CN111621804B - 一种电化学合成酰基磷酸酯的方法 - Google Patents

一种电化学合成酰基磷酸酯的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电化学合成酰基磷酸酯的方法，具体是在电化学反应体系中，以铂电极分别为正负极，加入少量的电解质，以亚磷酸二烷基酯以及衍生物为磷酸源，羧酸及其衍生物为酰基源，室温下，令该体系在10mA的持续电流条件下反应6h；反应结束后抽干溶剂，以V石油醚:V乙酸乙酯＝7:1柱层析分离，得到酰基化磷酸酯。本发明方法以电化学反应为基础，由羧酸以及亚磷酸二烷基酯进行反应，一步即可实现酰基化磷酸酯，且反应原料对空气稳定、廉价易得，合成工艺简单，可操作性强；反应无需金属以及氧化剂即可进行，所得副产物为氢气，对环境友好。

Description

一种电化学合成酰基磷酸酯的方法
技术领域
本发明涉及有机化学合成技术领域，具体是一种电化学合成酰基磷酸酯的方法。
背景技术
有机磷酸盐作为结构单元存在于各种常见的天然产物和农药中，具有出色的生物学特性。同时，酰基磷酸酯是极其重要的有机物质之一，已被广泛应用于有机合成中间体，药物和功能材料中。另外，酰基磷酸酯还是许多生化酰化反应的中间体(C.Queffélec，M.Petit，P.Janvier，D.A.Knight，B.Bujoli，Chem.Rev.，2012，112，3777；N.H.Duffy，D.A.Dougherty，Org.Lett.，2010，12，3776.)因此，酰基磷酸酯的合成方法引起了人们的持续关注以及广泛的研究。目前，实现酰基磷酸酯的合成方法有：
方法一：酰氯与钠、银或三正丁基锡烷基取代的磷酸酯的酰化反应实现其磷酸化。这种方法虽然可以得到目标产物，但其使用的酰氯以及钠、银或三正丁基锡烷基取代的磷酸酯大部分都对水敏感并且对环境差产生污染，因此在实际应用中受到很大的限制。(R.Kluger，A.S.Grant，S.L.Bearne，M.R.Trachsel，J.Org.Chem.，1990，55，2864；M.Pal，S.L.Bearne，Org.Biomol.Chem.，2014，12，9760；D.A.Konen，L.S.Silbert，J.Org.Chem.，1971，36(16)，2162；K.Yamaguchi，T.Kamimura，T.Hata，J.Am.Chem.Soc.，1980，102，4534.)
方法一
Figure BDA0002489992740000011
方法二：从氯磷酸二乙酯出发，在室温以及氧化镁的参与下实现酰基磷酸酯的合成。合成中使用的酰基磷酸酯在危险品等级中属于极毒，对环境和人体产生极大的危害。(B.Kaboudin，Synth.Commun.，2002，32，637.)
方法二
Figure BDA0002489992740000012
方法三：酰基磷酸酯在零下5摄氏度，浓度为30％的双氧水为氧化剂条件下通过Baeyer-Villiger重排的方法得到酰基磷酸酯。(N.J.Gordon，S.A.Evans，J.Org.Chem.，1993，58，4516.)
方法三
Figure BDA0002489992740000021
方法四，在以氧化亚铜为催化，过氧化二异丙苯为氧化剂条件下，亚磷酸二烷基酯与羧酸生成相应的目标产物。该反应需要重金属催化，且需要大量的不稳定的过氧化物为氧化剂，产生大量的废弃物。(H.Fu，T.Yang，J.Shang，J.Zhou，M.Sun，Y.Li，Org.Chem.Front.，2017，4，1777.)
方法四
Figure BDA0002489992740000022
上述方法中，涉及使用不稳定的酰氯、低温体系、强氧化剂或者金属催化剂等来实现底物的磷酸化。这些体系具有对环境不友好，不符合绿色化学的理念，步骤经济性不高，以及反应底物受限以及可操作性不强的问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种电化学合成酰基磷酸酯的方法，本发明所用的技术方案为：
一种电化学合成酰基磷酸酯的方法，在电化学反应体系中，以铂电极分别作为正负极，以亚磷酸二烷基酯及其衍生物为磷酸源，羧酸及其衍生物为酰基源，加入电解质和有机溶剂，在室温下令该体系在10mA的持续电流的条件下反应6h；反应结束后抽干溶剂，V石油醚∶V乙酸乙酯＝7∶1柱层析分离，得到酰基化磷酸酯。
所述羧酸及其衍生物的结构式为：
Figure BDA0002489992740000023
所述亚磷酸二烷基酯及其衍生物的结构式为：
Figure BDA0002489992740000024
其中，R1为芳香基团或不饱和脂肪基团；R2为C1-C5脂肪基团。
所述R1为芳基团或不饱和脂肪基团，具体为苯基，或对甲基苯基，或间甲基苯基，或邻甲基苯基，或对甲氧基苯基，或萘基，或呋喃基，或苯乙烯基，或苯乙炔基。
所述R2为脂肪基团，具体为甲基，或乙基，或丙基，或异丙基，或丁基，或戊基。
所述电解质为四丁基溴化胺；所述有机溶剂为二氯甲烷，或1，2-二氯乙烷，或1，4-二氧六环，或乙腈，或氮甲基吡咯烷酮，或N，N-二甲基甲酰胺，或二甲基亚砜，或甲基环戊基醚。
所述一种酰基磷酸酯的合成通式为：
Figure BDA0002489992740000031
本发明的有益效果在于：
(1)本发明以电化学反应为基础，由羧酸以及亚磷酸二乙酯进行反应，一步即可获得酰基磷酸酯，该反应原料对空气稳定、廉价易得，合成工艺简单，可操作性强；
(2)反应无需金属以及氧化剂即可进行；
(3)反应所得副产物为氢气，对环境友好。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种电化学合成酰基磷酸酯的方法，在电化学反应体系中，以铂电极分别作为正负极，以亚磷酸二烷基酯及其衍生物为磷酸源，羧酸及其衍生物为酰基源，加入电解质和有机溶剂，在室温下令该体系在10mA的持续电流的条件下反应6h；反应结束后抽干溶剂，V石油醚∶V乙酸乙酯＝7∶1柱层析分离，得到酰基化磷酸酯。
实施例1：亚磷酸二乙酯实现对甲基苯甲酸的磷酸化3a。
将对甲基苯甲酸1a(27.2mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝7/1)，得到对甲基苯甲酸的磷酸化产物3a。产物为无色液体，产率90％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.87(d，J＝7.6Hz，2H)，7.21(d，J＝7.5Hz，2H)，4.29(p，J＝7.2Hz，4H)，2.36(s，3H)，1.34(t，J＝7.1Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ162.01(d，J＝8.4Hz)，147.62，132.62，130.45，126.35(d，J＝8.1Hz)，66.21(d，J＝5.9Hz)，22.72，17.02(d，J＝6.6Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000041
实施例2：亚磷酸二乙酯实现苯甲酸的磷酸化3b。
将对甲基苯甲酸1b(24.4mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝7/1)，得到苯甲酸的磷酸化产物3b。产物为无色液体，产率85％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.09(d，J＝7.1Hz，2H)，7.67(t，J＝7.7Hz，1H)，7.51(t，J＝7.9Hz，2H)，4.51-4.29(m，4H)，1.45(td，J＝7.2，0.9Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ160.87(d，J＝8.2Hz)，134.45，130.43，128.6，7128.08(d，J＝8.3Hz)，65.15(d，J＝5.9Hz)，16.02(d，J＝6.9Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000051
实施例3：亚磷酸二乙酯实现邻甲基苯甲酸的磷酸化3c。
将邻甲基苯甲酸1c(27.2mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝7/1)，得到邻甲基苯甲酸的磷酸化产物3c。产物为无色液体，产率70％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.01(d，J＝7.3Hz，1H)，7.51(t，J＝6.9Hz，1H)，7.41(d，J＝7.2Hz，2H)，4.56-4.29(m，4H)，2.67(s，3H)，1.45(t，J＝6.7Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ160.91(d，J＝8.1Hz)，142.55，133.69，132.12，131.72，126.62(d，J＝7.9Hz)，125.89，65.12(d，J＝5.9Hz)，21.91，16.05(d，J＝6.7Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000052
实施例4：亚磷酸二乙酯实现对溴苯甲酸的磷酸化3d。
将对溴苯甲酸1d(40.2mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝5/1)，得到对溴苯甲酸的磷酸化产物3d。产物为无色液体，产率70％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.99-7.90(m，2H)，7.70-7.67(m，2H)，4.48-4.29(m，4H)，1.45(td，J＝7.2Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ160.34(d，J＝8.3Hz)，132.15，131.93，129.84，127.05(d，J＝8.4Hz)，65.35(d，J＝5.9Hz)，16.05(d，J＝6.7Hz).
其合成路线如下；
Figure BDA0002489992740000061
实施例5：亚磷酸二乙酯实现邻氟苯甲酸的磷酸化3e。
将邻氟苯甲酸1e(28.0mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝5/1)，得到邻氟苯甲酸的磷酸化产物3e。产物为无色液体，产率68％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.01(td，J＝7.6Hz，1H)，7.72-7.59(m，1H)，7.35-7.25(m，1H)，7.23-7.19(m，1H)，4.49-4.29(m，4H)，1.45(td，J＝7.4，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ162.64(d，J＝261.2Hz)，158.35(dd，J＝8.2，3.9Hz)，136.33(d，J＝9.4Hz)，133.05，124.34(d，J＝3.9Hz)，117.31(d，J＝22.1Hz)，116.71(t，J＝8.5Hz)，65.53(d，J＝5.8Hz)，16.01(d，J＝6.7Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000062
实施例6：亚磷酸二乙酯实现2，4，6-三甲基苯甲酸的磷酸化3f。
将2，4，6-三甲基苯甲酸1f(32.8mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝6/1)，得到2，4，6-三甲基苯甲酸的磷酸化产物3f。产物为无色液体，产率80％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ6.89(s，2H)，4.42-4.27(m，4H)，2.39(s，6H)，2.30(s，3H)，1.40(td，J＝7.2Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ163.87(d，J＝9.2Hz)，140.85，136.33，128.82，128.34，65.22(d，J＝5.7Hz)，21.17，20.28，16.04(d，J＝6.9Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000071
实施例7：亚磷酸二乙酯实现3-呋喃甲酸的磷酸化3g。
将3-呋喃甲酸1g(22.4mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmo1)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝4/1)，得到3-呋喃甲酸的磷酸化产物3g。产物为无色液体，产率82％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.13(d，J＝0.7Hz，1H)，7.52(s，1H)，6.86-6.76(m，1H)，4.49-4.26(m，4H)，1.45(t，J＝7.2Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ156.63(d，J＝7.5Hz)，149.72，144.52，117.91(d，J＝9.7Hz)，109.93，65.24(d，J＝5.9Hz)，16.07(d，J＝6.7Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000072
实施例8：亚磷酸二乙酯实现2-噻吩甲酸的磷酸化3h。
将2-噻吩甲酸1h(25.6mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝3/1)，得到2-噻吩甲酸的磷酸化产物3h。产物为无色液体，产率83％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ7.93(d，J＝3.3Hz，1H)，7.75(d，J＝4.8Hz，1H)，7.20(t，J＝4.4Hz，1H)，4.51-4.29(m，4H)，1.43(t，J＝7.2Hz，6H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ156.03(d，J＝7.4Hz)，136.13，135.25，131.53(d，J＝9.9Hz)，128.32，65.43(d，J＝6.0Hz)，16.09(d，J＝6.9Hz)..
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000081
实施例9：亚磷酸二乙酯实现3-噻吩甲酸的磷酸化3i。
将3-噻吩甲酸li(25.6mg，0.2mmol)、亚磷酸二乙酯2a(77.2μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝3/1)，得到3-噻吩甲酸的磷酸化产物3i。产物为无色液体，产率82％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.25(dd，J＝3.0Hz，1H)，7.56(dd，J＝5.2Hz，1H)，7.39(dd，J＝5.0Hz，1H)，4.45-4.33(m，1H)，1.44(td，J＝7.2Hz，2H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ156.35(d，J＝8.1Hz)，135.87，131.52(d，J＝9.2Hz)，128.23，126.99，65.22(d，J＝5.6Hz)，16.01(d，J＝6.6Hz)..
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000082
实施例10：亚磷酸二甲酯实现对甲基苯甲酸的磷酸化3j。
将对甲基苯甲酸1a(27.2mg，0.2mmol)、亚磷酸二甲酯2b(55.0μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝5/1)，得到对甲基苯甲酸的磷酸化产物3j。产物为无色液体，产率77％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.10(dd，J＝8.6，2H)，7.69-7.63(m，1H)，7.55-7.49(m，2H)，4.02(s，3H)，3.99(s，3H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ160.52(d，J＝8.2Hz)，134.31，130.27，128.45，127.43(d，J＝8.3Hz)，55.01(d，J＝5.8Hz).
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000091
实施例11：亚磷酸二异丙酯实现对甲基苯甲酸的磷酸化3k。
将对甲基苯甲酸1a(27.2mg，0.2mmol)、亚磷酸二异丙酯2c(100.0μL，0.6mmol)，四丁基溴化胺(66.5mg，1equiv.)，铂电极分别为正负极，加入8.0mL乙腈中，室温下，体系在空气氛围以10mA的持续电流的条件下反应6h后停止反应，柱层析分离(采用硅胶柱；洗脱剂：石油醚/乙酸乙酯＝4/1)，得到对甲基苯甲酸的磷酸化产物3k。产物为无色液体，产率75％。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ8.08(dd，J＝8.3Hz，2H)，7.67(t，J＝7.7Hz，1H)，7.49(t，J＝7.8Hz，2H)，5.06-4.89(m，2H)，1.45(dd，J＝12.9Hz，12H).13C NMR(101MHz，CDCl3)δ161.02(d，J＝8.3Hz)，134.32，130.52，128.77，128.41(d，J＝8.3Hz)，74.35(d，J＝5.8Hz)，23.77(d，J＝4.6Hz)，23.43(d，J＝5.3Hz)..
其合成路线如下：
Figure BDA0002489992740000092
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (1)

1.一种电化学合成酰基磷酸酯的方法，其特征在于，在电化学反应体系中，以铂电极分别作为正负极，以亚磷酸二烷基酯及其衍生物为磷酸源，羧酸及其衍生物为酰基源，加入电解质和有机溶剂，在室温下令该体系在10 mA 的持续电流的条件下反应6 h；反应结束后抽干溶剂，V石油醚:V乙酸乙酯=7:1柱层析分离，得到酰基化磷酸酯；
所述羧酸及其衍生物的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
所述亚磷酸二烷基酯及其衍生物的结构式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，R1为苯基，或对甲基苯基，或间甲基苯基，或邻甲基苯基，或对甲氧基苯基，或萘基，或呋喃基，或苯乙烯基，或苯乙炔基；
R2为甲基，或乙基，或丙基，或异丙基，或丁基，或戊基；
所述电解质为四丁基溴化胺；
所述有机溶剂为二氯甲烷，或1,2-二氯乙烷，或1,4-二氧六环，或乙腈，或氮甲基吡咯烷酮，或N,N-二甲基甲酰胺，或二甲基亚砜，或甲基环戊基醚。
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