CN113620934B - 一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法 - Google Patents

一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法，利用含N杂环化合物作为底物，通过不添加氧化剂来实现更加创新、高效且环保的组合催化体系，并借用微通道反应器中两相的连续流动在可见光的介导下直接实现含N杂环化合物的烷基化；与传统方法相比，此种条件温和、转化高效的途径同样也无需使用贵金属配合物和有机染料等特殊添加剂，通过可见光激发的分子间电荷转移完成光氧化还原催化，实现可见光介导的惰性C(sp3)–H键功能化，且所得产物选择性好，产率高，安全性大，更加满足工业要求。

Description

一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法
技术领域
本发明属于化工合成领域，具体涉及一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法。
背景技术
随着现今社会的不断进步，以及科学技术的飞速的发展，人们对自身的健康也越来越重视。因此对高效安全药物的需求也越来越高，从而促使医药行业不断开发出更具有疗效的新药物。研究发现，含氮杂环化合物多具有良好的药物和生物活性，是重要的药物中间体。同时含氮杂环化合物的结构特点决定其易于进行结构修饰，能够方便的引入不同的功能基团，实现结构的衍生和构效研究，扩大其应用范围。因此含氮杂环化合物的合成引起了有机合成领域的广泛重视。其中包含喹啉在内的含氮杂环化合物在药物中的应用尤为广泛。
含氮杂环衍生物是一类非常重要的有机化合物，除了医药行业，同时也在制药、印染和光电材料等领域具有广泛的用途，因其独特的生物活性，亲脂性和代谢稳定性，备受生物化学家的关注。然而，含氮杂环衍生物的传统制备方法存在许多缺陷，例如合成路线长、条件苛刻、选择性差、三废产生量大等，因此探究绿色高效的含氮杂环衍生物制备方法具有重要意义。除了一些传统的合成方法，最近一些年来常见的喹啉及其衍生物的合成方法有如下几种方法。
1.1负载型质子酸催化法
硅胶负载的高氯酸是一种固体质子酸，由于催化物活性好、价格低廉、无腐蚀、质子酸可以回收，属于环境友好型反应，因而被广泛用于各种有机反应。Narasimhulu等首次将硅胶负载的高氯酸(1g硅胶中含0.37mmol高氯酸)，利用Friedlander反应催化合成了喹啉衍生物。该反应采用乙腈作为溶剂，微波加热到60℃条件下反应2～3h，反应的产率在89％～96％，但是如果反应在室温下进行，则转化率迅速降低变为50％。
1.2离子液体催化法
离子液体(Ionicliquid)是指全部由离子组成的液体，如高温条件下的KCI，KOH呈液体状态，此时它们就是离子液体。在室温或室温附近温度下呈液态的由离子构成的物质，称为室温离子液体或室温熔融盐，也称非水离子液体、液态有机盐等。具有很多独特的物理化学性质，如液态范围宽；蒸汽压小，不挥发，在使用、储藏中不会被蒸发散失，可以循环使用；电导率高，电化学窗口大，可作为许多物质电化学研究的电解液；通过阴阳离子的设计可调节其对无机物、水、有机物及聚合物的溶解性，并且其酸度可调至超酸；具有较大的极性可调控性，粘度低，密度大；对大量无机和有机物质都表现处良好的溶解能力，且具有溶剂和催化剂的双重功能，可以作为许多化学反应溶剂或催化活性载体。由于这些独特性能，离子液体的应用研究比如在氢化反应、傅－克反应、Heck反应、Diels－Alder反应、不对称催化、电化学等方面，正在世界范围内迅速开展。例如用离子液体[Hbim]BF4催化邻氨基苯甲酮与环戊酮的反应，生成喹啉衍生物的产率高达98％。
1.3使用金属有机催化剂法
金属有机化合物(organometalliccompound)是金属与有机基团以金属与碳直接成键而形成的化合物。利用金属有机试剂合成喹啉类化合物也引起了人们极大的兴趣。过渡金属催化试剂比如钯、铑、钌、铁和钴的络合物用于催化合成喹啉类化合物已经显示了超凡的催化能力。金属催化的关环反应可以通过苯胺与烷基胺之间的胺交换反应来实现。比如，在催化量的RuCl3·nH2O/3PPh3和SnCl2·2H2O作用下，苯胺和3－氨基－1－丙醇在1，4－二氧六环溶剂中加热到180℃时反应即可以得到相应的喹啉衍生物。使用苯胺、三(烯丙基)胺、氯化铑和双(二苯基膦)甲烷体系，也能够以比较高的产率得到喹啉类化合物，而且该反应的产率不会受到苯环上取代基的位置和电子效应的影响。
1.4可见光氧化法
可见光氧化还原催化作为种绿色、高效的合成手段，在有机合成领域有着重要的应用价值和广阔的工业化前景。自2008年起，在Macrillan、Yoon和Stephenson等研究小组的推动下，可见光氧化还原催化取得了一系列重要进展。由于可见光氧还原催化从本质上来说为光敏剂传递电子的单电子转移反应，因此，其完全有潜力“代替”传统的紫外光激发或自由基引发剂引发的单电子转移反应。此外，光氧化还原催化也可以与有机小分子催化、过渡金属催化等其他催化模式相结合，通过共催化的策略实现传统的离子对转移反应所难以实现的转化。
目前常用的光催化剂主要为贵金属配合物(Ir、Ru等)和有机染料，金属配合物或者含有大π离域结构的有机分子在吸收低能量的可见光后激发，从而发生分子内电荷转移(charge transfer，CT)。尽管与传统方法相比，光氧化还原催化具有条件温和、环境友好、可控性好等优势，但这些贵金属配合物和有机染料光催化剂大多结构复杂、不易合成、成本高昂，难以实现大规模的产业化应用。因此，追求更加廉价实用的光催化反应体系势必会对扩展其应用带来变革。
发明内容
发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种可见光介导的含氮杂环化合物烷基化方法。
技术方案：为了达到上述发明目的，本发明采取的技术方案如下：
一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法，包括如下步骤：
(1)将含氮杂环化合物I、添加剂II溶于有机溶剂III中制得均相溶液A；
(2)将碘化钠、三苯基膦溶于有机溶剂III制得均相溶液B；
(3)将步骤(1)制得的均相溶液A和步骤(2)制得的均相溶液B分别泵入微反应装置，在微反应装置的微混合器中混合后，在可见光的照射下通入微反应装置的微通道反应器中进行反应；
(4)收集步骤(3)中所述微通道反应器的流出液，即得引入相应溶剂基团的含N杂环烷基化产物IV；
优选的，步骤(1)中，所述含氮杂环化合物I选自取代或非取代的喹啉、异喹啉、吡嗪或菲啶，其中，取代的喹啉、异喹啉、吡嗪或菲啶是被C1～C6烷基、苯基、卤素或氰基取代的喹啉、异喹啉、吡嗪或菲啶；所述添加剂II选自TFT四氟硼酸盐类；所述有机溶剂III为4-7元环结构的环烷烃、杂环烷烃、环烷基酮、芳香环或芳杂环化合物。
优选的，步骤(1)中，所述含氮杂环化合物I、添加剂II、有机溶剂III和含N杂环烷基化产物IV选自如下：
Figure BDA0003213061650000031
其中，R1、R2、R分别独立的为H、烷基、酯基、氰基、卤素、联苯基或取代或非取代的苯基。
进一步优选，所述R1、R2、R各自独立的选自H、氰基、卤素、联苯基、取代或非取代的苯基或取代或非取代的C1～C6烷基，其中取代的苯基是被C1～C6烷基、卤素或氰基取代的苯基，取代的C1～C6烷基是被氰基或卤素取代的烷基；所述R1、R2为单取代、双取代或者三取代；所述有机溶剂III为4-7元环结构的环烷烃、杂环烷烃、芳香环或芳杂环化合物。
最优选的，步骤(1)中，所述含氮杂环化合物I选自4-甲基喹啉、4-苯基喹啉或4-氰基异喹啉；所述添加剂II选自二苯基醚-TFT盐、溴苯-TFT盐、乙基苯-TFT盐以及联苯-TFT盐中的任意一种；所述有机溶剂III选自1，4-二氧六环，四氢呋喃，环己烷，环己酮及吡啶中的任意一种；步骤(2)中，所述有机溶剂III选自1，4-二氧六环，四氢呋喃，环己烷，环己酮及吡啶中的任意一种。
优选的，步骤(1)中，添加剂II与含氮杂环化合物I的摩尔比为1:0.5～1:5，含氮杂环化合物I与有机溶剂III的质量体积比为0.01g/2～10ml。
优选的，步骤(3)中，进行混合的均相溶液A和均相溶液B中，所述含氮杂环化合物I与碘化钠的摩尔比为1:0.05～1:0.5，所述含氮杂环化合物I与三苯基膦的摩尔比为1:0.1～1:0.5。
优选的，步骤(3)中，所述的可见光的波长范围为380～780nm。
优选的，步骤(3)中，所述均相溶液A和B泵入所述微反应装置的流速均为0.01-10mL/min，更优选为0.4～0.6mL/min，混合溶液在所述微反应装置的微反应器中的流速为均相溶液A和B泵入所述微反应装置的流速的加和，反应温度为5～50℃，停留时间为0.09S-14h。
优选的，所述微反应装置包括：第一进料泵、第二进料泵、微混合器、微通道反应器和接收器，其中第一进料泵和第二进料泵以并联方式连接到微混合器上，微混合器、微通道反应器和接收器以串联方式连接，所述连接为通过管道连接，微通道反应器的尺寸内径为0.1～2mm，长度为0.5～40m。
所述微混合器为Y型、T型或J型中的任一种，即所述微混合器的进料口连有两个料液进口。
本发明应用可见光氧化还原法，实现对含氮杂环化合物的烷基化修饰，在可见光的介导下通过激发态光敏剂与自由基前体的单电子转移来产生自由基物种并进攻含氮杂环，可以得到其C(sp3)–H键官能团化的产物。且利用微通道反应器中微米级分散尺度和两相的连续流动，能够使流体获得极大的比表面积，从而与壁面进行高效的热交换，获得更理想的传质换热效率；相比于传统反应器，微反应器中精确的温度、压力和反应时间控制，所获得的环氧丙烷选择性好，产率高，安全性大，更加满足工业要求。
与现有技术相比，本发明有如下优势：
(1)本发明通过使用微反应器来制备含氮杂环化合物的烷基化产物，相比于普通反应反应时间缩短，反应转化率提高，产品稳定且有利于放大生产，操作简单，反应温度低，安全性高，可以有效克服传统反应釜的缺点。
(2)本发明通过微反应器的使用可以很好地避免副反应的发生，从而提高反应的选择性，使得反应最大限度的生成烷基化产物。
(3)本发明的产物转化率为86％～95％，产率达到68％～95％。
有益效果：
本发明应用可见光氧化法，在廉价高效的组合催化体系中实现对含氮杂环化合物的烷基化修饰，在可见光的介导下通过过渡添加剂来引发生成自由基中间体来攫取C(sp3)–H键的氢原子，在不添加小分子催化剂或者贵金属有机催化剂的基础下，结合微通道反应器高效的传质传热效果，巧妙地完成相应溶剂基团的引入。本发明制备方法条件温和、转化高效、收率高、成本低廉、安全性高，操作性好，反应体积小、时间短对设备腐蚀较小，生产方法工艺简单、可连续生产，具有较高的操作安全性以及较高的选择性，能够直接放大有利于工业生产。
附图说明
图1为本发明反应装置图。
图2为本发明反应流程示意图。
图3为本发明产物3a的1H NMR(400Hz,CDCl3)和13C NMR(100Hz,CDCl3)谱图；
图4为本发明产物3b的1H NMR(400Hz,CDCl3)和13C NMR(100Hz,CDCl3)谱图；
图5为本发明产物4b的1H NMR(400Hz,CDCl3)和13C NMR(100Hz,CDCl3)谱图；
具体实施方式
根据下述实施例，可以更好地理解本发明。然而，本领域的技术人员容易理解，实施例所描述的内容仅用于说明本发明，而不应当也不会限制权利要求书中所详细描述的本发明。
以下实施例中采用图1所示的微通道光反应装置进行含氮杂环化合物烷基化。反应流程如图2所示，所述微反应装置包括：第一进料泵、第二进料泵、微混合器、微通道反应器和接收器，其中第一进料泵和第二进料泵以并联方式连接到微混合器上，微混合器、微通道反应器和接收器以串联方式连接，所述连接为通过管道连接，微通道反应器的尺寸内径为0.1～2mm，长度为0.5～40m。所述微混合器为Y型、T型或J型中的任一种，即所述微混合器的进料口连有两个料液进口。本发明集中于碘化钠及三苯基膦的廉价实用的光氧化还原组合催化体系上，该策略不但具有温和高效的反应条件，而且底物和产物的氧化态没有发生变化，无需外加当量的氧化剂或还原剂，仅通过廉价光敏剂来“传递”电子，借用微通道反应器达到更好的传质传热效果，从而更高效地实现含氮杂环化合物的惰性C(sp3)–H键功能化。
实施例1
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.0544g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.1mmol，1.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0008g碘化钠(5mol％)和0.0013g三苯基膦(5mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为62％。
实施例2
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0008g碘化钠(5mol％)和0.0013g三苯基膦(5mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为72％。
实施例3
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.3266g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.6mmol，6.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0008g碘化钠(5mol％)和0.0013g三苯基膦(5mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为69％。
实施例4
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0013g三苯基膦(5mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为75％。
实施例5
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0080g碘化钠(50mol％)和0.0013g三苯基膦(5mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为67％。
实施例6
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为88％。
实施例7
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0133g三苯基膦(50mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为73％。
实施例8
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在380nm紫光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为61％。
实施例9
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在650nm红光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.4mL/min，微反应器的流速为0.8mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为68％。
实施例10
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为91％。
实施例11
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.6mL/min，微反应器的流速为1.2mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为20min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为83％。
实施例12
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为95％，其1H NMR和13C NMR谱如图3所示。
实施例13
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为15min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为89％。
实施例14
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在5℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为76％。
实施例15
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在50℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为82％。
实施例16
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水四氢呋喃(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水四氢呋喃(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物4b，产率为93％，其1H NMR和13C NMR谱如图5所示。
实施例17
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水环己烷(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水环己烷(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物4c，产率为90％。
实施例18
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用无水吡啶(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用无水吡啶(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物4d，产率为85％。
实施例19
称取0.0205g 4-苯基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3b，产率为92％，其1H NMR和13C NMR谱如图4所示。
实施例20
称取0.0154g 4-氰基异喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物4e，产率为86％。
实施例21
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1593g添加剂溴苯-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为80％。
实施例22
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)和0.1441g添加剂乙基-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)，用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器a中。0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)用1，4-二氧六环(10mL)溶解并装载在注射器b中。在426nm蓝光的照射下a和b中的反应液通过Y型混合器进入盘管内径为0.5mm的反应器中，注射器a与b的流速分别为0.5mL/min，微反应器的流速为1.0mL/min，反应温度控制在25℃，停留时间为25min，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。100mL饱和NaHCO3(aq)洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(150mL×3)萃取，合并有机相，用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩后粗品以乙酸乙酯/正己烷分别作为溶剂和惰性溶剂重结晶，得目标产物3a，产率为74％。
对比例1
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)、0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)和0.0016g碘化钠(10mol％)，用2mL无水1，4-二氧六环溶解于10mL反应管中，在426nm蓝光的照射下搅拌反应12h，反应温度控制在25℃，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)，得目标产物3a，产率34％。
对比例2
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)、0.1633g添加剂二苯基醚-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)和0.0053g三苯基膦(20mol％)，用2mL无水1，4-二氧六环溶解于10mL反应管中，在426nm蓝光的照射下搅拌反应12h，反应温度控制在25℃，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)，得目标产物3a，产率为42％。
对比例3
称取0.0143g 4-甲基喹啉(0.1mmol，1.0equiv)、0.1441g添加剂乙基-TFT盐(0.3mmol，3.0equiv)、0.0016g碘化钠(10mol％)和0.0053g三苯基膦(20mol％)，用2mL无水1，4-二氧六环溶解于10mL反应管中搅拌反应12h，反应温度控制在25℃，通过TLC检测反应进程(石油醚：乙酸乙酯＝4:1展开)。50mL饱和食盐水洗涤，分液，水相用乙酸乙酯(10mL×3)萃取，合并有机相，无水硫酸钠干燥，浓缩后进行柱层析(石油醚：乙酸乙酯＝4:1作为展开剂)，得目标产物3a，产率为36％。
本发明提供了一种微通道中可见光介导的含氮杂环化合物烷基化的思路及方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，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。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种可见光介导的微反应装置中含氮杂环化合物烷基化方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)将含氮杂环化合物I、添加剂II溶于有机溶剂III中制得均相溶液A；所述含氮杂环化合物I、添加剂II和有机溶剂III选自如下：
Figure FDA0004237076990000011
其中，R1、R2、R分别独立的为H、烷基、酯基、氰基、卤素或取代或非取代的苯基；所述有机溶剂III为4-7元环结构的环烷烃、杂环烷烃、芳香环或芳杂环化合物；
(2)将碘化钠、三苯基膦溶于有机溶剂III制得均相溶液B；
(3)将步骤(1)制得的均相溶液A和步骤(2)制得的均相溶液B分别泵入微反应装置，在微反应装置的微混合器中混合后，在可见光的照射下通入微反应装置的微通道反应器中进行反应；
(4)收集步骤(3)中所述微通道反应器的流出液，即得引入相应溶剂基团的含N杂环烷基化产物IV，其结构式如下所示：
Figure FDA0004237076990000012
其中，R1、R2同上所述，X＝C、O或N。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述R1、R2、R各自独立的选自H、氰基、卤素、联苯基、取代或非取代的苯基或取代或非取代的C1～C6烷基，其中取代的苯基是被C1～C6烷基、卤素或氰基取代的苯基，取代的C1～C6烷基是被氰基或卤素取代的烷基；所述R1、R2为单取代、双取代或者三取代。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述含氮杂环化合物I选自4-甲基喹啉、4-苯基喹啉或4-氰基异喹啉；所述添加剂II选自二苯基醚-TFT盐、溴苯-TFT盐、乙基苯-TFT盐以及联苯-TFT盐中的任意一种；所述有机溶剂III选自1，4-二氧六环，四氢呋喃，环己烷，环己酮及吡啶中的任意一种；步骤(2)中，所述有机溶剂III选自1，4-二氧六环，四氢呋喃，环己烷，环己酮及吡啶中的任意一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，添加剂II与含氮杂环化合物I的摩尔比为1:0.5～1:5，含氮杂环化合物I与有机溶剂III的质量体积比为0.01g/2～10ml。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，进行混合的均相溶液A和均相溶液B中，所述含氮杂环化合物I与碘化钠的摩尔比为1:0.05～1:0.5，所述含氮杂环化合物I与三苯基膦的摩尔比为1:0.1～1:0.5。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述的可见光的波长范围为380～780nm。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(3)中，所述均相溶液A和B泵入所述微反应装置的流速均为0.01-10mL/min，反应温度为5～50℃，停留时间为0.09S-14h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述微反应装置包括：第一进料泵、第二进料泵、微混合器、微通道反应器和接收器，其中第一进料泵和第二进料泵以并联方式连接到微混合器上，微混合器、微通道反应器和接收器以串联方式连接，所述连接为通过管道连接，微通道反应器的尺寸内径为0.1～2mm，长度为0.5～40m。
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