CN113024431B

CN113024431B - 一种(e)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法

Info

Publication number: CN113024431B
Application number: CN202110315663.2A
Authority: CN
Inventors: 芦玲慧; 吴超; 周强; 包文虎
Original assignee: Hunan University of Science and Engineering
Current assignee: Hunan University of Science and Engineering
Priority date: 2021-03-24
Filing date: 2021-03-24
Publication date: 2022-11-29
Anticipated expiration: 2041-03-24
Also published as: CN113024431A

Abstract

本发明公开了一种(E)‑1,2‑二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法。该方法是在含氧气氛下，苯乙炔类化合物与硒氰酸盐在蓝光照射下一锅反应，高选择性、高产率得到(E)‑1,2‑二硒氰基烯烃化合物，且该方法无需额外添加光催化剂，具有条件温和、原子效率高、原料易得、环境友好以及产物分离纯化简单等优点，有利于大规模生产。

Description

一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法

技术领域

本发明涉及一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法。特别涉及一种在含氧气氛下以及特殊波长蓝光照射条件下，苯乙炔化合物与硒氰酸钾一锅反应，高选择性、高产率得到(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的方法，属于有机中间体合成技术领域。

背景技术

硒氰基化合物作为一种重要的含硒化合物，在药物研发领域发挥着重要的作用。2018年，何卫民等人研发了碘苯二乙酸氧化合成(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的方法(申请号CN201811188339.3)。该方法使用1.1倍化学当量的碘苯二乙酸作为氧化剂，氧化炔烃与硒氰酸钾发生自由基加成反应。该方法需要使用大量的碘苯二乙酸氧化剂，不仅增加反应成本，还会产生额外的污染物，原子经济性较差。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是在于提供一种在可见光催化下，以氧气作为氧化剂实现苯乙炔类化合物和硒氰酸盐等廉价原料一锅反应合成(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的方法，该方法无需外加金属类催化剂，在温和条件下高选择性、高收率获得(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物，且反应原子效率高、成本低、环境友好、分离纯化简单，有利于大规模生产。

为了实现上述技术目的，本发明提供了一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，该方法是在含氧气氛下，苯乙炔类化合物与硒氰酸盐在蓝光照射下一锅反应，即得(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物；

所述苯乙炔类化合物具有式1结构：

所述(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物具有式2结构：

其中，

R¹为烷基、烷氧基、芳基、二甲胺基、乙炔基或卤素取代基。

本发明的(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物中R¹是由苯乙炔类化合物引入的取代基团，R¹可以为烷基、烷氧基、芳基、二甲胺基、乙炔基或卤素取代基。R¹选择烷基时，烷基为短链烷基，如C₁～C₅的烷基，具体为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基等。R¹选择烷氧基时，烷氧基为C₁～C₅的烷氧基，具体如甲氧基、乙氧基、丁氧基等。R¹选择芳基时，芳基为萘基、苯基或含取代基的苯基，所述含取代基的苯基为苯环上含有常规取代基的苯基，苯环上的取代基位置不限，取代基的数量为一个或多个，可以选择的取代基具体如C₁～C₅的烷基(具体如甲基、乙基、丙基、丁基等)、C₁～C₅的烷氧基(具体如甲氧基、乙氧基、丁氧基等)、卤素取代基(具体如如氟取代基、氯取代基、溴取代基或碘取代基)等等。R¹选择卤素取代基时，卤素取代基如氟取代基、氯取代基、溴取代基或碘取代基。苯乙炔类化合物中苯环上所含的取代基可以有一个或多个取代基，一般含有一个取代基，取代基的位置不限。R¹取代基的种类及数目对合成(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物反应的影响并不明显，选择不同取代基时，(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物物的收率均保持在86％以上。

作为一个优选的方案，所述含氧气氛为空气、富氧空气或纯氧。含氧气氛中的氧气浓度越高越有利于提高反应收率，最优选为在纯氧气氛中进行反应。

作为一个优选的方案，所述蓝光波长为415～420nm。该反应在405～425nm波长范围内都有响应，反应均可以顺利进行，但在415～420nm波长范围内反应收率最高。

作为一个优选的方案，所述蓝光由3～10W的LED蓝光光源提供。优选为4～6W的LED蓝色光源。最优选为5W的LED蓝色光源，蓝光光源功率过高或过低都会在不同程度影响反应收率。

作为一个优选的方案，所述苯乙炔类化合物与硒氰酸盐的摩尔比为1:2～2.4。苯乙炔类化合物与硒氰酸盐的理论反应摩尔比例为1:2，但是稍过量的硒氰酸盐有利于提高反应收率，苯乙炔类化合物与硒氰酸盐的最佳反应比例为1:2.2，如果进一步增加硒氰酸盐用量，反应的收率没有明显的提高，而降低硒氰酸盐用量则反应收率明显降低。

作为一个优选的方案，所述硒氰酸盐为硒氰酸钾。理论上常见的易于溶解而离解出硒氰酸根离子的硒氰酸盐都适应于该反应，优选为市面上常见的硒氰酸钾。

作为一个优选的方案，所述一锅反应采用DMF(N,N-二甲基甲酰胺)、四氢呋喃和乙腈中至少一种作为反应介质。乙腈、N,N-二甲基甲酰胺或四氢呋喃作为反应介质都能够使得反应顺利进行，但四氢呋喃为最佳反应介质。

作为一个优选的方案，所述一锅反应采用乳酸、柠檬酸和DL-苹果酸中至少一种作为反应促进剂。在乳酸、柠檬酸和DL-苹果酸等生物酸作用下都对该反应具有一定促进作用，而DL-苹果酸是效果最佳的反应促进剂。

作为一个优选的方案，所述反应促进剂用量为苯乙炔类化合物摩尔量的25～75％。反应促进剂用量较优选为苯乙炔类化合物摩尔量的40～60％。反应促进剂的用量在优选的范围内，反应都能达到较高的收率，反应促进剂的用量为苯乙炔类化合物摩尔量的50％时，达到最佳的反应效果，低于50％时反应收率会有降低，而高于50％时，反应收率变化不明显。

作为一个优选的方案，所述一锅反应的条件为：温度为室温，时间为4～8小时。

本发明由苯乙炔类化合物与硒氰酸盐(以硒氰酸钾、DL-苹果酸促进剂，四氢呋喃为反应介质为例进行说明)的可见光催化反应合成(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的路线如下：

本发明还提出了合成(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的反应机理，以苯乙炔和硒氰酸钾之间的反应为例进行具体说明。硒氰酸钾在光照及氧气氧化下生成高活性的硒氰基自由基，硒氰基自由基进一步与苯乙炔发生自由基加成反应生成中间体A，随后中间体A与第二分子的硒氰基自由基反应得到(E)-1,2-二硒氰基苯乙烯化合物。

相对现有技术，本发明的技术方案带来的有益技术效果：

1)本发明采用氧气作为氧化剂，安全，廉价易得，氧气的最终产物为无害的过氧化氢；

2)本发明使用功率为5W、波长为415～420nm的LED作为光源，安全节能，绿色环保；

3)本发明使用芳基乙炔的选择性广，官能团兼容性好；

4)本发明的反应步骤简单，一锅反应可以实现，且反应条件温和，不使用金属催化剂及有机氧化剂，产物易分离，产物收率高、选择性好。

附图说明

图1为(E)-1,2-二硒氰基-4’-乙基苯乙烯¹H NMR。

图2为(E)-1,2-二硒氰基-4’-乙基苯乙烯¹³C NMR。

具体实施方式

以下具体实施例旨在进一步说明本发明内容，而不是限制本发明权利要求的保护范围。

以苯乙炔和硒氰酸钾在最佳反应条件下进行的反应作为标准反应，具体反应式如下：

具体操作步骤为：在10mL石英反应管中，依次加入苯乙炔(0.2mmol)、硒氰酸钾(0.44mmol)、DL-苹果酸(0.1mmol)以及THF(1.0mL)，所得混合液置于氧气气氛中，光源功率5W的415～420nm波长的可见光照射并室温搅拌反应。反应结束后，向反应混合物中加入5mL水，用乙酸乙酯萃取(3mL×3)，合并有机相并使用饱和食盐水洗涤，干燥后真空浓缩并通过核磁粗谱分析产率。

以下实验组1～19是以上述标准反应作为参考，进行对比说明：

上表中实验组1～4考察了不同波长的可见光对反应的影响，从实验数据可以看出，在波长405～425nm范围的可见光照射下，反应均可以顺利进行，但该反应对可见光波长较为敏感，其中415～420nm波长的可见光照射是反应的最佳光源，反应收率最高。

上表中实验组1、5～6考察了光源功率对反应的影响，实验结果表明，使用3W或10W的蓝色LED光源替代5W的LED光源，反应均可以顺利进行，但反应产率都有一定的降低，说明5W的LED光源是反应的最佳光源。

上表中实验组1、7～8考察了硒氰酸钾用量对反应的影响，苯乙炔与硒氰酸钾的理论摩尔比为1:2，而通过实验表明苯乙炔与硒氰酸钾摩尔比为1:2.2时反应收率最高，增加硒氰酸钾用量，反应收率没有明显的提高；而降低硒氰酸钾用量时反应收率降低明显，因此，反应中稍过量的硒氰酸钾有利于反应进行。

上表中实验组1、9～11考察了不同的生物质酸对反应的影响，实验结果表明在本反应条件下，使用草酸代替DL-苹果酸进行试验时，未检测到(E)-1,2-二硒氰基苯乙烯化合物生成，反应无法进行。而使用柠檬酸、乳酸代替DL-苹果酸进行试验时，反应效果明显降低。说明DL-苹果酸是最合适的促进剂。

上表中实验组1、12～14考察了DL-苹果酸的添加量对反应的影响，从实验数据可以看出，在本反应条件下，增加DL-苹果酸用量，反应收率没有明显的提高；而降低DL-苹果酸用量时反应收率降低明显，而不添加DL-苹果酸时，反应虽然能够进行，但是反应收率不理想，收率为23％。因此，反应中DL-苹果酸的最佳用量为0.10mmol。

上表中实验组1、15～16考察了不同的反应介质，通过实验表明使用乙腈、N,N-二甲基甲酰胺代替四氢呋喃作为反应介质时，反应也可以顺利进行，但产率均有不同程度的降低，说明四氢呋喃为最佳反应介质。

上表中实验组1、17～18考察了反应气氛对反应的影响，通过实验表明反应在空气气氛下也可以顺利发生，但产率有明显下降，而在氮气气氛下，反应无法发生，而纯氧气氛下，目标产物收率最高，说明氧气浓度越高，越有利于反应。

上表中实验组1、19考察了光照对反应的影响，实验结果表明反应在避光条件下，反应无法发生。

实施例1～6

以下实施例1～6均按最优反应条件下反应，具体反应方程式如下，主要是考察不同底物在最优条件反应的收率情况：

具体操作步骤为：在10mL石英反应管中，依次加入芳基乙炔(0.4mmol)、硒氰酸钾(0.88mmol)、DL-苹果酸(0.2mmol)以及THF(1.5mL)，所得混合液置于氧气气氛中，光源功率5W的415～420nm波长的可见光照射并室温搅拌反应。反应结束后，向反应混合物中加入8mL水，用乙酸乙酯萃取(5mL×3)，合并有机相并使用饱和食盐水洗涤，干燥后真空浓缩并通过色谱柱层析纯化即可得到目标化合物。

实施例1

化合物1：收率98％,(E)-(1,2-diselenocyanatovinyl)benzene；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.51–7.50(m,3H),7.36–7.34(m,2H),7.24(s,1H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ134.6,131.2,129.8,127.9,127.9,116.7,99.8,99.6.

实施例2

化合物2：收率95％，(E)-1-(1,2-diselenocyanatovinyl)-4-ethylbenzene；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.32(d,J＝8.4Hz,2H),7.26(d,J＝8.4Hz,2H),7.19(s,1H),2.71(q,J＝7.6Hz,2H),1.27(t,J＝7.6Hz,3H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ147.9,131.8,129.3,128.2,127.9,115.8,100.0,99.8,28.7,15.0.

实施例3

化合物3：收率93％，(E)-1-(1,2-diselenocyanatovinyl)-4-ethynylbenzene；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.60(d,J＝8.4Hz,2H),7.33(d,J＝8.4Hz,2H),7.28(s,1H),3.24(s,1H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ134.7,133.3,128.0,127.2,125.2,118.0,99.6,99.3,82.1,80.2.

实施例4

化合物4：收率92％，(E)-4-(1,2-diselenocyanatovinyl)-1,1'-biphenyl；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.72(d,J＝8.4Hz,2H),7.61(d,J＝7.2Hz,2H),7.51-7.47(m,2H),7.44-7.42(m,3H),7.26(s,1H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ144.1,139.3,133.2,129.0,128.5,128.4,128.3,127.8,127.1,116.8,99.9,99.7.

实施例5

化合物5：收率94％，(E)-1-bromo-4-(1,2-diselenocyanatovinyl)benzene；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.65(d,J＝8.4Hz,2H),7.28(s,1H),7.24(d,J＝8.4Hz,2H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ133.5,133.1,129.5,127.0,125.8,118.0,99.5,99.2.

实施例6

化合物6：收率88％，(E)-4-(1,2-diselenocyanatovinyl)-N,N-dimethylaniline；

¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ7.20(d,J＝8.8Hz,2H),6.99(s,1H),6.70(d,J＝8.8Hz,2H),3.04(s,3H)；

¹³C NMR(100MHz,CDCl₃)δ151.7,129.6,129.4,120.7,112.0,111.9,100.7,100.5,40.0.

Claims

1.一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：在含氧气氛下，苯乙炔类化合物与硒氰酸盐在蓝光照射下一锅反应，即得(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物；所述一锅反应采用乳酸、柠檬酸和DL-苹果酸中至少一种作为反应促进剂；所述反应促进剂用量为苯乙炔类化合物摩尔量的25～75％；

所述苯乙炔类化合物具有式1结构：

所述(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物具有式2结构：

其中，

2.根据权利要求1所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：

所述烷基为C₁～C₅的烷基；

所述烷氧基为C₁～C₅的烷氧基；

所述芳基为萘基、苯基或含取代基的苯基，所述含取代基的苯基含有C₁～C₅的烷基、C₁～C₅的烷氧基、卤素取代基中至少一种取代基；

所述卤素取代基为氟、氯、溴或碘。

3.根据权利要求1所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述含氧气氛为空气、富氧空气或纯氧。

4.根据权利要求1所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述蓝光波长为415～420nm。

5.根据权利要求4所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述蓝光由3～10W的LED蓝光光源提供。

6.根据权利要求1所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述苯乙炔类化合物与硒氰酸盐的摩尔比为1:2～2.4。

7.根据权利要求1所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述一锅反应采用N,N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃和乙腈中至少一种作为反应介质。

8.根据权利要求1～7任一项所述的一种(E)-1,2-二硒氰基烯烃化合物的光催化合成方法，其特征在于：所述一锅反应的条件为：温度为室温，时间为4～8小时。