CN113373466B - 一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种β‑乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，本发明属于化工技术领域，本发明采用绿色的电化学合成方式，通过电化学方法实现烯酰胺与甲酸酯、醛类化合物的氧化偶联，可以简单、高效、实用制备β‑乙酰氨基羰基化合物，电化学方法无需添加额外的氧化剂、催化剂，本发明所述的方法提高了整个流程的原料利用率，降低了生产成本和生产过程中产生的“三废”污染，更加绿色、环保，本发明具有广泛的工业应用前景和经济实用价值。

Description

一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，尤其是一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法。
背景技术
β-乙酰氨基羰基化合物被广泛地应用于天然产物或药物分子中间体的合成中，同时可以经不对称氢化反应转化成手性β-氨基酸或者手性胺而这些光学活化合物作为蛋白质、多肽、和酶的结构组成单元在生命化学中也起着非常重要的作用，因此对于（β-乙酰胺基）羰基化合物的合成引起人们广泛关注，而且一些不饱和羧酸酯不仅是除草剂良好的载体，而且能提高除草活性。如（Z）-2-乙酰氨基肉桂酸、β-乙酰氨基丙烯酸及其酯已被广泛用做标准底物，评价手性加氢催化剂、新手性配体、水溶性催化剂、3d金属Co、Ni等催化剂以及固载化手性催化剂。目前，此类前手性底物市场上不能直接购得，必须自行开发制备，造成不对称催化加氢反应研究上的困难。因此，研究合成得到此类前手性底物对于不对称催化具有重要的意义。以β-酮酯为原料与醋酸铵脱水缩合再乙酰化得到多取代（β-乙酰氨基）羰基化合物（Stork G, Brizzolara A, Landesman H, et al. The enamine alkylationand acylation of carbonyl compounds[J]. Journal of the American ChemicalSociety, 1963, 85(2): 207-222、Kuehne M E, Garbacik T. Relative reactivitiesof enamines in alkylation reactions[J]. The Journal of Organic Chemistry,1970, 35(5): 1555-1558、Hodgson D M, Bray C D, Kindon N D, et al. Synthesisand C-alkylation of hindered aldehyde enamines[J]. The Journal of organicchemistry, 2009, 74(3): 1019-1028.），但是该方法难以控制，过渡金属催化的（β-乙酰氨基）羰基化合物C-H键的芳基化反应制备多取代（β-乙酰氨基）羰基化合物，但是该方法反应条件复杂，底物适用种类少，罗德平等通过铁金属催化烯酰胺的C-H键酯羰基化反应来制备（Ding R, Zhang Q C, Xu Y H, et al. Preparation of highly substituted (β-acylamino) acrylates via iron-catalyzed alkoxycarbonylation of N-vinylacetamides with carbazates[J]. Chemical Communications, 2014, 50(79):11661-11664.）但催化剂制备成本昂贵反应复杂收率不高，刘铁良等开发了一种合成2-乙酰氨基苯基丙烯酸和2-乙酰氨基-3-苯基丙烯酸甲酯的新方法，不对称催化技术是目前合成手性化合物的最理想方法，在所有不对称催化反应中，烯烃加氢是研究得最多，也是最有成效的反应，应用不对称催化加氢反应，将含有C=C，C=N，C=0双键的烯烃、亚胺、酮类等前手性底物转化为手性中心含氢原子的产物，特别适合合成各类光学纯的氨基酸，如（Z）-2-乙酰氨基肉桂酸的不对称氧化，产物的光学纯度达99%以上，所以，脱氢氨基酸类化合物，如（Z）-2-乙酰氨基肉桂酸、N-乙酰氨基丙烯酸及其酯已被广泛用做标准底物，评价手性加氢催化剂、新手性配体、水溶性催化剂以及金属Co、Ni等催化剂以及固载化手性催化剂，但目前，此类前手性底物市场上不能直接购得，必须自行开发制备，造成不对称催化加氢反应研究上的困难，因此，研究合成得到此类前手性底物对于不对称催化具有重要的意义.本文报道了以乙酰甘氨酸和芳香醛为原料合成了新的含C-C双键的2-乙酰氨基-3-芳基丙烯酸前手性底物，原料易得，方法简便，产率高，利用合成的2-乙酰氨基-3-芳基丙烯酸，用DCC（N，N'-二环己基碳二亚胺）进行酯化反应，DMAP（4-二甲氨基吡啶）为催化剂，酯化反应的后处理繁琐，不利于大量制备，效率也较低，中国专利CN109320554公开了一种实用的乙酰氨基丙烯酸酯类化合物的合成新方法，苯基恶唑酮衍生物与有机醇在催化剂催化下选择性发生开环酯化反应得到相应的乙酰氨基丙烯酸酯类化合物，所述催化剂使用联萘酚磷酸酯。本领域技术人员亟待开出一种离子树脂基催化剂及其催化合成氨苯甲酸的方法，以满足现有使用需求和市场需求。
发明内容
针对上述问题，本发明旨在提供一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，该方法以通式（1）所示的烯酰胺化合物和通式（2）所示的甲酸酯和醛类化合物为原料，在电化学条件下，来实现的氧化交叉偶联反应，生成通式（3）所示的β-乙酰氨基羰基化合物；
其中R1基团为芳基；R2基团是烷基、芳基、酯基中的其中一种。
所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，包括以下步骤：（1）在一个25.0mL的三口反应瓶中加入支持电解质，再加入5.0mL反应溶剂，搅拌溶解后，加入0.3mmol的烯酰胺和0.9mmol~1.2mmol甲酸酯或醛类化合物，15mm×15mm×0.3mm的铂片或直径6mm的石墨棒作为阳极，以15mm×15mm×0.3mm的铂片作为阴极插入反应釜中；（2）敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至所需大小，保持电流恒定，调节反应温度保持恒定下反应5~6小时，反应完毕后，用水淬灭反应，反应液用乙酸乙酯萃取2次，合并有机相并用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干，用柱层析方法分离纯化，即得。
进一步的，所述步骤（1）的支持电解质的浓度为0.15~0.16mol/L，支持电解质为NH4ClO4、Bu4NBF4中的其中一种。
进一步的，所述所述步骤（2）的反应温度为25~50℃。
进一步的，所述步骤（1）的反应溶剂为乙腈或乙腈/水的混合溶剂中的其中一种。
进一步的，所述步骤（2）的电流大小为10mA~15mA。
本发明的有益效果是：
本发明采用绿色的电化学合成方式，通过电化学方法实现烯酰胺与甲酸酯或醛类化合物的交叉偶联，可以简单、高效、实用制备β-乙酰氨基羰基化合物，电化学方法无需添加额外的氧化剂、催化剂，本发明所述的方法提高了整个流程的原料利用率，降低了生产成本和生产过程中产生的“三废"污染，电化学合成又称电解合成，是利用电解手段在电极表面进行电极反应生成新物质的一种绿色合成技术，可以在烯酰胺骨架上引入不同的结构单元利用氧化交叉偶联的原理，通过来构建新的碳碳键，制备不同结构的β-乙酰氨基羰基化合物。
相比现有技术本发明具有如下优点：
本发明相比现有技术简化反应步骤，避免了加入氧化剂或催化剂，电化学方法更加绿色、环保。具体而言，本专利所述方法使用的原料羧酸酯化合物及烯酰胺均为基本工业原料，而传统方法需要价格高昂的催化剂以及无机碱，反应过程复杂，成本高，本发明公开的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，电极反应的方向及速度可控，在电化学合成过程中，电化学反应电位是一种特殊的催化剂，可加快电子转移速度，通过控制电极电位，使反应按预定的目标进行，从而获得高纯度产物、较高的收率，可通过选择电极实现反应的高度选择性，能够实现反应的高度选择性，环境污染少电化学合成反应无需有毒或有危险的氧化剂和还原剂，“电子”本身是清洁的反应试剂，因此在反应体系中除原料和生成物外，通常不含有其他反应试剂，故合成产物易分离、易精制，产品纯度高、副产物少，可大幅度降低环境污染。此外，电合成过程容易实现自动、连续，电解槽容易密闭，排放的“三废”很少，对环境造成公害很小，对合成条件要求不高在反应体系中，电子转移和化学反应这两个过程可同时进行，与化学法相比，能缩短合成工艺，减少设备投资，本发明的电化学合成方法在常温、常压下进行，反应条件温和。
具体实施方式
下面用具体实施例说明本发明，但并不是对本发明的限制。
实施例1
在一个25.0mL的三口反应瓶中加入246.95mg四丁基四氟硼酸铵作为电解质，5.0mL乙腈作为反应溶剂，搅拌溶解后，加入48.3mg1-(乙酰氨基)-1-苯乙烯和54.045mg甲酸甲酯化合物，以铂片（15mm×15mm×0.3mm）作为阳极-铂片(15mm×15mm×0.3mm）作为阴极插入反应瓶中，敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至10mA，保持电流恒定，50℃下反应6小时，反应完毕后，旋干溶剂，用柱层析方法分离纯化，即得。阳极与阴极间距3cm。
结构确证数据：Yield 87%. was obtained as white solid .1H NMR (400 MHz,CDCl3) δ 10.61 (s, 1H), 7.40 – 7.35 (m, 5H), 5.29 (s, 1H), 3.77 (s, 3H), 2.17(s, 3H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ = 169.12, 168.51, 154.86, 135.97, 129.75,128.18, 127.19, 100.67, 51.53, 24.92. ppm; HRMS (ESI): m/z calculated forC12H13NO3 [M+Na] +: 242.0793, found: 242.0790。
生成物是一种重要的医药有机合成中间体。Ding R, Zhang Q C, Xu Y H, etal. Preparation of highly substituted (β-acylamino) acrylates via iron-catalyzed alkoxycarbonylation of N-vinylacetamides with carbazates[J].Chemical Communications, 2014, 50(79): 11661-11664记载的收率68%。
实施例2
在一个25.0mL的三口反应瓶中加入263.41mg四丁基四氟硼酸铵作为电解质，5.0mL乙腈作为反应溶剂，搅拌溶解后，加入48.3mg1-(乙酰氨基)-1-苯乙烯和66.67mg甲酸乙酯化合物，以铂片（15mm×15mm×0.3mm）作为阳极-铂片（(15mm×15mm×0.3mm）作为阴极插入反应器中，敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至10mA，保持电流恒定，50℃下反应6小时，反应完毕后，旋干溶剂，用柱层析方法分离纯化，即得，阳极与阴极间距3cm。
结构确证数据：Yield85%.was obtained as colorless oil.1H NMR (400 MHz,Chloroform-d) δ 10.64 (s, 1H), 7.49 – 7.29 (m, 5H), 5.28 (s, 1H), 4.22 (q, J= 7.1 Hz, 2H), 2.16 (s, 3H), 1.32 (t, J = 7.2 Hz, 3H).13C NMR (100 MHz, CDCl3)δ = 168.70, 168.52, 154.59, 136.00, 129.65, 128.13, 127.15, 101.18, 60.39,24.88, 14.36 ppm. HRMS (ESI): m/z calculated for C13H15NO3 [M+Na] +: 256.0950,found: 256.0948。
Ding R, Zhang Q C, Xu Y H, et al. Preparation of highly substituted(β-acylamino) acrylates via iron-catalyzed alkoxycarbonylation of N-vinylacetamides with carbazates[J]. Chemical Communications, 2014, 50(79):11661-11664记载的收率62%。
实施例3
在一个25.0mL的三口反应瓶中加入117.49mg高氯酸铵作为电解质，5.0mL乙腈/水（V=4:1）作为反应溶剂，搅拌溶解后，加入48.3mg1-(乙酰氨基)-1-苯乙烯和127.44mg苯甲醛化合物，以石墨棒((ϕ6mm)作为阳极，铂片（(15mm×15mm×0.3mm）作为阴极插入反应瓶中，敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至15mA，保持电流恒定，室温下反应5小时，反应完毕后，用水淬灭反应，反应液用乙酸乙酯萃取2次，合并有机相并用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干，用柱层析方法分离纯化，即得。阳极与阴极间距3cm。
结构确证数据：Yield 90%. was obtained as yellow solid.1H NMR (400 MHz,Chloroform-d) δ 12.27 (s, 1H), 8.00 – 7.93 (m, 2H), 7.61 – 7.53 (m, 1H), 7.52– 7.38 (m, 7H), 6.33 (s, 1H), 2.24 (s, 3H).13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ =191.79, 169.03, 156.36, 138.71, 136.33, 132.87, 129.93, 128.78, 128.21,127.93, 127.50, 104.90, 25.21 ppm. HRMS (ESI): m/z calculated for C17H15NO2 [M+Na] +: 288.1000, found: 288.0009。
制备的化合物及其衍生物具有生物学和药理学中具有重要意义和应用价值。（Barluenga, Jose, et al. "1, 3-Amino alcohols from 4-amino-1-aza dienes.Diastereo-and enantioselective approach to the four diastereoisomers of theN-terminal amino acid component of nikkomycins B and BX." The Journal ofOrganic Chemistry 58.22 (1993): 5972-5975.）
Ding R, Zhang Q C, Xu Y H, et al. Preparation of highly substituted(β-acylamino) acrylates via iron-catalyzed alkoxycarbonylation of N-vinylacetamides with carbazates[J]. Chemical Communications, 2014, 50(79):11661-11664记载的收率60%。
实施例4
在一个25.0mL的三口反应瓶中加入117.49mg高氯酸铵（NH4ClO4）作为电解质，5.0mL乙腈/水（V=4:1）作为反应溶剂，搅拌溶解后，加入48.36mg（0.3mmol）N-(1-苯基乙烯基)乙酰胺和（1.2mmol）120.19mg正己醛化合物，以石墨棒((ϕ6mm)作为阳极-铂片(15mm×15mm×0.3mm）作为阴极插入反应釜中，敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至15mA，保持电流恒定，室温下反应5小时，反应完毕后，用水淬灭反应，反应液用乙酸乙酯萃取2次（萃取次数工艺可再限定），合并有机相并用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干，用柱层析方法分离纯化，即得。阳极与阴极间距3cm。
结构确证数据：83%yield,The title compound was isolated as a yellowoil.1H NMR (400 MHz, Chloroform-d) δ11.84 (brs, 1H), 7.46 – 7.34 (m, 5H),5.61 (s, 1H), 2.49 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 2.18 (s, 3H), 1.66 (q, J = 7.4 Hz,2H), 1.36 – 1.30 (m, 4H), 0.91 (t, J = 6.9 Hz, 3H). 13C NMR (101 MHz,Chloroform-d) δ203.0, 168.9, 154.0, 135.8, 129.6, 128.0 × 2, 127.3 × 2,108.1, 43.9, 31.4, 25.0, 24.4, 22.5, 13.9. HRMS (ESI): m/z calculated forC16H22NO2 [M + H]+ : 260.1651, found: 260.1655。
实施例5
在一个25.0mL的三口反应瓶中加入117.49mg高氯酸铵（NH4ClO4）作为电解质，5.0mL乙腈/水（V=4:1）作为反应溶剂，搅拌溶解后，加入48.36mg（0.3mmol）N-(1-苯基乙烯基)乙酰胺和161mg（1.2mmol）苯丙醛化合物，以石墨棒((ϕ6mm)作为阳极-铂片（15mm×15mm×0.3mm）作为阴极插入反应釜中，敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至15mA，保持电流恒定，室温下反应5小时，反应完毕后，用水淬灭反应，反应液用乙酸乙酯萃取2次，合并有机相并用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干，用柱层析方法分离纯化，即得，阳极与阴极间距3cm。
结构确证数据：87%yield,The title compound was isolated as a yellow oil(32.3 mg, 0.110 mmol, 82%). 1H NMR (400 MHz,Chloroform-d) δ11.81 (brs, 1H),7.42 – 7.39 (m, 1H), 7.38 – 7.34 (m, 4H),7.34 – 7.29 (m, 2H), 7.25 – 7.21 (m,3H), 5.60 (s, 1H), 3.03 – 2.95 (m, 2H), 2.89 – 2.81 (m, 2H), 2.19 (s, 3H).13C NMR (101 MHz, Chloroform-d) δ201.4, 168.8, 154.3, 140.8, 135.6, 129.7,128.5 ×2, 128.2 × 2, 128.0 × 2, 127.3 × 2, 126.2, 107.9, 45.1, 30.4,25.0. HRMS (ESI): m/z calculated for C19H21NO2 [M + H]+ : 294.1494, found:294.1485。
为了对比说明本发明所述方法的优势以下列举一种基于传统合成方法的β-乙酰氨基羰基化合物合成：
例如实施例1，与上述传统合成方法相比（参考文献ChemistrySelect.2019，4，7968-7975；Tetrahedron.2015，71（4），700-708）相比本项工作具有以下优点：简化反应步骤，避免了加入氧化剂或催化剂，电化学方法更加绿色、环保。具体而言，本专利所述方法使用的原料羧酸酯化合物及烯酰胺均为基本工业原料，而传统方法使用的肼羧酸酯化合物需要水合肼再合成，此外，肼甲酸甲酯也需要以水合肼、碳酸二甲酯为原料制备，且需要价格高昂的催化剂以及无机碱，反应过程复杂，成本高（Ding R, Zhang Q C, Xu Y H, et al.Preparation of highly substituted (β-acylamino) acrylates via iron-catalyzedalkoxycarbonylation of N-vinylacetamides with carbazates[J]. ChemicalCommunications, 2014, 50(79): 11661-11664.），传统反应方法所需原料由于制备方法复杂，制备过程涉及到多步反应过程，因此上述原料价格较为昂贵。
以下为本专利所述方法与传统方法反应原料的价格对比：
综上可以看出，通过电化学方法实现烯酰胺与甲酸酯化合物的交叉偶联，可以简单、高效、实用制备β-乙酰氨基羰基化合物，电化学方法无需添加氧化剂，本发明所述的方法提高了整个流程的原料利用率，降低了生产成本和生产过程中产生的“三废"污染，更加绿色、环保，产品纯、收率高，经济效益明显。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，该方法以通式（1）所示的烯酰胺化合物和通式（2）所示的甲酸酯或醛类化合物为原料，在电化学条件下，来实现的氧化交叉偶联反应，生成通式（3）所示的β-乙酰氨基羰基化合物；
其中R1基团为芳基；R2基团是烷基、芳基、酯基中的其中一种。
2.如权利要求1所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）在一个25.0mL的三口反应瓶中加入支持电解质，再加入5.0mL反应溶剂，搅拌溶解后，加入0.3mmol的烯酰胺和0.9mmol~1.2mmol甲酸酯或醛类化合物，以15mm×15mm×0.3mm的铂片或直径6mm的石墨棒作为阳极，以15mm×15mm×0.3mm的铂片作为阴极插入反应釜中；（2）敞开反应釜，连接好电路，接通电源，将电流调至所需大小，保持电流恒定，调节反应温度保持恒定下反应5~6小时，反应完毕后，用水淬灭反应，反应液用乙酸乙酯萃取2次，合并有机相并用饱和食盐水洗涤，最后用无水硫酸镁干燥，过滤，旋干，用柱层析方法分离纯化，即得。
3.一种利用权利要求1所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，所述步骤（1）的支持电解质的浓度为0.15~0.16mol/L，支持电解质为NH4ClO4、 Bu4NBF4中的其中一种。
4.根据权利要求1所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，所述步骤（2）的反应温度为25~50℃。
5.根据权利要求1所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，所述步骤（1）的反应溶剂为乙腈或乙腈/水的混合溶剂中的其中一种。
6.根据权利要求1所述的β-乙酰氨基羰基化合物的电化学合成方法，其特征在于，所述步骤（2）的电流大小为10mA~15mA。
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