CN112110820A - 用于产生高价碘化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于产生高价碘化合物的方法,与现有技术相比,所述方法更有效,在减少反应时间的同时提高了产率,并且更适合工业化应用。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于产生高价碘化合物的方法。
背景技术
氧化物是可作为催化剂或试剂用于合成药物和精细化学品的一类化合物。这种氧化物通常包括重金属,例如铅、铊和汞的氧化物。这些重金属氧化物具有剧毒、难处理、对环境影响大的问题。为了避免这些问题,近年来,人们对作为取代重金属化合物的氧化剂的高价碘化合物进行了研究(参见Musher,J.I.,The Chemistry of HypervalentMolecules.Angew.Chem.Int.Ed.8(1969):54–68.)。
高价碘化合物具有强氧化性,氧化后被还原为氧化态(-1)的碘化合物。这些高价碘化合物比重金属氧化物的毒性小,但表现出与重金属氧化物相同的强氧化特性。因此,近来高价碘化合物作为清洁的氧化物引起了人们的关注,其代替了重金属氧化物,对环境的负担已经减轻。
JP2001-354617A公开了一种制造碘苯二乙酸酯(一种高价碘化合物)的方法,该方法包括使含有过氧乙酸、过氧化氢、乙酸、硫酸和水的过氧乙酸溶液与碘苯反应。JP2003-238496A公开了一种方法,其中通过使过氧乙酸与过氧化氢的摩尔比在所需范围内而制备的过氧乙酸溶液与碘苯反应从而形成二乙酸酯化合物。JP2008105962A公开了通过在硫酸和1,2-二氯乙烷的存在下,使苯、碘、过硫酸钾与乙酸反应一步法制备二乙酰氧基碘苯。所有这些方法都使用过氧化物(过氧乙酸等),很难处理。另外,产率和反应时间不利于工业化应用。
因此,对产生高价碘化合物的新方法仍有很强的需求。
发明内容
本发明提供了用于产生式(I)的高价碘化合物的新方法,所述方法包括在催化剂的存在下使式(II)化合物与式(III)化合物和双氧反应以提供所述式(I)化合物,
其中R是选自由H、-NO2、OH、低级烷基、低级烷氧基和卤素组成的组的一个或多个取代基,任选地被一个或多个小取代基取代;R’是低级烷基、芳基或杂芳基,任选地被一个或多个小取代基取代。
与现有技术相比,本发明的方法更有效,在减少反应时间的同时提高了产率,并且更适合工业化应用。
具体实施方式
在本发明中,使用的术语“低级烷基”是指C1-C10烷基,即,包含1至10个碳原子的支链或非支链的、环状或非环的、饱和烃。优选地,“低级烷基”是C1-C6烷基,包括但不限于甲基、乙基、丙基、异丙基、环丙基、丁基、异丁基、叔丁基、环丁基、戊基、异戊基、叔戊基、环戊基、己基、异己基、叔己基、环己基、辛基、异辛基、叔辛基、环辛基、壬基、异壬基、叔壬基、环壬基、癸基、异癸基、叔癸基、环癸基。更优选地,“低级烷基”是甲基或乙基。
在本发明中,使用的术语“低级烷氧基”是指由(低级烷基)-O-表示的结构,其中所述低级烷基如上定义。
在本发明中,使用的术语“芳基”是指芳香烃,例如苯基、苄基、二甲苯基、萘基和蒽基。
在本发明中,术语“碳环基(carbocyclyl)”是指饱和的或部分饱和的单环或稠合的双环或三环基团,其中环系统的环原子全部为碳,并且其中每个环片段包含3至12个碳原子环成员。“碳环基”包括与碳环系统稠合的苯并基。一组碳环基具有5至7个碳原子。碳环基的实例包括但不限于环丙基、环丁基、环戊基、环己基和环庚基、四氢萘基、吲哚基、八氢萘基、2,3-二氢-1H-吲哚基和金刚烷基。
在本发明中,术语“杂环基”或“杂环”各自是指至少含有一个杂原子作为环成员的饱和的、部分不饱和的或完全不饱和的单环、双环或三环杂环基团,其中每个所述杂原子可独立地选自氮、氧和硫组成的组。另外,杂环基的碳原子中的1、2或3个可任选地被氧化(例如,给出氧基或=O)。一组杂环基具有1至4个碳原子作为环成员。另一组杂环基具有1至2个杂原子作为环成员。一组杂环基在每个环中具有3至8个环成员。又一组杂环基在每个环中具有3至7个环成员。另一组杂环基在每个环中具有5至6个环成员。“杂环基”意在包括与碳环基或苯并基环系统稠合的杂环基基团。杂环基的实例包括但不限于吡咯烷基、四氢呋喃基、二氢呋喃基、四氢噻吩基、四氢吡喃基、二氢吡喃基、四氢硫代吡喃基、哌啶基、吗啉基、硫代吗啉基、噻噁烷基(thioxanyl)、哌嗪基、高哌嗪基、氮杂环丁烷基、氧杂环庚烷基、硫杂环丁烷基(thietanyl)、高哌啶基、氧杂环庚烷基(oxepanyl)、硫杂环庚烷基(thiepanyl)、氧氮杂卓(oxazepinyl)、二氮杂卓(diazepinyl)、硫氮杂卓(thiazepinyl)、2-吡咯啉基、3-吡咯啉基,吲哚基、2H-吡喃基、4H-吡喃基、二氧杂环己烷基(二恶烷基,dioxanyl)、1,3-二氧戊环基、吡唑啉基、二噻烷基、二硫杂环戊烷基(dithiolanyl)、二氢吡喃基、二氢噻吩基、吡唑烷基咪唑啉基和咪唑烷基。
在本发明中,术语“杂芳基”是指3至7元不饱和的单环,或稠合单环、双环或三环系统,其中环具有芳香性,且其中至少一个环包含选自O、S和N组成的组中的至少一个原子。一组杂芳基具有5至7个碳原子。作为杂环基的杂芳基的实例包括但不限于吡啶基、咪唑基、咪唑吡啶基、嘧啶基、吡唑基、三唑基、吡嗪基、四唑基、呋喃基、噻吩基、异噁唑基、噻唑基、噁二唑基、噁唑基、异噻唑基、吡咯基、喹啉基、异喹啉基、吲哚基、苯并咪唑基、苯并呋喃基、噌啉基、吲唑基(indazolyl)、吲哚嗪基(indolizinyl)、酞嗪基(phthalazinyl)、哒嗪基、三嗪基、异吲哚基、蝶啶基、嘌呤基、噁二唑基、噻二唑基、二氮唑基(furazanyl)、苯并基二氮唑基、苯并基噻吩基、苯并基噻唑基、苯并基噁唑基、喹唑啉基、喹喔啉基、萘嘧啶基和糠吡啶基(furopyridinyl)。
在本发明中,使用的术语“卤族”或“卤素”是指包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)和碘(I)的一组元素,优选地,是指Cl或Br,和/或类卤化物,例如氰基(-CN)、叠氮化物(-N3)、氰酸酯(-OCN)、异氰酸酯(-NCO)、雷酸盐(-CNO)、硫氰酸盐(-SCN)、异硫氰酸盐(-NCS)、硒氰酸盐(-SeCN)。
在本发明中,使用的术语“小取代基”是指低级烷基、低级烷氧基、低级烷基酯基团、羟基(OH)、卤素、氨基(NH2)和/或硝基(NO2)。
本发明提供了用于产生式(I)化合物的方法,所述方法包括在催化剂的存在下使式(II)化合物与式(III)化合物和双氧反应以提供所述式(I)化合物,
其中R是选自由H、-NO2、OH、低级烷基、低级烷氧基和卤素组成的组的一个或多个取代基,任选地被一个或多个小取代基取代;R’是低级烷基、芳基或杂芳基,任选地被一个或多个小取代基取代。
优选地,R是H、-NO2、OH、甲基、乙基、甲氧基、乙氧基、F、Br或三氟甲基(-CF3)。优选地,R’是甲基、乙基、丙基、丁基、苯基、苄基或呋喃基。
在本发明的方法中,催化剂可以是任何适宜的有机催化剂。适宜的有机催化剂可以是N-O催化剂,例如由下式(IV)表示的那些:
其中R1和R2独立地为低级烷基、低级烷氧基或芳基,或与它们所附接的碳原子和所述式的所述氮原子一起形成芳基、杂环基或碳环基,任选地被一个或多个小取代基取代。
优选地,R1和R2独立地为苯基,或与它们所附接的碳原子和式(IV)的所述氮原子一起形成吡咯烷基、吡咯基(例如2,5-二氢-1H-吡咯基)、哌啶基、三嗪基(例如1,3,5-三嗪基)、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、吲哚基、异吲哚基(例如八氢-1H-异吲哚基和六氢-1H-异吲哚基)、吡啶基、吡嗪基、喹啉基、异喹啉基(例如十氢异喹啉基和1,2,3,4-四氢异喹啉基)、苯并基、或萘基、由以上基团形成的稠环。
优选地,本发明中的N-O催化剂可由以下式(V)或(VI)表示,
其中R3、R4和R5可独立地为H、低级烷基、低级烷氧基、芳基、羟基、NO2或卤素,或与它们所附接的原子一起形成芳基、杂环基或碳环基,任选地被一个或多个小取代基取代;并且n可以为0或1。
优选地,R3、R4和R5独立地为H,或与它们所附接的原子一起形成环己基、环己烯基、苯基、吡嗪基、吡啶基、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、吲哚基、异吲哚基、萘基,任选地被一个或多个小取代基取代。
本发明中的N-O催化剂的实例包括但不限于下列化合物(a)至(r):
优选地,本发明中的N-O催化剂选自由1-羟基吡咯烷-2,5-二酮(NHSI,化合物(a))、1-羟基-1H-吡咯-2,5-二酮(NHMI,化合物(b))、1,3,5-三羟基-1,3,4-三嗪烷-2,4,6-三酮(1,3,5-trihydroxy-1,3,4-triazinane-2,4,6-trione,THICA,化合物(d))、2-羟基六氢-1H-异吲哚-1,3(2H)-二酮(NHHPI,化合物(e))、2-羟基异吲哚啉-1,3-二酮(NHPI,化合物(g))、2-羟基-1,3-二氧代异吲哚啉-5-羧酸乙酯(5-酯-NHPI,化合物(h))、2-羟基-5-甲基异吲哚啉-1,3-二酮(5-Me-NHPI,化合物(i))、5-氯-2-羟基异吲哚啉-1,3-二酮(5-Cl-NHPI,化合物(j))、6-羟基-5H-吡咯并[3,4-b]吡啶-5,7(6H)-二酮(NHPDI,化合物(I))、2-羟基异喹啉-1,3(2H,4H)-二酮(HIQD,化合物(o))、2-羟基-1H-苯并基[de]异喹啉-1,3(2H)-二酮(NHNPI,化合物(p))、2-羟基-1H-苯并基[f]异吲哚-1,3(2H)-二酮(HBID,化合物(q))、2,6-二羟基吡咯并[3,4-f]异吲哚-1,3,5,7(2H,6H)-四酮(DHPI,化合物(r))以及它们的组合组成的组。
在本发明的方法中,催化剂也可以是任何适宜的无机催化剂。适宜的无机催化剂可以是由金属阳离子,例如锰(Mn)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铈(Ce)或钴(Co)阳离子,与阴离子,例如乙酸根(OAc)离子、卤离子或乙酰乙酸根(Acac)离子形成的金属复合物。金属复合物的实例包括但不限于卤化钴(CoCl2)、乙酸钴(Co(OAc)2)、乙酰乙酸钴(Co(Acac)2)、乙酸锰(Mn(OAc)2)、乙酸铜(Cu(OAc)2)、乙酸镍(Ni(OAc)2)、乙酰乙酸镍(Ni(acac)2)、乙酸铁(Fe(OAc)3)以及它们的水合物,以及它们的组合。优选地,金属复合物是Co(OAc)2·4H2O、CoCl2·6H2O、Cu(OAc)2·H2O、Mn(OAc)2·4H2O或Co(Acac)2。更优选地,金属复合物是Co(OAc)2·4H2O。
在本发明的方法中,如上所述的有机催化剂(例如N-O催化剂)和无机催化剂(例如如上所述的金属复合物)均工作良好。优选地,本发明的方法使用如上所述的有机催化剂,例如N-O催化剂,因为它避免了不利于环境且不适合工业生产的金属盐。
惊人地,本发明的发明人发现催化剂的组合可以进一步提高本发明的方法的效率,缩短反应时间,提高本发明的方法的收率和转化率。
因此,更优选地,本发明的方法的催化剂是如上所述的有机催化剂(例如N-O催化剂)和如上所述的无机催化剂(例如金属复合物)的组合。作为一个实例,本发明的催化剂是NHPI或THICA与任何如上定义的金属复合物的组合,或任何如上定义的N-O催化剂与Co(OAc)2·4H2O的组合。进一步优选地,本发明的方法的催化剂是NHPI或THICA与Co(OAc)2·4H2O或CoCl2·6H2O的组合。最优选地,本发明的方法的催化剂是NHPI或THICA与Co(OAc)2·4H2O的组合。
在本发明的方法中,基于式(II)化合物的量,催化剂以0.1mol%至10mol%,优选地0.5mol%至5mol%,例如0.6mol%、0.7mol%、0.8mol%、0.9mol%、1.0mol%、2.0mol%、3.0mol%和4.0mol%的量使用。
当催化剂是N-O催化剂与金属复合物的组合时,在本发明的方法的反应中N-O催化剂与金属复合物的摩尔比为10:1至1:10,优选地5:1至1:5,更优选地2:1至1:2。
在本发明的方法中,双氧是纯的双氧或作为与至少一种其他气体(例如氮气)的混合物的形式。优选地,双氧是含有双氧的气体,例如空气。与式(II)化合物的量相比,在反应中优选过量投加双氧。
在本发明的方法中,相对于1摩尔的式(II)化合物,式(III)化合物的添加量可以为5摩尔至20摩尔,优选地8摩尔至15摩尔,例如,9摩尔、10摩尔、12摩尔和14摩尔。
在本发明的方法中,反应优选在溶剂中进行。在本发明中可以使用任何适合于该方法的溶剂。溶剂的实例包括但不限于乙酸、甲酸、1,2-二氯乙烷、乙腈和氯仿。相对于1摩尔的式(II)化合物,溶剂的用量可以为1L至10L,优选地2L至8L,例如3L、4L、5L、6L和7L。
反应可以在10℃至50℃,优选地20℃至30℃,更优选地在室温下进行。所获得的式(I)化合物可通过任何已知过程(例如浓缩、结晶或色谱法)容易地分离和纯化。
通过本发明的方法,反应时间明显缩短,并以较高的产率制得式(I)化合物。当根据本发明使用催化剂组合时,这些优点更加明显。
下面的实施例将进一步说明本发明。
实施例
实施例1
在50-mL的闪烁管中装入乙酸(10ml)、碘苯(408.0mg,2.0mmol,1.0当量),并加入表1中所列的N-O催化剂(20μmol,1mol%)或金属复合物(10μmol,0.5mol%)。将双氧鼓入反应器,并将乙醛(881mg,20mmol)全部加入。在室温下搅拌反应混合物。NMR表明反应完成。用气流干燥混合物,得到所需的产物PhI(OAc)2。数据列在表1中。
表1
实施例2
在20-mL闪烁瓶中装入乙酸(2ml)、碘苯(82.2mg,0.40mmol,1.0当量),并加入表2中所列的N-O催化剂(4.0μmol,1mol%)和金属复合物(2.0μmol,0.5mol%)。将空气鼓入反应器,并将乙醛(178mg,4.04mmol)全部加入。在室温下搅拌反应混合物。NMR表明反应完成。用气流干燥混合物,得到所需的产物PhI(OAc)2。数据列在表2中。
表2
记录 | N-O催化剂 | 金属复合物 | 反应时间 | 产率 |
1 | NHPI | CoCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O | 2小时 | 99% |
2 | NHSI | CoCl<sub>2</sub>·6H<sub>2</sub>O | 3小时 | 75% |
3 | NHPI | Co(Acac)<sub>2</sub> | 3小时 | 99% |
4 | NHPI | Co(OAc)<sub>2</sub>·4H<sub>2</sub>O | 1.5小时 | >99% |
实施例3
在50-mL闪烁瓶中装入乙酸(10ml)、碘苯(408.0mg,2.0mmol,1.0当量),并加入表3中所列的N-O催化剂(20μmol,1mol%)和Co(OAc)2·4H2O(10μmol,0.5mol%)。将空气鼓入反应器,并将乙醛(881mg,20mmol)全部加入。在室温下搅拌反应混合物。NMR表明反应完成。用气流干燥混合物,得到所需的产物PhI(OAc)2。数据列在表3中。
表3
实施例4
在50-mL闪烁瓶中装入丙酸(10ml)、碘苯(408.0mg,2.0mmol,1.0当量),并加入THICA(20μmol,1mol%)和Co(OAc)2·4H2O(10μmol,0.5mol%)。将空气鼓入反应器,并将丙醛(1162mg,20mmol)全部加入。在室温下搅拌反应混合物2.5小时。用气流干燥混合物,得到所需的产物PhI(EtCO2)2(560mg,80.0%)。
实施例5
在50-mL闪烁瓶中装入乙腈(10ml)、碘苯(408.0mg,2.0mmol,1.0当量),并加入NHPI(20μmol,1mol%)和Co(OAc)2·4H2O(10μmol,0.5mol%)。将空气鼓入反应器并将苯甲醛(636.7mg,6mmol,3.0当量)全部加入。反应混合物在室温下搅拌4小时。用气流干燥混合物,得到所需的产物PhI(PhCO2)2(939.8mg,52.9%)。
实施例6
在50-mL闪烁瓶中装入乙酸(10ml)、1-碘-4-甲基苯(436.0mg,2.0mmol,1.0当量),并加入THICA(20μmol,1mol%)和Co(OAc)2·4H2O(10μmol,0.5mol%)。将空气鼓入反应器并将乙醛(881mg,20mmol,10当量)全部加入。反应混合物在室温下搅拌1.5小时。用气流干燥混合物,得到所需的产物(p-Me)PhI(OAc)2(672mg,99.9%)。
Claims (15)
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述催化剂是有机催化剂或无机催化剂,或是有机催化剂与无机催化剂的组合。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述催化剂是有机催化剂与Co(OAc)2·4H2O的组合。
5.根据权利要求4所述的方法,其中R1和R2独立地为苯基,或与它们所附接的碳原子和所述式(IV)的所述氮原子一起形成吡咯烷基、吡咯基(例如2,5-二氢-1H-吡咯基)、哌啶基、三嗪基(例如1,3,5-三嗪基)、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、吲哚基、异吲哚基(例如八氢-1H-异吲哚基和六氢-1H-异吲哚基)、吡啶基、吡嗪基、喹啉基、异喹啉基(例如十氢异喹啉基和1,2,3,4-四氢异喹啉基)、苯并基、或萘基、由以上基团形成的稠环。
7.根据权利要求6所述的方法,其中R3、R4和R5独立地为H,或与它们所附接的原子一起形成环己基、环己烯基、苯基、吡嗪基、吡啶基、二氢吲哚基、异二氢吲哚基、吲哚基、异吲哚基、萘基,任选地被一个或多个小取代基取代。
9.根据权利要求2所述的方法,其中所述无机催化剂是由金属阳离子,例如锰(Mn)、铜(Cu)、镍(Ni)、铁(Fe)、铈(Ce)或钴(Co)阳离子,与阴离子,例如乙酸根(OAc)离子、卤离子或乙酰乙酸根(Acac)离子形成的金属复合物。
10.根据权利要求9所述的方法,其中所述金属复合物是卤化钴(CoCl2)、乙酸钴(Co(OAc)2)、乙酰乙酸钴(Co(Acac)2)、乙酸锰(Mn(OAc)2)、乙酸铜(Cu(OAc)2)、乙酸镍(Ni(OAc)2)、乙酰乙酸镍(Ni(acac)2)、乙酸铁(Fe(OAc)3)和它们的水合物,以及它们的组合。
11.根据权利要求9或10所述的方法,其中所述金属复合物是Co(OAc)2·4H2O、CoCl2·6H2O、Cu(OAc)2·H2O或Mn(OAc)2·4H2O。
12.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述催化剂是2-羟基异吲哚啉-1,3-二酮(NHPI)或1,3,5-三羟基-1,3,4-三嗪烷-2,4,6-三酮(THICA)与Co(OAc)2·4H2O或CoCl2·6H2O的组合。
13.根据权利要求1-12中任一项所述的方法,其中基于所述式(II)化合物的量,所述催化剂以0.1mol%至10mol%,优选0.5mol%至5mol%,例如0.6mol%、0.7mol%、0.8mol%、0.9mol%、1.0mol%、2.0mol%、3.0mol%和4.0mol%的量使用。
14.根据权利要求1-12中任一项所述的方法,其中所述双氧是纯的双氧或作为与至少一种其他气体,优选与空气的混合物的形式。
15.根据权利要求1-12中任一项所述的方法,其中所述反应优选在溶剂中进行,所述溶剂包括但不限于乙酸、甲酸、1,2-二氯乙烷、乙腈和氯仿。
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