CN112480034B - 一种新型硒氰基试剂及其制备方法与应用 - Google Patents

一种新型硒氰基试剂及其制备方法与应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种新型硒氰基试剂，其结构如式I所示:

Description

一种新型硒氰基试剂及其制备方法与应用
技术领域
本申请属于有机硒化学技术领域，具体涉及一种新型硒氰基试剂及其制备方法与应用。
背景技术
由于有机硒化合物在医药，农业化学，催化，配体和合成构件等领域的大量应用，因此它们代表了最重要的一类化合物(Tetrahedron,1999,55,7957)。硒氰酸酯(SeCN)基团可在各种生物活性分子和农用化学品中发挥重要作用，并在材料科学中也具有重要的应用(Cancer Ther.2013,12,3；Cancer Prev.Res.,2010,3,975.)。此外，使用硒氰酸酯基团还可以实现多种有用基团的有机转化。在过去十年中，硒氰酸酯化合物的合成都是通过KSeCN与相应底物合成，但是KSeCN由于吸水性强、价格昂贵等缺点，因此开发新型硒氰基试剂受到了极大的关注(J.Am.Chem.Soc.1987,109,6825；J.Am.Chem.Soc.2009,131,12193.)。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种新型硒氰基试剂及其制备方法与应用。
本发明的一个方面在于提供了一种新型硒氰基试剂，其具有如下式I所示的结构：
Figure GDA0004023026260000021
其中，R表示所连接环上的一个或多个取代基，各个R基团彼此独立地选择氢、卤素、取代或未取代的C1-20烷基、取代或未取代的C1-20烷氧基、取代或未取代的C1-20酰基、取代或未取代的C6-20芳基、取代或未取代的C6-20芳基-C1-20烷基、取代或未取代的C3-20杂芳基、取代或未取代的C3-20环烷基、-NO2、-CN；或者相邻的两个R基团相互连接，并与连接两个R基团的碳原子一起形成取代或未取代的五至七元饱和或不饱和的碳环。
R’选自氢、C1-20烷基；
n选自0，1，2，3或4。
优选地，R表示所连接环上的一个或多个取代基，各个R基团彼此独立地选择氢、卤素、取代或未取代的C1-6烷基、取代或未取代的C1-6烷氧基、取代或未取代的C1-6酰基、取代或未取代的C6-14芳基、取代或未取代的C6-14芳基-C1-6烷基、取代或未取代的C3-14杂芳基、取代或未取代的C3-8环烷基、-NO2、-CN；或者相邻的两个R基团相互连接，并与连接两个R基团的碳原子一起形成取代或未取代的五至七元饱和或不饱和的碳环。
R’选自氢、C1-6烷基；
n选自1，2或3。
在本发明的任意部分中，对于所述“取代或未取代的”，当具有取代基时，所述取代基选自卤素、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、C1-6酰基、C6-14芳基、C3-8环烷基、-NO2、-CN。
在本发明的任意部分中，所述C1-20烷基和/或C1-6烷基(包括上述各基团中涉及C1-20烷基和/或C1-6烷基的烷基结构部分)具体可以选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。所述C6-20芳基和/或C6-14芳基(包括上述各基团中涉及C6-20芳基和/或C6-14芳基的芳基结构部分)可以选自苯基、萘基、蒽基、菲基。所述C3-20环烷基和或C3-8环烷基可以选自环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基等。所述饱和或不饱和的五至七元碳环选自环戊烷环、环己烷环、环庚烷、苯环等。
因此进一步优选地，R表示所连接环上的一个或多个取代基，各个R基团彼此独立地选自氢、C1-6烷基、卤代C1-6烷基、C6-14芳基、C6-14芳基-C1-6烷基；或者相邻的两个R基团相互连接，并与连接两个R基团的碳原子一起形成苯环结构。
R’选自氢。
n选自1，2或3。
最优选地，式I化合物具有如下结构：
Figure GDA0004023026260000041
本发明的另一方面在于提供一种具有上述式I结构的新型硒氰基试剂的制备方法，根据本发明提供的制备具有上述式I结构的新型硒氰基试剂的方法，包括如下步骤：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入式II所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN和有机溶剂，随后将反应器内气氛置换为惰性气氛，加热搅拌反应，反应结束后，将反应混合物用乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I所示的新型硒氰基试剂目标产物；反应式如下：
Figure GDA0004023026260000042
在上述反应式中，其中R,R’和n具有如本文前述相同的定义。
在本发明前述的制备方法中，所述的有机溶剂选自醇类溶剂，优选为甲醇、乙醇、或异丙醇，最优选为异丙醇。
根据本发明前述的制备方法，其中，所述的加热搅拌反应的反应温度为80-100℃，优选为90℃。所述加热搅拌反应的反应时间为4-48h，优选为12-24h。
根据本发明前述的制备方法，其中，式II所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN的投料摩尔比为1：(2～5):(1～3)。优选地，式II所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN的投料摩尔比为1：3:2。
根据本发明前述的制备方法，其中，所述的惰性气氛为氮气气氛或氩气氛，优选为氮气气氛。
本发明的第三方面在于提供一种具有本文前述式I结构的新型硒氰基试剂的应用，其可以作为硒氰基化试剂广泛地应用于各种卤代烃类化合物的硒氰基化反应，例如下式IV的化合物的硒氰基化制备式III所示化合物的反应中。反应式如下：
Figure GDA0004023026260000051
其中，R”选自C1-20烷基、C6-20芳基、C6-20芳基-C1-20烷基、C3-20杂芳基、C3-20环烷基。最优选地，，R”选自苄基或正辛基。
根据本发明前述的应用，其应用方法具体如下：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入式IV所示的化合物，式I所示的硒氰基试剂和有机溶剂，随后将反应器内气氛置换为氮气气氛，室温搅拌反应过夜(约12h)，反应结束后，将反应混合物用乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式III所示的硒氰酸酯。
根据本发明前述的应用方法，其中所述的有机溶剂选自DMF、DMSO、NMP、THF和二氧六环中的任意一种。优选地，所述的有机溶剂选自DMF。
本发明取得了如下的有益效果：
(1)本发明提供了一种式I所示的新型硒氰基化试剂，可以广泛地应用于各种卤代烃类化合物的硒氰基化反应，应用于硒氰基化反应时，反应条件温和简单、易于实施，具有较高的硒氰基化效率。
(2)本发明提供的式I所示的新型硒氰基化试剂，其性质稳定，易于制备和保存，经济便宜。
(3)本发明制备所述式I所示的新型硒氰基化试剂的方法，无需使用金属试剂及其它添加剂，原料来源广泛、经济便宜、制备条件温和简单、效率高。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步详述。在正文中，如无特殊说明，所采用的方法均为本领域常规方法，所使用的试剂均可以通过常规商业途径购买获得和/或通过已知的有机合成方法制备获得。
实施例1式I-1
Figure GDA0004023026260000061
的制备
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入哌啶(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv)，TMSCN(2.0equiv)和异丙醇(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，100℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I-1的硒氰基试剂。灰色固体(88.3mg,产率92％),mp 104.2-104.7℃.CH3OH/DCM＝1/10.1H NMR(400MHz,CD3OD):δ4.93(s,4H),3.21(t,J＝4.8Hz,8H),1.87-1.82(m,8H),1.76-1.72(m,4H)；13C NMR(125MHz,CD3OD):δ120.1,45.9,23.9,23.1。
实施例2
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为DMSO，反应无法进行。
实施例3
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为甲苯，反应无法进行。
实施例4
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为二氧六环，反应无法进行。
实施例5
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为NMP，反应无法进行。
实施例6
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为乙腈，反应无法进行。
实施例7
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为DCE，产率为13％。
实施例8
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为THF，产率为53％。
实施例9
与实施例1一致，仅替换反应溶剂为乙醇，产率为77％。
实施例10
与实施例1一致，仅替换反应温度为25℃，反应无法进行。
实施例11
与实施例1一致，仅替换反应温度为60℃，仅检测到痕量的式I-1产物。
实施例12
与实施例1一致，仅替换反应温度为80℃，产率为66％。
实施例13
与实施例1一致，仅替换反应温度为100℃，产率为88％。
实施例14
与实施例1一致，仅替换反应温度为120℃，产率为86％。
实施例15式I-2
Figure GDA0004023026260000081
的制备
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入异吲哚啉(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv)，TMSCN(2.0equiv)和异丙醇(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，100℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I-2的硒氰基试剂。无色油状液体(71mg,产率62.8％),CH3OH/DCM＝1/10.1H NMR(400MHz,DMSO):δ7.43-7.40(m,4H),7.37-7.35(m,4H),6.17(s,4H),4.52(s,8H)；13C NMR(125MHz,DMSO):δ135.2,128.2,122.9,116.8,50.4。
实施例16式I-3
Figure GDA0004023026260000082
的制备
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入4-苯基哌啶(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv)，TMSCN(2.0equiv)和异丙醇(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，100℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I-3的硒氰基试剂。红色固体(99mg,产率74％),mp 116.7-167.2℃.CH3OH/DCM＝1/10.1HNMR(400MHz,DMSO):δ7.34-7.28(m,4H),7.24-7.20(m,6H),5.82(s,4H),3.40-3.36(m,4H),3.05-2.96(m,4H),2.89-2.82(m,2H),1.94-1.91(m,4H),1.82-1.71(m,4H)；13C NMR(125MHz,DMSO):δ144.5,128.6,126.5,126.4,116.8,43.7,38.8,29.5。
实施例17式I-4
Figure GDA0004023026260000091
的制备
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入氮杂环庚烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv)，TMSCN(2.0equiv)和异丙醇(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，100℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I-4的硒氰基试剂。无色油状液体(77mg,75％yield),CH3OH/DCM＝1/10.1H NMR(400MHz,CD3OD):δ4.94(s,4H),3.28-3.23(m,8H),1.94-1.90(m,8H),1.77-1.73(m,8H)；13C NMR(125MHz,CD3OD):δ120.0,47.5,27.6,26.3。
实施例18新型硒氰基试剂的应用实施例
Figure GDA0004023026260000092
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入式I-1的硒氰基试剂(0.1mmol)，溴化苄(0.2mmol)和DMF(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，室温搅拌反应12小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到硒氰酸苄酯，产率84％。白色固体(33mg,84％yield),EtOAc/PE＝1/10.1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.37-7.34(m,5H),4.30(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ135.4,129.1,129.0,128.7,101.9,32.8。
实施例19新型硒氰基试剂的应用实施例
Figure GDA0004023026260000101
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入式I-1的硒氰基试剂(0.1mmol)，氯化苄(0.2mmol)和DMF(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，室温搅拌反应12小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到硒氰酸苄酯，产率63％。白色固体(33mg,84％yield),EtOAc/PE＝1/10.1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.37-7.34(m,5H),4.30(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ135.4,129.1,129.0,128.7,101.9,32.8。
实施例20新型硒氰基试剂的应用实施例
Figure GDA0004023026260000102
在装有搅拌磁子的10mL压力管中装入式I-1的硒氰基试剂(0.1mmol)，1-溴正辛烷(0.2mmol)和DMF(2mL)。将反应混合物在氮气保护下，室温搅拌反应12小时。反应结束后，反应混合物用10mL乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到硒氰酸苄酯，产率88％。无色液体(38.4mg,88％yield),EtOAc/PE＝1/10.1H NMR(400MHz,CDCl3):δ3.07-3.03(m,2H),1.93-1.85(m,2H),1.45-1.39(m,2H),1.36-1.25(m,8H),0.88(t,J＝2.0Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CDCl3):δ101.6,31.7,30.8,29.7,29.1,29.0,28.8,22.6,14.1。
以上所述实施例仅为发明人的经过大量的试验筛选之后确定的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明合成路线的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (13)

1.一种硒氰基试剂，其特征在于，选自具有如下结构的化合物：
Figure FDA0004023026250000011
2.根据权利要求1所述的硒氰基试剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入
Figure FDA0004023026250000012
Figure FDA0004023026250000013
所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN和有机溶剂，随后将反应器内气氛置换为惰性气氛，加热搅拌反应，反应结束后，将反应混合物用乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式I-2、I-3或I-4所示的硒氰基试剂目标产物；
其中，所述的有机溶剂选自异丙醇。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述的加热搅拌反应的反应温度为80-100℃，所述加热搅拌反应的反应时间为4-48h。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述的加热搅拌反应的反应温度为90℃，所述加热搅拌反应的反应时间为12-24h。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，式II-2、II-3或II-4所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN的投料摩尔比为1：(2～5):(1～3)。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，式II-2、II-3或II-4所示的四氢吡咯类化合物，硒粉、TMSCN的投料摩尔比为1：3:2。
7.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述的惰性气氛为氮气气氛或氩气氛。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述的惰性气氛为氮气气氛。
9.根据权利要求1所述的具有式I-2、I-3和/或I-4所示的结构的硒氰基试剂的应用，其特征在于，作为硒氰基化试剂应用于以各种卤代化合物作为原料制备硒氰酸酯的反应中。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，应用于以式IV所示的原料制备式III所示的硒氰酸酯的目标产物的反应中：
Figure FDA0004023026250000021
其中，R”选自C1-20烷基、C6-20芳基、C6-20芳基-C1-20烷基、C3-20杂芳基、C3-20环烷基。
11.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，R”选自苄基或正辛基。
12.根据权利要求10所述的应用，其特征在于，应用方法具体如下：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入式IV所示的化合物，I-2、I-3和/或I-4所示的结构的硒氰基试剂和有机溶剂，随后将反应器内气氛置换为氮气气氛，室温搅拌反应过夜，反应结束后，将反应混合物用乙酸乙酯稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式III所示的硒氰酸酯；
其中所述的有机溶剂选自DMF、DMSO、NMP、THF和二氧六环中的任意一种。
13.根据权利要求12所述的应用，其特征在于，所述的有机溶剂选自DMF。
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