
(y2)Rb和Re连同它们所连接的原子一起形成苯基、包含1-3个N、O和/ 或S的五至六元杂芳基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、 C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，其中Rd不存在或者在存在时为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基，
(y21)当Y原子为C原子时，Ra和Rc彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基；
(y22)当Y原子为N原子时，Ra为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、 C1-6烷氧基，Rc不存在，
(y23)当Y原子为O原子时，Ra和Rc均不存在。
在一个实施方案中，所述的含膦磺酰胺化合物的结构如以下通式(VII′)所示：
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-6烷基，优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基叔丁基；苯基；萘基，优选1-萘基或2-萘基；噻吩基，优选2-噻吩基，前述基团是任选地被选自卤素，优选F或Cl；C1-4烷基，优选甲基、乙基、异丙基或叔丁基；C1-4烷氧基，优选甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基；-NH2；C1-4烷基NH-，优选CH3NH-、CH3CH2NH-、CH3CH2 CH2NH-；(C1-4烷基)2N-，优选(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-、(CH3CH2CH2)2N-；和苯基；或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
n为0；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A，环A为苯环或萘环；包含 1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环，优选为噻吩、呋喃、吡啶或吡喃；四至八元环烷，优选为环戊烷或环己烷，所述环A任选地被选自卤素，优选F或Cl；C1-3烷基，优选甲基或乙基；-NH2；C1-4烷基NH-，优选CH3NH-、 CH3CH2NH-、CH3CH2 CH2NH-；(C1-4烷基)2N-，优选(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-、 (CH3CH2CH2)2N-；硝基；C1-3卤代烷基，优选三氟甲基；C6-C10芳基，优选苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、1-萘基或2-萘基；氰基；-C(＝O)OC1-3烷基，优选-C(＝O)OCH3、-C(＝O)OCH2CH3、-C(＝O)OCH2CH2CH3；和C1-3烷氧基，优选甲氧基或乙氧基；或其组合的基团单取代或多取代的，
当环A为苯环、萘环或杂芳环时，Rc和Rd不存在；
当环A为环烷时，Rc和Rd彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基或C1-6烷氧基。
本发明还提供一种制备具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的方法，所述方法包括：
(i)使通式(V)的含膦磺酰氟化合物与通式(VI)的叠氮基硅烷在极性有机溶剂，优选四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中在0-100℃、优选20-80℃、更优选25-75℃的温度下反应，得到通式(I)的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物；
其中，通式(VI)中的基团Rt相同或不同，彼此独立地选自C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基；
或者
(i′)使通式(V′)的含膦磺酰胺化合物在有机溶剂，优选四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜中在0-100℃、优选20-80℃、更优选25-75℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(I)的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物；
其中，优选地，所述氧化剂为叠氮化物，优选为(Rt)3Si-N3、Ru-N3或Rv-N3，其中Rt相同或不同并且彼此独立地选自C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基，Ru为C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基，Rv为C6-C10芳基，优选苯基；或偶氮化物，优选为偶氮二甲酸二甲酯、偶氮二甲酸二异丙酯和偶氮二甲酰二哌啶；
以上通式中R1和Ra-Rf的定义与前述的定义相同。
在一个实施方案中，所述的制备具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的方法包括：
(i)使通式(VII)的含膦磺酰氟化合物与通式(VI)的叠氮基硅烷在极性有机溶剂，优选四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，更优选乙腈中在0-100℃、优选20-80℃、更优选25-75℃的温度下反应，得到通式(II)的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物；
其中，通式(VI)中的三个基团Rt相同或不同，彼此独立地选自C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基；
或者
(i′)使通式(VII′)的含膦磺酰胺化合物在有机溶剂，优选四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，更优选四氢呋喃中在0-100℃、优选20-80℃、更优选25-75℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(II)的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物；
其中，优选地，所述氧化剂为叠氮化物，优选为(Rt)3Si-N3、Ru-N3或Rv-N3，其中Rt相同或不同并且彼此独立地选自C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基，Ru为C1-C6烷基，优选甲基或乙基，更优选甲基，Rv为C6-C10芳基，优选苯基、苯甲基或苯乙基，更优选苯甲基；或偶氮化物，优选为偶氮二甲酸二甲酯、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二甲酰二哌啶；
以上通式中R和Ar的定义与上述的定义相同。
在制备具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的方法中，溶剂的种类不受特别限制，只要能够溶解反应物即可；反应时间不受特别限制，只要能够实现反应即可，优选地反应时间为12小时以上。
在利用氧化剂关环来制备具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的方法中，对氧化剂的种类没有特别的限制，只要能够将含膦磺酰胺中的膦氧化并使磺酰胺中的氢脱去即可。优选地，可用的氧化剂为偶氮化物或叠氮化物或醌类或卤素或二硫化物。
本发明还提供一种如通式(V′)所示的含膦磺酰胺化合物的制备方法，所述方法包括：
使通式(X)的磺酰胺化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂、优选甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜，1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺中在20-180℃、优选20-150℃、更优选20-120℃的温度下反应，得到通式(V′) 所示的含膦磺酰胺化合物；
其中，通式(X)中的基团Rh为卤素，优选为Br或I，并且以上通式中R1、Ra-Rf、X和Y的定义与前述的定义相同。
优选地，所述碱为有机碱或无机碱，优选三乙胺、二异丙基乙基胺、N- 甲基吗啉、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钠、磷酸钾或1,4-二氮杂二环[2.2.2] 辛烷；
优选地，所述钯催化剂为零价钯或二价钯化合物，所述零价钯或二价钯化合物任选地与膦配体组合使用，优选地，所述膦配体为三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、 2-(二叔丁基膦)联苯、2-二叔丁基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、2-二-叔丁基膦-2'- 甲基联苯、2-二叔丁基膦-2,4,6-三异丙基-1,1-联苯、2-(二环己基膦)联苯、2-二环己基膦-2-(N,N-二甲基氨基)联苯、2-二苯基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、双(2- 二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁，更优选地，所述膦配体为三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-(二叔丁基磷)联苯、双(2-二苯基膦) 苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁，更优选地，所述钯催化剂为四三苯基膦钯、Pd2(dba)3、醋酸钯、氯化钯或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯。
在一个实施方案中，所述制备含膦磺酰胺化合物的方法包括：使通式(XII) 的磺酰胺化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂、优选甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜，1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺中在20-180℃、优选20-150℃、更优选20-120℃的温度下反应，得到通式(VII′)所示的含膦磺酰胺化合物；
其中，通式(XII)中的基团Rh为卤素，优选为Br或I，并且以上通式中R1、 Rc、Rd、X、Y和环A的定义与前述的定义相同。
在制备含膦磺酰胺化合物的方法中，溶剂的种类不受特别限制，只要能够溶解反应物即可；反应时间不受特别限制，只要能够实现反应即可，优选地反应时间为12小时以上。碱的种类不受特别限制，只要能够实现碱性条件即可。钯催化剂的类型不受特别限制。
本发明还提供如本发明所述的具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物用作药物分子或路易斯碱催化剂的用途。
本发明还提供如本发明所述的含膦磺酰胺化合物与醛酮反应制备含膦磺酰亚胺的用途。
本发明的同时具有磺酰和五价磷氮双键的新型刚性杂环化合物，由于其结构新颖，有望在生物医药、功能材料和有机合成领域发挥重要作用。
不受任何理论束缚，发明人发现了五价磷氮双键化合物由于磷氮双键具有叶立德的性质，通常比较容易水解，但本发明的同时具有磺酰和五价磷氮双键的杂环化合物由于刚性环状结构固定了杂环化合物的构型，因而提升了磷氮双键抵抗水解的能力。同时，此类化合物依然保留了叶立德正负电荷分离的特性，因此可以作为新型的路易斯碱类的催化剂。
具体实施方式
定义
本发明中所用的术语“卤素”包括但不限于F、Cl、Br、I。
本发明中所用的术语“C1-6烷基”是指包含1至6个碳原子的直链或带支链的烷基，包括但不限于甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、特戊基、己基。在本发明中，C1-4烷基是优选的。
本发明中所用的术语“C6-10芳基”包括但不限于苯基、萘基。萘基优选为1- 萘基或2-萘基。
本发明中所用的术语“C1-6烷氧基”是指包含1至6个碳原子的直链或带支链的烷氧基，包括但不限于甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基、异戊氧基、特戊氧基、己氧基。在本发明中，烷基优选为C1-6烷基，更优选为C1-4烷基。在本发明中，C1-4烷氧基是优选的。
本发明中所用的术语“C6-10芳氧基”包括但不限于苯氧基、萘氧基。萘氧基优选为1-萘氧基或2-萘氧基。
本发明中所用的术语“杂芳基”是指环上包含杂原子的五至八元芳香基团。杂原子可以为N、O或S杂原子。杂原子的个数可以为1-3个。在本发明中，所述五至八元杂芳基包括但不限于呋喃、噻吩、吡咯、噻唑、吡唑、咪唑、吡啶、哒嗪、嘧啶、吡嗪、吡喃、噁唑、三唑。
本发明中所用的术语“碳环基”是饱和或不饱和的包含三个至八个碳原子的环状基团。根据本发明所述的三至八元碳环基包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环丙烯基、环丁烯基、环戊烯基、环己烯基、环丁二烯基、环戊二烯基、环己二烯基。
本发明中所用的术语“杂环基”是饱和或不饱和的在环上包含杂原子且环上具有三个至八个原子的环状基团。杂原子可以为N、O或S杂原子。杂原子的个数可以为1-3个。在本发明中，所述三至八元杂环基包括但不限于环氧乙烷基、环氧丙烷基、二氧六环基、四氢呋喃、六氢吡啶、哌啶。
以下结合实施例来进一步解释本发明，但具体实施例并不对本发明做任何形式的限定。
本发明中所用的通式(V)或通式(VII)的含膦磺酰氟化合物可以采用例如中国专利申请第CN201810379226.5号中所记载的方法来制备。
实施例一、含膦磺酰胺化合物的合成
实施例1.1化合物27的合成
将碘化物25(采用Bioorg.Med.Chem.2011,19,6316–6328中记载的方法合成)(2.96g,10.0mmol,1.0当量)，二苯基磷氢26(2.23g,12.0mmol,1.2当量)， 1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷(简称为DABCO，1.12g,10.0mmol,1.0当量),1,1'- 双(二苯基膦基)二茂铁]二氯化钯(简称为Pd(dppf)Cl2，360mg,0.5mmol,5mol％) 溶解在脱气的100mL甲苯溶液中，升温至120℃，搅拌反应12h。反应完后，冷却至室温。过滤，收集滤液，旋出溶剂，粗产品用柱层析色谱提纯(石油醚: 乙酸乙酯＝1:1，v/v)，以65％的产率得到白色固体27。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.92(dd,J＝4.0,1.8Hz,1H), 7.33–7.24((comp,6H),7.23–7.15((comp,5H),7.04(dd,JH-H+H-P＝7.8,4.0Hz, 1H),2.34(s,3H).31PNMR(162MHz,CDCl3)δ–13.02.HRMS(ESI)m/z:[M+ Na]+Calcd for C19H19NO2PS 356.0874；Found 356.0860.
二、具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的合成
实施例2.1利用TMSN3合成化合物2
向化合物1(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷 (10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物2。
收率为82％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.92(s,1H),7.79(dd,JH-H+H-P＝ 14.0,7.4Hz,4H),7.72–7.62(m,2H),7.61-7.50(comp,5H),7.47(dd,JH-H+H-P＝ 7.5,3.7Hz,1H),2.51(s,3H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.72.HRMS(ESI) m/z:[M+Na]+Calcd forC19H16NNaO2PS 376.0537；Found 376.0530.
实施例2.2利用氧化剂关环合成化合物2
向化合物27(0.10mmol,1.0当量)的乙腈溶液(1.0mL)加入苄基叠氮(0.11 mmol,1.1当量)，然后将该混合物搅拌3小时，反应温度为室温。反应结束后，除去乙腈，进行核磁测试。化合物2的产率为82％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.92(s,1H),7.79(dd,JH-H+H-P＝ 14.0,7.4Hz,4H),7.72–7.62(m,2H),7.61-7.50(comp,5H),7.47(dd,JH-H+H-P＝ 7.5,3.7Hz,1H),2.51(s,3H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.72.HRMS(ESI) m/z:[M+Na]+Calcd forC19H16NNaO2PS 376.0537；Found 376.0530.
实施例2.3化合物4的合成
向化合物3(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷 (10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物4。收率为69％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.84–7.73(m,4H),7.71–7.62(m, 2H),7.59–7.49(comp,6H),7.17(ddd,JH-H+H-P＝8.4,3.3,2.2Hz,1H),3.92(s,3H). 31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.57.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C19H16NNaO3PS 392.0486；Found392.0478.
实施例2.4化合物6的合成
向化合物5(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷 (10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物6。收率为76％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.12(d,J＝7.8Hz,1H), 7.88-7.75(comp,5H),7.74-7.63(comp,4H),7.60-7.51(m,4H).31P NMR(162 MHz,CDCl3)δ25.71.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C18H14NNaO2PS 362.0381；Found 362.0373.
实施例2.5化合物8的合成
向化合物7(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷 (10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物8。
收率为78％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.16(d,J＝7.8Hz,1H),7.91(dd, JH-P+H-H＝13.6,8.4Hz,4H),7.88–7.79(m,1H),7.80–7.73(comp,5H),7.75–7.66 (m,1H),7.63–7.56(m,4H),7.53–7.38(comp,6H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ 25.66.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C30H22NNaO2PS 514.1007；Found 514.0993.
实施例2.6化合物10的合成
向化合物9(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷 (10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物10。
收率为82％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.91(s,1H),7.59(app t,J＝8.3 Hz,1H),7.51–7.39(comp,3H),7.37–7.27(comp,4H),7.16(d,J＝8.4Hz,2H), 3.80(s,6H),2.51(s,3H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.98.HRMS(ESI)m/z: [M+Na]+Calcd for C21H20NNaO4PS436.0748；Found 436.0741.
实施例2.7化合物12的合成
向化合物11(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物12。
收率为74％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.92(s,1H),7.72(dd,JH-P+H-H＝ 13.6,8.4Hz,4H),7.61-7.51(comp,5H),7.45(dd,JH-H+H-P＝7.5,3.6Hz,1H),2.51 (s,3H),1.32(s,18H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.42.HRMS(ESI)m/z:[M+ Na]+Calcd for C27H32NNaO2PS488.1789；Found 488.1780.
实施例2.8化合物14的合成
向化合物13(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物14。
收率为67％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.90(s,1H),7.56(app t,J＝8.3 Hz,1H),7.47(dd,JH-P+H-H＝7.6,3.6Hz,1H),7.40(d,JH-P＝13.9Hz,4H),3.75(s, 6H),2.51(s,3H),2.29(s,12H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ25.67.HRMS(ESI) m/z:[M+Na]+Calcd forC25H28NNaO4PS 492.1374；Found 492.1365.
实施例2.9化合物16的合成
向化合物15(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物16。收率为72％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.43(d,JH-P＝16.1Hz,2H), 8.03–7.95(comp,3H),7.91(comp,4H),7.79–7.64(comp,5H),7.60(app t,J＝7.6 Hz,2H),7.49(dd,JH-H+H-P＝8.2,3.8Hz,1H),2.53(s,3H).31P NMR(162MHz, CDCl3)δ26.29.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C27H20NNaO2PS 476.0850； Found 476.0842.
实施例2.10化合物18的合成
向化合物17(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物18。收率为68％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.91(s,1H),7.88–7.71(m,4H), 7.64–7.55(m,1H),7.51(dd,JH-H+H-P＝7.6,3.9Hz,1H),7.30–7.20(m,4H),2.53(s, 3H).19F NMR(377MHz,CDCl3)δ-101.79(d,JF–P＝1.5Hz).31P NMR(162MHz, CDCl3)δ24.50.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C19H14F2NNaO2PS 412.0349；Found 412.0341.
实施例2.11化合物20的合成
向化合物19(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(10mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌12小时，反应温度为60℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物20。
收率为70％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.98(s,1H),7.80(dd,JH-P+H-H＝ 14.1,7.7Hz,4H),7.70(t,J＝7.6Hz,2H),7.66–7.53(comp,5H),2.52(s,3H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ24.35.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C19H15ClNNaO2PS 410.0147(35Cl),412.0118(37Cl)；Found 410.0128(35Cl), 412.0092(37Cl).
实施例2.12化合物22的合成
向化合物21(1mmol,1.0当量)的乙腈溶液(2.5mL)加入叠氮基三甲基硅烷(10mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌48小时，反应温度为70℃。反应结束后，除去乙腈，所得残留物经重结晶纯化得到白色粉末状的目标产物22。
收率为89％。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.97–7.89(comp,3H),7.84(dd, JH-P+H-H＝8.8,3.7Hz,2H),7.60(dd,JH-P+H-H＝10.6,7.8Hz,1H),7.49(dd,JH-H+H-P＝8.0,4.1Hz,1H),7.34–7.24(m,2H),2.52(s,3H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ 10.34.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C15H12NNaO2PS3 387.9665；Found 387.9652.
实施例2.13化合物24的合成
向化合物23(0.05mmol,1.0当量)的二甲基亚砜溶液(0.5mL)加入叠氮基三甲基硅烷(0.5mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌48小时，反应温度为75℃。反应结束后，冷却至室温，取样进行核磁测试，产率为55％。通过重复沉淀纯化得到白色粉末状的目标产物24。
检测结果为：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.96(s,1H),7.76–7.58(comp, 3H),7.57–7.46(comp,3H),7.38–7.24(comp,4H),2.54(s,3H),2.40(s,6H).31P NMR(162MHz,CDCl3)δ28.56.HRMS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C21H20NNaO2PS 404.0850；Found 404.0825.
实施例2.14化合物31的合成
向化合物30(0.05mmol,1.0当量)的N,N-二甲基甲酰胺溶液(0.5mL)加入叠氮基三甲基硅烷(0.5mmol,10.0当量)，然后将该混合物搅拌48小时，反应温度为60℃。反应结束后，冷却至室温后取样进行核磁测试，产率为73％。
检测结果为：31P NMR(162MHz,DMF)δ25.07.HRMS(ESI)m/z:[M+ Na]+Calcd forC22H16NNaO2PS 412.0537；Found 412.0520.
实施例2.15化合物33的合成
除了用化合物32替代化合物30之外，以与实施例2.14相同的方式进行反应和后处理，得到化合物33。检测结果为：MS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C17H13N2NaO2PS 363.0；Found 363.1.
实施例2.16化合物35的合成
除了用化合物34替代化合物30之外，以与实施例2.14相同的方式进行反应和后处理，得到化合物35。检测结果为：MS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C16H12NNaO3PS 352.0；Found 352.1.
实施例2.17化合物37的合成
除了用化合物36替代化合物30之外，以与实施例2.14相同的方式进行反应和后处理，得到化合物37。检测结果为：MS(ESI)m/z:[M+Na]+Calcd for C14H22NNaO2PS 322.1；Found 322.0.
三、具有磺酰和五价磷氮双键的刚性杂环化合物的应用
实施例3.1均三甲苯的单卤化
在室温，空气氛围下，向核磁管中添加均三甲苯28(0.050mmol,1.0当量)、化合物4(0.010mmol,0.2当量)、氘代氯仿(0.5mL)和1,2二氯乙烷(0.05mmol), 然后先进行核磁测试，获得各化合物的比例后，将N-氯代琥珀酰亚胺(0.075 mmol,1.5当量)加入混合物中，放置12h后再进行核磁测试。化合物29的产率为75％(化合物29的谱图参考Org.Lett.2013,15,2108-2111)。
对比例1均三甲苯的单卤化
除了不使用化合物4之外，在与实施例3.1相同的条件下实施均三甲苯的单卤化反应，结果表明在不存在化合物4作为催化剂的情况下该反应无法进行。
需要注意的是，在均三甲苯的单卤化反应中，酸的使用可以大大促进反应，然而使用酸会导致反应物和产物的结构受到很大限制，不能存在对酸敏感的官能团；同时，多卤化反应也更加容易发生，从而影响单卤化反应的进行，造成收率下降。本发明人出人意料地发现使用本发明的同时具有磺酰和五价磷氮双键的杂环化合物作为均三甲苯的单卤化反应的催化剂时不需要使用酸，从而避免了上述问题，生成单卤化反应产物。
Claims (64)
1.一种通式(I)所示的化合物：
其中，
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-10烷基、C6-10芳基C1-6烷基、C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、饱和或不饱和的三至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，前述基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-和苯基或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
n为0；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成苯基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基。
2.根据权利要求1所述的化合物，其中，所述饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基包括包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至八元杂芳基。
3.根据权利要求1所述的化合物，其中，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基，所述五至六元杂芳基任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代。
4.根据权利要求1所述的化合物，其结构如以下通式(II)所示：
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-6烷基；苯基；萘基；噻吩基；前述基团是任选地被选自卤素；C1-4烷基；C1-4烷氧基；-NH2；C1-4烷基NH-；(C1-4烷基)2N-和苯基；或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A，环A为苯环或萘环；包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环；四至八元环烷；所述环A任选地被选自卤素；C1-3烷基；-NH2；C1-4烷基NH-；(C1-4烷基)2N-；硝基；C1-3卤代烷基；C6-C10芳基；氰基；-C(＝O)OC1-3烷基和C1-3烷氧基；或其组合的基团单取代或多取代的，
当环A为苯环、萘环或杂芳环时，Rc和Rd不存在；
当环A为环烷时，Rc和Rd彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基或C1-6烷氧基。
5.根据权利要求4所述的化合物，其中，R1可选的取代基中，
所述C1-6烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基；
所述萘基选自1-萘基或2-萘基；
所述噻吩基为2-噻吩基；
所述卤素选自F或Cl；
所述C1-4烷基选自甲基、乙基、异丙基或叔丁基；
所述C1-4烷氧基选自甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基；
所述C1-4烷基NH-选自CH3NH-、CH3CH2NH-或CH3CH2 CH2NH-；
所述(C1-4烷基)2N-选自(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-或(CH3CH2CH2)2N-。
6.根据权利要求4所述的化合物，其Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A中，
所述包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环选自噻吩、呋喃、吡啶或吡喃；
所述四至八元环烷选自环戊烷或环己烷；
所述卤素选自F或Cl；
所述C1-3烷基选自甲基或乙基；
所述C1-4烷基NH-选自CH3NH-、CH3CH2NH-或CH3CH2 CH2NH-；
所述(C1-4烷基)2N-选自(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-或(CH3CH2CH2)2N-；
所述C1-3卤代烷基为三氟甲基；
所述C6-C10芳基选自苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、1-萘基或2-萘基；
所述-C(＝O)OC1-3烷基选自-C(＝O)OCH3、-C(＝O)OCH2CH3或-C(＝O)OCH2CH2CH3；
所述C1-3烷氧基选自甲氧基或乙氧基。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的化合物，其选自：
8.一种制备权利要求1至7中任一项所述的化合物的方法，所述方法包括：
(i)使通式(V)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在0-100℃的温度下反应，得到通式(I)的化合物；
其中，通式(VI)中的三个基团Rt相同或不同，彼此独立地选自C1-C6烷基；
或者
(i′)使通式(V′)的化合物在有机溶剂中，在0-100℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(I)的化合物；
其中，所述氧化剂为叠氮化物或偶氮化物；
以上通式中R1、Ra-Rf、X和Y的定义与权利要求1中的定义相同。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，(i)中，所述极性有机溶剂选自四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，(i)中，通式(V)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在20-80℃的温度下反应，得到通式(I)的化合物。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，(i)中，通式(V)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在25-75℃的温度下反应，得到通式(I)的化合物。
12.根据权利要求8所述的方法，其中，(i)中，Rt选自甲基或乙基。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，(i)中，Rt为甲基。
14.根据权利要求8所述的方法，其中，(i′)中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
15.根据权利要求8所述的方法，其中，(i′)中，通式(V′)的化合物在有机溶剂中，在20-80℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(I)的化合物。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，(i′)中，通式(V′)的化合物在有机溶剂中，在25-75℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(I)的化合物。
17.根据权利要求8所述的方法，其中，(i′)中，所述叠氮化物选自(Rt)3Si-N3、Ru-N3或Rv-N3，其中Rt相同或不同并且彼此独立地选自C1-C6烷基，Ru为C1-C6烷基，Rv为C6-C10芳基。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，
Rt选自甲基或乙基；Ru选自甲基或乙基；Rv选自苯基、苯甲基或苯乙基。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，Rt为甲基；Ru为甲基。
20.根据权利要求8所述的方法，其中，所述偶氮化物选自偶氮二甲酸二甲酯、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二甲酰二哌啶。
21.根据权利要求8所述的方法，其中，
(i)使通式(VII)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在0-100℃的温度下反应，得到通式(II)的化合物；
其中，通式(VI)中的三个基团Rt相同或不同，彼此独立地选自C1-C6烷基；
或者
(i′)使通式(VII′)的化合物在有机溶剂中，在0-100℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(II)的化合物；
其中，所述氧化剂为叠氮化物或偶氮化物；
以上通式中R1、Rc、Rd、X、Y和环A的定义与权利要求4中的定义相同。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，(i)中，所述极性有机溶剂选自四氢呋喃、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，所述极性有机溶剂为乙腈。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，(i)中，通式(VII)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在20-80℃的温度下反应，得到通式(II)的化合物。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，(i)中，通式(VII)的化合物与通式(VI)的化合物在极性有机溶剂中，在25-75℃的温度下反应，得到通式(II)的化合物。
26.根据权利要求21所述的方法，其中，(i)中，Rt选自甲基或乙基。
27.根据权利要求21所述的方法，其中，(i)中，Rt烷基为甲基。
28.根据权利要求21所述的方法，其中，(i′)中，所述有机溶剂选自四氢呋喃、甲苯、二氯甲烷、氯仿、乙酸乙酯、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或二甲基亚砜。
29.根据权利要求21所述的方法，其中，(i′)中，所述有机溶剂为四氢呋喃。
30.根据权利要求21所述的方法，其中，(i′)中，通式(VII′)的化合物在有机溶剂中，在20-80℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(II)的化合物。
31.根据权利要求30所述的方法，其中，(i′)中，通式(VII′)的化合物在有机溶剂中，在25-75℃的温度下在氧化剂作用下关环得到通式(II)的化合物。
32.根据权利要求21所述的方法，其中，(i′)中，所述叠氮化物选自(Rt)3Si-N3、Ru-N3或Rv-N3，其中Rt相同或不同并且彼此独立地选自C1-C6烷基，Ru为C1-C6烷基，Rv为C6-C10芳基。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，Rt选自甲基或乙基；Ru选自甲基或乙基；Rv选自苯基、苯甲基或苯乙基。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，Rt为甲基；Ru为甲基。
35.根据权利要求21所述的方法，其中，所述偶氮化物选自偶氮二甲酸二甲酯、偶氮二甲酸二异丙酯或偶氮二甲酰二哌啶。
36.权利要求1至7中任一项所述的化合物催化均三甲苯单卤化反应的用途。
37.一种通式(V′)所示的化合物：
其中，
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-10烷基、C6-10芳基C1-6烷基、C1-6烷氧基、C6-10芳基C1-6烷氧基、C6-10芳氧基、C6-10芳基、饱和或不饱和的三至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基、C2-6烯基、C2-6炔基，前述基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-和苯基或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
n为0；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成苯基、饱和或不饱和的四至八元碳环基、饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的四至八元杂环基，这些基团是任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代的，Rc和Rd不存在或者在存在时彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基。
38.根据权利要求37所述的化合物，其中，所述饱和或不饱和的包含1-3个N、O和/或S杂原子的三至八元杂环基包括包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至八元杂芳基。
39.根据权利要求37所述的化合物，其中，Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳基，所述五至六元杂芳基任选地被选自卤素、羟基、氰基、C1-6烷基、C1-6烷氧基、-NH2、C1-6烷基NH-、(C1-6烷基)2N-、硝基、C1-6卤代烷基、-C(＝O)OC1-6烷基和C6-C10芳基或其组合的基团单取代或多取代。
40.根据权利要求37所述的化合物，其结构如以下通式(VII′)所示：
两个R1可以相同或不同，彼此独立地选自C1-6烷基；苯基；萘基；噻吩基；前述基团是任选地被选自卤素；C1-4烷基；C1-4烷氧基；-NH2；C1-4烷基NH-；(C1-4烷基)2N-和苯基；或其组合的基团单取代或多取代的；
X为C原子；
Y为C原子；
Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A，环A为苯环或萘环；包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环；四至八元环烷；所述环A任选地被选自卤素；C1-3烷基；-NH2；C1-4烷基NH-；(C1-4烷基)2N-；硝基；C1-3卤代烷基；C6-C10芳基；氰基；-C(＝O)OC1-3烷基和C1-3烷氧基；或其组合的基团单取代或多取代的，
当环A为苯环、萘环或杂芳环时，Rc和Rd不存在；
当环A为环烷时，Rc和Rd彼此独立地为氢、卤素、羟基、氰基、C1-6烷基或C1-6烷氧基。
41.根据权利要求40所述的化合物，其中，R1可选的取代基中，
所述C1-6烷基选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或叔丁基；
所述萘基选自1-萘基或2-萘基；
所述噻吩基为2-噻吩基；
所述卤素选自F或Cl；
所述C1-4烷基选自甲基、乙基、异丙基或叔丁基；
所述C1-4烷氧基选自甲氧基、乙氧基、异丙氧基或叔丁氧基；
所述C1-4烷基NH-选自CH3NH-、CH3CH2NH-或CH3CH2 CH2NH-；
所述(C1-4烷基)2N-选自(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-或(CH3CH2CH2)2N-。
42.根据权利要求40所述的化合物，其Ra和Rb连同它们所连接的原子一起形成环A中，
所述包含1-3个N、O和/或S杂原子的五至六元杂芳环选自噻吩、呋喃、吡啶或吡喃；
所述四至八元环烷选自环戊烷或环己烷；
所述卤素选自F或Cl；
所述C1-3烷基选自甲基或乙基；
所述C1-4烷基NH-选自CH3NH-、CH3CH2NH-或CH3CH2 CH2NH-；
所述(C1-4烷基)2N-选自(CH3)2N-、(CH3CH2)2N-或(CH3CH2CH2)2N-；
所述C1-3卤代烷基为三氟甲基；
所述C6-C10芳基选自苯基、甲基苯基、二甲基苯基、三甲基苯基、1-萘基或2-萘基；
所述-C(＝O)OC1-3烷基选自-C(＝O)OCH3、-C(＝O)OCH2CH3或-C(＝O)OCH2CH2CH3；
所述C1-3烷氧基选自甲氧基或乙氧基。
43.一种制备如权利要求38-42中任一项所述的化合物的方法，所述方法包括：
使通式(X)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-180℃的温度下反应，得到通式(V′)所示的化合物；
其中，通式(X)中的基团Rh为卤素，并且以上通式中R1、Ra-Rf、X和Y的定义与权利要求37中的定义相同。
44.根据权利要求43所述的方法，其中，所述有机溶剂选自甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜，1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺。
45.根据权利要求43所述的方法，其中，通式(X)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-150℃的温度下反应，得到通式(V′)所示的化合物。
46.根据权利要求45所述的方法，其中，通式(X)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-120℃的温度下反应，得到通式(V′)所示的化合物。
47.根据权利要求43所述的方法，其中，所述卤素选自Br或I。
48.根据权利要求43所述的方法，其中，所述碱为有机碱或无机碱。
49.根据权利要求43所述的方法，其中，所述碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺、N-甲基吗啉、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钠、磷酸钾或1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷。
50.根据权利要求43所述的方法，其中，所述钯催化剂为零价钯或二价钯化合物，所述零价钯或二价钯化合物任选地与膦配体组合使用。
51.根据权利要求50所述的方法，其中，所述膦配体选自三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、2-(二叔丁基膦)联苯、2-二叔丁基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、2-二-叔丁基膦-2'-甲基联苯、2-二叔丁基膦-2,4,6-三异丙基-1,1-联苯、2-(二环己基膦)联苯、2-二环己基膦-2-(N,N-二甲基氨基)联苯、2-二苯基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁。
52.根据权利要求50所述的方法，其中，所述膦配体选自三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-(二叔丁基磷)联苯、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁。
53.根据权利要求43所述的方法，其中，所述钯催化剂选自四三苯基膦钯、Pd2(dba)3、醋酸钯、氯化钯或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁二氯化钯。
54.根据权利要求43所述的方法，其中，
使通式(XII)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-180℃的温度下反应，得到通式(VII′)所示的化合物；
其中，通式(XII)中的基团Rh为卤素，并且以上通式中R1、Rc、Rd、X、Y和环A的定义与权利要求40中的定义相同。
55.根据权利要求54所述的方法，其中，所述有机溶剂选自甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜，1,4-二氧六环或N,N-二甲基甲酰胺。
56.根据权利要求54所述的方法，其中，通式(XII)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-150℃的温度下反应，得到通式(VII′)所示的化合物。
57.根据权利要求56所述的方法，其中，通式(XII)的化合物与通式(XI)的化合物在碱和钯催化剂存在下在有机溶剂中，在20-120℃的温度下反应，得到通式(VII′)所示的化合物。
58.根据权利要求54所述的方法，其中，所述卤素选自Br或I。
59.根据权利要求54所述的方法，其中，所述碱为有机碱或无机碱。
60.根据权利要求54所述的方法，其中，所述碱选自三乙胺、二异丙基乙基胺、N-甲基吗啉、碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、磷酸钠、磷酸钾或1,4-二氮杂二环[2.2.2]辛烷。
61.根据权利要求54所述的方法，其中，所述钯催化剂为零价钯或二价钯化合物，所述零价钯或二价钯化合物任选地与膦配体组合使用。
62.根据权利要求61所述的方法，其中，所述膦配体选自三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、2-(二叔丁基膦)联苯、2-二叔丁基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、2-二-叔丁基膦-2'-甲基联苯、2-二叔丁基膦-2,4,6-三异丙基-1,1-联苯、2-(二环己基膦)联苯、2-二环己基膦-2-(N,N-二甲基氨基)联苯、2-二苯基膦-2-(N,N-二甲氨基)联苯、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁。
63.根据权利要求61所述的方法，其中，所述膦配体选自三苯基膦、三叔丁基膦、三环己基膦、2-(二叔丁基磷)联苯、双(2-二苯基膦)苯醚、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、4,5-双(二苯基膦)-9,9-二甲基氧杂蒽或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁。
64.根据权利要求54所述的方法，其中，所述钯催化剂选自四三苯基膦钯、Pd2(dba)3、醋酸钯、氯化钯或1,1'-双(二苯基膦基)二茂铁二氯化钯。
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