CN113200932B - 一种恶唑烷酮的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种恶唑烷酮的合成方法，属于有机催化技术领域。本发明提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过五氯环丙烷与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。

Description

一种恶唑烷酮的合成方法
技术领域
本发明属于有机催化技术领域，特别设计一种合成恶唑烷酮的方法。
背景技术
恶唑烷酮是一类在五元环中同时含有氧和氮的杂环有机化合物。该类化合物可用作手性助剂，同时也是重要的精细化学品和医药中间体。该类化合物自从1958年首次被合成出来后，经历半个多世纪发展，已经有许多新颖的方法可以高效合成恶唑烷酮，比如：1)1,2-氨基醇衍生物与CO2的环加成(Synlett 2002,2,0307)；2)使用氨基甲酸酯衍生物的反应(JACS 2014,136,1766)氮丙啶和CO2的环加成(ChemSusChem 2019,12,3296)；4)光气与伯胺反应(JACS 2003,125,2489)；5)烯丙胺与CO2反应(ACIE 2016,55,10022)；6)异氰酸酯和缩水甘油的环加成。在这些方法中，缩水甘油和异氰酸酯的反应是合成4-羟甲基取代的恶唑烷酮的最直接和有效的方法之一。
缩水甘油是环氧化物的衍生物之一，与异氰酸酯一样，都是工业上易于获得的原材料。与环氧化物和异氰酸酯合成恶唑烷酮相比，具有旋光性的缩水甘油可以在温和的条件下获得恶唑烷酮，同时保留原有的手性构型。在以前的研究中，通常使用金属或碱催化剂来完成该反应，这种催化剂效率很高且用途广泛，但仍有一些缺陷需要改进，例如：1)中间体的构型翻转，在催化过程中无法维持原有构型；2)碱催化剂使缩水甘油开环后发生竞争性聚合(JACS.2000,122,2954)；3)碱催化剂攻击环氧化物的远端碳-氧键，形成六元环的恶唑烷酮(Journal of heterocyclic chemistry 1970,7,331)；4)金属催化剂残留物具有生物毒性，不适合生物医学行业的需求。
因此，我们利用中性有机催化剂，即三(二烷基氨基)环卤化丙烯(TDAC·X)，可以克服上述缺陷。在此之前，也仅有一例中性有机催化剂能够催化该反应。我们认为同时提供HBD和HBA阴阳离子对，并可以合成异氰酸酯和缩水甘油的[3+2]环加成反应，同时保持原有构型。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种合成恶唑烷酮的方法。采用全新的催化剂，催化缩水甘油与异氰酸酯实现[3+2]环加成反应，并可以得到手性恶唑烷酮化合物。催化剂可一步制备，催化反应条件温和、适应性广，以高产率得到的恶唑烷酮无金属残留，在生物医药和手性助剂等对手性有严格控制的领域具有很大的商业应用的潜力。
本发明首次提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过四氯环丙烯与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。
为了拓展恶唑烷酮在精细化学品加工、生物医药与手性助剂等领域的应用，本发明从实际的需求中发现问题并解决问题，利用不同取代基的环丙烯阴阳离子对催化合成了多种取代的恶唑烷酮。该催化体系首次提出应用于缩水甘油与异氰酸酯环加成反应，得到具有手性的恶唑烷酮。
实现上述目的的技术方案如下：
一种合成恶唑烷酮的方法，采用式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯在式Ⅰ所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：
Figure GDA0003968598820000021
其中R1、R2选自氢、苯基、甲基、乙基、哌啶基、吗啉基，R1和R2相同或不同；若为哌啶基，则同一个N原子上两个R1为同一个哌啶基；
R3选自对甲苯基，间甲苯基，邻甲苯基，对甲氧基苯基，对硝基苯基，对甲苯璜酰基，对氟苯基，对氯苯基，对溴苯基，间氯苯基，萘基，3,5-双三氟甲基苯基，对三氟甲基苯基；
X选自卤素，为Cl、Br、I；
优选的，式Ⅰ所示的催化剂选自如下结构：
Figure GDA0003968598820000022
Figure GDA0003968598820000031
优选的，式Ⅱ所示的缩水甘油为外消旋缩水甘油和内消旋缩水甘油。
优选的，式Ⅲ所示的异氰酸酯选自对甲苯基异氰酸酯，间甲苯基异氰酸酯，邻甲苯基异氰酸酯，对甲氧基苯基异氰酸酯，对硝基苯基异氰酸酯，对甲苯璜酰基异氰酸酯，对氟苯基异氰酸酯，对氯苯基异氰酸酯，对溴苯基异氰酸酯，间氯苯基异氰酸酯，萘基异氰酸酯，3,5-双三氟甲基苯基异氰酸酯，对三氟甲基苯基异氰酸酯。
异氰酸酯的结构如下表所示：
Figure GDA0003968598820000032
优选的，式Ⅰ所示的催化剂与式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯的摩尔比范围为1:20:30-1:90:100。
优选的，式Ⅰ所示的催化剂与式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯的摩尔比为1：50：60。
优选的，在惰性气体或氮气保护下将式Ⅰ所示的催化剂加入反应器，加入氯苯，催化剂与溶剂氯苯的摩尔比为1：3-1：10，式Ⅱ所示的缩水甘油以及式Ⅲ所示的异氰酸酯，在惰气氛围下加热至60℃-100℃之间，反应6-12小时后得到含产物的溶液。
优选的，所述合成恶唑烷酮的具体方法为：在惰性气体或氮气保护下将式Ⅰ所示的催化剂加入反应器，加入1.5mL氯苯，式Ⅱ所示的有旋光性或外消旋的缩水甘油以及式Ⅲ所示的异氰酸酯依次加入反应器，在惰气氛围下加热至80℃，反应8h后得到含产物的溶液。
优选的，将反应后的溶液经过冷却、柱层析后，干燥得到产物。
优选的，其所用的式Ⅰ所示的催化剂的合成方法为：将对应的胺的有机溶液在冰浴搅拌条件下缓慢加入四氯环丙烯的有机溶剂，加入完毕后，室温反应24小时，萃取后干燥得到产物。
优选的，所属对应的胺的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯，所述四氯环丙烯的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯。
有益效果
采用本发明的技术方案至少可以达到如下有益效果之一：
(1)本发明通过上述催化体系能够高效合成具有高附加值的恶唑烷酮，相比于现有技术中利用金属催化剂、碱催化剂合成的恶唑烷酮，具有产率高、无金属残留、应用广泛等特点。
(2)本发明中使用的催化体系，能够催化具有手性缩水甘油与异氰酸酯[3+2]环加成合成恶唑烷酮，产物仍能保持手性。在生物医药和手性助剂等对金属残留和手性构型要求严格的领域具有很大的商业应用的潜力。
(3)本发明催化体系通过氢键供体(HBD)/氢键受体(HBA)双活化作用催化缩水甘油与异氰酸酯[3+2]环加成合成恶唑烷酮。目前尚无HBD/HBA双活化催化合成恶唑烷酮的报道。相比于其他高温、反应时间长、催化剂负载量高等条件下合成恶唑烷酮，本发明的反应条件相对温和。
(4)本发明中使用的催化体系容易制备，且使用该催化剂的催化效率高、反应时间短、转化率高，具有高效的特点。
综上所述，本发明相比与现有的其他催化体系具有温和、高效、易制备、不含金属等明显优势。
附图说明
结合附图来详细说明本发明的实施例，其中
图1：实施例1催化剂11H NMR图谱
图2：实施例1催化剂113C NMR图谱
图3：实施例3催化剂31H NMR图谱
图4：实施例4催化剂41H NMR图谱
图5：实施例4催化剂413C NMR图谱
图6：实施例5催化剂51H NMR图谱
图7：实施例5催化剂513C NMR图谱
图8：实施例6催化剂61H NMR图谱
图9：实施例6催化剂613C NMR图谱
图10：实施例7催化剂71H NMR图谱
图11：实施例7催化剂713C NMR图谱
图12：实施例2催化剂81H NMR图谱
图13：实施例2催化剂813C NMR图谱
图14：实施例19产物L1H NMR图谱
图15：实施例19产物L1C NMR图谱
图16：实施例20产物M1H NMR图谱
图17：实施例20产物M1C NMR图谱
图18：实施例21产物N1H NMR图谱
图19：实施例21产物N1C NMR图谱
图20：实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18产物O1H NMR图谱
图21：实施例1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18产物O1C NMR图谱
图22：实施例22产物P1H NMR图谱
图23：实施例22产物P1C NMR图谱
图24：实施例23产物Q1H NMR图谱
图25：实施例23产物Q1C NMR图谱
图26：实施例24产物R1H NMR图谱
图27：实施例24产物R1C NMR图谱
图28：实施例25产物S1H NMR图谱
图29：实施例25产物S1C NMR图谱
图30：实施例26产物T1H NMR图谱
图31：实施例26产物T1C NMR图谱
图32：实施例27产物U1H NMR图谱
图33：实施例27产物U1C NMR图谱
图34：实施例28产物V1H NMR图谱
图35：实施例28产物V1C NMR图谱
图36：实施例29产物W HPLC峰面积图
具体实施方式
通过下列实施例可以进一步说明本发明，实施例是为了说明而非限制本发明的。本领域的任何普通技术人员都能够理解这些实施例不以任何方式限制本发明，可以对其做适当的修改和数据变换而不违背本发明的实质和偏离本发明的范围。
实施例中所涉及的核磁共振氢谱碳谱采用布鲁克公司(Bruker)的Bruker AscendTM-400型核磁共振氢谱仪测定，所使用氘代试剂为氘代氯仿(CDCl3)和氘代二甲基亚砜(DMSO-d6)。
下属实施例中所用的原料均购买自安耐吉化学、TCI。
实施例中所用的催化体系的结构如下：
Figure GDA0003968598820000061
/>
Figure GDA0003968598820000071
实施例中所用环氧丙醇的结构如下：
Figure GDA0003968598820000072
实施例中所用异氰酸酯的结构如下：
Figure GDA0003968598820000073
实施例中所用异氰酸酯生成的产物结构如下：
Figure GDA0003968598820000081
实施例1：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂1(7.5mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到64％，产物O的氢谱图如图1所示(核磁共振氢谱，400Hz，CDCl3)。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.37–7.27(m,2H),6.96–6.89(m,2H),4.53(t,J＝8.6Hz,1H),4.47–4.31(m,2H),3.80(s,3H),3.79–3.71(m,1H),3.65(dd,J＝11.6,2.7Hz,1H),1.60(s,1H).
催化剂1的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入N,N-二甲基三甲基硅胺(0.78mL，4.89mmol)，加入20mL二氯甲烷，将反应瓶冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入四氯环丙烯(0.2mL,1.63mmol)。在室温下反应24h，溶液通过旋蒸除去，残留物在真空干燥箱中干燥6h后得到白色固体(0.31g，94％)。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.19(s,18H).
实施例2：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂8(9.4mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到88％。
催化剂8的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。将新制的N-三甲基甲硅烷基苯胺(2.1g，12.9mmol)加入到四氯环丙烯(0.52mL，4.3mmol)的超干二氯甲烷(50mL)中，并搅拌6h，逐渐形成浑浊的白色沉淀物。从二氯甲烷中分离出获得的白色固体。剩余的白色固体从甲醇(0.78g，52％)中重结晶。谱图数据为：1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ10.98(s,3H),7.48–7.39(m,6H),7.34–7.27(m,6H),7.23–7.14(m,3H).
实施例3：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂3(8.9mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到84％。
催化剂3的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。将催化剂1(0.203g,1mmol,1eq)的丙酮溶液(20mL)加入到100mL茄形瓶中，再加入碘化钠(0.18g,1.2mmol,1.2eq)的丙酮溶液(20mL)，室温搅拌2h。过滤沉淀后再加入碘化钠(0.18g,1.2mmol,1.2eq)，室温搅拌30min，若无沉淀析出，则反应完成。溶液经旋蒸得到粗品，再用DCM(20mL)溶解粗品，过滤沉淀后干燥得到催化剂3的纯品。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.14(s,1H).
实施例4：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到92％。
催化剂4的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入二乙胺(4.1mL,56mmol)，加入40mL二氯甲烷，将反应瓶冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入四氯环丙烯(1mL,7mmol)。在室温下反应24h，溶液通过旋蒸除去，残留物在真空干燥箱中干燥过夜后得到黄色固体(92％)。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.41(q,J＝7.2Hz,12H),1.25(t,J＝7.2Hz,18H).
实施例5：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂5(10.0mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到94％。
催化剂5的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下催化剂4(0.20g,0.98mmol)，加入5mL HBr(48w/w％water)，在室温下反应24h，将反应液用10mL二氯甲烷提取，再用48％ HBr和水(5mL x 3)洗涤，直到pH为中性。在真空干燥箱中干燥过夜后得到深棕色固体(78％)。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.39(q,J＝7.2Hz,12H),1.24(d,J＝7.2Hz,18H).
实施例6：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂6(11.4mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到95％。
催化剂6的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下催化剂4(0.87g,3mmol)，加入15mL丙酮溶解，加入碘化钠(0.9g,6mmol)的丙酮溶液(15mL)，在室温下反应2h，过滤沉淀，继续加入碘化钠(0.9g,6mmol)反应30min，无沉淀析出则反应完全。旋蒸除去溶剂得到粗品，用二氯甲烷(20mL)溶解粗品，过滤沉淀后通过旋蒸除去溶剂，放入真空干燥箱中干燥过夜得到棕色固体(98％)。谱图数据为：1HNMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.39(q,J＝7.2Hz,12H),1.25(t,J＝7.2Hz,18H).
实施例7：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂7(11.4mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到83％。
催化剂7的制备方法为：对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入哌啶(5.12mL,56mmol)，加入40mL二氯甲烷，将反应瓶冷却至0℃，在搅拌条件下逐滴加入四氯环丙烯(1mL,7mmol)。在室温下反应24h，溶液用1M稀盐酸(5mL x 2)洗涤，再用饱和食盐水(20mL)洗涤，收集有机相。将有机相溶液通过旋蒸除去，残留物在真空干燥箱中干燥过夜后得到黄色固体(92％)。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ3.38(q,J＝7.3Hz,12H),1.24(t,J＝7.2Hz,18H).
实施例8：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应4小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到58％。
实施例9：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂5(10.0mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到62％。
实施例10：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂6(11.4mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应4小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到69％。
实施例11：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、甲苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到36％。
实施例12：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、DMF(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到45％。
实施例13：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、1,4-二氧六环(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到39％。
实施例14：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到100℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到86％。
实施例15：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到40℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到36％。
实施例16：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到60℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到45％。
实施例17：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(4.3mg，0.015mmol，0.01equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到47％。
实施例18：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(21.75mg，0.075mmol，0.05equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.24mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物O，干燥至恒重，转化率达到95％。
实施例19：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯A(0.23mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物L，干燥至恒重，转化率达到88％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.32–7.14(m,4H),4.56(t,J＝8.9Hz,1H),4.49–4.42(m,1H),4.22–4.18(m,1H),3.57–3.52(m,2H),2.86–2.75(m,1H),2.30(s,3H).
实施例20：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯B(0.23mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物M，干燥至恒重，转化率达到71％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.30–7.21(m,2H),7.14(d,J＝8.2Hz,2H),4.42–4.30(m,3H),3.72–3.67(m,1H),3.57(d,J＝3.8Hz,2H),2.31(s,3H).
实施例21：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯C(0.22mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物N，干燥至恒重，转化率达到65％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.36–7.28(m,2H),7.22–7.16(m,2H),4.52(t,J＝10.3Hz,1H),4.48–4.40(m,1H),3.77(dd,J＝11.6,4.1Hz,1H),3.70–3.63(m,1H),2.34(s,3H),1.94(s,1H).
实施例22：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯E(0.3g，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物P，干燥至恒重，转化率达到79％。谱图数据为：1HNMR(400MHz,DMSO-d6)δ8.31–8.16(m,2H),7.92–7.78(m,2H),5.15(t,J＝5.4Hz,1H),4.84–4.73(m,1H),4.50(dt,J＝12.5,8.5Hz,1H),4.36(dd,J＝8.4,3.5Hz,1H),3.76–3.45(m,2H).
实施例23：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯F(0.275mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物Q，干燥至恒重，转化率达到83％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.87–7.80(m,2H),7.28–7.17(m,2H),4.40(dtd,J＝7.3,4.9,2.7Hz,1H),4.36–4.20(m,2H),3.90(dd,J＝12.5,4.4Hz,1H),3.72(d,J＝11.8Hz,1H),3.20–3.16(m,1H),2.32(s,3H).
实施例24：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯G(0.21mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物R，干燥至恒重，转化率达到82％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.49–7.33(m,2H),7.10–6.90(m,2H),4.50(t,J＝8.7Hz,1H),4.45–4.42(m,1H),4.39(dddd,J＝11.7,9.1,5.3,3.3Hz,1H),3.68(dd,J＝11.8,4.4Hz,1H),3.60(dd,J＝11.8,2.5Hz,1H),2.93(s,1H).
实施例25：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯H(0.28mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物为S，干燥至恒重，转化率达到90％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.46–7.36(m,2H),7.36–7.29(m,2H),4.55–4.36(m,3H),3.76–3.69(m,1H),3.68–3.61(m,1H),2.68(t,J＝5.0Hz,1H).
实施例26：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯I(0.36mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物T，干燥至恒重，转化率达到88％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.33–7.23(m,1H),7.15–6.98(m,2H),6.89(dt,J＝7.6,1.5Hz,1H),4.29–4.08(m,3H),3.51–3.36(m,2H),2.67(t,J＝5.2Hz,1H).
实施例27：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯J(0.26mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物U，干燥至恒重，转化率达到76％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.82–7.65(m,3H),7.37(tt,J＝6.8,3.7Hz,2H),7.27(t,J＝5.3Hz,2H),4.38(t,J＝8.9Hz,1H),4.30(s,1H),4.02(q,J＝7.8,7.1Hz,1H),3.56–3.26(m,1H),3.15(dd,J＝11.8,4.4Hz,1H),3.06(dd,J＝11.8,2.7Hz,1H).
实施例28：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯K(0.21mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇9(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物V，干燥至恒重，转化率达到82％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.49–7.33(m,2H),7.10–6.90(m,2H),4.50(t,J＝8.7Hz,1H),4.45–4.42(m,1H),4.39(dddd,J＝11.7,9.1,5.3,3.3Hz,1H),3.68(dd,J＝11.8,4.4Hz,1H),3.60(dd,J＝11.8,2.5Hz,1H),2.93(s,1H).
实施例29：
对反应瓶进行标准Schlenk操作，除去反应体系中的水和氧。在通惰气的条件下加入催化剂4(8.7mg，0.03mmol，0.02equiv)、氯苯(1.5mL,1M)作为溶剂。再加入异氰酸酯D(0.21mL，1.8mmol，1.2equiv)和环氧丙醇10(0.1mL，1.5mmol，1equiv)。插上充满惰气的气球，将反应器放入提前预热到80℃的油浴锅中，搅拌速率为400r/min，反应8小时。反应结束后，取出反应管使其自然冷却，通过柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝1:1)后，得到混合溶液，将其在旋转蒸发仪上旋干，得到白色固体产物W，干燥至恒重，转化率达到95％，ee值为97％。谱图数据为：1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.37–7.27(m,2H),6.96–6.89(m,2H),4.53(t,J＝8.6Hz,1H),4.47–4.31(m,2H),3.80(s,3H),3.79–3.71(m,1H),3.65(dd,J＝11.6,2.7Hz,1H),1.60(s,1H)。

Claims (10)

1.一种恶唑烷酮的合成方法，其特征在于：采用式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯在式Ⅰ所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：
Figure FDA0003968598810000011
其中R1、R2选自氢、苯基、甲基、乙基，R1和R2相同或不同；或者R1、R2和N形成哌啶基或吗啉基；
R3选自对甲苯基，间甲苯基，邻甲苯基，对甲氧基苯基，对硝基苯基，对甲苯磺酰基，对氟苯基，对氯苯基，对溴苯基，间氯苯基，萘基，3,5-双三氟甲基苯基，对三氟甲基苯基；
X选自卤素，为Cl、Br、I。
2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：
式Ⅰ所示的催化剂选自如下结构：
Figure FDA0003968598810000012
3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的式Ⅱ所示的缩水甘油为外消旋缩水甘油和内消旋缩水甘油。
4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：式Ⅰ所示的催化剂与式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯的摩尔比范围为1:20:30-1:90:100。
5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于：式Ⅰ所示的催化剂与式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯的摩尔比范围为1∶50∶60。
6.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述合成方法为：在惰性气体或氮气保护下将式Ⅰ所示的催化剂加入反应器，加入氯苯，催化剂与溶剂氯苯的摩尔比为1：3-1：10，再将式Ⅱ所示的缩水甘油以及式Ⅲ所示的异氰酸酯加入反应器中，在惰气氛围下加热至60℃-100℃之间，反应6-12小时后得到含产物的溶液。
7.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于：在惰气氛围下加热至80℃，反应8小时后得到含产物的溶液。
8.根据权利要求6所述的合成方法，其特征在于：将反应6-12小时后得到含产物的溶液经过冷却、柱层析后，干燥得到产物。
9.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的式Ⅰ所示的催化剂的合成方法为：在冰浴搅拌的条件下，将四氯环丙烯缓慢加入到N,N-二甲基三甲基硅胺、二乙基胺、哌啶、吗啉其中之一的有机溶液中，室温反应24小时，萃取后干燥得到产物。
10.根据权利要求9所述的合成方法，其特征在于：所述对应的胺的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯，所述四氯环丙烯的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯。
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