CN113121338A - 一种α-羟基-β-酮酸酯类化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成领域,本发明公开了一种α‑羟基‑β‑酮酸酯类化合物的合成方法,包括:将β‑酮酸酯类化合物置于有机溶剂中,加入配合物催化剂和光敏剂,以可见光为驱动力,以空气作为氧化剂进行α‑羟基化反应,反应结束后反应液经后处理制备得到α‑羟基‑β‑酮酸酯类化合物;本发明合成方法高效温和,收率高、绿色环保、反应底物范围广泛,且光敏剂催化量极低,同时制备得到的产物可以作为一类重要的有机中间体应用于医药、农药等领域,具有重要的应用价值。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域,尤其涉及一种α-羟基-β-酮酸酯类化合物的合成方法。
背景技术
β-酮酸酯的α-羟基化的有效方法的开发具有非常重要的意义,因为该类骨架存在于许多生物活性分子、药物以及农药分子中,如:Kjellmanianone,Vindoline,HamigeranA和Indoxacarb,如下所示:
由于其巨大的应用潜力,在过去的几十年中,α-羟基β-酮酸酯的合成引起了相当大的关注。通常,参与对β-酮酸酯进行α-羟基化反应的氧化剂一般为有机过氧化物、Davis试剂和亚硝基苯类化合物。例如,专利CN105521826B和专利CN101844980B公开的α-羟基-β-酮酸酯类化合物合成方法中,用到的氧化剂为过氧化氢、过氧化尿素、叔丁基过氧化氢等有机过氧化物,虽然使用这些氧化剂参与的大多数的反应获得了不错的结果,但是都或多或少有副产物的生成,就原子经济性和绿色化学的概念来说,使用空气中的分子氧替代它们作为氧化剂参与反应是一个更为理想的选择。
随着金属有机催化的不断发展,金属有机催化的合成策略逐渐引起了科学家们的广泛关注。与有机催化相比,金属有机物的出现带来了互补催化模式的发展前景。
发明内容
为了克服目前现有技术α-羟基-β-酮酸酯类化合物合成方法中,使用Davis试剂、亚硝基苯和有机过氧化物等氧源不利于绿色环保、原子经济型较低,同时催化效率较低等技术问题,本发明提出了一种高效、环保的α-羟基-β-酮酸酯类化合物的合成方法。
本发明的具体技术方案为:一种α-羟基-β-酮酸酯类化合物的合成方法,包括以下步骤:将β-酮酸酯类化合物置于有机溶剂中,加入配合物催化剂和光敏剂,以可见光为驱动力,以空气作为氧化剂进行α-羟基化反应,反应结束后,对所得反应液进行后处理,制备得到α-羟基-β-酮酸酯类化合物。
所述配合催化剂包括式(III)或式(IV)或式(V)或式(VI)或式(VII)或式(VIII)或式(IX)或式(X)所示胺类化合物配体与铜盐形成的络合物:
本发明采用β-酮酸酯类化合物为原料,用可见光为驱动力,在空气环境中,以胺类化合物配体与铜盐形成的配合物作为催化剂,在均相条件下进行α-羟基化反应,并进行后处理制备得到α-羟基-β-酮酸酯类化合物,该制备方法利用三线态氧分子在光照与光敏剂作用下生成的氧化性更强的单线态氧作为绿色氧源,基于胺类化合物与铜盐络合物对β-酮酸酯类化合物优越的催化作用及其在氧化过程中与单线态氧的高效协同作用,来实现α-羟基-β-酮酸酯类化合物的高效催化制备。
作为优选,所述β-酮酸酯类化合物如式(I)所示:
所述α-羟基-β-酮酸酯类化合物如式(II)所示:
其中,式(I)和式(II)中,R1为H、氟、氯、溴、甲基或甲氧基;R2为金刚烷基、甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
作为优选,所述有机溶剂包括乙酸乙酯、甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,2-二氯乙烷和间二甲苯中的一种或几种;所述有机溶剂与β-酮酸酯类化合物的体积摩尔比为1-15mL/mmol。
作为优选,所述铜盐包括醋酸铜、硫酸铜、三氟甲磺酸铜和氯化铜中的一种或几种。
作为优选,所述胺类化合物配体与铜盐的摩尔比为1∶0.5-1。
作为优选,所述β-酮酸酯类化合物与络合物催化剂的摩尔比为1∶0.01-0.1。
作为优选,所述光敏剂包括四苯基卟啉、Rosebengal和噻吨酮中的一种或几种,用量相对于β-酮酸酯类化合物为0.1-0.005mo1%。
本发明中光敏剂催化量用量极低,这是基于胺类化合物铜盐络合物对β-酮酸酯类化合物优越的诱导作用及其在氧化过程中与单线态氧的高效协同作用来实现的,因此,在该催化体系下,只要极低的光敏剂用量,就能实现催化氧化的高效进行。
作为优选,所述α-羟基化反应为在-10~50℃下反应0.2-12h。
作为优选,所述后处理方法为:反应液用乙酸乙酯萃取,取有机相蒸馏脱除溶剂后,剩余物用200-300目硅胶进行柱层析分离,并用乙酸乙酯与石油醚体积比1∶1~70的混合液为洗脱剂进行梯度洗脱,将洗脱液蒸除溶剂并干燥。
作为优选,所述络合物催化剂的制备方法为:将胺类化合物配体与铜盐置于有机溶剂中,在室温下搅拌反应0.5-2h。
与现有技术相比,本发明具有如下有益效果:
本发明合成方法高效温和,收率高、绿色环保、反应底物范围广泛,且催化剂与光敏剂催化量极低,同时制备得到的产物可以作为一类重要的有机中间体应用于医药、农药等领域,具有重要的应用价值。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
总实施例
一种α-羟基-β-酮酸酯类化合物的合成方法,包括以下步骤:将β-酮酸酯类化合物置于有机溶剂(乙酸乙酯、甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,2-二氯乙烷和间二甲苯;与β-酮酸酯类化合物的体积摩尔比为1-15mL/mmol)中,加入配合物催化剂(β-酮酸酯类化合物与络合物催化剂的摩尔比为1∶0.01-0.1)和光敏剂(四苯基卟啉、Rosebengal和噻吨酮,用量相对于β-酮酸酯类化合物为0.1-0.005mo1%),以可见光为驱动力,以空气作为氧化剂,在-10~50℃下进行反应α-羟基化反应0.2-12h,反应结束后,对所得反应液进行后处理,具体为反应液用乙酸乙酯萃取,取有机相蒸馏脱除溶剂后,剩余物用200-300目硅胶进行柱层析分离,并用乙酸乙酯与石油醚体积比1∶1~70的混合液为洗脱剂进行梯度洗脱,将洗脱液蒸除溶剂并干燥。制备得到α-羟基-β-酮酸酯类化合物。
所述β-酮酸酯类化合物如式(I)所示:
所述α-羟基-β-酮酸酯类化合物如式(II)所示:
其中,式(I)和式(II)中,R1为H、氟、氯、溴、甲基或甲氧基;R2为金刚烷基、甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
所述配合催化剂包括式(III)或式(IV)或式(V)或式(VI)或式(VII)或式(VIII)或式(IX)或式(X)所示胺类化合物配体与铜盐形成的络合物:
所述铜盐包括醋酸铜、硫酸铜、三氟甲磺酸铜和氯化铜中的一种或几种。胺类化合物配体与铜盐的摩尔比为1∶0.5-1。
所述络合物催化剂的制备方法为:将胺类化合物配体与铜盐置于有机溶剂中,在室温下搅拌反应0.5-2h。
实施例1:反应式为:
将0.001mmol乙二胺(X),0.001mmol醋酸铜,加入2mL四氢呋喃溶解,先室温搅拌0.5h,然后将1-茚酮甲酸甲酯(0.1mmol)和四苯基卟啉(TPP)(0.00001mmol)加入到石英试管中,上述体系通入空气,在25℃下搅拌反应7h,将反应液减压浓缩,上200-300目硅胶层析柱分离,以石油醚和乙酸乙酯的体积比为1-10∶1的洗脱液为洗脱剂进行梯度洗脱,收集洗脱液蒸去溶剂,得到白色固体产物(收率99%),1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.82(d,J=7.6Hz,1H),7.69(t,J=7.4Hz,1H),7.51(d,J=7.6Hz,1H),7.45(t,J=7.4Hz,1H),4.06(s,1H),3.79-3.72(m,4H),3.27(d,J=17.2Hz,1H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ200.8,171.9,152.2,136.2,133.5,128.2,126.5,125.3,80.4,53.5,39.3.HRMS:m/z=229.0472[M+Na]+。
取与实施例1相同的反应物,在相同的操作步骤下,分别以0.01mmol以下配体替代配体(X)作催化剂进行催化氧化反应,结果如下表1所示:
表1
取与实施例1相同的反应物,在相同的操作步骤下,分别以0.01mmol不同的路易斯酸与配体(X)的配合物作催化剂进行催化氧化反应,结果如下表2所示:
表2
取与实施例1相同的反应物,在相同的操作步骤下,分别以以下光敏剂替代TPP以及以2mL以下有机溶剂替代甲苯进行催化氧化反应,结果如下表3所示:
表3
取与实施例1相同的反应物,在相同的操作步骤下,分别以1%催化剂量的醋酸铜与配体(X)作催化剂在以下溶剂中进行催化氧化反应,结果如下表4所示:
表4
取与实施例1相同的反应物,在相同的操作步骤下,分别以不同催化剂量的光敏剂(TPP)进行催化氧化反应,结果如下表5所示:
表5
实施例2:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为5-氟-1-茚酮羧酸甲酯,所用的配体及铜盐为0.001mmol乙二胺配体(X),0.001mmol醋酸铜,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率97%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.83(dd,J=8.4,5.3Hz,1H),7.22-7.09(m,2H),4.05(s,1H),3.77(s,3H),3.73(d,J=17.4Hz,1H),3.26(d,J=17.4Hz,1H).13CNMR(150MHz,CDCl3)δ198.9,171.6,167.9(d,1JC-F=257.5),155.2(d,3JC-F=10.2),129.9(d,4JC-F=1.74),127.8(d,3JC-F=10.7),116.6(d,2JC-F=23.5),113.4(d,2JC-F=22.6),80.5,53.6,39.1.。
实施例3:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为6-氟-1-茚酮羧酸甲酯,所用的配体及铜盐为0.001mmol乙二胺配体(X),0.001mmol醋酸铜,先室温搅拌0.5h,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到无色油状产物(收率92%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.49(dd,J=8.4,4.5Hz,1H),7.45(dd,J=7.3,2.5Hz,1H),7.41(td,J=8.5,2.5Hz,1H),4.08(s,1H),3.76(s,3H),3.71(d,J=17.0Hz,1H),3.23(d,J=17.0Hz,1H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ200.0,171.6,162.5(d,1JC-F=247.9),147.6(d,4JC-F=2.1),135.2(d,3JC-F=7.5),127.9(d,3JC-F=7.83),123.9(d,2JC-F=23.6),111.0(d,2JC-F=22.0),81.0,53.6,38.8.。
实施例4:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为5-氯-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率94%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.75(d,J=8.2Hz,1H),7.51(s,1H),7.43(d,J=8.1Hz,1H),4.08(s,1H),3.76(s,3H),3.72(d,J=17.4Hz,1H),3.25(d,J=17.4Hz,1H).13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ199.4,171.5,153.5,142.9,132.0,129.1,126.8,126.4,80.4,53.6,39.0.。
实施例5:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为6-氯-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率94%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.78(d,J=1.8Hz,1H),7.65(dd,J=8.2,2.0Hz,1H),7.46(d,J=8.2Hz,1H),4.05(s,1H),3.77(s,3H),3.71(d,J=17.3Hz,1H),3.24(d,J=17.3Hz,1H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ199.6,171.5,150.2,136.2,135.0,134.6,127.7,125.0,80.8,53.6,38.9.。
实施例6:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为6-溴-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到无色油状产物(收率89%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.94(s,1H),7.79(d,J=10.1Hz,1H),7.41(d,J=8.2Hz,1H),4.03(s,1H),3.77(s,3H),3.69(d,J=17.3Hz,1H),3.21(d,J=17.4Hz,1H).13C NMR(150MHz,CDCl3)δ199.5,171.5,150.7,138.9,135.4,128.1,128.0,122.3,80.6,53.6,38.9.。
实施例7:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为4-溴-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率95%)。1HNMR(600MHz,CDCl3)δ7.86(d,J=7.7Hz,1H),7.78(d,J=7.4Hz,1H),7.37(t,J=7.5Hz,1H),4.04(s,1H),3.79(s,3H),3.69(d,J=17.8Hz,1H),3.20(d,J=17.7Hz,1H).13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ200.2,171.5,151.9,138.9,135.5,129.9,124.1,121.9,80.0,53.7,40.4.。
实施例8:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为5-甲氧基-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到黄色固体产物(收率91%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.75(d,J=8.6Hz,1H),6.96(d,J=8.6Hz,1H),6.93(s,1H),4.60(s,1H),3.93(s,3H),3.81(s,3H),3.66(d,J=17.6Hz,1H),3.54(d,J=17.6Hz,1H).13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ193.3,169.5,166.7,155.0,127.4,126.9,116.5,109.8,91.0,55.9,53.2,36.8.。
实施例9:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为5,6-二甲氧基-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率92%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.19(s,1H),6.90(s,1H),4.08(s,1H),3.99(s,3H),3.91(s,3H),3.74(s,3H),3.64(d,J=16.9Hz,1H),3.16(d,J=16.9Hz,1H).13C NMR(151MHz,CDCl3)δ199.1,172.2,156.8,150.0,148.1,126.1,107.3,105.4,80.8,56.4,56.1,53.4,39.0.。
实施例10:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为6-甲基-1-茚酮羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率93%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.61(s,1H),7.50(d,J=7.8Hz,1H),7.39(d,J=7.8Hz,1H),4.02(s,1H),3.75(s,3H),3.70(d,J=17.1Hz,1H),3.22(d,J=17.1Hz,1H),2.43(s,3H).13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ200.9,172.0,149.6,138.3,137.5,133.7,126.1,125.2,80.7,53.4,39.0,21.1。
实施例11:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为1,2,3,4-四氢-1-氧代-2-萘羧酸甲酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到黄色固体产物(收率98%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ8.04(d,J=7.8Hz,1H),7.53(t,J=7.5Hz,1H),7.34(t,J=7.6Hz,1H),7.29-7.25(m,1H),4.41(s,1H),3.74(s,3H),3.13(q,J=4.4,4.0Hz,2H),2.71(dt,J=13.5,5.1Hz,1H),2.25(ddd,J=14.8,8.9,6.3Hz,1H).13C NMR(151 MHz,CDCl3)δ194.5,171.1,144.0,134.4,130.1,128.9,128.2,127.0,77.7,53.0,32.7,21.0.。
实施例12:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为1-茚酮羧酸异丙酯,其他反应条件及步骤与反应实施
例1相同,得到白色固体产物(收率95%)。1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.81(d,J=7.7Hz,1H),7.67(t,J=7.5Hz,1H),7.50(d,J=7.7Hz,1H),7.44(t,J=7.5Hz,1H),5.08(p,J=6.3Hz,1H),4.05(s,1H),3.70(d,J=17.2Hz,1H),3.25(d,J=17.2Hz,1H),1.21(d,J=6.3Hz,3H),1.14(d,J=6.3Hz,3H).13C NMR(126MHz,CDCl3)δ201.0,171.0,152.3,136.0,133.7,128.0,126.4,125.2,80.3,70.9,39.3,21.5,21.3.。
实施例13:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为1-茚酮羧酸叔丁酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率86%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.81(d,J=7.7Hz,1H),7.66(t,J=7.5Hz,1H),7.49(d,J=7.7Hz,1H),7.43(t,J=7.5Hz,1H),4.04(s,1H),3.67(d,J=17.1Hz,1H),3.24(d,J=17.1Hz,1H),1.38(s,9H).13C NMR(151MHz,CDCl3)δ201.4,170.5,152.3,135.9,133.9,127.9,126.3,125.1,83.9,80.5,39.5,27.7.。
实施例14:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为1-金刚烷基(1-Ad)茚酮羧酸酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率95%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.80(d,J=7.7Hz,1H),7.65(t,J=7.4Hz,1H),7.48(d,J=7.6Hz,1H),7.42(t,J=7.5Hz,1H),4.07(s,1H),3.67(d,J=17.0Hz,1H),3.23(d,J=17.0Hz,1H),2.13(s,3H),1.98(s,6H),1.61(s,6H).13C NMR(151MHz,CDCl3)δ201.5,170.2,152.4,135.8,134.0,127.9,126.3,125.0,83.9,80.6,40.9,39.6,35.9,30.8.。
实施例15:产物结构式为:
与实施例1不同之处在于:所用原料为2-金刚烷基(2-Ad)茚酮羧酸酯,其他反应条件及步骤与反应实施例1相同,得到白色固体产物(收率96%)。1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.82(d,J=7.7Hz,1H),7.68(t,J=7.5Hz,1H),7.52(d,J=7.7Hz,1H),7.44(t,J=7.5Hz,1H),4.97(s,1H),4.05(s,1H),3.73(d,J=16.9Hz,1H),3.32(d,J=16.9Hz,1H),1.88-1.55(m,10H),1.44-1.25(m,4H).13C NMR(151MHz,CDCl3)δ201.1,170.7,152.0,135.9,134.1,128.1,126.3,125.1,81.0,79.8,39.6,37.1,36.1,36.0,31.7,31.5,31.5,31.3,26.8,26.7.。
本发明中所用原料、设备,若无特别说明,均为本领域的常用原料、设备;本发明中所用方法,若无特别说明,均为本领域的常规方法。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例,并非对本发明作任何限制,凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变换,均仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
3.如权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述有机溶剂包括乙酸乙酯、甲醇、甲苯、甲基叔丁基醚、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、四氢呋喃、1,2-二氯乙烷和间二甲苯中的一种或几种;所述有机溶剂与β-酮酸酯类化合物的体积摩尔比为1-15mL/mmol。
4.如权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述铜盐包括醋酸铜、硫酸铜、三氟甲磺酸铜和氯化铜中的一种或几种。
5.如权利要求1或4所述的合成方法,其特征在于:所述胺类化合物配体与铜盐的摩尔比为1∶0.5-1。
6.如权利要求1或2或4所述的合成方法,其特征在于:所述β-酮酸酯类化合物与络合物催化剂的摩尔比为1∶0.01-0.1。
7.如权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述光敏剂包括四苯基卟啉、Rosebengal和噻吨酮中的一种或几种,用量相对于β-酮酸酯类化合物为0.1-0.005mol%。
8.如权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述α-羟基化反应为在-10~50℃下反应0.2-12h。
9.如权利要求1所述的合成方法,其特征在于:所述后处理方法为:反应液用乙酸乙酯萃取,取有机相蒸馏脱除溶剂后,剩余物用200-300目硅胶进行柱层析分离,并用乙酸乙酯与石油醚体积比1∶1~70的混合液为洗脱剂进行梯度洗脱,将洗脱液蒸除溶剂并干燥。
10.如权利要求1或4所述的合成方法,其特征在于:所述络合物催化剂的制备方法为:将胺类化合物配体与铜盐置于有机溶剂中,在室温下搅拌反应0.5-2h。
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