CN112601731A - 环戊烯酮的合成 - Google Patents
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Abstract
一种包括合成取代的环戊烯酮化合物的方法，其经由在五氧化二磷/甲磺酸试剂存在下使取代的丙烯酸环烷酯反应以制备所述取代的环戊烯酮化合物来实现。
Description
技术领域
合成环戊烯酮。
背景技术
Uemichi,Yoshio；Kanoh,Hisao.《旭硝子玻璃工业技术会议研究报告(KenkyuHokoku-Asahi Garasu Kogyo Gijutsu Shoreikai)》,第49卷,第225-30页,1986。CODEN:AGKGAA.ISSN:0365-2599报告铂尤其是聚乙烯降解的强力来源。Uemichi,Yoshio；Makino,Yutaka；Kanazuka,Takaji,在金属负载活性碳催化剂上聚乙烯降解为芳烃(Degradationof polyethylene to aromatic hydrocarbons over metal-supported activatedcarbon catalysts),《分析与应用热解杂志(Journal of Analytical and AppliedPyrolysis)》(1989),14(4),331-44。
还参见以下。Tabatabaenian,K.；Mamaghani,M.；Neshat,A.；Masjedi,M.新取代的双核
-4,5,6,7-四氢茚基钌络合物的合成和光谱分析研究。《俄罗斯配位化学杂志(Russian Journal of Coordination Chemistry)》.2003,29,7,501。Austin,R.N.；Clark,T.J.；Dickson,T.E.；Killian,C.M.；Nile,T.A.；Shabacker,D.J.；McPhail,T.A.新取代的4,5,6,7-四氢茚和所选择的金属络合物的合成和特性。《有机金属化学杂志(Journal ofOrganometallic Chemistry)》.1995,491,11。Conia,J.M.；Leriverend,M.L.《四面体快报(Tetrahedron Letters)》.1968,17.2101(Conia等人)。L.Rand和R.J.Dolinski,《有机化学杂志(J.Org.Chem.)》,Chem.),1966,31,3063和L.Rand和R.J.Dolinski,《有机化学杂志》,1966,31,4061(统称为“Rand和Dolinski”)。Yokota,K.；Kohsaka,T.；Ito,K.；Ishihara,N.使用半茂钛催化剂的苯乙烯/乙烯共聚反应机理的探讨(Consideration of Mechanism ofStyrene/Ethylene Copolymerization with Half-Titanocene Catalysts).《高分子科学杂志(Journal of Polymer Science)》.2005,43,5041。Tetsuya,I.,等人Brancaccio G.；Lettieri,G.；Monforte,P.；Larizza,A.的JP10316694A《Farmaco,EdizioneScientifica》.1983,9,702-8。Eaton,P.E.；Carlson,G.R.；Lee,J.T.五氧化二磷甲磺酸。一种方便的聚磷酸替代品。《有机化学杂志》1978,38,4071。Paquette,L.A.；Stevens,K.E.,《加拿大化学杂志(Can.J.Chem.)》1984,62,2415。Paquette,L.A.；Cheney,D.L.,《有机化学杂志》1989,54,3334。《有机化学杂志》1966,3065。
Conia等人报告在聚磷酸(PPA)存在下使环己烯和巴豆酸反应仅产生作为唯一产物的2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮(Conia等人中的结构1)。Conia等人报告在PPA存在下使巴豆酸环戊酯或巴豆酸环己酯反应分别得到3-甲基-双环[3.3.0]-2-辛烯-1-酮(40％产率，Conia等人中的表1)或2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮(60％产率，Conia等人中的表2)。
Rand和Dolinski报导使用聚磷酸(PPA)或五氧化二磷(P2O5或P4O10)与PPA的混合物催化环庚烯、环己烯或环戊烯与α,β-不饱和羧酸(如丙烯酸或巴豆酸)的反应，得到含有或不含酯副产物(如巴豆酸环庚酯、巴豆酸环己酯或巴豆酸环戊酯)的反应混合物。据称产生相对多少酯副产物是取决于在与PPA的混合物中使用的五氧化二磷的量或相对于环烯烃的量的PPA或P2O5/PPA混合物的量。
发明内容
本发明包括在五氧化二磷/甲磺酸试剂(例如，伊顿试剂)存在下，将α,β-不饱和羧酸环烷酯化合物环化以制备取代的环戊烯酮化合物的方法。该合成可以在较低的温度下进行，但是具有比Conia等人的先前基于PPA的合成更高的产率。
通过所述方法制得的取代的环戊烯酮化合物可以用作化合物合成中的中间物，所述化合物用作药物、除草剂、农药或诸如烯烃聚合催化剂之类的催化剂，例如取代的茂金属化合物。
具体实施方式
发明内容和摘要在此以引用的方式并入。
下文以容易交叉引用的经编号方面的形式来描述某些本发明的实施例。额外实施例在本文其它地方描述。
方面1.一种合成取代的环戊烯酮化合物的方法，所述方法包括(A)使式(1)化合物(“化合物(1)”)：
其中下标n为1、2、3或4；且基团R1、R2、R3和R4中的每一个独立地为H或(C1-C4)烷基，或任何两个相邻的R1至R3基团键合在一起形成(C1-C4)亚烷基且R1至R3中的其余基团是H或(C1-C4)烷基，与有效量的五氧化二磷/甲磺酸试剂(P2O5/H3CSO3H试剂)接触，接触是在足以制备式(2)化合物(“化合物(2)”)的反应条件下进行：
其中下标n和基团R1至R4如上所定义；并且条件是接触步骤(A)不含聚磷酸(PPA)。足以制备化合物(2)的反应条件包括无水环境和-80℃至30℃的温度。步骤(A)可能不含PPA。
方面2.根据方面1所述的方法，其中用于制备P2O5/H3CSO3H试剂的P2O5与H3CSO3H的比为0.05/1至1/1(重量/重量)。
方面3.根据方面1或2所述的方法，其中用于制备P2O5/H3CSO3H试剂的P2O5与H3CSO3H的比为0.1/1(重量/重量)。被称为伊顿试剂。
方面4.根据方面1至3中任一项所述的方法，其特征在于限制(i)至(xxi)中的任一个：(i)其中R1至R3中的至少一个为(C1-C4)烷基或R4为H；(ii)其中R1至R4中的每一个为H；(iii)其中R1至R3中的每一个为H且R4为甲基；(iv)其中R1和R2中的每一个为H且R3和R4中的每一个为甲基；(v)其中R1和/或R2为甲基且R3为H；(vi)其中R1为甲基，R2为1-甲基乙基(即异丙基)，且R3为H；(vii)其中R1为1-甲基乙基(即异丙基)，R2为甲基，且R3为H；(viii)其中R1和R2独立地为(C1-C4)烷基，R3为H，且键结至R1的碳原子的立体化学为(R)且键结至R2的碳原子的立体化学为(S)；(ix)其中R1和R2独立地为(C1-C4)烷基，R3为H且键结至R1的碳原子的立体化学为(S)且键结至R2的碳原子的立体化学为(R)；(x)(vi)与(viii)两者；(xi)(vi)与(ix)两者；(xii)(vii)与(viii)两者；(xiii)(vii)与(ix)两者；(xiv)其中R5为H；(xv)其中R5为甲基；(xvi)(i)与(xiv)或(xv)两者；(xvii)(ii)与(xiv)或(xv)两者；(xviii)(iii)与(xiv)或(xv)两者；(xix)(iv)与(xiv)或(xv)两者；(xx)(v)与(xiv)或(xv)两者；和(xxi)任何两个相邻的R1至R3基团键合在一起形成(C1-C4)亚烷基且R1至R3中的其余基团是H或(C1-C4)烷基。
方面5.根据方面1至4中任一项所述的方法，其中化合物(2)选自由化合物(2a)至(2e)中的任何一种组成的群组：化合物(2a)2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮，具有结构(2a)：
化合物(2b)双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮，具有结构(2b)：
化合物(2c)4-甲基-双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮，具有结构(2c)：
化合物(2d)10-甲基-双环[5.3.0]-1(7)-癸烯-8-酮；和化合物(2e)2,4,6,11-四甲基-双环[6.3.0]-1(8)-十一烯-9-酮。
化合物(2)可以不含铂、钯、镍、铑和钌。化合物(2)可以用作合成化合物的中间体，所述化合物用作药物、除草剂、农药或如烯烃聚合催化剂的催化剂，如取代的茂金属化合物。例如，可以通过将化合物(2)的羰基(C＝O)还原为醇，并使该醇脱水，得到取代的环戊二烯化合物，从而将化合物(2)转化为取代的环戊二烯化合物。取代的环戊二烯化合物可以用如烷基锂的强碱去质子化，得到取代的环戊二烯基阴离子，一个或两个，或可以与如第4族金属(例如Ti、Zr或Hf)的过渡金属络合得到包含金属-(取代的环戊二烯基配体)络合物的取代的茂金属化合物。取代的茂金属化合物可以用作烯烃聚合催化剂，或者可以用活化剂(例如三烷基铝)活化，得到用于聚合如乙烯和α-烯烃的烯烃单体的取代的茂金属催化剂。
术语“不含”意指未检测到存在。
由于对化合物(1)定义了下标n和基团R1至R4，因此可以对化合物(2)定义它们。
化合物(1)可以从商业供应商获得或由适合于制备α,β-不饱和羧酸环烷酯的起始原料合成。市售化合物(1)的实例为(1a)(2E)-2-丁烯酸环己酯；(1b)(2E)-2-丁烯酸环戊酯(CAS 1195328-04-1)；(1c)(2E)-2-丁烯酸环庚酯(CAS 10555-39-2)；和(1d)丙烯酸环戊酯(CAS 16868-13-6)。(2E)-2-丁烯酸也称为(E)-巴豆酸。除非本文另有说明，否则“巴豆酸”是指(2E)-2-丁烯酸。在一些实施例中，化合物(1)是化合物(1a)至(1d)中的任一种，或者化合物(1)选自由化合物(1a)至(1d)中的任何三种组成的群组；或者，化合物(1)是化合物(1a)，或者是化合物(1b)，或者是化合物(1c)，或者是化合物(1d)。
化合物(1)可以通过在脱水条件下使相应的式(A)的环烷醇：
其中下标n和基团R1至R3如对于化合物(1)所定义，与式(b)的α,β-不饱和羧酸：
其中R4如对化合物(1)所定义，反应来容易地合成。合适的脱水条件包括回流的甲苯、如对甲苯磺酸(pTsOH)的质子酸和用于除去所产生的水的迪安-斯达克分水器(Dean-Stark trap)或用于螯合所产生的水的干燥剂。干燥剂的例子是3埃格斯特朗
分子筛和无水硫酸钠。由相应的醇和羧酸合成羧酸酯的方法和条件是众所周知的和有用的。化合物(1)也可以通过使式(A)的环烷醇与相应的α,β-不饱和羧酸酐反应来合成，所述α,β-不饱和羧酸酐可以通过使两摩尔当量的化合物(b)脱水来制备。
环烷醇化合物(A)可以从商业供应商获得或通过众所周知的制备醇的方法合成。下标n为1的市售化合物(a)的实例为(a1)环戊醇(CAS 96-41-3)；(a2)3-甲基-环戊醇(CAS18729-48-1)；(a3)3,4-二甲基-环戊醇(CAS 73316-51-5)；和(a4)3,3-二甲基-环戊醇(CAS60670-47-5)。下标n为2的市售化合物(a)的实例为(a5)环己醇(CAS 108-93-0)；(a6)2-甲基环己醇(立体异构体的混合物或单一对映异构体)；(a7)4-甲基环己醇(CAS 589-91-3)；(a8)2,5-二甲基环己醇(CAS 3809-32-3)；和(A9)5-甲基-2-(1-甲基乙基)-环己醇(例如，作为立体异构体的混合物或其任何一种对映体，例如(1R,2S,5R)-薄荷醇)。下标n为3的市售化合物(a)的实例为(a10)环庚醇(CAS 502-41-0)；(a11)4-甲基环庚醇(CAS 90200-61-6)；和(a12)4,4-二甲基环庚醇(CAS 35099-84-4)。下标n为4的市售化合物(a)的实例为(a13)环辛醇(CAS 696-71-9)；和(a14)3,5,7-三甲基环辛醇(CAS 1823711-29-0)。在一些实施例中，化合物(1)由以下化合物制备，并且含有R1-R3的醇衍生的部分对应于以下化合物：化合物(a1)至(a14)中的任一种，或选自由化合物(a1)至(a14)中的任十三种组成的群组的化合物，或者化合物(1)，其中下标n为1、2或3；或者化合物(1)，其中下标n为1或2；或者化合物(1)，其中下标n为1；或者化合物(1)，其中下标n为2；或者化合物(1)，其中下标n为3或4；或者化合物(1)，其中下标n为3；或者化合物(1)，其中下标n为4。
α,β-不饱和羧酸化合物(b)可以从商业供应商获得或通过众所周知的制备羧酸的方法合成。市售化合物(b)的实例为(b1)丙烯酸(化合物(b)，其中R4为H)；(b2)巴豆酸(化合物(b)，其中R4为甲基)；(b3)2-戊烯酸(化合物(b)，其中R4为乙基)；和(b4)2-己烯酸(化合物(b)，其中R4为丙基)。在一些实施例中，化合物(1)由以下化合物制备，并且包含R4的羧酸衍生的部分对应于以下化合物：化合物(b1)至(b4)中的任一种；或者选自由化合物(b1)至(b4)的任何三种组成的群组的化合物；或者化合物(b1)或(b2)；或者化合物(b1)；或者化合物(b2)；或者化合物(b3)或(b4)；或者化合物(b3)；或者化合物(b4)。
烷基意指未经取代的单价饱和非环状烃，其为直链(1个或更多个碳原子)、分支链(若3个或更多个碳原子)或环状(若3个或更多个碳原子)。每个(C1-C4)烷基独立地为甲基、乙基、丙基、1-甲基乙基、丁基、1-甲基丙基、2-甲基丙基或1,1-二甲基乙基。或者，每个(C1-C4)烷基独立地为(C1-C3)烷基；或者(C2-C4)烷基；或者(C1-C2)烷基；或者(C2-C3)烷基；或者(C3-C4)烷基；或者甲基或者(C3)烷基。在一些方面，每个(C1-C4)烷基独立地为(C1-C3)烷基并且每个(C1-C3)烷基独立地为甲基、乙基、丙基或1-甲基乙基；或者甲基、丙基或1-甲基乙基；或者甲基；或者乙基；或者丙基；或者1-甲基乙基。经取代的烷基为如上文所定义的烷基，除了其中一个或多个氢原子经如未经取代的烷基、卤素或烷基羧酸酯的取代基形式上置换以外。
亚烷基为未经取代的二价饱和非环状烃，其为直链(1个或更多个碳原子)、分支链(若3个或更多个碳原子)或环状(若3个或更多个碳原子)。每个(C1-C4)亚烷基独立为亚甲基(CH2)、亚乙基(CH2CH2)、亚丙基(CH2CH2CH2)、1-甲基亚乙基(CH(CH3)CH2)、亚丁基((CH2)4)、1-甲基亚丙基(CH(CH3)CH2CH2)、2-甲基亚丙基(CH2CH(CH3)CH2)或1,1-二甲基亚乙基(C(CH3)2CH2。经取代的亚烷基为如上文所定义的亚烷基，除了其中一个或多个氢原子经如未经取代的烷基、卤素或烷基羧酸酯的取代基形式上置换以外。
化合物意指分子或分子集合。
有效量为足以实现制得可检测量的预期产物(例如化合物(2))的量。磷酸和/或磺酸试剂的有效量为足以实现制得可检测量的化合物(2)的量。可检测量可通过任何适合的分析方法(如1H-核磁共振(1H-NMR)、高效液相色谱法(HPLC，与已知标准相比)、气相色谱法(GC，与已知标准相比)或质谱；通常为1H-NMR来表征。步骤(A)中所用的五氧化二磷/甲磺酸试剂的有效量可取决于其组成、反应条件和成本而变化。技术人员可以通过以(1)和95重量％的五氧化二磷/甲磺酸试剂的初始反应混合物为起始物质，并且其后系统地尝试含有较低重量％的五氧化二磷/甲磺酸试剂的反应混合物直到在反应条件下发现最优结果来确定其最优有效量。以(1)和五氧化二磷/甲磺酸试剂的总重量计，有效量可以为50到95重量％、或者50到80重量％。或者，相对于化合物(1)的摩尔数，P2O5/H3CSO3H试剂的有效量可为1到10摩尔当量(mol quiv.)，或者1到5摩尔当量，或者1到3摩尔当量。举例来说，如果接触步骤(A)中使用1.0摩尔化合物(1)，那么P2O5/H3CSO3H试剂的有效量可为1到10摩尔，或者1到5摩尔，或者1到3摩尔。
甲磺酸为式H3CSO3H的化合物并且CAS编号为75-75-2，并且可广泛购自商业供应商。
五氧化二磷为式P2O5(也写作P4O10)的化合物并且CAS编号为1314-56-3，并且可广泛购自商业供应商。
五氧化二磷和甲磺酸试剂(“P2O5/H3CSO3H试剂”，也写作P4O10/H3CSO3H试剂或P2O5/MeSO3H试剂)是P2O5(也写作P4O10)与H3CSO3H的物理掺合物或其反应产物。试剂中P2O5/H3CSO3H的重量/重量比可以为0.05/1至1/1，或者0.1/1至1/1，或者0.15/1至1/1，或者0.2/1至1/1，或者0.05/1至0.14/1，或者0.1/1。0.1/1(wt/wt)P2O5/H3CSO3H试剂为可商购的且可称为伊顿试剂。P2O5和CH3SO3H的试剂可以在存在化合物(1)的情况下原位形成，诸如在接触步骤(A)之前或期间。或者，可以在接触步骤(A)之前预先形成P2O5和CH3SO3H的试剂(在不存在化合物(1)的情况下)。适宜的是在接触步骤(A)之前预先形成P2O5/CH3SO3H试剂，并且存储所得预先形成试剂以便后续在接触步骤(A)的实施例中使用。在一些方面，方法进一步包含限制(i)或(ii)：(i)在接触步骤(A)之前和在化合物(1)不存在下预先形成P2O5/H3CSO3H试剂的步骤；或(ii)其中接触步骤进一步包含使五氧化二磷和甲磺酸一起在化合物(1)存在下接触以原位形成P2O5/H3CSO3H试剂。
聚磷酸或PPA的CAS编号为8017-16-1并且通常为式HO-[P(＝O)(OH)]n-H的化合物，其中下标n指示聚合度。PPA由氧和磷原子组成，并且不含硫和碳原子。
在一些方面，本发明方法中使用的各反应物、试剂、溶剂或其它材料和其各自产物不含Pt、Ni、Pd、Rh和Ru。
足以制备的反应下条件包括反应温度、反应压力、反应气氛、反应溶剂(如果有)、反应物和试剂浓度、反应物与彼此和与试剂的摩尔比、以及不存在消除化合物(negatingcompound)。反应压力通常为室内压力(例如101千帕斯卡(kPa))，除了对于烯烃聚合反应会更高。如果期望的反应(例如，步骤(A))可在无水分子氮气氛围下的通风橱中或使用施伦克线技术(Schlenck line technique)和条件进行。
在足以制备的反应条件下的反应温度可因各步骤而变。例如，在步骤(A)(环化)中，足以制备化合物(2)的反应下条件可包括反应温度为-78℃至30℃，或者-30℃至25℃，或者0℃至25℃，或者-5℃至5℃。
如果在足以制备的反应条件下使用，溶剂使用与否和溶剂的类型可因步骤而变化。步骤(A)可不含溶剂或可采用溶剂。当甲磺酸的量足以溶解反应物时，可以省略溶剂。或者，可以使用极性非质子溶剂。极性非质子溶剂可选自环丁砜、1,2-二甲氧基乙烷、1-甲氧基-2-(2-甲氧基乙氧基)乙烷和其任何两种或更多种的混合物。所采用的极性非质子溶剂的量不是特别重要。前述极性非质子溶剂可用以溶解化合物(1)和/或P2O5/H3CSO3H试剂。所采用的溶剂的量可足以制备其中P2O5/H3CSO3H试剂为0.5摩尔浓度(M)到5M、或1M到2.5M的起始溶液。极性非质子溶剂可允许接触步骤(A)在以上给出的范围内的较低温度下进行。将极性非质子溶剂用于P2O5/H3CSO3H试剂，因为预期质子溶剂会与P2O5/H3CSO3H试剂(其为强大的脱水剂)发生不当反应。极性非质子溶剂可具有中间极性，以便使化合物(1)以及P2O5/H3CSO3H试剂共溶解。极性非质子溶剂可能够在-25℃至25℃，或者在25℃，或者在10℃，或者在0℃下，或者在-10℃，或者在-25℃产生化合物(1)的均相溶液。在P2O5/H3CSO3H试剂存在下，化合物(1)的成功反应不需要均相溶液。
在足以制备的反应条件下包括的反应气氛可以是用于步骤(A)(环化)的无水分子氮气或施伦克线条件。
在足以制备的反应条件下包括的反应物和试剂的反应浓度可独立地在0.1到1.4M、或者0.25到1摩尔浓度(M)、或者0.4到1M的范围内。
在足以制备的反应条件下包括的反应物与彼此的摩尔比以及与试剂的摩尔比可取决于所使用的反应物和试剂而在0.25倍到1.5倍的理论反应化学计量、或者0.99倍到1.2倍的理论反应化学计量、或者1.0倍到1.1倍的理论反应化学计量的范围内变化。
不应在足以制备的反应条件下包括消除剂。在步骤(A)(环化)中，消除剂可以是一定量的碱性化合物，该碱性化合物会中和P2O5/H3CSO3H试剂的酸度或使其无效。例如，步骤(A)中使用的化合物(1)的纯度可以为按重量计至少95％，或者至少98％，或者至少99％，或者至少99.5重量％。
化合物包括所有其同位素和天然丰度和同位素富集的形式。富集的形式可具有医疗或防伪用途。
在一些方面，本文中的任何化合物、组合物、配制物、混合物或反应产物可不含选自由以下组成的群组的化学元素中的任一个：H、Li、Be、B、C、N、O、F、Na、Mg、Al、Si、P、S、Cl、K、Ca、Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、As、Se、Br、Rb、Sr、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、In、Sn、Sb、Te、I、Cs、Ba、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Au、Hg、Tl、Pb、Bi、镧系元素和锕系元素；其条件是化合物、组合物、配制物、混合物或反应产物所需的化学元素(例如，聚烯烃所需的C和H或醇所需的C、H和O)不排除在外。
除非另外指示，否则以下适用。或者，先于不同实施例。ASTM意指标准组织，美国宾夕法尼亚州西康舍霍肯的ASTM国际(ASTM International,West Conshohocken,Pennsylvania,USA)。任何比较实例仅出于说明目的使用并且不应为现有技术。不含或不具有意指完全不存在；或者不可检测。可赋予选择权，而不是必不可少的。操作意指功能上能够或有效。任选的(地)意指不存在(排除)，或者存在(包括)。使用标准测试方法和用于测量的条件测量特性(例如粘度：23℃和101.3kPa)。范围包括端点、子范围和其中包含的全部值和/或分数值，除不包括分数值的整数范围之外。室温：23℃±1℃。当提及化合物时经取代意指每次取代高达并且包括一个或多个取代基代替氢。当化合物的结构和名称之间具有任何冲突时，以结构为准。
实例
除非本文另有指出，否则使用以下制备物进行表征。当指示时，在手套箱中在干燥氮气的氛围下进行合成。需要在干燥氮气流下经冷却的烘干玻璃器皿中在干燥氮气氛围下的无水条件进行反应。无水甲苯、己烷、四氢呋喃、乙醚和1,2-二甲氧基乙烷来自西格玛-奥德里奇(Sigma-Aldrich)。用于在充满氮气的手套箱中进行的实验的溶剂通过在活化的4埃
分子筛上存储而进一步干燥。所有其它试剂都购自西格玛-奥德里奇且按原样使用。举例来说，0.1/1(wt/wt)P2O5/MeSO3H试剂可购自西格玛-奥德里奇，CAS号39394-84-8。
使用氘化溶剂中的残余质子作为参考，以相对于四甲基硅烷(TMS)的百万分之份数(ppm)低磁场，δ标度报告1H-NMR(质子核磁共振光谱法)化学位移数据。在CDCl3中测量的1H-NMR化学位移数据是参考7.26ppm，在苯-d6(C6D6)中测量的数据是参考7.16ppm，在四氢呋喃-d8(THF-d8)中测量的数据是参考3.58ppm。1H-NMR化学位移数据以以下格式报告：以ppm计的化学位移(多重性，以赫兹(Hz)计的耦合常数和积分值。多重性简称为s(单峰)、d(双峰)、t(三重峰)、q(四重峰)、pent(五重峰)、m(多重峰)和br(宽峰)。GC/MS(EI)意指气相色谱-质谱(电子电离)。
制备1：(1a)(2E)-2-丁烯酸环己酯的合成
在通风橱中，将环己醇(30毫升(mL)，283.9毫摩尔(mmol))、巴豆酸(25.9g，300.98mmol)、对甲苯磺酸(1.08g，5.68mmol)和40mL甲苯放入250mL圆底烧瓶中。该烧瓶配备有迪安-斯达克分水器和回流冷凝器。将所得反应混合物加热至回流，并共沸除去生成的水。回流18小时后，将反应混合物冷却至环境温度，并用水(55mL)淬灭。分离所得有机层，并用饱和NaHCO3水溶液(2×40mL)，然后盐水(30mL)洗涤，然后经硫酸镁干燥并过滤。减压除去溶剂，以85％产率得到呈浅黄色液体的化合物(1a)(40.6g)。1HNMR(400MHz，氯仿-d)δ6.93(dq,1H),5.81(dq,1H),4.84–4.73(m,1H),1.92–1.80(m,4H),1.77–1.64(m,3H),1.59–1.12(m,6H)和GC/MS(EI)(质量实验值为168、87、69)与(2E)-2-丁烯酸环己酯一致。
制备2(预见性的)：(1b)(2E)-2-丁烯酸3,5,7-三甲基环辛酯(1e)的合成。重复制备1，只是用284mmol的(a14)3,5,7-三甲基环辛醇(CAS 1823711-29-0)取代环己醇，得到(2E)-2-丁烯酸3,5,7-三甲基环辛酯(1b)。
制备3：(2E)-2-丁烯酸环戊酯(1c)的合成
在通风橱中，向配备有迪安-斯达克分水器和回流冷凝器的50mL圆底烧瓶中装入环戊醇(2.1mL，23.2mmol)、巴豆酸(2.11g，24.6mmol)、对甲苯磺酸(0.088g，0.46mmol)和5mL甲苯。将所得混合物加热至回流，并共沸除去生成的水。回流18小时后，将反应混合物冷却至环境温度，并用水(10mL)淬灭。分离所得有机层，并用饱和NaHCO3水溶液(2×10mL)，然后盐水(20mL)洗涤，然后用硫酸镁干燥。过滤并从滤液中减压除去溶剂，得到2.8g(78％产率)呈无色液体的化合物(1c)。1HNMR和GC/MS(质量实验值为154)与(2E)-2-丁烯酸环戊酯一致。化合物(1c)表征为GC/MS(EI)154(质量),87,69。1H NMR(400MHz,氯仿-d)δ6.91(dq,1H),5.79(dq,1H),5.18(tt,1H),1.94–1.79(m,5H),1.83–1.63(m,4H),1.67–1.48(m,2H)。
发明实例1：化合物(2a)2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮的合成
(2a)(化合物(2)，其中下标n是2，R1-R3是H，R4是甲基)。在通风橱中，在氮气气氛中，在配备有搅拌棒的250mL圆底烧瓶中，加入化合物(1a)(2E)-2-丁烯酸环己酯(3g，17.8mmol)。将酯在烧瓶中冷却至0℃。然后在0℃下逐滴添加P2O5/H3CSO3H试剂(0.1/1))(8.49mL，53.5mmol)。在搅拌下将所得反应混合物温热至环境温度(23℃.)，并在环境温度下继续搅拌72小时。用20mL水稀释所得粗产物，然后分批加入固体NaHCO3，直至鼓泡消退，得到pH 8至pH 9的淬灭混合物。在分液漏斗中分离淬灭混合物的水层和有机层。用乙醚(3×20mL)萃取水层三次。合并有机层与三次萃取物，并且用盐水(30mL)洗涤组合，经硫酸镁干燥并且过滤。真空除去溶剂，得到2.45g呈浅棕色油状产物的化合物(2a)(91.4％产率)。1HNMR(400MHz,氯仿-d)δ2.77–2.67(m,1H),2.61(ddd,1H),2.48–2.34(m,1H),2.32–2.03(m,3H),2.03–1.47(m,5H),1.14(d,3H)与(2a)2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮一致。
发明实例2(预见性的)：化合物(2b)双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮的合成
(化合物(2)，其中下标n为1且R1-R4为H)。重复实例1，只是用18mmol的(1b)丙烯酸环戊酯(CAS 16868-13-6)取代化合物(1a)，得到化合物(2b)。
发明实例3：化合物(2c)(4-甲基-双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮，即化合物(2)，其中下标n为1且R1-R3为H并且R4是甲基)的合成：
在通风橱中，在氮气气氛中，在配备有搅拌棒的100mL圆底烧瓶中，加入制备3的化合物(1c)(2E)-2-丁烯酸环戊酯(0.5g，3.24mmol)。将烧瓶中的酯冷却至0℃。然后在0℃滴加P2O5/H3CSO3H试剂(0.1/1)(1.5mL，9.73mmol)。在搅拌下将所得反应混合物温热至环境温度(23℃)，并继续搅拌72小时。用5mL水稀释所得粗产物，然后分批加入固体NaHCO3，直至鼓泡消退，得到pH 8至pH 9的淬灭混合物。在分液漏斗中分离淬灭混合物的水层和有机层。用乙醚(3×8mL)萃取水层三次。合并有机层与三次萃取物，并且用盐水(15mL)洗涤组合，经硫酸镁干燥并且过滤。真空除去溶剂，得到0.42g(95％产率)呈橙色油状化合物(2c)。1H NMR(400MHz，氯仿-d)δ3.05–2.89(m,1H),2.81(dt,1H),2.66–2.47(m,1H),2.47–2.26(m,6H),1.19(d,3H)与化合物(2c)一致。
发明实例4(预见性的)：化合物(2d)10-甲基-双环[5.3.0]-1(7)-癸烯-8-酮(化合物(2)，其中下标n为3且R1-R3为H并且R4为甲基)的合成。重复实例1，只是用18mmol的(1c)(2E)-2-丁烯酸环庚酯(CAS 10555-39-2)取代化合物(1a)，得到化合物(2d)。
发明实例5(预见性的)：化合物(2e)2,4,6,11-四甲基-双环[6.3.0]-1(8)-十一烯-9-酮(化合物(2)，其中下标n为4并且R1-R4是甲基)的合成。重复发明实例1，只是用18mmol的(1e)(2E)-2-丁烯酸3,5,7-三甲基环辛酯(制备2)取代化合物(1a)，得到化合物(2e)。
如先前所论述，Conia等人、Rand和Dolinski等人报告使用PPA或P2O5/PPA混合物催化环庚烯、环己烯或环戊烯与α,β-不饱和羧酸(如丙烯酸或巴豆酸)的反应，得到含有酯副产物(例如分别为巴豆酸环庚酯、巴豆酸环己酯或巴豆酸环戊酯)的反应混合物。我们发现使用五氧化二磷/甲磺酸试剂催化环庚烯、环己烯或环戊烯与α,β-不饱和羧酸(如丙烯酸或巴豆酸)的反应，得到不含有酯副产物的反应混合物(例如反应不分别产生巴豆酸环庚酯、巴豆酸环己酯或巴豆酸环戊酯)。我们基于通过气相色谱-质谱(GC-MS)对反应混合物中的至少一种的分析的此研究结果，其未能展示任何酯副产物。我们还基于此研究结果，在P2O5/H3CSO3H试剂存在下，环庚烯、环己烯或环戊烯与α,β-不饱和羧酸(例如丙烯酸或巴豆酸)的反应比在P2O5/H3CSO3H试剂存在下，巴豆酸环庚酯、巴豆酸环己酯或巴豆酸环戊酯分别的反应快得多。
不希望受理论所束缚，我们认为P2O5/H3CSO3H试剂与α,β-不饱和羧酸(例如巴豆酸)反应，原位得到通式R4CH＝CHC(＝O)-SO2-CH3的混合酸酐，其原位生成通式R4CH＝CHC+(＝O)的酰基阳离子(即，酰基阳碳离子)，其快速经历环烯烃的傅里德-克拉夫茨酰化(Friedel-Crafts acylation)，原位得到式Ra-C(＝O)-Rc的酮，其中Ra为R4CH＝CH-且Rc为环烯-1-基，所述酮经历环化反应，得到相应的环戊烯酮。举例来说，当环烯烃为环己烯且α,β-不饱和羧酸为巴豆酸时，我们认为P2O5/H3CSO3H试剂与巴豆酸反应，原位得到通式H3CCH＝CHC(＝O)-O-SO2-CH3的混合酸酐，其原位生成式H3CCH＝CHC+(＝O)的酰基阳离子(即，酰基阳碳离子)，其快速经历环烯烃的傅里德-克拉夫茨酰化，原位得到式Ra-C(＝O)-Rc的酮，其中Ra为H3CCH＝CH-且Rc为环己烯-1-基，所述酮经历环化反应，得到相应环戊烯酮，亦即2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮(即，7-甲基-双环[4.3.0]-7-壬烯-9-酮)。因此，在环烯烃(如环庚烯、环己烯或环戊烯)与α,β-不饱和羧酸(如丙烯酸或巴豆酸)的反应中使用五氧化二磷/甲磺酸试剂本身不产生酯副产物(例如分别为巴豆酸环庚酯、巴豆酸环己酯或巴豆酸环戊酯)，其由Conia等人、Rand和Dolinski等人使用PPA或P2O5/PPA混合物所报告。
Claims (5)
1.一种合成取代的环戊烯酮化合物的方法，所述方法包括(A)使式(1)化合物(“化合物(1)”)：
其中下标n为1、2、3或4；且基团R1、R2、R3和R4中的每一个独立地为H或(C1-C4)烷基，或任何两个相邻的R1至R3基团键合在一起形成(C1-C4)亚烷基且R1至R3中的其余基团是H或(C1-C4)烷基，与有效量的五氧化二磷/甲磺酸试剂(P2O5/H3CSO3H试剂)接触，接触是在足以制备式(2)化合物(“化合物(2)”)的反应条件下进行：
其中下标n和基团R1至R4如上所定义；并且条件是接触步骤(A)不含添加的聚磷酸(PPA)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中用于制备所述P2O5/H3CSO3H试剂的P2O5与H3CSO3H的比为0.05/1至1/1(重量/重量)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，用于制备所述P2O5/H3CSO3H试剂的P2O5与H3CSO3H的比为0.1/1(重量/重量)。
4.根据权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于限制(i)至(xxi)中的任一个：(i)其中R1至R3中的至少一个为(C1-C4)烷基或R4为H；(ii)其中R1至R4中的每一个为H；(iii)其中R1至R3中的每一个为H且R4为甲基；(iv)其中R1和R2中的每一个为H且R3和R4中的每一个为甲基；(v)其中R1和/或R2为甲基且R3为H；(vi)其中R1为甲基，R2为1-甲基乙基，且R3为H；(vii)其中R1为1-甲基乙基，R2为甲基，且R3为H；(viii)其中R1和R2独立地为(C1-C4)烷基，R3为H，且键结至R1的碳原子的立体化学为(R)且键结至R2的碳原子的立体化学为(S)；(ix)其中R1和R2独立地为(C1-C4)烷基，R3为H且键结至R1的碳原子的立体化学为(S)且键结至R2的碳原子的立体化学为(R)；(x)(vi)与(viii)两者；(xi)(vi)与(ix)两者；(xii)(vii)与(viii)两者；(xiii)(vii)与(ix)两者；(xiv)其中R5为H；(xv)其中R5为甲基；(xvi)(i)与(xiv)或(xv)两者；(xvii)(ii)与(xiv)或(xv)两者；(xviii)(iii)与(xiv)或(xv)两者；(xix)(iv)与(xiv)或(xv)两者；(xx)(v)与(xiv)或(xv)两者；和(xxi)任何两个相邻的R1至R3基团键合在一起形成(C1-C4)亚烷基且R1至R3中的其余基团是H或(C1-C4)烷基。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述化合物(2)选自由化合物(2a)至(2e)中的任一种组成的群组：
化合物(2a)2,3,4,5,6,7-六氢-3-甲基-1H-茚-1-酮，具有结构(2a)：
化合物(2b)双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮，具有结构(2b)：
化合物(2c)4-甲基-双环[3.3.0]-1(5)-辛烯-2-酮，具有结构(2c)：
化合物(2d)10-甲基-双环[5.3.0]-1(7)-癸烯-8-酮；和
化合物(2e)2,4,6,11-四甲基-双环[6.3.0]-1(8)-十一烯-9-酮。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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