CN114716416B

CN114716416B - 3,4-二氢吡咯衍生物及其一锅法合成

Info

Publication number: CN114716416B
Application number: CN202210375027.3A
Authority: CN
Inventors: 刘斌; 张蓝贝; 陈进明; 曾明华
Original assignee: Hubei University; Guangxi Normal University
Current assignee: Hubei University; Guangxi Normal University
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-06-16
Anticipated expiration: 2042-04-11
Also published as: CN114716416A

Abstract

本发明公开了一锅法合成四取代3,4‑二氢吡咯衍生物的制备方法，将(1‑（1‑甲基‑1H‑苯并[d]咪唑‑2‑基）乙‑1‑醇)、苯甲腈化合物和六水合二氯化钴在密闭反应器中于120～150℃充分反应后，脱去金属离子，柱层析分离得到目标化合物。本发明合成操作简便，催化剂廉价易得，反应条件较温和。此类四取代3,4‑二氢吡咯衍生物具有荧光发光性质，在分子开关、光催化、荧光探针、上转换发光、聚集诱导发光等方面具有潜在应用。

Description

3,4-二氢吡咯衍生物及其一锅法合成

技术领域

本发明涉及一锅法合成系列罕见的四取代3,4-二氢吡咯衍生物，属于合成化学技术领域。

背景技术

二氢吡咯是一类重要的五元含氮杂环化合物，它是许多医药试剂和天然产物的核心功能结构，也是合成许多含氮杂环化合物和生物分子的重要合成前体。已报道的合成二氢吡咯类化合物的方法中，往往需要使用复杂的反应物、昂贵的催化剂或者繁琐的分离操作。

发明内容

本发明的目的是提供一锅法合成四取代3,4-二氢吡咯衍生物的制备方法。

本发明实现过程如下：

结构通式（I）所示化合物，

R选自H、-NMe₂、C₁-C₃的烷基、C₁-C₃的烷氧基或卤素基。

结构通式（I）所示化合物的制备方法，包括以下步骤：

将 (1-（1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）乙-1-醇)、苯甲腈化合物A和六水合二氯化钴在密闭反应器中于120 ～150℃充分反应后，脱去金属离子，柱层析分离得到结构通式（I）所示化合物。

上述制备方法中，加入溶剂乙腈。

上述制备方法中，脱去金属离子采取向反应体系中加入饱和硫化钠甲醇溶液，过滤生成的CoS沉淀，浓缩滤液即可。

本发明的优点：有机腈是一类常用的有机溶剂及化工原料，本发明实现了在120～150℃的CoCl₂·6H₂O催化下利用商品化的取代芳基腈与简单易得的（1-（1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）乙-1-醇）一锅合成出系列新型四取代的3,4-二氢吡咯衍生物，合成操作简便，无需中途添加其他反应物或者试剂，催化剂廉价易得，反应条件较温和。利用高分辨质谱（ESI-MS）和X射线单晶衍射以及核磁对产物结构进行了表征。初步研究表明，该类芳基取代的杂化化合物具有荧光发光性质，在分子开关、光催化、荧光探针、上转换发光、聚集诱导发光等方面具有潜在应用。

附图说明

图1为化合物1的单晶结构图（省略了苯环和甲基上的氢原子）；

图2为化合物1的电喷雾离子化高分辨质谱图；

图3为化合物1的紫外-可见吸收光谱图；

图4为化合物1的荧光光谱图；

图5为化合物2的单晶结构图（省略了苯环和甲基上的氢原子）；

图6为化合物2的电喷雾离子化高分辨质谱图；

图7为化合物3的电喷雾离子化高分辨质谱图。

具体实施方式

为了更清楚的理解发明，以下通过发明人给出的依本发明技术方案所完成的具体实施例对本发明进一步的详细描述，本发明实验测试使用的仪器及方法如下。

1. 核磁氢谱图

室温下，在Bruker 400 MHz核磁共振波谱仪上进行1~3的测试，取10.0 mg的1溶于0.5 mL的CDCl₃中进行测试，得到的谱图结果与单晶结构相吻合。

2. 核磁碳谱图

3. 高分辨质谱图

室温下，取1~3颗单晶溶于色谱级甲醇中，在Thermo Exactive Plus ESI-MS 上进行数据采集。

4. 紫外-可见吸收光谱

室温下，在Agilent Cary 6000UV-Vis-NIR spectrophotometer上对1的二氯甲烷溶液（10^-5mol·L^-1）进行测试。根据朗伯-比尔定律A=ε·l·C，得到摩尔吸光系数ε (L·mol^-1·cm^-1)。如图6所示，1的二氯甲烷溶液在270 nm有最大吸收峰，可以归属为n-π*跃迁。

5. 荧光发射光谱

室温下在爱丁堡FLS-980荧光仪上对1的二氯甲烷溶液（10^-5mol·L^-1）进行测试。

实施例1：1（R= H）的合成及结构分析

将1.0 mmol的（1-（1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）乙-1-醇）（0.18）加入到容积为15.0 mL的带有聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中，加入10 mL的苯甲腈， 0.5 mmol的六水合氯化钴（0.12 g），搅拌5分钟，密封，放入130 ℃的烘箱中反应24小时，然后将釜取出，保持10 ℃/ h缓慢冷却，得到深蓝色溶液。加入饱和的硫化钠甲醇溶液，混合搅拌过夜，过滤生成的CoS沉淀，滤液进行浓缩，柱层析分离（展开剂比例，石油醚:乙酸乙酯=10:1）得到产物。产率约为15%。对化合物1进行了单晶，高分辨质谱，核磁，荧光等表征。

化合物1的核磁氢谱：

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ = 7.96 (dd,J= 7.6, 1.2, 2H), 7.76 (dd,J=7.2, 1.2, 2H), 7.48-7.39 (m, 3H), 7.37-7.33 (m, 1H), 7.31 (d,J= 4.1, 1H),7.29 (d,J= 1.6, 1H), 7.28-7.27 (m, 1H), 7.26-7.21 (m, 1H), 5.36 (dd,J= 9.9,6.6, 1H), 4.35 (dd,J= 17.6, 6.6, 1H), 4.16 (s, 3H), 3.89 (s, 3H), 3.60 (dd,J=17.6, 9.9, 1H), 1.47 (s, 3H)。

化合物1的核磁碳谱：

¹³C{¹H}NMR (101 MHz, CDCl₃) δ 171.82, 157.36, 154.65, 142.38, 141.34,137.66, 136.26, 133.79, 131.09, 128.53, 128.17, 122.76, 122.26, 121.99,119.57, 119.23,109.41, 80.40, 42.91, 41.52, 32.30, 31.95, 30.53, 29.72,24.09, 22.72, 14.16。

图1为化合物1分子结构图，属于正交晶系，Pbca空间群，晶胞参数为a=19.3098(2)Å，b= 10.7746(10) Å，c= 20.9417(2) Å，α= 90^o，β= 90^o，γ= 90^o。其最不对称单元包含一个取代的3,4-二氢吡咯杂环，取代基分别为两个N-甲基苯并咪唑基团，一个苯基和一个甲基取代基。C2-N1之间的键长为1.2835 (0.0016)Å，属于C=N双键，C5-N1之间的键长为1.4874(0.0015)Å，属于C-N单键，C1-C2之间的键长为1.4758 (0.0016) Å，属于C-C单键，C2-C3之间的键长为1.5065(0.0016)Å，C3-C4之间的键长为1.5348(0.0015)Å，C2-C3-C4之间的键角为101.94 (0.09)°，表明C3为sp³杂化。这些结果表明C2N1C5C4C3 形成的是3,4-二氢吡咯环。此外，C5-C6之间的键长为1.5323(0.0016) Å，为C-C单键，根据该结构，推测C3和C6来自于配体羟基碳上连的甲基。

图2为化合物1的高分辨质谱图，m/z在420.2187处的峰为分子离子峰[1+H]⁺，符合1的分子式C₂₇H₂₇N₅（理论值m/z：420.2183）。

图3为1的紫外-可见吸收光谱图，1的二氯甲烷溶液（浓度为10^-5mol·L^-1）在269~300 nm处有吸收，在270 nm有最大吸收峰，可以归属为n-π*跃迁。

图4所示为1的荧光发射(λ_ex= 330 nm)和激发（λ_em= 379 nm）光谱图，其发射峰范围在350-550 nm，最大发射波长为379 nm。量子产率为26.27%。

实施例2

与实施例1类似，不同的是催化剂由六水合氯化钴换成六水合氯化镍或六水合氯化铁，相同条件下反应均得不到对应的产物，表明金属离子对本反应发生具有决定性作用。

实施例3

将1.0 mmol的（1-（1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）乙-1-醇）（0.18 g）加入到容积为15.0 mL的带有聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中，加入10 mmol的4-氯苯甲腈（1.37 g），0.5 mmol的六水合氯化钴（0.12 g），搅拌5分钟，密封，放入140 ℃的烘箱中反应24小时，保持10 ℃/ h缓慢冷却，得到深蓝色溶液。加入饱和的硫化钠甲醇溶液，混合搅拌过夜，过滤生成的CoS沉淀，滤液进行浓缩，柱层析分离（展开剂比例，石油醚:乙酸乙酯=10:1）得到产物。产率约为15%。对化合物2进行了单晶，高分辨质谱，核磁等表征。

2的核磁氢谱：

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.90 (d,J= 8.5, 2H), 7.79-7.71 (m, 2H), 7.42(d,J= 5.2, 1H), 7.41 (s, 1H), 7.36 (dd,J= 5.6, 3.2, 1H), 7.34 (dd,J= 6.7,3.8, 2H), 7.32 (s, 1H), 7.31-7.29 (m, 1H), 7.29 (s, 1H), 5.48 (dd,J= 10.0,6.4, 1H), 4.41-4.27 (m, 1H), 4.19 (s, 3H), 4.00 (s, 3H), 3.58 (dd,J= 17.6,10.0, 1H), 1.46 (s, 3H)。

图5为化合物2分子结构图，晶胞参数为a=11.75580(10) Å，b= 13.84310(10) Å，c= 28.6304(2) Å，α= 90^o，β= 90^o，γ= 90^o。化合物2在正交晶系的空间群Pna2₁中结晶。C2C3C4C5N1组成3,4-二氢吡咯环之间的C2-N1之间的键长为1.272 (3)Å，属于C=N双键，C5-N1之间的键长为1.480 (3)Å，属于C-N单键，C2-C3之间的键长为1.505(4)Å，C3-C4之间的键长为1.537 (4)Å，C2-C3-C4之间的键角为103.4(0.09)°。这些数据说明生成了一个3,4-二氢吡咯的五元环，与1的结构不同点是将苯基拓展为对氯苯基。

图6为化合物2的高分辨质谱图，m/z在454.1796处的峰为分子离子峰[2+H]⁺，符合2的分子式C₂₇H₂₄N₅Cl（理论值m/z：454.1793）。

实施例4

将1.0 mmol的(1-（1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基）乙-1-醇)（0.18 g）加入到容积为15.0 mL的带有聚四氟乙烯衬底的水热反应釜中，加入10 mmol的4-甲基苯甲腈（1.17g），0.5 mmol的六水合氯化钴（0.12 g），搅拌5分钟，密封，放入140 ℃的烘箱中反应24小时，保持10 ℃/ h缓慢冷却，得到深蓝色溶液。加入饱和的硫化钠甲醇溶液，混合搅拌过夜，过滤生成的CoS沉淀，滤液进行浓缩，柱层析分离（展开剂比例，石油醚:乙酸乙酯=10:1）得到产物。产率约为15%。对化合物3进行了高分辨质谱，核磁，等表征。

化合物3的核磁氢谱：

¹H NMR (400 MHz, CDCl₃) δ 7.90 (d,J= 8.5, 2H), 7.78-7.72 (m, 2H), 7.42(s, 2H), 7.41 -7.38 (m, 1H), 7.37 (s, 1H), 7.37-7.32 (m, 1H), 7.32 (d,J= 1.3,1H), 7.30 (d,J= 1.6, 1H), 7.29-7.27 (m, 1H), 5.48 (dd,J= 10.0, 6.4, 1H), 4.32(dd,J= 17.6, 6.3, 1H), 4.19 (s, 3H), 3.99 (s, 3H), 3.58 (dd,J= 17.6, 10.0,1H), 1.46 (s, 3H), 1.11 (s, 3H)。

化合物3的核磁碳谱：

¹³C{¹H}NMR (101 MHz, CDCl₃) δ 170.71, 157.16, 154.62, 141.29, 137.68,137.18, 132.26, 129.47, 128.77, 122.81, 122.35, 122.03, 119.55, 119.18,109.41, 80.67,42.74, 41.52,38.15, 32.27, 31.93, 31.24, 30.59, 29.70, 29.32,24.12, 22.70, 14.12。

图7为化合物3的高分辨质谱图，m/z在434.2288处的峰为分子离子峰[1+H]⁺，符合3的分子式C₂₈H₂₇N₅（理论值m/z：434.2339）。

实施例5

参照上述实例使用不同的原料，制备3,4-二氢吡咯衍生物，其结果如下表1所示。

。

Claims

1.结构通式(I)所示化合物

R选自H、-NMe₂、C₁-C₃的烷基、C₁-C₃的烷氧基或卤素基。

2.权利要求1所示化合物的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

将1-(1-甲基-1H-苯并[d]咪唑-2-基)乙-1-醇、苯甲腈化合物A和六水合二氯化钴在密闭反应器中于120～150℃充分反应后，脱去金属离子，柱层析分离得到结构通式(I)所示化合物。

3.根据权利要求2所述化合物的制备方法，其特征在于：反应加入溶剂乙腈。

4.根据权利要求2所述化合物的制备方法，其特征在于：脱去金属离子采取向反应体系中加入饱和硫化钠甲醇溶液，过滤生成的CoS沉淀，浓缩滤液即可。

5.权利要求1所述化合物在制备荧光材料中的应用。