CN113173908A - 一种噻吩类化合物的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种噻吩类化合物的制备方法，在碱催化的作用下，烯胺酮和硫粉串联反应，一步反应得到噻吩类化合物。该方法产率最高达到80％。该方法的反应条件温和，操作简单，原料容易得到，底物可转化为多种其他有用的分子，具有很强的实用性。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成方法学领域，具体而言，涉及一种噻吩类化合物的制备方法。
背景技术
噻吩类结构作为重要的结构单元，噻吩类衍生物广泛地存在于药物、有机材料以及功能性材料中。无过渡金属催化C-H活化直接构建噻吩类衍生物被人们广泛关注。其中，人们采用烯烃或者炔烃与无机硫源由碱催化构建C-S键成为研究的热点。现有技术中一般用苯乙酮与DMF-DMA反应来制备噻吩。然而，以往报道的噻吩结构单元的合成方法，存在着反应操作复杂、反应条件苛刻、原料难以合成或溶剂不够绿色等缺点。对于噻吩结构单元的合成方法，目前还有很大的提升空间，因此环境友好以及产物结果多样化的噻吩合成方法亟待开发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种噻吩类化合物的制备方法，该方法无需过渡金属催化，经济实用、操作简单、产率优良、并且在纯水介质中进行，具有重要应用前景。
本发明提供的一种噻吩类化合物的制备方法，其包括：在溶剂中，烯胺酮、单质硫和碱的混合物经加热反应后制得所述噻吩类化合物；
其中，所述烯胺酮的结构式为
所述噻吩类化合物的结构式为
式中，所述R是氢、氟、氯、溴、碘、硝基、烷基、烷氧基、环烷基和环烷氧基中的任一种，R的结合位点为芳环上的剩余未结合位点中的任一个或多个。
在一些优选的实施例中，所述R是氢、氟、氯、硝基、C1～C8烷基、C1～C8烷氧基、C3～C8环烷基、C3～C8环烷氧基中的任一种。
在一些优选的实施例中，所述R是氟、氯、硝基、甲基、甲氧基、环丙基中的任一种。
在一些优选的实施例中，所述溶剂是水。
在一些优选的实施例中，所述碱是氢氧化钠。
在一些优选的实施例中，所述烯胺酮、单质硫和碱的摩尔比例为1：1：0.1～0.5。
在一些优选的实施例中，所述加热反应的条件为：在120℃下反应6～12h。
本发明实施例的有益效果例如包括：本发明实施例提供的噻吩类化合物的制备方法通过含N(CH3)2结构的三级烯胺酮在碱的催化下，在水中与单质硫环化产生噻吩化合物，产物含有2,5-二芳甲酰基取代结构；该反应操作简单，原料容易得到，溶剂绿色。
附图说明
图1为本发明中式I-a化合物的核磁共振氢谱图。
图2为本发明中式I-a化合物的核磁共振碳谱图。
图3为本发明中式I-b化合物的核磁共振氢谱图。
图4为本发明中式I-b化合物的核磁共振碳谱图。
图5为本发明中式I-c化合物的核磁共振氢谱图。
图6为本发明中式I-c化合物的核磁共振碳谱图。
图7为本发明中式I-d化合物的核磁共振氢谱图。
图8为本发明中式I-d化合物的核磁共振碳谱图。
图9为本发明中式I-e化合物的核磁共振氢谱图。
图10为本发明中式I-e化合物的核磁共振碳谱图。
图11为本发明中式I-f化合物的核磁共振氢谱图。
图12为本发明中式I-f化合物的核磁共振碳谱图。
图13为本发明中式I-g化合物的核磁共振氢谱图。
图14为本发明中式I-g化合物的核磁共振碳谱图。
图15为本发明中式I-b化合物的单晶结构图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
本发明实施例中化合物的核磁共振氢谱以及碳谱均在BrukerAV400型核磁共振仪上测试，1H NMR的测试频率是400MHz，13C NMR的测试频率是100MHz。CDCl3是所做测试的主要溶剂，利用TMS充当内标。在化学位移上主要是以ppm为单位来进行报告。在TOF质谱仪的ESI模式下测试所有的高分辨质谱，在X-4A型熔点仪上测试熔点，测试之前没有校正。
本发明实施例中所用到的试剂：NaOH、单质硫可由市面上直接购得，使用前未经处理。
本发明实施例中所用到的底物烯胺酮是根据下述方法由苯乙酮和DMF-DMA一锅法直接制得的，具体如下：准备一个100mL的圆底烧瓶，在其中加入苯乙酮(20mmol)、DMF-DMA(22mmol)以及二甲苯1mL，并将装有混合物的圆底烧瓶置于130℃的油浴锅中冷凝水回流24h；反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，选择重结晶或者通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝5:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物烯胺酮。
本发明实施例中所用到的其他试剂都是在阿拉丁、安耐吉、泰坦等试剂公司直接购得，没有经过进一步的纯化处理。
下面对本发明实施例的噻吩类化合物的制备方法进行具体说明。
本发明实施例提供了一种噻吩类化合物的制备方法，其包括：将烯胺酮、单质硫、NaOH的混合物于溶剂中，经加热反应后制得噻吩类化合物；
其中，烯胺酮的结构式为
噻吩类化合物的结构式为
反应通式如下：
式中，R是氢、氟、氯、溴、烷基、烷氧基、环烷基和环烷氧基中的任一种，R的结合位点为芳环上的剩余未结合位点中的任一个或多个。
按烯胺酮用量计，碱NaOH的用量是0.1个当量。
溶剂选自蒸馏水。
在加热反应中，其加热条件为：120℃下反应6h。
此外，还可以包括后处理步骤：反应完成后，过滤取滤液，滤液经洗涤、去溶剂、萃取和柱层析分离后得到噻吩类化合物。优选地，反应完成后，将反应体系冷却至室温，过滤，用石油醚和乙酸乙酯对反应液进行洗涤，合并滤液，减压蒸出溶剂，加水后用乙酸乙酯分2-3次萃取，萃取液用无水硫酸镁干燥后，减压蒸出溶剂，选用石油醚和乙酸乙酯为流动相，经硅胶柱柱层析分离得到噻吩类化合物。
噻吩类化合物的结构式可以为下列式中的任意一种：
以下结合实施例对本发明的噻吩类化合物的制备方法进一步进行阐述。
实施例1：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-a所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝5:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为80％。式I-a所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为102-103℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.17(s,1H),8.03(s,1H),7.94(d,J＝8.8Hz,2H),7.88(d,J＝8.8Hz,2H),7.03–6.97(m,4H),3.90(s,6H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ188.2,186.5,163.5,144.6,141.8,138.7,134.3,131.9,131.8,130.4,129.8,113.9,55.6；ESI-HRMSCalcd for C20H17O4S[M+H]+353.0842,found 353.0853。
实施例2：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-b所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为63％。式I-b所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为194-195℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23(s,1H),8.01(s,1H),7.78(d,J＝7.6Hz,2H),7.72(d,J＝7.2Hz,2H),7.69–7.65(m,4H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ188.12,186.64,144.26,141.34,140.29,136.37,135.80,134.61,132.05,132.01,130.80,130.71,128.07,128.03；ESI-HRMS Calcd for ESI-HRMS Calcd for C18H10Br2O2S[M+H]+448.8841,found448.8835。
实施例3：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-c所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为75％。式I-c所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为100-101℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.21(d,J＝1.2Hz,1H),8.05(d,J＝1.2Hz,1H),7.83(d,J＝8.0Hz,2H),7.76(d,J＝8.0Hz,2H),7.32(s,4H),2.45(d,J＝1.6Hz,6H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ189.2,187.6,144.6,143.7,143.7,141.8,139.6,135.1,134.7,134.5,129.6,129.5,129.3,129.3,21.7；ESI-HRMS Calcd for C20H17O2S[M+H]+321.0944,found321.0957。
实施例4：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-d所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2 mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为85％。式I-d所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为135-136℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.20(s,1H),8.08(s,1H),7.62(d,J＝7.6Hz,1H),7.50(d,J＝7.5Hz,3H),6.94(d,J＝6.9Hz,2H),4.04–3.94(m,12H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ188.2,186.4,153.4,153.4,149.3,149.3,144.4,141.7,138.5,134.3,130.5,129.9,124.5,124.3,111.8,110.2,110.0,56.2,56.1；ESI-HRMS Calcd for C22H21O6S[M+H]+413.1053,found413.1058。
实施例5：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-e所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为60％。式I-e所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为119-120℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.28(d,J＝8.3Hz,1H),8.02–7.98(m,2H),7.94(d,1H),7.76–7.72(m,1H),7.72–7.66(m,1H),7.62(dd,J＝8.1,5.9Hz,2H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ186.6,185.2,143.9,141.0,140.7,137.7,137.7,137.1,136.5,134.6,133.5,133.5,131.2,131.1,130.9,130.9,128.3,128.2；ESI-HRMS Calcd for C18H9Cl4O2S[M+H]+428.9072,found 428.9057。
实施例6：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-f所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为75％。式I-f所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为54-55℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23(s,1H),8.06(s,1H),7.73–7.60(m,4H),7.45–7.36(m,4H),2.44(d,J＝2.4Hz,6H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ189.6,188.2,144.5,141.8,140.1,138.6,137.9,137.3,135.0,133.6,133.6,130.6,129.8,129.7,128.5,128.4,126.6,126.5,21.4；ESI-HRMS Calcd for C20H17O2S[M+H]+321.0944,found 321.0957。
实施例7：
本实施例中提供了噻吩类化合物的制备方法，可以制备如式I-g所示的化合物。
步骤如下：在10mL封管中加入烯胺酮
(0.2mmol)、单质硫(0.2mmol)、H2O(2mL)、NaOH(0.1mmol)，在120℃下搅拌6h。反应结束以后通过TLC监测，待反应冷却以后，加入2mL的水将反应淬灭，接着用2mL乙酸乙酯萃取三次，并加入少量的水洗涤。然后通过旋转蒸发仪减压蒸馏除去圆底烧瓶中的溶剂，将柱层层析硅胶置于浓缩液中旋转干，用石油醚和乙酸乙酯混合液(v/v＝30:1)为洗脱剂经柱层析分离得到目标产物噻吩。
本实施例产率为52％。式I-g所示的化合物的结构表征如下：黄色固体，熔点为161-162℃。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.75(s,1H),8.70(s,1H),8.50(s,1H),8.36(s,1H),8.27–8.18(m,2H),8.06(s,1H),7.82–7.74(m,2H),7.26(s,1H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ186.5,185.3,148.4,143.9,142.0,141.4,140.8,138.9,138.3,134.9,134.7,134.6,130.2,130.1,127.3,127.3,124.1,124.0；ESI-HRMS Calcd for ESI-HRMS Calcd forC18H11Cl2O2S[M+H]+383.0332,found 383.0336。
综上所述，本发明实施例1-7提供了仅由一种底物烯胺酮出发合成噻吩的方法，在碱催化的作用下，烯胺酮和硫粉串联反应，一步反应得到噻吩类化合物。该方法产率最高达到80％。该方法的反应条件温和，操作简单，原料容易得到，底物可转化为多种其他有用的分子，具有很强的实用性。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种噻吩类化合物的制备方法，其特征在于：在溶剂中，烯胺酮、单质硫和碱的混合物经加热反应后制得所述噻吩类化合物；
其中，所述烯胺酮的结构式为
所述噻吩类化合物的结构式为
式中，所述R是氢、氟、氯、溴、碘、硝基、烷基、烷氧基、环烷基和环烷氧基中的任一种。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述R是氢、氟、氯、硝基、C1～C8烷基、C1～C8烷氧基、C3～C8环烷基、C3～C8环烷氧基中的任一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述R是氟、氯、硝基、甲基、甲氧基、环丙基中的任一种。
4.根据权利要求1～3任一权利要求所述的方法，其特征在于：所述溶剂是水。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述碱是氢氧化钠。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述烯胺酮、单质硫和碱的摩尔比例为1：1：0.1～0.5。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述加热反应的条件为：在120℃下反应6～12h。
8.噻吩类化合物，其结构式为
式中，R是氢、氟、氯、溴、碘、硝基、烷基、烷氧基、环烷基和环烷氧基中的任一种。
9.根据权利要求8所述的噻吩类化合物，其特征在于：其结构式为下列式中任一种，
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| CN107266414A (zh) * | 2017-08-18 | 2017-10-20 | 宁夏大学 | 一种氨甲基噻吩类化合物的合成方法 |
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