CN112778352B - 有机硅化合物及其合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种有机硅化合物及其合成方法。包括在钯催化剂的催化作用下，在有机溶剂和氧化剂存在下，安装导向基团的苯乙酮衍生物和六甲基二硅烷发生C‑H活化反应，制备目标产物有机硅化合物的步骤。该方法反应效率和选择性较高，一步得到结构复杂的有机硅化合物，其次直接以商业可得的苯乙酮类小分子为底物，通过安装导向基团，在导向基团的辅助作用下可以定向实现苯乙酮衍生物的邻位C‑H硅化，具有较高的选择性，该化合物可进一步用于有机合成转化、材料学、药物化学等领域，尤其是在药物化学领域具有较高的潜在价值和广阔的应用前景。

Description

有机硅化合物及其合成方法
技术领域
本发明属于有机合成化学技术领域，具体涉及一种有机硅化合物及合成方法。
背景技术
C-H键广泛存在于有机化合物中，一般键能较大且相对稳定，所以不容易发生化学反应转化为其它官能团。以往的化学处理方法总是优先于使用剧烈的反应条件使C-H键预官能团化转化为C-X(X＝Cl、Br、OTs等)键，再发生相应的后续反应，但是这样的操作过程不仅繁琐，而且造成浪费、效率较低。近年来，过渡金属催化直接C-H键活化官能团化反应蓬勃发展，在各类导向基团(单齿导向基、双齿导向基和瞬态导向基团等)辅助和催化剂(钯等)催化作用下，化学家们已经开发出了C-H芳基化、烷基化、酰氧基化、胺化和卤化等各类官能团化方法，实现了高效地构筑C-C键和C-杂原子键。
有机硅化合物由于具有独特的物理化学性质，在有机合成和材料学中有着非常重要的应用，并且近年来有越来越多的文献报道了有机硅化合物作为治疗相关分子在药物化学中的应用，如氨硅烷、四氢异喹啉的硅烷类似物、硅烷脯氨酸和TMS-丙氨酸。
合成有机硅化合物的方法有很多，传统的，有机硅化合物是由有机金属中间体与硅亲电体的反应或过渡金属催化的芳基卤化物与氢硅烷/二硅烷的偶联反应制备的，但这类方法需要预官能化，导致多步才能得到目标产物，并且在反应过程中会有卤代物生成，不仅原子不经济，而且对环境不友好，最重要的是特定位点的官能团化难以实现，因此发展新的合成有机硅化合物的方法至关重要。
C-H活化由于原子经济，高效以及环境友好，成为有机合成的重要手段之一。基于有机硅化合物重要的药物应用，使用C-H活化的方法合成有机硅化合物存在较高的价值和应用前景。
目前已经建立了三种通过过渡金属Pd催化C-H键活化合成有机硅化合物的方法：(1)在八氨基喹啉导向基团的导向下，通过过渡金属Pd催化实现了芳基酰胺类化合物的邻位C-H键硅化合成了有机硅化合物(K.S.Kanyiva,Y.Kuninobu,M.Kanai,Org.Lett.2014,16,1968–1971).；(2)在乙二酰胺导向基团的导向下，通过过渡金属Pd催化实现了苄基酰胺类衍生物的邻位C-H键硅化合成了有机硅化合物(C.-P.Chen,M.-Y.Guan,J.-Y.Zhang,Z.-K.Wen,Y.-S.Zhao,Org.Lett.2015,17,3646–3649).；(3)在的氰基导向基团的导向下，通过过渡金属Pd催化实现了苄基磺酸盐的间位C-H键硅化合成了有机硅化合物(A.Modak,T.Patra,R.Chowdhury,S.Raul,D.Maiti,Organometallics 2017,36,2418–2423)。虽然在Pd催化下已经实现了上述三种底物的C-H硅化，但基于最近几年芳基硅化合物在药物方面的研究热点，将底物拓展到其他类型的芳香族化合物来合成结构多样的芳基硅化合物是非常有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种条件温和、较高产率和效率、绿色环保的合成新型有机硅化合物的方法。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种有机硅化合物III，其结构如下：
Figure BDA0002898338870000021
上述有机硅化合物III的合成方法，包括：
Figure BDA0002898338870000022
在钯催化剂的催化作用下，在有机溶剂和氧化剂存在下，安装导向基团的苯乙酮衍生物I和六甲基二硅烷II发生C-H活化反应，制备目标产物有机硅化合物III的步骤；
其中，R基选自酯基、三氟甲基、苄氧基、氰基、卤代基中任意一基团，R基取代于苯乙酮衍生物的C2、C3、C4位。
进一步的，钯催化剂包括醋酸钯、三氟乙酸钯、新戊酸钯、双乙腈氯化钯，优选双乙腈氯化钯，钯催化剂摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的0.1equive。
进一步的，有机溶剂包括三氟甲苯、甲苯、氯苯、六氟异丙醇、1,2-二氯乙烷，优选三氟甲苯。
进一步的，氧化剂包括三氟乙酸银、碳酸银、醋酸银、氟化银、乙酸铜、溴化亚铜、三氟乙酸铜，优选摩尔比为10:1的氟化银和三氟乙酸铜，氧化剂摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的2.2equive。
进一步的，反应体系还包括碱，碱选自碳酸钠、碳酸锂、氟化锂，优选氟化锂，碱摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的2.0equive。
进一步的，反应温度为100±20℃，反应时间不小于7h。
进一步的，六甲基二硅烷摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的3.0equive。
与现有技术相比，本发明的显著效果如下：
(1)采用广泛易得、便宜的苯乙酮类小分子作为起始原料，首次通过C-H活化策略实现了苯乙酮类小分子的邻位C-H硅化，且与其他方法相比，反应高效且选择性高。
(2)运用碳氢活化的反应方法，避免了常规的合成反应的预活化，原子经济性高，方法绿色简便。
附图说明
图1为实施例1中产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图2为实施例1中产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
图3为实施例2中产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图4为实施例2中产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
图5为实施例3中产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图6为实施例3中产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
图7为实施例4中产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图8为实施例4中产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
图9为实施例5中产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图10为实施例5中产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
图11为实施例1合成应用产物的核磁共振氢谱(1H NMR)。
图12为实施例1合成应用产物的核磁共振碳谱(13C NMR)。
具体实施方式
以下通过列举实例和附图对本发明作进一步详细说明。
而本发明是由简单易得的苯乙酮类小分子为起始原料，通过在苯乙酮类小分子上安装基于肟结构的导向基团，该导向基团只能与酮类小分子进行缩合，首次定向实现了苯乙酮衍生物的邻位C-H键的硅化，成功完成C-Si的构建，一步合成目标有机硅化合物，具体是：在钯催化剂的作用下，以六甲基二硅烷作为硅化试剂，在氧化剂及碱的作用下，一锅法实现了苯乙酮衍生物的C-H硅化，有效地合成有机硅化合物。此方法条件温和，直接以商业可得的苯乙酮类小分子为底物，只需安装导向基团，省去了预官能团化过程，具有较高的原子经济性。合成的有机硅化合物可进一步用于有机合成转化，并且在药物化学领域具有较高的潜在价值和广阔的应用前景。
本发明采用一锅法实现有机硅化合物的合成，其反应通式为：
Figure BDA0002898338870000041
具体步骤如下：
将安装有导向基团的苯乙酮衍生物、六甲基二硅烷、双乙腈二氯化钯、氟化银，三氟乙酸铜、氟化锂溶于溶剂三氟甲苯中，混合均匀后在厚壁耐压管中反应7小时，反应温度控制在100±20℃，反应结束后短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物经柱层析分离后即得纯产物有机硅化合物。
实施例1
(E)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)-2-((1-(2-(三甲基硅烷基)苯基)亚乙基)氨基)氧基)乙酰胺的合成：
准确称量(E)-2-(((1-苯亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺反应物(0.05mmol,20.4mg)，转移至反应容器，向反应容器加入六甲基二硅烷(0.15mmol,33μL),PdCl2(MeCN)2(10％mmol,1.2mg),氟化银(0.1mmol,27.4mg)，三氟乙酸铜(20mmol％,3mg)，氟化锂(0.1mmol,2.4mg)，滴加1.0mL三氟甲苯于厚壁耐压管中，旋紧反应管塞子使反应体系密封，加热至100℃，油浴搅拌条件下反应7h。反应结束后，将反应液冷却至室温，短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物进行柱层析分离(洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚＝5:95)，得到纯净干燥的产物，产率60％。核磁谱图见图1和图2。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.94(s,1H),7.64-7.60(m,1H),7.41(td,J＝6.9,1.6Hz,2H),7.32-7.28(m,1H),4.88(s,2H),2.36(s,3H),0.29(s,9H).13C NMR(126MHz,DMSO)δ168.14,160.55,143.30,138.64,135.22,129.38,128.39,128.06,72.19,17.03,1.16.。
实施例2
(E)-2-((1-(4-氯-2-(三甲基硅烷基)苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺的合成：
准确称量(E)-2-((1-(4-氯苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺反应物(0.05mmol,22.1mg)，转移至反应容器，向反应容器加入六甲基二硅烷(0.15mmol,33μL),PdCl2(MeCN)2(10％mmol,1.2mg),氟化银(0.1mmol,27.4mg)，三氟乙酸铜(20mmol％,3mg)，氟化锂(0.1mmol,2.4mg)，滴加1.0mL三氟甲苯于厚壁耐压管中，旋紧反应管塞子使反应体系密封，加热至100℃，油浴搅拌条件下反应7h。反应结束后，将反应液冷却至室温，短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物进行柱层析分离(洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚＝5:95)，得到纯净干燥的产物，产率57％。核磁谱图见图3和图4。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.87(s,1H),7.55(d,J＝2.2Hz,1H),7.39(dd,J＝8.3,2.2Hz,1H),7.24(d,J＝8.3Hz,1H),4.88(s,2H),2.33(s,3H),0.29(s,9H).13C NMR(126MHz,DMSO)δ168.09,159.69,141.98,141.91,134.63,133.89,130.20,129.35,72.22,16.87,0.96.。
实施例3
(E)-2-((1-(3-氯-2-(三甲基硅烷基)苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺的合成：
准确称量(E)-2-((1-(3-氯苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺反应物(0.05mmol,22.1mg)，转移至反应容器，向反应容器加入六甲基二硅烷(0.15mmol,33μL),PdCl2(MeCN)2(10％mmol,1.2mg),氟化银(0.1mmol,27.4mg)，三氟乙酸铜(20mmol％,3mg)，氟化锂(0.1mmol,2.4mg)，滴加1.0mL三氟甲苯于厚壁耐压管中，旋紧反应管塞子使反应体系密封，加热至100℃，油浴搅拌条件下反应7h。反应结束后，将反应液冷却至室温，短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物进行柱层析分离(洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚＝2:98)，得到纯净干燥的产物，产率45％。核磁谱图见图5和图6。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.87(s,1H),7.53(d,J＝8.1Hz,1H),7.36(dd,J＝8.1,2.0Hz,1H),7.28(d,J＝1.9Hz,1H),4.88(s,2H),2.34(s,3H),0.27(s,9H).13C NMR(126MHz,DMSO)δ168.03,159.59,145.30,137.62,137.15,134.54,128.31,127.88,72.27,16.87,1.00.。
实施例4
(E)-2-((1-(2-甲氧基-6-(三甲基硅基)苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺的合成：
(E)-2-((1-(2-甲氧基苯基)乙基亚乙基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟醚-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺反应物(0.05mmol,21.9mg)，转移至反应容器，向反应容器加入六甲基二硅烷(0.15mmol,33μL),PdCl2(MeCN)2(10％mmol,1.2mg),氟化银(0.1mmol,27.4mg)，三氟乙酸铜(20mmol％,3mg)，氟化锂(0.1mmol,2.4mg)，滴加1.0mL三氟甲苯于厚壁耐压管中，旋紧反应管塞子使反应体系密封，加热至100℃，油浴搅拌条件下反应7h。反应结束后，将反应液冷却至室温，短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物进行柱层析分离(洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚＝5:95)，得到纯净干燥的产物，产率75％。核磁谱图见图7和图8。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.05(s,1H),7.37(t,J＝7.8Hz,1H),7.17(d,J＝7.4Hz,1H),6.94(d,J＝8.2Hz,1H),4.87(s,2H),3.80(s,3H),2.26(s,3H),0.26(s,9H).13CNMR(126MHz,CDCl3)δ167.98,162.49,157.01,140.75,130.91,129.77,126.87,111.53,72.76,55.41,17.97,0.52.。
实施例5
(E)-2-((1-(2-甲基-6-(三甲基硅烷基)苯基)亚乙基)氨基)氧基)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)乙酰胺的合成：
准备称量(E)-N-(2,3,5,6-四氟-4-(三氟甲基)苯基)-2-((1-(邻甲苯基)亚乙基)氨基)氧基)乙酰胺反应物(0.05mmol,21.1mg)，转移至反应容器，向反应容器加入六甲基二硅烷(0.15mmol,33μL),PdCl2(MeCN)2(10％mmol,1.2mg),氟化银(0.1mmol,27.4mg)，三氟乙酸铜(20mmol％,3mg)，氟化锂(0.1mmol,2.4mg)，滴加1.0mL三氟甲苯于厚壁耐压管中，旋紧反应管塞子使反应体系密封，加热至100℃，油浴搅拌条件下反应7h。反应结束后，将反应液冷却至室温，短硅胶过滤除去难溶杂质，用乙酸乙酯洗涤，有机相去除溶剂得粗产物，粗产物进行柱层析分离(洗脱剂：乙酸乙酯/石油醚＝5:95)，得到纯净干燥的产物，产率54％。核磁谱图见图9和图10。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.99(s,1H),7.30(dd,J＝7.0,4.0Hz,1H),7.25-7.21(m,3H),4.85(s,2H),2.37(s,3H),2.33(s,3H).13C NMR(126MHz,DMSO)δ168.62,159.10,136.95,135.88,130.97,129.01,128.52,126.14,72.39,20.13,17.00.。
应用实例
已有文献报道三甲基硅是良好的离去基团，可以很容易的转化为其他的官能团，这就拓展了有机硅化合物在有机合成中的应用范围，所以我们尝试了将三甲基硅基团转化为其他官能团。我们以实施例1作为底物，碘单质作为反应试剂，乙腈作为溶剂，成功实现了C-Si键向C-I键的转化，生成的芳基碘化物可以与苯硼酸进行Suzuki偶联反应形成C-C键，这一实验的成功也说明了该方法在有机合成中的实用性和有效性。
其反应通式为：
Figure BDA0002898338870000071
具体步骤如下：
取一干燥的15mL耐压管，加入磁力搅拌子、实施例1化合物(48mg,0.1mmol，1.0eq.)、碘单质(127mg,0.5mmol,5.0eq.)，乙腈(2.0mL)，然后用聚四氟乙烯盖子密封耐压管，并在真空泵下充放氮气三次，混合液在室温下搅拌24小时，反应结束后，用饱和Na2S2O3溶液淬灭反应，然后用乙酸乙酯萃取混合液两次，合并有机层并用水和饱和NaCl洗涤，收集的有机层用无水硫酸钠干燥，过滤硫酸钠，减压浓缩除去乙酸乙酯，残余物用用硅胶柱层析色谱法分离纯化，得到碘化产物(27.8mg,52％)。核磁谱图见图11和12。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.00(s,1H),7.89(d,J＝7.9Hz,1H),7.42(t,J＝7.5Hz,1H),7.25(d,J＝7.9Hz,1H),7.11(t,J＝7.7Hz,1H),4.87(s,2H),2.34(s,3H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ167.92,163.17,141.42,139.63,130.67,129.05,128.48,95.43,72.94,17.45.。

Claims (10)

1.一种有机硅化合物的合成方法，其特征在于，包括：在钯催化剂的催化作用下，在有机溶剂和氧化剂存在下，安装导向基团的苯乙酮衍生物I和六甲基二硅烷II发生C-H活化反应，制备目标产物有机硅化合物III的步骤；
Figure FDA0003765332220000011
其中，R基选自酯基、三氟甲基、苄氧基、氰基、卤代基中任意一基团，R基取代于苯乙酮衍生物的C2、C3、C4位；
氧化剂为摩尔比为10:1的氟化银和三氟乙酸铜。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，钯催化剂为醋酸钯、三氟乙酸钯、新戊酸钯、双乙腈氯化钯，钯催化剂摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的0.1equive。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，钯催化剂为双乙腈氯化钯。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶剂为三氟甲苯、甲苯、氯苯、六氟异丙醇、1,2-二氯乙烷中任意一种。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶剂为三氟甲苯。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，氧化剂摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的2.2equive。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应体系还包括碱，碱选自碳酸钠、碳酸锂、氟化锂，碱摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的2.0equive。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，碱为氟化锂。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应温度为100±20℃，反应时间不小于7h。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，六甲基二硅烷摩尔量为苯乙酮衍生物摩尔量的3.0equive。
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CN108610358A (zh) * 2016-12-09 2018-10-02 上海交通大学 3-(三甲基硅基)吡咯烷-2-羧酸、其中间体及制备与应用

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