CN113816887A - 一种氮杂环丙烷类化合物及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种氮杂环丙烷类化合物及其制备方法。本发明将芳基烯烃与芳基羟胺在催化剂作用下发生分子间环加成反应，只需改变烯烃的官能团就可以得到不同取代基的氮杂环丙烷，更有利于底物的衍生化，反应试剂廉低易得，合成成本低，使用安全性高，反应溶剂不需要特殊处理，反应后处理简单，绿色环保。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种氮杂环丙烷类化合物及其制备方法。
背景技术
氮杂环丙烷作为一类重要的有机结构单元，由于其环张力较大且在反应中具有较好的区域及立体选择性，因此广泛应用于有机化学反应中。氮杂环丙烷也是许多药物分子的生物活性分子前体，通过发生重排、开环、消除等一系列反应来制备这些化合物；许多含氮杂环丙烷结构的天然产物和生物活性分子在抗癌及抗菌方面展示出一定的活性。所以，由于氮杂环丙烷及其衍生物的合成具有重要的理论意义和潜在的应用价值，因此新型高效的氮杂环丙烷合成方法一直是研究热点。
CN104926704A公开了氮杂环丙烷类化合物及其制备方法，光延反应制备得到，光延反应的原料由联苯甲基取代的环氧丙烷化合物与叠氮化钠反应生成叠氮化物后经还原反应制备得到。该技术方案是分子内的环化反应，若是想制备衍生化的产物就需要从起始原料来逐步合成，步骤较为繁琐、每一步收率都会有损失，还存在改进空间。
CN103436911A公开了一种氮杂环丙烷类化合物的电化学制备方法，具体公开了在单室电解池中以N-胺基邻苯二甲酰亚胺和苯乙烯或者环烯烃为原料，在电解液中，以卤化四烷基胺或碱金属卤化物为电催化剂，以高氯酸锂或三乙胺/乙酸为支持电解质，在碱的存在下电解，反应温度0～40℃，电流密度4～12mA/cm2，通过2.5～3.5F/mol的电量后，得到氮杂环丙烷类化合物。该技术方案是通过电催化合成，需要额外的添加剂、电解池、电极等，反应较为繁琐，还存在改进空间。
John R.Falck(Ref:Science,2014,343,61-65.DOI:10.1126/science.1248166)等人报道了一种氮杂环丙烷的合成方法。该方法是使用烯烃和芳基羟胺在双[(Α,Α,Α′,Α′-四甲基-1,3-苯二丙酸)铑]催化下反应得到氮杂环丙烷。该技术方案需要通过贵金属铑催化反应进行，成本较高。
综上所述，现有技术仍缺乏一种操作方便、绿色高效、成本低的氮杂环丙烷类化合物的制备方法。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种氮杂环丙烷类化合物的合成方法，其目的在于通过将芳基烯烃与芳基羟胺在催化剂作用下一步反应，获得一种工艺简单、操作方便、绿色高效的氮杂环丙烷类化合物的合成方法。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种氮杂环丙烷类化合物，其结构如通式(1)所示：
其中，R1-R4为各自独立地为甲基、甲氧基、氟、氯和溴中的任意一种；R5为甲基、甲氧基、叔丁基、三氟甲基、酯基、羰基、氟、氯和溴中的任意一种；R6为甲基和苯基中的任意一种；R7为硝基苯基。
作为优选，所述R7为2-硝基苯基、2,4-二硝基苯基和2,4,6-三硝基苯基中的任意一种。
作为优选，其结构为式(1-1)-式(1-11)中任意一种，式(1-1)-式(1-11)如下所示：
按照本发明的另一方面，提供了一种氮杂环丙烷类化合物的制备方法，将芳基烯烃与芳基羟胺在催化剂作用下进行环加成反应，其反应路线为：
其中，R1-R4为甲基、甲氧基、氟、氯和溴中的任意一种；R5为甲基、甲氧基、叔丁基、三氟甲基、酯基、羰基、氟、氯、溴中的任意一种；R6为甲基、苯基中的任意一种；R7为2-硝基苯基、2,4-二硝基苯基、2,4,6-三硝基苯基中的任意一种。
作为优选，包括以下步骤：
(1)将芳基烯烃与芳基羟胺加入有机溶剂后混合均匀后加入催化剂进行反应获得反应混合物；
(2)将反应混合物经碱溶液淬灭、乙酸乙酯-水混合溶液萃取后获得有机相，将有机相通过柱层析分离后即可获得所述氮杂环丙烷类化合物。
作为优选，芳基烯烃与芳基羟胺的物质的量之比为1：(1.5-2.5)。
作为优选，所述催化剂为Co-N-C或Co-Phen-C；
优选的，所述Co-N-C通过以下方法制备而成：将硝酸钴和硝酸锌加入到醇类溶剂中混合均匀，再加入2-甲基咪唑发生反应获得Zn/Co-ZIF，将Zn/Co-ZIF煅烧后即得Co-N-C催化剂；
优选的，所述Co-Phen-C通过以下方法制备而成：将醋酸钴和1,10-菲罗啉加入到醇类溶剂中混合均匀，加入炭黑反应获得Co-Phen-C前驱体，将前驱体煅烧后即得Co-Phen-C催化剂。
作为优选，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、三氟甲醇和乙腈中至少一种。
作为优选，所述碱溶液为饱和碳酸氢钠或饱和碳酸钠。
作为优选，所述乙酸乙酯-水混合溶液中乙酸乙酯与水体积比为1：(0.8-1：1)。
本发明的有益效果有：
(1)本发明是一步合成，而且是分子间环加成反应，原子利用率高，且更有利于底物的衍生拓展，即只需改变烯烃的官能团就可以得到不同取代基的氮杂环丙烷。
(2)本发明采用的反应试剂低廉易得，合成成本低；性能稳定，使用安全性高，反应溶剂不需要特殊处理，反应后处理简单，绿色环保。
(3)本发明通过使用基于廉价金属的多相催化剂来促进反应的发生，分离简单，反应完成后，可以实现催化剂的循环再利用，工艺简单、操作方便，收率高，产物纯度高。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
制备实施例1
催化剂Co-N-C的制备方法如下：将硝酸钴和硝酸锌按1：8的摩尔比溶于甲醇中，然后将2-甲基咪唑溶入甲醇后加入到上述溶液中，于室温下搅拌24小时；经离心、洗涤、干燥，即得Zn/Co-ZIF；将Zn/Co-ZIF在惰性氛围下800℃煅烧3小时，冷却后即得Co-N-C催化剂。
制备实施例2
催化剂Co-Phen-C的制备方法如下：将醋酸钴和1,10-菲罗啉按1：2的摩尔比加入到乙醇中，于室温下搅拌半小时后加入炭黑XC-72R，升温至60℃反应4小时，减压除去溶剂后干燥12小时，即得Co-Phen-C催化剂的前驱体。将前驱体在惰性氛围下800℃煅烧2小时，冷却后即得Co-Phen-C催化剂。
实施例1
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将苯乙烯(CAS：100-42-5)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-苯基氮丙啶，收率：83％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.63(d,J＝2.6Hz,1H),8.33(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.96(d,J＝9.4Hz,1H),7.31(dd,J＝7.0,2.3Hz,2H),7.25(d,J＝1.8Hz,3H),3.56–3.47(m,1H),3.21(dd,J＝8.1,4.8Hz,1H),2.83(dd,J＝7.9,4.8Hz,1H).
实施例2
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将对甲基苯乙烯(CAS：622-97-9)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-(对甲苯基)氮丙啶，收率80％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.63(d,J＝2.7Hz,1H),8.32(dd,J＝9.4,2.7Hz,1H),7.94(d,J＝9.4Hz,1H),7.19(d,J＝8.1Hz,2H),7.04(d,J＝7.9Hz,2H),3.47(t,J＝8.0Hz,1H),3.17(dd,J＝8.1,4.8Hz,1H),2.80(dd,J＝8.0,4.8Hz,1H),2.27(s,3H).
实施例3
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将对甲氧基苯乙烯(CAS：637-69-4)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-(对甲氧基苯基)氮丙啶，收率68％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.64(d,J＝2.7Hz,1H),8.32(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.93(d,J＝9.3Hz,1H),7.22(d,J＝8.7Hz,2H),6.75(d,J＝8.7Hz,2H),3.74(s,3H),3.46(t,J＝8.1Hz,1H),3.15(dd,J＝8.1,4.9Hz,1H),2.81(dd,J＝8.0,4.9Hz,1H).
实施例4
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将对氯苯乙烯(CAS：1073-67-2)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-(对氯苯基)氮丙啶,收率58％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.68(d,J＝2.6Hz,1H),8.35(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.95(d,J＝9.3Hz,1H),7.26(t,J＝7.0Hz,5H),3.48(t,J＝8.0Hz,1H),3.15(dd,J＝8.0,4.9Hz,1H),2.84(dd,J＝7.9,4.9Hz,1H).
实施例5
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将对溴苯乙烯(CAS：2039-82-9)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-(对溴苯基)氮丙啶，收率68％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.68(d,J＝2.6Hz,1H),8.35(dd,J＝9.3,2.6Hz,1H),7.94(d,J＝9.3Hz,1H),7.41(d,J＝8.4Hz,2H),7.22(d,J＝8.4Hz,2H),3.46(t,J＝8.0Hz,1H),3.14(dd,J＝8.0,4.9Hz,1H),2.84(dd,J＝7.9,4.9Hz,1H)。
实施例6
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将邻甲氧基苯乙烯(CAS：612-15-7)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-(邻甲氧基苯基)氮丙啶，收率58％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.60(d,J＝2.6Hz,1H),8.34(dd,J＝9.4,2.6Hz,1H),8.08(d,J＝9.4Hz,1H),7.21(dd,J＝16.9,7.3Hz,2H),6.90(t,J＝7.5Hz,1H),6.68(d,J＝8.2Hz,1H),3.73(t,J＝8.1Hz,1H),3.64(s,3H),3.14(dd,J＝8.4,4.7Hz,1H),2.79(dd,J＝7.8,4.7Hz,1H).
实施例7
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将苯乙烯(CAS：100-42-5)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-Phen-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-苯基氮丙啶，收率81％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.63(d,J＝2.6Hz,1H),8.33(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.96(d,J＝9.4Hz,1H),7.31(dd,J＝7.0,2.3Hz,2H),7.25(d,J＝1.8Hz,3H),3.56–3.47(m,1H),3.21(dd,J＝8.1,4.8Hz,1H),2.83(dd,J＝7.9,4.8Hz,1H).
实施例8
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将苯乙烯(CAS：100-42-5)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.25mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-苯基氮丙啶，收率82％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.63(d,J＝2.6Hz,1H),8.33(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.96(d,J＝9.4Hz,1H),7.31(dd,J＝7.0,2.3Hz,2H),7.25(d,J＝1.8Hz,3H),3.56–3.47(m,1H),3.21(dd,J＝8.1,4.8Hz,1H),2.83(dd,J＝7.9,4.8Hz,1H).
实施例9
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将苯乙烯(CAS：100-42-5)(0.1mmol)与2,4-二硝基苯基羟胺(CAS：17508-17-7)(0.25mmol)加入到1mL异丙醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4-二硝基苯氧基)-2-苯基氮丙啶，收率82％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.63(d,J＝2.6Hz,1H),8.33(dd,J＝9.3,2.7Hz,1H),7.96(d,J＝9.4Hz,1H),7.31(dd,J＝7.0,2.3Hz,2H),7.25(d,J＝1.8Hz,3H),3.56–3.47(m,1H),3.21(dd,J＝8.1,4.8Hz,1H),2.83(dd,J＝7.9,4.8Hz,1H).
实施例10
一种氮杂环丙烷类化合物，通过以下方法制备而成：将苯乙烯(CAS：100-42-5)(0.1mmol)与2,4,6-三硝基苯基羟胺(CAS：38100-34-4)(0.15mmol)加入到1mL甲醇中，再加入10mg催化剂Co-N-C，于室温下反应，TLC监测，待原料反应完全后，即得反应混合物；反应混合物采用乙酸乙酯-水混合溶液(乙酸乙酯：水＝1：1v/v)萃取3次，即得有机相。该有机相用饱和碳酸氢钠洗涤，无水硫酸钠干燥并过滤。将滤液减压浓缩、残余物通过石油醚-乙酸乙酯(石油醚：乙酸乙酯＝3：1v/v)的柱层析纯化，得1-(2,4,6-三硝基苯氧基)-2-苯基氮丙啶，收率67％。
其合成式如下：
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.57(d,J＝2.6Hz,1H),7.99(d,J＝9.4Hz,1H),7.30(dd,J＝7.0,2.3Hz,2H),7.26(d,J＝1.8Hz,3H),3.74(t,J＝8.1Hz,1H),3.16(dd,J＝8.4,4.7Hz,1H),2.82(dd,J＝7.8,4.7Hz,1H).
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种氮杂环丙烷类化合物，其特征在于，其结构如通式(1)所示：
其中，R1-R4各自独立地为甲基、甲氧基、氟、氯和溴中的任意一种；R5为甲基、甲氧基、叔丁基、三氟甲基、酯基、羰基、氟、氯和溴中的任意一种；R6为甲基和苯基中的任意一种；R7为硝基苯基。
2.根据权利要求1所述的氮杂环丙烷类化合物，其特征在于，所述R7为2-硝基苯基、2,4-二硝基苯基和2,4,6-三硝基苯基中的任意一种。
3.根据权利要求1或2所述的氮杂环丙烷类化合物，其特征在于，其结构为式(1-1)-式(1-11)中任意一种，式(1-1)-式(1-11)如下所示：
4.一种氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，将芳基烯烃与芳基羟胺在催化剂作用下进行分子间环加成反应，其反应路线为：
其中，R1-R4为甲基、甲氧基、氟、氯和溴中的任意一种；R5为甲基、甲氧基、叔丁基、三氟甲基、酯基、羰基、氟、氯和溴中的任意一种；R6为甲基和苯基中的任意一种；R7为2-硝基苯基、2,4-二硝基苯基和2,4,6-三硝基苯基中的任意一种。
5.根据权利要求4所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将芳基烯烃与芳基羟胺加入有机溶剂混合均匀后加入催化剂进行反应获得反应混合物；
(2)将反应混合物经碱溶液淬灭、乙酸乙酯-水混合溶液萃取后获得有机相，将有机相通过柱层析分离后即可获得所述氮杂环丙烷类化合物。
6.根据权利要求4或5所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，芳基烯烃与芳基羟胺的物质的量之比为1：(1.5-2.5)。
7.根据权利要求4所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，所述催化剂为Co-N-C或Co-Phen-C；
优选的，所述Co-N-C催化剂通过以下方法制备而成：将硝酸钴和硝酸锌加入到醇类溶剂中混合均匀，再加入2-甲基咪唑发生反应获得Zn/Co-ZIF，将Zn/Co-ZIF煅烧后即得Co-N-C催化剂；
优选的，所述Co-Phen-C催化剂通过以下方法制备而成：将醋酸钴和1,10-菲罗啉加入到醇类溶剂中混合均匀，加入炭黑反应获得Co-Phen-C前驱体，将前驱体煅烧后即得Co-Phen-C催化剂。
8.根据权利要求5所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，所述有机溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、三氟乙醇和乙腈中至少一种。
9.根据权利要求5所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，所述碱溶液为饱和碳酸氢钠或饱和碳酸钠。
10.根据权利要求5所述的氮杂环丙烷类化合物的制备方法，其特征在于，所述乙酸乙酯-水混合溶液中乙酸乙酯与水体积比为1：(0.8-1：1)。
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