CN112250614B - 3-螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种3‑螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法:在保护气氛和有机溶剂中,以3‑吲哚乙醇类化合物作为反应原料,在添加剂和有机碱的作用下于20‑60℃下反应,反应完全后得到了3‑螺三元环吲哚酮类化合物,其中,添加剂选自N‑溴代琥珀酰亚胺或N‑氯代琥珀酰亚胺。本发明的方法无需使用金属催化剂,在NBS或NCS的作用下一步合成3‑螺三元环吲哚酮衍生物,反应条件温和,操作简单安全,收率较高。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域,尤其涉及一种3-螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法。
背景技术
螺环(3,3’-环丙烷)-2-吲哚酮整合了两个重要的药效基团,2-吲哚酮和环丙烷骨架,在药物研发和合成化学研究领域备受关注。该类螺环骨架存在于多种农药和医药分子中,包括抗艾滋病毒药物、肥胖抑制剂、肾上腺素激动剂、抗呼吸道合胞病毒化合物。此外,Carreira等人还证明了螺环[3,3’-环丙烷]吲哚酮是一种多功能的合成子(Angew.Chem.,Int.Ed.1999,111,3379-3381,J.Am.Chem.Soc.2005,127,11505-11515,J.Am.Chem.Soc.2002,124,14826-14827),可以通过亚胺的扩环反应合成螺环[吡咯烷-3,3’-吲哚]环,进而制备天然产物中存在的多种生物碱。
目前,合成螺环(3,3’-环丙烷)-2-吲哚酮的方法存在的一些弊端如下:1)需要先将烷基链引入到底物中,再进行环化反应,该两步合成法很大程度上抑制了此类化合物的高效合成;2)反应底物涉及危险试剂,例如重氮化合物;3)需要使用到钯、银等贵金属盐,经济性差,投入成本高。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明的目的是提供一种3-螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法,本发明的方法无需使用金属催化剂,在NBS或NCS的作用下一步合成3-螺三元环吲哚酮衍生物,反应条件温和,操作简单安全,收率较高。
本发明的目的是提供一种3-螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法,包括以下步骤:
在保护气氛和有机溶剂中,将式(I)或式(III)所示的化合物在添加剂和有机碱的作用下于20-60℃下反应,反应完全后得到式(II)或式(IV)所示的化合物,其中,所述添加剂选自N-溴代琥珀酰亚胺(NBS)或N-氯代琥珀酰亚胺(NCS);
反应路线分别如下,其中,式(I)不包括式(III)所示的情况:
其中,式(I)-(IV)中的R1选自氢、C1-C4烷基或卤素;R2选自氢、C1-C4烷基、苄基或苯基;Ar选自苯基、取代苯基或噻吩基,所述取代苯基上的取代基选自卤素、C1-C4烷氧基和C1-C4烷基中的一种或几种;X选自氯或溴。
进一步地,有机碱选自三乙烯二胺(DABCO)、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)、氢化钠(NaH)和三乙胺(Et3N)中的一种或几种。优选地,有机碱选自Et3N。
进一步地,式(I)或式(III)所示的化合物与添加剂的摩尔比为1:1-3,优选为1:2。
进一步地,有机溶剂为1,2-二氯乙烷、1,2-二氯甲烷、甲苯、1,4-二氧六环、乙酸乙酯和乙腈中的一种或几种。优选地,有机溶剂为乙腈(CH3CN)。
进一步地,R1选自氢、甲基或卤素。
进一步地,R2选自氢、甲基、苄基或苯基。
进一步地,Ar选自苯基、取代苯基或噻吩基;所述取代苯基上的取代基选自卤素、甲氧基或甲基。
进一步地,反应时间为6-15h。优选地,反应时间为8h。
进一步地,保护气氛选自氩气(Ar)、氧气(O2)和空气中的一种或几种。
进一步地,卤素选自氟、氯或溴。
优选地,添加剂为NBS。反应温度优选为25℃。
优选地,式(I)或式(III)所示的化合物选自2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(1),1,1-双(4-氟苯基)-2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(2),1,1-双(4-甲氧基苯基)-2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(3),2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二对甲苯基-1-醇(4),2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二(噻吩-2-基)乙烷-1-醇(5),1,1-二苯基-2-(1-苯基-1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(6),1,1-双(4-氟苯基)-2-(1-苯基-1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(7),2-(1-苯基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二对甲苯基-1-醇(8),2-(1-苄基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(9),2-(1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(10),1,1-双(3-氟苯基)-2-(1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(11),2-(1H-吲哚-3-基)-1,1-二-间甲苯基-1-醇(12),1,1-双(4-氟苯基)-2-(1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(13),2-(1H-吲哚-3-基)-1,1-二对甲苯基-1-醇(14),2-(6-氯-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(15),2-(6-溴-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(16),2-(6-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(17),2-(7-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(18),2-(5-氟-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(19),2-(5-氯-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(20),2-(5-溴-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(21)。以上各编号对应的具体结构式如下:
优选地,式(II)或式(IV)所示的化合物选自5'-溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(22),5'-溴-2,2-双(4-氟苯基)-1'-甲基螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(23),5'-溴-2,2-双(4-甲氧基苯基)-1'-甲基螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(24),5'-溴-1'-甲基-2,2-二对甲苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(25),5'-溴-1'-甲基-2-(噻吩-2-基)-2-(噻吩-3-基)螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(26),1',2,2-三苯基螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(27),2,2-双(4-氟苯基)-1'-苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(28),1'-苯基-2,2-二对甲苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(29),1'-苄基-5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(30),5'-氯-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(31),5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(32),5'-溴-2,2-双(4-氟苯基)螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(33),5'-溴-2,2-二对甲苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(34),5'-溴-2,2-双(3-氟苯基)螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(35),5'-溴-2,2-二-间甲苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(36),5'-溴-6'-氯-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(37),5',6'-二溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(38),5'-溴-6'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(39),5'-溴-7'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(40),7'-溴-5'-氟-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(41),7'-溴-5'-氯-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(42),5',7'-二溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(43)。以上各编号对应的具体结构式如下:
进一步地,以上合成方法中还包括在反应结束后,经柱层析后得到式(II)或式(IV)所示的化合物的步骤。
以其中2-(1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇和N-溴代丁二酰亚胺(NBS)参与的反应为例,本发明的反应原理如下:
由于式(I)不包括式(III)所示的情况,即式(I)所示的化合物在C(5)无取代基团,此时在NBS的作用下,生成溴鎓离子中间体A,接着吲哚侧链的醇羟基亲核进攻吲哚2-位关环的同时吲哚苯环接受体系中Br+的亲电取代,得到中间体B,碱性环境中,中间体B脱掉一分子HBr获得芳构化中间体C。由于双苯基的存在,中间体C这种吲哚啉并呋喃骨架在体系中不稳定,极易发生C-O的断裂,实现氧原子的迁移,最终转化成稳定的式II所示的螺三元环产物;
而当C(5)被取代时,即采用式(III)所示的化合物为原料时,则经历与上述过程类似的反应历程,但是反应过程中,由于C(5)被取代,吲哚苯环接受体系中Br+的亲电取代时,亲电取代位发生在C(7)位,得到中间体E,随后最终得到7-溴代的目标产物IV:
本发明以3-吲哚乙醇类化合物作为反应原料,在添加剂NBS或NCS的作用下,在有机碱存在的碱性环境中,一锅法制备了3-螺三元环吲哚酮类化合物。借由上述方案,本发明至少具有以下优点:
(1)利用一锅法同时实现了含两个重要的药效基团,2-吲哚酮和环丙烷骨架的螺环吲哚酮的制备,与之前的底物预官能化再环化方法相比,经济性和效率性都得到了提升;
(2)本发明的产物3-螺三元环吲哚酮衍生物的分子核心骨架可利用扩环反应合成螺环[吡咯烷-3,3’-吲哚]环,进而可以制备天然产物中存在的多种生物碱,提升了该类化合物在生物活性领域的潜在应用价值;
(3)本发明的产物3-螺三元环吲哚酮衍生物成功以良好的收率实现了克级的反应规模,为将来该类化合物的批量生产及广泛应用提供了良好的应用基础;
(4)本发明提供了一种更为安全,经济,高效的合成方法。
上述说明仅是本发明技术方案的概述,为了能够更清楚了解本发明的技术手段,并可依照说明书的内容予以实施,以下以本发明的较佳实施例并配合详细说明如后。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明,但不用来限制本发明的范围。
本发明中,所涉及的NBS、NCS和NIS的具体结构式如下,其他编号对应的化合物与说明书上文中的一致:
实施例1
5'-溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(22)的合成
称取0.2mmol 2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(1)对应的化合物,0.0654g),0.4mmol的NBS(0.0712g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0669g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ=7.29(d,J=8.0Hz,2H),7.22–7.20(m,2H),7.19–7.16(m,6H),7.11(t,J=8.0Hz,1H),6.66(d,J=8.0Hz,1H),5.59(s,1H),3.15(s,3H),2.58(d,J=4.0Hz,1H),2.29(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为5'-溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为83%。
实施例2
1',2,2-三苯基螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(27)的合成
称取0.2mmol 1,1-二苯基-2-(1-苯基-1H-吲哚-3-基)乙烷-1-醇(编号(6)对应的化合物,0.0778g),0.4mmol的NBS(0.0712g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0519g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ=7.56–7.44(m,6H),7.43–7.35(m,3H),7.32–7.26(m,5H),7.20(d,J=8.0Hz,1H),7.14(d,J=8.0Hz,1H),6.97(d,J=8.0Hz,1H),6.74(t,J=8.0Hz,1H),5.76(d,J=8.0Hz,1H),2.80(d,J=4.0Hz,1H),2.50(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为,1',2,2-三苯基螺环[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为66%。
实施例3
1'-苄基-5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(30)的合成
称取0.2mmol 2-(1-苄基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(9)对应的化合物,0.0806g),0.4mmol的NBS(0.0712g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0692g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ=7.41(d,J=8.0Hz,2H),7.39–7.32(m,5H),7.32–7.30(m,2H),7.29(d,J=4.0Hz,5H),7.25(d,J=8.0Hz,1H),7.21(dd,J=8.0,2.0Hz,1H),6.70(d,J=8.0Hz,1H),5.71(d,J=2.0Hz,1H),5.05(d,J=16.0Hz,1H),4.85(d,J=16.0Hz,1H),2.78(d,J=4.0Hz,1H),2.45(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为1'-苄基-5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为72%。
实施例4
5'-氯-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(31)的合成
称取0.2mmol 2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(1)对应的化合物,0.0654g),0.4mmol的NCS(0.0532g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0421g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ=7.38(d,J=8.0Hz,2H),7.28–7.24(m,4H),7.23(s,1H),7.21–7.20m,2H),7.18(s,1H),6.88(d,J=8.0Hz,1H),6.67(t,J=8.0Hz,1H),5.64(d,J=8.0Hz,1H),3.26(s,3H),2.64(d,J=4.0Hz,1H),2.36(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为5'-氯-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为58%。
实施例5
5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(32)的合成
称取0.2mmol2-(1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(10)对应的化合物,0.0626g),0.4mmol的NBS(0.0712g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0601g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ=9.08(s,1H),7.40(d,J=8.0Hz,2H),7.28–7.24(m,7H),7.19(t,J=8.0Hz,2H),6.55(d,J=8.0Hz,1H),5.63(s,1H),2.65(d,J=4.0Hz,1H),2.40(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为5'-溴-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为77%。
实施例6
5',7'-二溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮(43)的合成
称取0.2mmol 2-(5-溴-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(21)对应的化合物,0.0506g),0.4mmol的NBS(0.0712g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),得到0.0698g反应产物。
对上述反应产物进行表征,结果为:1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ=11.01(s,1H),7.50(s,1H),7.43(d,J=8.0Hz,2H),7.35(s,2H),7.31–7.21(m,5H),7.17(d,J=8.0Hz,1H),5.54(s,1H),2.64(d,J=4.0Hz,1H),2.43(d,J=4.0Hz,1H)ppm;根据表征数据可知,制得的反应产物为5',7'-二溴-1'-甲基-2,2-二苯基螺[环丙烷-1,3'-吲哚]-2'-酮纯品(纯度>95%);对产品产率进行计算,结果为73%。
对比例1
称取0.2mmol 2-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)-1,1-二苯基乙烷-1-醇(编号(1)对应的化合物,0.0654g),0.4mmol的NIS(0.0900g),于25mL的抽换气反应管中,进行三次抽换气,加入2mL的乙腈作溶剂,最后加入三乙胺(55.8微升),室温下搅拌反应8小时;反应结束,反应液依次经过真空浓缩和柱层析分离(柱层析分离条件:固定相为200~300目硅胶粉,流动相为乙酸乙酯(A)和石油醚(B),流动相变化程序(A:B)为1:6),未分离出目标产物,说明采用NIS作为添加剂的产物的产率低下。
综上,本发明提供了一种基于3吲哚乙醇一锅法历经去芳构化五元环化/脱卤化氢芳构化/分子内的氧迁移协同缩环等高效串联过程的反应模式,构建了一系列具有潜在生物活性的螺环吲哚酮骨架衍生物。该反应原料简单易得,条件温和,避免了金属催化剂的使用,底物普适性良好,具有优良的原子经济性。该产物分子核心骨架,可利用扩环反应合成螺环[吡咯烷-3,3’-吲哚]环,进而可以制备天然产物中存在的多种生物碱,提升了该类化合物在生物活性领域的潜在应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,并不用于限制本发明,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和变型,这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种3-螺三元环吲哚酮衍生物的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
在保护气氛和有机溶剂中,将式(I)或式(III)所示的化合物在添加剂和有机碱的作用下于20-60℃下反应,反应完全后得到式(II)或式(IV)所示的化合物,其中,所述添加剂选自N-溴代琥珀酰亚胺或N-氯代琥珀酰亚胺;
反应路线分别如下,其中,式(I)不包括式(III)所示的情况:
其中,式(I)-(II)中的R1选自氢、C1-C4烷基、卤素;R2选自氢、C1-C4烷基、苄基或苯基;Ar选自苯基、取代苯基或噻吩基,所述取代苯基上的取代基选自卤素、C1-C4烷基和C1-C4烷氧基中的一种或几种;X选自氯或溴;
式(III)-(IV)中的R1选自C1-C4烷基、卤素;R2选自氢、C1-C4烷基、苄基或苯基;Ar选自苯基、取代苯基或噻吩基,所述取代苯基上的取代基选自卤素、C1-C4烷基和C1-C4烷氧基中的一种或几种;X选自氯或溴。
2.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述有机碱选自三乙烯二胺、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、氢化钠和三乙胺中的一种或几种。
3.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:式(I)或式(III)所示的化合物与添加剂的摩尔比为1:1-3。
4.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述有机溶剂为1,2-二氯乙烷、1,2-二氯甲烷、甲苯、1,4-二氧六环、乙酸乙酯和乙腈中的一种或几种。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的合成方法,其特征在于:R1选自氢、甲基或卤素。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的合成方法,其特征在于:R2选自氢、甲基、苄基或苯基。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的合成方法,其特征在于:Ar选自苯基、取代苯基或噻吩基;所述取代苯基上的取代基选自卤素、甲氧基或甲基。
8.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:反应时间为6-15h。
9.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述保护气氛选自氩气、氧气和空气中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述卤素选自氟、氯或溴。
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