CN113461629B - 一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法 - Google Patents

一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种5‑羟甲基‑噁唑烷‑2‑酮类化合物的制备方法，属于有机化学技术领域。包括以下制备步骤:在CO2气氛下，在有机溶剂中，将氨甲基环氧烷类衍生物在三乙胺等催化剂的作用下反应制备得到所述5‑羟甲基‑噁唑烷‑2‑酮类化合物，操作简单，反应条件温和，且底物适用范围广。

Description

一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机化学技术领域，尤其是指一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法。
背景技术
噁唑烷酮作为一类重要的含氮杂环骨架，广泛应用于有机合成、手性制剂以及药物合成中，其制备引起了人们的广泛关注。
二氧化碳与氨甲基环氧烷反应生成羟甲基取代的噁唑烷酮是合成5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物最具原子经济性的方法。但相关的报导很少，且都为金属催化剂催化。
2016年Kleij课题组发现三芳氧基铝配合物能够有效催化氨甲基环氧烷与二氧化碳的反应，通过调控助催化剂来控制反应的选择性(Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,3972-3976)。当助催化剂为TBAB或者TBAI时，选择性地生成环碳酸酯；当助催化剂为有机碱(N,N-二异丙基乙胺)时，则选择性地生成噁唑烷酮。
2018年Kim课题组报道了铝的配合物催化手性氨甲基环氧烷与二氧化碳的反应，通过调控催化剂用量、反应温度以及助催化剂种类，选择性地生成手性环碳酸酯或手性噁唑烷酮(Org.Lett.2018,20,5036-5039)。
上述两例报道都是利用金属配合物催化氨甲基环氧烷与二氧化碳的反应，而利用简单易得的有机化合物催化氨甲基环氧烷与二氧化碳的反应还没有报道。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法。本发明公开了三乙胺、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N,N-三甲基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺、4-二甲氨基吡啶催化氨甲基环氧烷与二氧化碳的方法，选择性地生成噁唑烷酮，操作简单，反应条件温和，且适应范围广。
一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法，包括以下步骤：在CO2气氛下，在有机溶剂中，氨甲基环氧烷类衍生物在催化剂的作用下反应制备得到所述5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物；所述催化剂(对应附图1中NR3)为三乙胺、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N,N-三甲基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺和4-二甲氨基吡啶中的一种或几种。
在本发明的一个实施例中，所述CO2气氛的压强为1-20bar。
在本发明的一个实施例中，所述氨甲基环氧烷的化学结构如式(1)所示：
Figure BDA0003143592010000021
其中，R1、R2、R3和R4分别独立地选自C1-C4烷基、烷氧基或卤素。
在本发明的一个实施例中，
式(1)所示的氨甲基环氧烷的制备方法与路线分别如下：
Figure BDA0003143592010000022
将式(2)所示的苯胺与环氧氯丙烷按1:1.2于乙醇中80℃中反应12h，反应结束后通过柱层析分离得到式(3)开环产物。将式(3)开环产物溶于二氯甲烷，加入0.3M NaOH100mL，室温下反应过夜，分液，萃取，除去溶剂，必要时通过柱层析分离，得到式(1)产物。
在本发明的一个实施例中，所述C1-C4烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
在本发明的一个实施例中，所述烷氧基为甲氧基、乙氧基或苄氧基。
在本发明的一个实施例中，所述卤素为氟、氯或溴。
在本发明的一个实施例中，所述有机溶剂选自DMF、CH2OH、CH3CN和CH3COCH3中的一种或几种。
在本发明的一个实施例中，所述氨甲基环氧烷与催化剂的摩尔比为100:1-20:1。
在本发明的一个实施例中，所述反应的时间为12-20h。
在本发明的一个实施例中，所述反应的温度为60-100℃。
在本发明的一个实施例中，所述反应的温度为60-80℃。
在本发明的一个实施例中，所述氨甲基环氧烷与二氧化碳反应在常温常压下进行，不需要无水无氧处理。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明中三乙胺、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N,N-三甲基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺、4-二甲氨基吡啶催化氨甲基环氧烷与二氧化碳反应的反应机理如下：首先，氨甲基环氧烷的N-H与三乙胺等催化剂通过氢键作用，活化了底物的胺基。氨甲基环氧烷的氮原子进攻二氧化碳，引发了环氧烷开环，得到B。然后发生关环，生成铵盐C。质子转移后得到目标产物，释放三乙胺，完成一次催化循环。具体原理路线如图1所示。
本发明反应操作简便，且在常温常压下就可反应，不需要无水无氧处理。
本发明还公开了三乙胺等催化剂催化上述氨甲基环氧烷底物与二氧化碳的反应，采用该催化剂，反应条件温和，可选择性地生成5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物，适用底物范围广。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1是本发明反应机理图；
图2是本发明实施例1合成的5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物核磁氢谱图；
图3是本发明实施例2合成的5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物核磁氢谱图；
图4是本发明实施例3合成的5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物核磁氢谱图；
图5是本发明实施例4合成的5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物核磁氢谱图；
图6是本发明实施例5合成的5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物核磁氢谱图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
本实施例提供了一种利用5mol％三乙胺在60℃条件下催化氨甲基环氧烷和二氧化碳反应的方法，具体步骤如下：
Figure BDA0003143592010000051
将74.6mg(0.5mmol)氨甲基环氧烷1a和2.5mg三乙胺(0.025mmol)溶于0.5mL DMF中，用气袋将二氧化碳通入反应瓶中，60℃下反应20h。反应结束后，冷却至室温，加入水和二氯甲烷萃取，分液得到有机相，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过柱层析分离得到目标产物(乙酸乙酯：石油醚＝1:1)，计算得到分离收率为99％，目标产物结构式如下，相应的核磁氢谱图见图2，1H NMR(400MHz,CDCl3):δ7.56-7.51(m,2H,Ar-H),7.37(dd,J＝8.7,7.3Hz,2H,Ar-H),7.17-7.10(m,1H,Ar-H),4.73(ddt,J＝8.7,7.2,3.7Hz,1H,CH),4.09-3.92(m,3H,NCH2,CH2OH),3.76(dd,J＝11.7,6.0Hz,1H,CH2OH),2.65(d,J＝6.2Hz,1H,OH).
Figure BDA0003143592010000052
实施例2
本实施例提供了一种利用5mol％三乙胺在60℃条件下催化氨甲基环氧烷和二氧化碳反应的方法，具体步骤如下：
Figure BDA0003143592010000053
将83.6mg(0.5mmol)氨甲基环氧烷1b和2.5mg三乙胺(0.025mmol)溶于0.5mL DMF中，用气袋将二氧化碳通入反应瓶中，60℃下反应20h。反应结束后，冷却至室温，加入水和二氯甲烷萃取，分液得到有机相，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过柱层析分离得到目标产物(乙酸乙酯：石油醚＝1:1)，计算得到分离收率为95％，目标产物结构式如下，相应的核磁氢谱图见图3,1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.50(dt,J＝8.5,2.8Hz,2H,Ar-H),7.11-7.02(m,2H,Ar-H),4.79-4.65(m,1H,CH),4.08-3.89(m,3H,NCH2,CH2OH),3.75(dd,J＝12.6,3.9Hz,1H,CH2OH),2.59(s,1H,OH).
Figure BDA0003143592010000061
实施例3
本实施例提供了一种利用5mol％三乙胺在80℃条件下催化氨甲基环氧烷和二氧化碳反应的方法，具体步骤如下：
Figure BDA0003143592010000062
将102.7mg(0.5mmol)氨甲基环氧烷1c和2.5mg三乙胺(0.025mmol)溶于0.5mL DMF中，用气袋将二氧化碳通入反应瓶中，80℃下反应20h。反应结束后，冷却至室温，加入水和二氯甲烷萃取，分液得到有机相，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过柱层析分离得到目标产物(乙酸乙酯：石油醚＝1:1)，计算得到相应噁唑烷酮分离收率为92％(核磁表征所得转化率中噁唑烷酮与环碳酸酯比例为97:3)，所述噁唑烷酮目标产物结构式如下，相应的核磁氢谱图见图4，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.50-7.44(m,2H,Ar-H),7.42-7.34(m,2H,Ar-H),4.79-4.65(m,1H,CH),4.10-3.89(m,3H,NCH2,CH2OH),3.75(dd,J＝12.6,4.2Hz,1H,CH2OH),2.65-1.96(m,1H,OH),1.31(s,9H,C(CH3)3).
Figure BDA0003143592010000063
实施例4
本实施例提供了一种利用5mol％三乙胺在80℃条件下催化氨甲基环氧烷和二氧化碳反应的方法，具体步骤如下：
Figure BDA0003143592010000071
将89.6mg(0.5mmol)氨甲基环氧烷1d和2.5mg三乙胺(0.025mmol)溶于0.5mL DMF中，用气袋将二氧化碳通入反应瓶中，80℃下反应20h。反应结束后，冷却至室温，加入水和二氯甲烷萃取，分液得到有机相，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过柱层析分离得到目标产物(乙酸乙酯：石油醚＝1:1)，计算得到相应噁唑烷酮分离收率为91％(核磁表征所得转化率中噁唑烷酮与环碳酸酯比例为47:3)，目标产物结构式如下，相应的核磁氢谱图见图5，1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.35-7.09(m,2H,Ar-H),6.88(td,J＝8.5,1.8Hz,2H,Ar-H),4.72-4.54(m,1H,CH),3.90(t,J＝8.8Hz,1H,NCH2),3.82-3.70(m,5H,NCH2,OCH3,CH2OH),3.65(dd,J＝12.4,4.8Hz,1H,CH2OH),3.37(s,1H,OH).
Figure BDA0003143592010000072
实施例5
本实施例提供了一种利用5mol％三乙胺在60℃条件下催化氨甲基环氧烷和二氧化碳反应的方法，具体步骤如下：
Figure BDA0003143592010000073
将88.6mg(0.5mmol)氨甲基环氧烷1e和2.5mg三乙胺(0.025mmol)溶于0.5mL DMF中，用气袋将二氧化碳通入反应瓶中，60℃下反应20h。反应结束后，冷却至室温，加入水和二氯甲烷萃取，分液得到有机相，用无水硫酸钠干燥，减压除去溶剂，通过柱层析分离得到目标产物(乙酸乙酯：石油醚＝1:1)，计算得到分离收率为82％，目标产物结构式如下，相应的核磁氢谱图见图6，1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.19(dd,J＝8.6,6.3Hz,1H,Ar-H),7.12(d,J＝7.5Hz,2H,Ar-H),4.87-4.77(m,1H,CH),4.02(dd,J＝12.7,3.0Hz,1H,NCH2),3.78(ddd,J＝40.3,10.7,4.2Hz,3H,NCH2,CH2OH),2.96(d,J＝14.4Hz,1H,OH),2.31(s,6H,CH3).
Figure BDA0003143592010000081
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在CO2气氛下，有机溶剂中氨甲基环氧烷类衍生物在催化剂的作用下反应制备得到5-羟甲基-噁唑烷-2-酮类化合物；所述催化剂为三乙胺、N,N,N,N-四甲基乙二胺、N,N,N-三甲基乙二胺、N,N-二甲基乙二胺和4-二甲氨基吡啶中的一种或几种；所述氨甲基环氧烷类衍生物的化学结构如式(1)所示：
Figure FDA0003921034270000011
其中，R1、R2、R3和R4分别独立地选自C1-C4烷基、烷氧基或卤素；所述烷氧基为甲氧基、乙氧基或苄氧基。
2.根据权利要求1中所述的制备方法，其特征在于，所述CO2气氛的压强为1-20bar。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述C1-C4烷基为甲基、乙基、异丙基或叔丁基。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述卤素为氟、氯或溴。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂选自DMF、CH2OH、CH3CN和CH3COCH3中的一种或几种。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氨甲基环氧烷与催化剂的摩尔比为100:1-20:1。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应的时间为12-20h。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为60-100℃。
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