CN112574138A - 一种利用光催化微通道制备α，α-氟苄基酮类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用光催化微通道制备α，α‑氟苄基酮类化合物的方法，包括如下步骤：(1)将烯醇类化合物和光催化剂溶于第一溶剂中，得到第一反应液；将氟源、2,2,6,6‑四甲基哌啶和路易斯酸溶于第二溶剂中，得到第二反应液；(2)将第一反应液和第二反应液分别同时泵入设有光源的微反应装置中反应，收集流出液，得到式3所示的α，α‑氟苄基酮类化合物。本发明提供了一种温和有效的合成α，α‑氟苄基酮类化合物的方法，由烯醇类化合物为底物，将光催化反应技术与微流场反应技术相结合，一步合成α，α‑氟苄基酮类化合物新型化合物，产率高达98％。
Description
技术领域
本发明属于化学合成领域，具体涉及一种在微通道反应器内利用光催化合成多官能化的α，α-氟苄基酮的方法，即利用远端杂芳基ipso-迁移对未活化烯烃的光催化自由基脱氟烷基化的合成方法。
背景技术
目前，C(sp3)-F键和C-C键的选择性激活构成了合成高价值产品的最广泛使用的程序之一，从制药到农业化学应用领域不一而足。尽管这两种方法在各自领域中已有大量报道，但将单个C(sp3)-F键与C-C键的激活合并的过程仍然遥遥无期。氟原子作为一类重要的原子，广泛存在于人类医药中间体和有机合成中。在有机化合物中常用的引入氟原子的合成方法往往存在着需要昂贵的氟源和过渡金属催化剂等缺点。(W.-J.Chung,C.-D.Vanderwal,Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,4396-4434.)传统的α，α-氟苄基酮化合物制备往往存在着合成步骤多、能源浪费严重、对环境不友好等诸多缺点，这些缺点往往会限制其在工业发展中的应用，因此需要开发一种有效制备喹啉的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种利用光催化微通道制备α，α-氟苄基酮化合物的方法。
为解决上述问题，本发明公开了一种利用光催化微通道制备α，α-氟苄基酮类化合物的方法，其反应路线如图1所示，具体地，其包括如下步骤：
(1)将烯醇类化合物和光催化剂溶于第一溶剂中，得到第一反应液；将氟源、2,2,6,6-四甲基哌啶(TMP)和路易斯酸溶于第二溶剂中，得到第二反应液；
(2)将第一反应液和第二反应液分别同时泵入设有光源的微反应装置中反应，收集流出液，得到式3所示的α，α-氟苄基酮类化合物；
其中，R1选自烷基、芳基或芳基衍生物；优选地，R1为芳基衍生物；进一步优选地，所述的R1为苯环；
其中，R2选自烷基、芳基或芳基衍生物；优选地，R2为芳基或芳基衍生物；进一步优选地，所述的R2为式Ⅰ所示；
其中，R3选自芳基、芳基衍生物、氟原子、杂环或杂环衍生物；进一步优选地，所述的R3为式Ⅱ所示；
其中，n选自1-8中的任意一个整数；优选地，n选自1，2，3，5或7；进一步优选地，所述的n为2。
优选地，所述的α，α-氟苄基酮类化合物为式3a所示；
步骤(2)中，所述的设有光源的微反应装置，包括置于光源照射下的微反应器。
步骤(1)中，所述的烯醇类化合物为式1所示，
其中，R1选自烷基、芳基或芳基衍生物；优选地，R1为芳基衍生物供或吸电子官能团的单或多取代的苯基或者杂环；进一步优选地，R1为供电子取代的苯基；更进一步优选地，所述的R1为苯环；
其中，R3选自芳基、芳基衍生物、氟原子、杂环或杂环衍生物；进一步优选地，所述的R3为式Ⅱ所示；
其中，n选自1-8中的任意一个整数；优选地，n选自1，2，3，5或7；进一步优选地，所述的n为2。
优选地，所述的烯醇类化合物为式1a所示；
其中，所述的烯醇类化合物可以由廉价易得的链状卤代物、苯基酰氯和苯并杂环衍生物作为原料经简单反应步骤得到。
步骤(1)中，所述的光催化剂为10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸盐(Mes-Acr+)、六水合三联吡啶二氯化钌(Ru(bpy)3Cl2·6H2O)、三(2-苯基吡啶)合铱(fac-Ir(ppy)3)、曙红Y(Eosin Y)和2,4,5,6-四(9H-咔唑-9-基)异酞腈(4CzIPN)中的任意一种或几种组合，其化学结构式如下所示：
步骤(1)中，所述的氟源为式2a所示化合物中；
步骤(1)中，所述的路易斯酸为联硼酸频那醇酯(B2Pin2)、三乙基硅烷(TES)、三甲氧基硼(TMBX)、频哪醇硼烷(HBPin)和三氟化硼乙醚(BF3.Et2O)中的任意一种或几种组合。
步骤(1)中，所述的第一溶剂和第二溶剂分别独立选自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、乙腈、四氢呋喃或氯仿，即第一溶剂与第二溶剂可以相同，也可以不同。
步骤(1)中，所述光催化剂的用量为烯醇类化合物的1mol％～20mol％，烯醇化合物浓度为0.1～1mmol/mL；烯醇类化合物与氟源的摩尔比为1:1～1:5，TMP与烯醇类化合物的摩尔比为1:1～1:4；烯醇类化合物与路易斯酸的摩尔比为1:1～1:5，氟源浓度为0.2～1mmol/mL。
步骤(2)中，所述的设有光源的微反应装置包括第一注射器、第二注射器、第一注射泵、第二注射泵、微混合器、微通道反应器、光源；其中，所述的第一注射器与第二注射器通过管道以并联的方式连入到微混合器上，微混合器与微通道反应器串联，微通道反应器置于光源的照射下，所述的连接为通过管道连接；本发明装置具体见图2、图3、图4。
其中，第一注射器通过第一注射泵将反应液泵入微混合器，第二注射器通过第二注射泵将反应液泵入微反应器。
步骤(2)中，所述的微通道反应器为孔道结构，孔道数量根据需要增加或减少，孔道材质为聚四氟乙烯，微通道反应器的尺寸内径为0.5～5mm，长度为0.5～40m；所述的光源为灯带或灯泡，强度为6W～60W，波长为435～577nm；其中，所述的光源优选蓝光。
步骤(2)中，泵1速率与泵2一致。
步骤(2)中，所述的反应，控制反应温度为0℃～60℃，反应停留时间为5s～24h；其中，反应停留时间优选为10s～60min，更优选20s～10min，最优选20s～60s。
本发明证明了三氟甲基芳烃通过远端杂芳基迁移可控制的具有未活化烯烃的远端氟烷基化-远端官能化。这是结合可见光光氧化还原催化和路易斯酸活化作用，通过串联的C(sp3)-F和C-C键断裂进行官能化的过程。该策略在温和条件下以高收率提供了轻松灵活地获取多官能化的α，α-氟苄基酮化合物的途径。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下优势：
(1)烯醇类化合物可以由廉价易得的取代苯甲酰氯、卤代烯烃作为原料经简单反应步骤得到。
(2)该合成方法可以由烯醇类化合物实现双功能化一步高效合成最终产物α，α-氟苄基酮类化合物，操作简单，反应时间与反应步骤短、反应产率高、操作简便、且能连续不间断地生产、环境友好等优点。
(3)该合成方法中的最终产物为新型化合物，合成过程中会断开三氟甲基的氟原子形成自然界终存在较少的氟甲基类化合物。
(4)微通道反应与光催化装置中搭建简单，所有部件均廉价易得，易于放大。
(5)将光源作为化学合成的能量来源，符合绿色化学的理念，环保高效。
(6)光催化和微通道反应器的结合可以极大的降低反应的时间，最快可达10s，并提高反应产率，节能环保。
(7)本发明提供了一种温和有效的合成α，α-氟苄基酮类化合物的方法，由烯醇类化合物为底物，将光催化反应技术与微流场反应技术相结合，一步合成α，α-氟苄基酮类化合物新型化合物，产率高达98％。
(8)本发明利用可见光催化下三氟甲基芳烃通过远端杂芳基迁移可控制的具有未活化烯烃的远端氟烷基化-远端官能化，一步高效合成α，α-氟苄基酮类化合物，该反应结合可见光光氧化还原催化和路易斯酸活化作用，通过串联的C(sp3)-F和C-C键断裂进行官能化，该策略在温和条件下以高提供了轻松灵活地获取多官能化的α，α-氟苄基酮化合物的途径，其所涉及的反应装置将光催化反应技术与微流场反应技术相结合，解决了传统光催化反应器的光照不均匀、传质传热不佳、反应时间长以及能源浪费等问题，可以明显的提高反应收率，降低反应时长，该反应装置搭建简单，反应部件廉价易得，具备工业化放大的基础。
附图说明
图1为本发明的反应路线图。
图2为反应装置示意图。
图3为通过风扇控制反应温度的反应装置实物图。
图4为通过循环冷凝水控制反应温度的反应装置实物图。
图5为产物的氢谱图1H NMR(400MHz,CDCl3)of 3a。
图6为产物的氟谱图19F NMR(376MHz,CDCl3)of 3a。
图7为产物的碳谱图13C NMR(100MHz,CDCl3)of 3a。
图8为产物的质谱图The HRMS of 3a[ESI]calcd for C27H20F4N2OS[M+H]+497.1305,found 497.1211。
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
实施例1
4-(3-(苯并[d]噻唑-2-基)-1-氟-6-氧代-6-苯基己基)-2-(三氟甲基)苄腈的合成。取1a(0.2mmol,1eq)，fac-Ir(ppy)3(1a的1mol％)溶解在1mL乙腈中，2,4-双(三氟甲基)苄腈2a(0.6mmol,3eq)，TMP(0.6mmol,3.0eq)，B2Pin2(0.6mmol,3.0eq)溶解在1mL乙腈中，将上述溶液分别加入注射器中并利用注射泵泵入微通道反应器中，泵入流入均为100μL/s反应器内径为0.5mm，体积为1mL，反应停留时间为10s，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，产率98％，其核磁质谱如图5～8所示。
实施例2
取1a(0.2mmol,1eq.)，2,4,5,6-四(9H-咔唑-9-基)异酞腈(1a的5mol％)溶解在1mL四氢呋喃中，2,4-双(三氟甲基)苄腈2a(1.0mmol,5eq)，TMP(1.0mmol,5eq)，HBPin(1.0mmol,5.0eq.)溶解在1mL四氢呋喃中，将上述溶液分别加入注射器中并利用注射泵泵入微通道反应器中，泵入流入均为50μL/s反应器内径为0.8mm，体积为1mL，反应停留时间为20s，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，产率90％。
实施例3
取1a(0.2mmol,1eq)，10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸盐(1a的5mol％)溶解在1mL1，2-二氯乙烷中，2,4-双(三氟甲基)苄腈2a(0.6mmol,3eq)，TMP(0.4mmol,2.0eq)，三乙基硅烷(0.6mmol,3.0eq)溶解在1mL1，2-二氯乙烷中，将上述溶液分别加入注射器中并利用注射泵泵入微通道反应器中，泵入流入均为80μL/s反应器内径为0.6mm，体积为1mL，反应停留时间为12.5s，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，产率92％。
对比例1
取1a(0.2mmol,1eq)，fac-Ir(ppy)3(1a的5mol％)，2,4-双(三氟甲基)苄腈2a(0.6mmol,3.0eq)，TMP(0.6mmol,3.0eq)，B2Pin2(0.6mmol,3.0eq)溶解在2mL乙腈中，将上述溶液加入普通的反应管中，反应停留时为24h，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，得到目标产物3a(产率66％)。
对比例2
取1a(0.2mmol,1eq)，fac-Ir(ppy)3(1a的5mol％)，对三氟甲基苯腈2b(0.6mmol,3.0eq)，TMP(0.6mmol,3.0eq)，B2Pin2(0.6mmol,3.0eq)溶解在2mL乙腈中，将上述溶液加入普通的反应管中，反应停留时为24h，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，得到二氟产物3b(产率78％)，单氟产物氟谱未能检测到。
对比例3
取1a(0.2mmol,1eq)，fac-Ir(ppy)3(1a的5mol％)，2-氟-4-(三氟甲基)苄腈2c(0.6mmol,3.0eq)，TMP(0.6mmol,3.0eq)，HBPin(0.6mmol,3.0eq)溶解在2mL四氢呋喃中，将上述溶液加入普通的反应管中，反应停留时为24h，用50W，波长为455nm的蓝光，进行照射，控制温度为25℃，得到二氟产物3c(产率80％)，单氟产物氟谱未能检测到。
Claims (10)
1.一种利用光催化微通道制备α，α-氟苄基酮类化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将烯醇类化合物和光催化剂溶于第一溶剂中，得到第一反应液；将氟源、2,2,6,6-四甲基哌啶和路易斯酸溶于第二溶剂中，得到第二反应液；
(2)将第一反应液和第二反应液分别同时泵入设有光源的微反应装置中反应，收集流出液，得到式3所示的α，α-氟苄基酮类化合物；
其中，R1选自烷基、芳基或芳基衍生物；
其中，R2选自烷基、芳基或芳基衍生物；
其中，R3选自芳基、芳基衍生物、氟原子、杂环或杂环衍生物；
其中，n选自1-8中的任意一个整数；
步骤(2)中，所述的设有光源的微反应装置，包括置于光源照射下的微反应器。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的烯醇类化合物为式1所示，
其中，R1选自烷基、芳基或芳基衍生物；
其中，R3选自芳基、芳基衍生物、氟原子、杂环或杂环衍生物；
其中，n选自1-8中的任意一个整数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的光催化剂为10-甲基-9-均三甲苯基吖啶高氯酸盐、六水合三联吡啶二氯化钌、三(2-苯基吡啶)合铱、曙红Y和2,4,5,6-四(9H-咔唑-9-基)异酞腈的任意一种或几种组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的氟源为式2a所示的化合物；
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的路易斯酸为联硼酸频那醇酯、三乙基硅烷、三甲氧基硼、频哪醇硼烷和三氟化硼乙醚中的任意一种或几种组合。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的第一溶剂和第二溶剂分别独立选自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、乙腈、四氢呋喃或氯仿。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述光催化剂的用量为烯醇类化合物的1mol％～20mol％，烯醇化合物浓度为0.1～1mmol/mL；烯醇类化合物与氟源的摩尔比为1:1～1:5，烯醇类化合物与路易斯酸的摩尔比为1:1～1:5，2,2,6,6-四甲基哌啶与烯醇类化合物的摩尔比为1:1～1:4，氟源浓度为0.2～1mmol/mL。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的设有光源的微反应装置包括第一注射器、第二注射器、第一注射泵、第二注射泵、微混合器、微通道反应器、光源；其中，所述的第一注射器与第二注射器通过管道以并联的方式连入到微混合器上，微混合器与微通道反应器串联，微通道反应器置于光源的照射下，所述的连接为通过管道连接。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的微通道反应器为孔道结构，孔道材质为聚四氟乙烯，微通道反应器的尺寸内径为0.5～5mm，长度为0.5～40m；所述的光源为灯带或灯泡，强度为6W～60W，波长为435～577nm。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的反应，控制反应温度为0℃～60℃，反应停留时间为5s～24h。
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