CN112266365A - 一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法 - Google Patents

一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，属于有机合成技术领域。本发明方法包括如下步骤：将苯胺类底物、吩噁嗪/吩噻嗪类底物、氧化剂和溶剂混合后，在空气氛围下反应，得到4‑吩噁嗪/吩噻嗪取代的苯胺类化合物。本发明利用廉价氧化剂氧化苯胺类化合物中的C(sp 2)‑H键和吩噻嗪中裸露地N‑H键来进行脱氢C(sp 2)‑H/N‑H交叉偶联，成功地在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团，并且突破了底物限制，能够实现三苯胺类底物和吩噻嗪之间的氧化交叉偶联。本发明方法反应一步即可完成，反应条件温和，原子利用率高，在有机光电材料合成方面具有潜在的应用价值。

Description

一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法。
背景技术
芳香化合物的直接胺化在有机合成中具有很重要的合成意义，因为C(sp2)-N键在很多天然产物、药物分子以及功能材料中广泛的存在。过渡金属催化的碳卤键或者碳硼键的胺化反应经过多年的发展，已经成为了比较有效的构建C(sp2)-N键的方法(J.F.Hartwiget al.Acc.Chem.Res.2008,41,1534；P.C.McGowan et al.Chem.Soc.Rev.2014,43,3525.)。近几年来，利用氧化偶联的策略，直接实现C(sp2)-H/N-H之间的脱氢交叉偶联反应受到关注。因为这种方式无需预官能团化，更加直接而且具有更好地原子经济性。
三芳胺类化合物在有机光电材料中是一种重要的功能材料前体，其在有机发光二极管材料(M.-X.Yu et al.Adv.Funct.Mater.2007,17,369–378)、有机电致变色材料(DongZhili et al.Adv.Eng.Mater.2020,2000082)的构建中是一类重要的骨架分子，并且这两者是OLED屏幕、电致变色玻璃生产中的重要原料。常见的构建三芳胺骨架方法主要有两种。第一种是以卤代芳烃和二芳基胺为原料，经由Buchwald-Hartwig反应得到三芳胺，但是该过程需要先将芳烃卤代，且反应中需要加入铜和贵金属钯作为催化剂，并且再额外加入配体和碱。第二种是直接以三芳胺为原料，卤代之后，再利用交叉偶联反应引入各种官能团。
发明内容
本发明的目的在于提供一种简单、便捷、高效地在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法。本发明方法反应条件温和，且能够得到较高的产率，并且克服了现有合成方法中的底物限制，能够实现三苯胺底物和吩噻嗪之间的直接氧化偶联。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，包括如下步骤：将苯胺类底物、吩噁嗪/吩噻嗪类底物、氧化剂和溶剂混合后，在空气氛围下反应，得到4-吩噁嗪/吩噻嗪取代的苯胺类化合物，反应方程式如下：
Figure BDA0002781361620000021
其中：X为氧或硫；R1、R2为氢、烷基、苯基或取代苯基；R3、R4为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、卤素、硝基、烷酰基、羟基、酯基或酰胺；R5为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、卤素、烷巯基或烷酰基。进一步地，X为氧或硫；R1、R2为甲基、乙基、环己基、异丙基、苯基、对甲基苯基或对甲氧基苯基；R3、R4为氢、甲基、溴或碘；R5为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、氯或乙酰基。
进一步地，所述的氧化剂包括过硫酸盐、过氧化物、苯醌类氧化剂、高价金属盐等。更进一步地，所述的过硫酸盐为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸氢钾。
进一步地，所述的溶剂为极性溶剂或极性溶剂和非极性溶剂组成的混合溶剂。更进一步地，所述的溶剂为乙腈、甲醇或乙腈和水组成的混合溶剂。
进一步地，所述的方法中，苯胺底物、吩噁嗪/吩噻嗪与氧化剂的摩尔比为1:(1～2):(1.5～2)。
进一步地，所述的方法中，反应温度为25℃，反应时间为1h。对于不同的底物，有些底物需要调节温度或者调整反应时间来得到比较好的收率。
本发明利用廉价易得的氧化剂，简单高效实现了在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团，成功合成了4-吩噁嗪/吩噻嗪取代的苯胺类化合物。本发明具有如下优点和有益效果：
(1)本发明方法反应一步即可完成，条件温和，避免了使用多步反应的过程，所用氧化剂具有廉价易得、环境友好优势。
(2)比较之前的方法(Aiwen Lei et al.Nat Commun 2019,10,639)，本发明反应条件更简单，无需复杂的电化学合成装置。
(3)本发明利用廉价氧化剂氧化苯胺类化合物中的C(sp 2)-H键和吩噻嗪中裸露地N-H键来进行脱氢C(sp 2)-H/N-H交叉偶联，成功地在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团，并且突破了之前文献中底物限制，能够实现三苯胺类底物和吩噻嗪之间的氧化交叉偶联，这种构建C-N键的方法，原子利用率高，在有机光电材料合成方面具有潜在的应用价值。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本发明的保护范围仅限于以下实例，凡基于本发明上述内容实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1
Figure BDA0002781361620000031
在空气氛围下，将0.2mmol N,N-二甲基苯胺1a、0.3mmol吩噁嗪2a、0.4mmol过硫酸钾和3mL乙腈依次加入Schlenk反应管中，在磁力搅拌器上室温搅拌一小时。反应结束后，过滤，并用乙酸乙酯冲洗滤渣三次，旋干得到粗产品。粗产品通过柱层析法(石油醚/乙酸乙酯＝50/1，V/V)分离得到目标产物3a(55.7mg，92％)。1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.22–7.15(m,2H),6.93–6.88(m,2H),6.71–6.58(m,6H),6.05–5.98(m,2H),3.09–3.04(m,6H).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ150.12,144.04,135.20,131.12,127.01,123.22,120.80,115.15,114.04,113.28,40.57.
实施例2
采用实施例1中条件，将溶剂乙腈替换为甲醇，以83％的产率得到目标产物3a。
采用实施例1中条件，将吩噁嗪2a的用量改为0.2mmol，以76％的产率得到目标产物3a。
采用实施例1中条件，分别使用过硫酸铵、过硫酸钠或者过硫酸氢钾作为氧化剂，得到产物3a的产率分别为78％、89％和71％；使用其他氧化剂，如过氧化叔丁基、苯醌或醋酸铜，产率为65％、20％、30％。
实施例3
Figure BDA0002781361620000032
在空气氛围下，将0.2mmol N,N-二甲基苯胺1a、0.3mmol吩噻嗪2b、0.4mmol过硫酸钾和3mL乙腈依次加入Schlenk反应管中，在磁力搅拌器上室温搅拌一小时。反应结束后，过滤，并用乙酸乙酯冲洗滤渣三次，旋干得到粗产品。粗产品通过柱层析法(石油醚/乙酸乙酯＝50/1)分离得到目标产物3b(40.2mg，63％)。1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.21(d,J＝8.9Hz,2H),6.96(d,J＝7.4Hz,2H),6.87(d,J＝8.9Hz,2H),6.82(t,J＝7.7Hz,2H),6.75(t,J＝7.3Hz,2H),6.24(d,J＝8.2Hz,2H),3.03(s,6H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ150.07,145.13,131.71,129.13,126.91,126.59,122.09,119.49,115.77,113.80,40.67.
实施例4
Figure BDA0002781361620000041
在空气氛围下，将0.2mmol N,N-二甲基苯胺1a、0.3mmol 2-氰基吩噻嗪2c、0.4mmol过硫酸钾和3mL乙腈依次加入Schlenk反应管中，在磁力搅拌器上室温搅拌一小时。反应结束后，过滤，并用乙酸乙酯冲洗滤渣三次，旋干得到粗产品。粗产品通过柱层析法(石油醚/乙酸乙酯＝50/1)分离得到目标产物3c(38.3mg，54％)。1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.14(d,J＝8.9Hz,2H),7.00–6.76(m,7H),6.34(s,1H),6.22(d,J＝8.0Hz,1H),3.07(s,6H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ150.45,145.63,143.84,131.11,127.57,126.77,126.68,126.55,125.43,122.96,119.28,117.89,117.78,116.24,114.14,110.13,40.59.
实施例5
Figure BDA0002781361620000042
在空气氛围下，将0.2mmol 4,4’-二甲基三苯胺2a、0.3mmol 2-氰基吩噻嗪2c、0.4mmol过硫酸钾和3mL乙腈依次加入Schlenk反应管中，在磁力搅拌器上室温搅拌24h。反应结束后，过滤，并用乙酸乙酯冲洗滤渣三次，旋干得到粗产品。粗产品通过柱层析法(石油醚/乙酸乙酯＝50/1)分离得到目标产物3d(50.1mg，51％)。1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.14(s,10H),7.09–7.04(m,2H),7.01–6.94(m,2H),6.92–6.85(m,2H),6.80(m,1H),6.43(d,J＝1.4Hz,1H),6.28–6.22(m,1H),2.34(s,6H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ148.81,145.18,144.55,143.50,133.94,131.11,131.06,130.33,127.59,126.94,126.88,126.65,125.86,125.66,123.14,122.17,119.25,118.10,117.73,116.23,110.14,21.04.
实施例6
采用实施例1中条件，仅改变苯胺类底物，反应结果如下：
Figure BDA0002781361620000051
实施例7
采用实施例3中条件，仅改变吩噻嗪类底物，反应结果如下：
Figure BDA0002781361620000052
实施例8
采用实施例5中条件，改变吩噻嗪类底物或三苯胺底物，反应结果如下：
Figure BDA0002781361620000053
需要说明的是，在上述所有实施例中，吩噁嗪/吩噻嗪原料均能反应完全，收率的差异在于反应过程中还存在一定量其它副产物。
以上实施例描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明原理的范围下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进均落入本发明保护的范围内。

Claims (8)

1.一种在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：包括如下步骤：将苯胺类底物、吩噁嗪/吩噻嗪类底物、氧化剂和溶剂混合后，在空气氛围下反应，得到4-吩噁嗪/吩噻嗪取代的苯胺类化合物；
所述的苯胺类底物、吩噁嗪/吩噻嗪类底物的结构式分别为：
Figure FDA0002781361610000011
Figure FDA0002781361610000012
其中：X为氧或硫；R1、R2为氢、烷基、苯基或取代苯基；R3、R4为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、卤素、硝基、烷酰基、羟基、酯基或酰胺；R5为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、卤素、烷巯基或烷酰基。
2.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：X为氧或硫；R1、R2为甲基、乙基、环己基、异丙基、苯基、对甲基苯基或对甲氧基苯基；R3、R4为氢、甲基、溴或碘；R5为氢、烷基、烷氧基、腈基、三氟甲基、氯或乙酰基。
3.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：所述的氧化剂包括过硫酸盐、过氧化物、苯醌类氧化剂、高价金属盐。
4.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：所述的氧化剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵或过硫酸氢钾。
5.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：所述的溶剂为极性溶剂或极性溶剂和非极性溶剂的混合溶剂。
6.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：所述的溶剂为乙腈、甲醇或乙腈和水的混合溶剂。
7.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：苯胺底物、吩噁嗪/吩噻嗪与过硫酸盐的摩尔比为1:1～2:1.5～2。
8.根据权利要求1所述的在苯胺衍生物对位引入吩噁嗪/吩噻嗪官能团的方法，其特征在于：反应温度为室温。
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