CN111777574A

CN111777574A - 一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法

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Publication number: CN111777574A
Application number: CN202010672703.4A
Authority: CN
Inventors: 王峥; 王宗成
Original assignee: Hunan University of Science and Engineering
Current assignee: Hunan University of Science and Engineering
Priority date: 2020-07-14
Filing date: 2020-07-14
Publication date: 2020-10-16
Anticipated expiration: 2040-07-14
Also published as: CN111777574B

Abstract

本发明公开了一种可见光促进N‑烷基萘并[2,1‑d]噻唑‑2‑胺的合成方法，该方法是在含氧气氛及375～380nm紫光照射条件下，2‑萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺一锅反应，生成N‑烷基萘并[2,1‑d]噻唑‑2‑胺化合物；该方法具有条件温和、操作简便、绿色环保、原料易得、底物官能团兼容性优异、反应收率高等优点。

Description

一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法

技术领域

本发明公开了一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，特别涉及一种在无外加光催化剂，利用产物本身自身光催化作用下实现2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺发生串联加成-环化反应合成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物，属于有机中间体合成技术领域。

背景技术

N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺是一种在药物研发、材料化学等领域具有重要作用的多环杂芳烃化合物。脂肪族伯胺是一种非常易得的原料，利用脂肪胺作为胺源，通过一锅法直接合成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺是一种较为理想的方法。

2017年，河南师范大学范学森教授报道了一种分子碘作为催化剂，氯苯作为溶剂，氧气作为氧化剂，在120摄氏度高温条件下，脂肪族伯胺和2-萘基异硫氰酸酯通过串联亲核加成，氧化环化的方法合成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺(J. Org.Chem.2017,82,9637-9646)，如下反应(a)。但是，该反应温度高，易发生易燃易爆危险，且反应产物中等收率。

武汉大学雷爱文教授报道了一种电催化2-萘基异硫氰酸酯与脂肪族仲胺反应合成N,N-二取代萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的方法(Green Chem.,2017,19, 2092–2095)，但是该方法需要使用大量的无机盐电解质和繁琐的氮气保护条件，如下反应(b)。

发明内容

针对现有技术合成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的方法存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺在紫光照下一锅反应合成N- 烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的方法，该方法具有条件温和、操作简便、绿色环保、原料易得、底物官能团兼容性优异、反应收率高等优点。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d] 噻唑-2-胺的合成方法，该方法是在含氧气氛及375～380nm紫光照射条件下，2- 萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺一锅反应，生成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物；所述烷基伯胺具有式1结构：

R-NH₂

式1

其中，

R为C₁～C₁₀的烷烃基。

作为一个优选的方案，所述烷烃基包括C₁～C₁₀的直链烷烃基、C₃～C₁₀的带支链的烷烃基或C₃～C₁₀的环烷烃基。

本发明的烷基伯胺中，烷烃基为常见的烷烃基取代基，如C₁～C₁₀的直链烷烃基，具体如甲基、乙基、丙基、辛基等等，在碳原子数在3以上的烷烃基还包括同分异构体，如带支链的烷基，具体如异丁基、异丙基等；在碳原子数在3以上的烷烃基还包括环烷基，如环丙基、环己基等。

作为一个优选的方案，所述紫光由8～12W的LED紫灯光源提供。最优选为 10W的LED紫灯光源。

作为一个优选的方案，所述反应采用乙酸乙酯、乙醇、甲苯、四氢呋喃中至少一种作为反应介质。最优选的反应介质为乙酸乙酯。

作为一个优选的方案，2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺的反应摩尔比为1:1～1.5。

作为一个优选的方案，所述反应的温度为室温，反应时间为8～18小时。

本发明由2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺进行串联加成环化反应的路线如下：

本发明的2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺原料先在特殊波长的紫光照射下可进行串联加成环化反应获得N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物，而发明人通过紫外-可见光吸收实验证实N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物对375～380nm波段的可见光具有较好吸收作用表现出光敏性(如图1所示)，随着反应体系中N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物的增加，反过来催化加成环化反应的进行，从而提高反应效率。

本发明还提出了合理的反应机理，以2-萘基异硫氰酸酯与丙胺的反应为例进行具体说明。2-萘基异硫氰酸酯与丙胺在氧气条件下发生亲核加成反应生成硫脲中间体4，中间体4在氧气条件下缓慢反应生成微量的N-丙基萘并[2,1-d]噻唑-2- 胺化合物3。而N-丙基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物3作为光敏剂催化反应的进行，在375～380nm的光照作用下，基态化合物3被激发转化成高活性的激发态化合物3，三线态的氧分子与激发态化合物3通过能量转移作用(ET)，生成高活性的单线态氧分子；硫脲中间体4与单线态氧分子作用得到硫中心硫脲自由基(IM1) 和过氧化氢自由基；自由基(IM1)发生分子内环化反应等到自由基(IM2)，自由基 IM2在过氧化氢自由基氧化作用下发生脱氢芳构化得到目标N-丙基萘并[2,1-d] 噻唑-2-胺(3)和双氧水。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明采用氧气作为氧化剂，安全，廉价易得，氧气的最终还原产物为无害的过氧化氢；

2)本发明使用功率10W左右，波长375～380nm的LED作为光源，安全节能，廉价易得；

3)本发明不使用过渡金属催化剂以及无机、有机氧化剂，反应选择性高，产物易分离提纯，收率高。

附图说明

图1为N-正丙基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物的光敏性测试结果；

使用SHIMADZU UV-2600紫外可见分光光度计，分别在1cm直径的石英比色皿中测试N-正丙基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物在乙酸乙酯中的UV/Vis吸收光谱(浓度为0.002mmol/mL)。

具体实施方式

以下具体实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

对照实施例：

以下对照实验组1～12均按以下反应方程式反应：

具体操作步骤为：在5mL石英反应管中，依次加2-萘基异硫氰酸酯(0.2mmol)、正丙胺(0.25mmol)以及溶剂(1mL)，所得混合液至于氧气气氛中，在光照射下搅拌反应。薄层层析板跟踪反应进程，反应结束后，冷却至室温，核磁粗谱分析产率。

a:氮气保护条件下。

上表中实验组1～4考察了不同波长的可见光对2-萘基异硫氰酸酯和丙胺的串联反应的影响，从实验数据可以看出，该反应对于370～390nm波长的紫光照射下2-萘基异硫氰酸酯和丙胺都能顺利进行反应，但是该反应对光波长较为敏感，只有使用375～380nm波长的紫光照射下，能得到理想的产物收率。

上表中实验组3、5～8考察了反应介质对2-萘基异硫氰酸酯和丙胺的串联反应的影响，通过实验表明乙酸乙酯、乙醇、四氢呋喃、甲苯等能使反应顺利进行，而乙酸乙酯是该反应的最佳反应介质。

上表中实验组3、9～10考察了光照功率对2-萘基异硫氰酸酯和丙胺的串联反应的影响，通过实验表明10W照射功率是该反应的最佳光源功率。

上表中实验组11考察了光照对2-萘基异硫氰酸酯和丙胺的串联反应的影响，通过实验表明无光照条件下反应不能发生。

上表中实验组12考察了氧气对2-萘基异硫氰酸酯和丙胺的串联反应的影响，通过实验表明无氧气条件下反应不能发生。

实施例1～4

以下实施例1～4均按以下反应方程式反应，主要是考察不同底物在最优条件反应的收率情况：

具体操作步骤为：在5mL石英反应管中，依次加2-萘基异硫氰酸酯(0.3mmol)、脂肪伯胺(0.75mmol)以及EtOAc(1.5mL)，所得混合液至于氧气气氛中，光源功率10W的375–380nm波长的可见光照射。薄层层析板跟踪反应进程，一般反应时间为14小时。反应结束后，加入10ml水，再用5mL乙酸乙酯萃取三次，旋转蒸发器浓缩萃取液，用石油醚/乙酸乙酯作为洗脱剂，采用硅胶进行柱色谱纯化。

实施例1

化合物A，N-propylnaphtho[2,1-d]thiazol-2-amine

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.77(t,J＝8.7Hz,1H),7.67–7.50(m,3H),7.38 (dd,J＝15.4,8.4Hz,1H),7.26(dd,J＝15.4,8.4Hz,1H),6.40(s,1H),3.30(dd,J＝ 9.4,7.1Hz,2H),1.72–1.56(m,2H),0.98–0.86(m,3H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ168.5,150.0,129.4,128.9,128.2,126.66,126.64,124.5,123.8,123.7,119.1,47.6,22.7,11.4.

实施例2

化合物B，N-isopropylnaphtho[2,1-d]thiazol-2-amine

¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.06(d,J＝7.4Hz,1H),7.91(d,J＝8.1Hz, 1H),7.76(d,J＝8.7Hz,1H),7.69(d,J＝8.1Hz,1H),7.62(d,J＝8.7Hz,1H),7.50 (t,J＝7.5Hz,1H),7.37(t,J＝7.5Hz,1H),4.06–4.00(m,1H),1.25(d,J＝6.4Hz, 6H)；

¹³C NMR(100MHz,DMSO-d₆)δ166.3,150.8,129.2,129.2,128.0,127.2, 126.5,124.2,124.1,119.5,46.5,22.7.

实施例3

化合物C，N-octylnaphtho[2,1-d]thiazol-2-amine

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.75(d,J＝8.1Hz,1H),7.66–7.52(m,3H), 7.37(t,J＝7.5Hz,1H),7.26(t,J＝7.5Hz,1H),6.69(s,1H),3.29(t,J＝7.2Hz,2H), 1.58(m,2H),1.26(q,J＝7.3Hz,2H),1.20–0.99(m,8H),0.75(t,J＝6.8Hz,3H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ168.8,150.2,129.4,128.9,128.2,126.6,126.6,124.5,123.8,123.7,119.2,46.2,31.8,29.5,29.2,29.2,27.0,22.6,14.1；

HRMS(ESI)calcd for C₁₉H₂₅N₂S[M+H]⁺:313.1738,found:313.1730.

实施例4

化合物D，N-cyclohexylnaphtho[2,1-d]thiazol-2-amine

¹H NMR(400MHz,DMSO-d₆)δ8.11(d,J＝7.5Hz,1H),7.92(d,J＝8.2Hz, 1H),7.76(d,J＝8.7Hz,1H),7.68(d,J＝8.2Hz,1H),7.61(d,J＝8.7Hz,1H),7.51 (t,J＝7.6Hz,1H),7.36(t,J＝7.5Hz,1H),3.85–3.59(m,2H),2.01(d,J＝10.9Hz, 2H),1.80–1.69(m,2H),1.63–1.54(m,1H),1.32(q,J＝13.3,12.7Hz,4H)；

¹³C NMR(100MHz,DMSO-d₆)δ166.1,150.8,129.2,129.2,128.0,127.2, 126.5,124.1,124.0,124.0,119.5,53.5,32.8,25.7,24.9。

Claims

1.一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：在含氧气氛及375～380nm紫光照射条件下，2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺一锅反应，生成N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺化合物；

所述烷基伯胺具有式1结构：

R-NH₂

式1

其中，

R为C₁～C₁₀的烷烃基。

2.根据权利要求1所述的一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：所述烷烃基为C₁～C₁₀的直链烷烃基、C₃～C₁₀的带支链的烷烃基或C₃～C₁₀的环烷烃基。

3.根据权利要求1所述的一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：所述紫光由8～12W的LED紫灯光源提供。

4.根据权利要求1所述的一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：所述反应采用乙酸乙酯、乙醇、甲苯、四氢呋喃中至少一种作为反应介质。

5.根据权利要求1所述的一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：2-萘基异硫氰酸酯与烷基伯胺的反应摩尔比为1:1～1.5。

6.根据权利要求1所述的一种可见光促进N-烷基萘并[2,1-d]噻唑-2-胺的合成方法，其特征在于：所述反应的温度为室温，反应时间为8～18小时。