CN114853820A - 一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物及其制备方法和在催化不对称p-s反应中的应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物及其制备方法和在催化不对称P‑S反应中的应用,属于四氢吲哚啉酮类螺环化合物制备技术领域。具体的应用方法为:以色胺衍生物和靛红类化合物为底物,以二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物为催化剂,在0~100℃下,在有机溶剂A中发生环合反应,制得四氢吲哚啉酮类螺环化合物,收率为60~99%,ee值为85~92%。与现有技术相比,本发明首次采用二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物作为催化剂促进不对称Pictet‑Spengler反应,显著提高了四氢吲哚啉酮类螺环化合物的ee值,具有操作简便、成本低廉的特点,具有较好的应用价值和潜在的社会经济效益。
Description
技术领域
本发明涉及四氢吲哚啉酮类螺环化合物制备技术领域,尤其涉及一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物及其制备方法和在催化不对称P-S反应中的应用。
背景技术
Pictet-Spengler反应是1911年Geneva大学化学家AmePictet和TheodorSpengler研究苯乙胺与醛在酸性介质中制备四氢异喹啉(THIQ)时发现的,该反应广泛应用于含氮杂环化合物的制备中,是制备异喹啉与吲哚生物碱的重要方法之一[Pictet,A.;Spengler,T.Ber.Dtsch.Chem.Ges.1911,44,2030.]。
2018年Zhong小组首次报道了金鸡纳碱衍生物催化不对称Pictet-Spengler反应,以色胺和靛红衍生物为底物制备四氢吲哚啉酮类螺环化合物,产物ee值最高仅为88%,但是多数产物ee值<80%。[Heterocycles,2018,96,1119-1132.]
目前,有机小分子催化的不对称制备四氢吲哚啉酮类螺环化合物的报道相对较少,催化剂种类单一,对底物具有一定的局限性,不利于大规模应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种催化效果显著、价格低廉,稳定性好的二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物应用于催化不对称的Pictet-Spengler反应,立体选择性地制备四氢吲哚啉酮类螺环化合物。
为了实现上述发明目的,本发明提供以下技术方案:
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物,所述二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的结构如式I和式II所示:
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的制备方法,包括以下步骤:
1)将二茂铁胺衍生物顺次与正丁基锂溶液、乙酰氯反应得到乙酰化二茂铁胺衍生物;
2)将乙酰化二茂铁胺衍生物顺次与醋酐、氨的甲醇溶液反应得到乙酰基二茂铁氨;
3)将乙酰基二茂铁氨与樟脑磺酰氯反应后即得到二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物;
所述二茂铁胺衍生物的结构如下所示:
进一步的,步骤1)中,所述二茂铁胺衍生物、正丁基锂溶液和乙酰氯的摩尔比为2.0:2.0~3.0:1.8~2.5,所述正丁基锂溶液的浓度为1.0~3.0mol/L;
所述二茂铁胺衍生物顺次与正丁基锂溶液、乙酰氯反应的温度独立的为-85~-50℃,反应的时间独立的为0.5~4h。
进一步的,所述二茂铁胺衍生物、醋酐与氨的甲醇溶液的摩尔体积比为2mmol:10~20mL:40~60mL;所述氨的甲醇溶液的浓度为1.0~3.0mol/L;
步骤2)中,所述乙酰化二茂铁胺衍生物与醋酐反应的温度为135~145℃,反应的时间为3~6h;与氨的甲醇溶液反应的温度为40~60℃,反应的时间为5~10h。
进一步的,所述二茂铁胺衍生物与樟脑磺酰氯的摩尔比为2:0.5~5;
步骤3)中,所述反应的温度为-10~10℃,反应的时间为10~24h。
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物在催化不对称P-S反应中的应用,包括以下步骤:
将色胺衍生物和靛红类化合物在二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的催化作用下进行环合反应即得到四氢吲哚啉酮类螺环化合物。
进一步的,所述色胺衍生物、靛红类化合物与四氢吲哚啉酮类螺环化合物的结构式如下所示:
其中,R1、R2、R3和R4独立的为烷基、芳基或卤素,*表示手性碳原子。
进一步的,所述色胺衍生物包含苄基色胺、2,6-二甲基苄基色胺、萘甲基色胺和2-溴苄基色胺中的一种或几种。
进一步的,所述靛红类化合物包含苄基靛红和/或5-溴-N-苄基靛红。
进一步的,所述四氢吲哚啉酮类螺环化合物选自如下结构式:
进一步的,所述环合反应用到的溶剂为乙腈、乙醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种。
进一步的,所述色胺衍生物、靛红类化合物和催化剂的摩尔比为1:1.0~1.5:0.1~0.3。
进一步的,所述溶剂的用量为色胺衍生物质量的5~20倍。
进一步的,所述环合反应的温度为0~100℃,环合反应的时间为6~72h。
本发明的有益效果:
本发明首次采用二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物作为催化剂,催化不对称的Pictet-Spengler反应,制备光学活性的四氢吲哚啉酮类螺环化合物,收率为60~99%,ee值为85~92%。该催化体系具有化学稳定性好、催化活性高、反应条件温和、收率和对映选择性高的优势;催化剂制备简便、价格低廉、有较好的应用价值和潜在的社会经济效益。
具体实施方式
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物,所述二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的结构如式I和式II所示:
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的制备方法,包括以下步骤:
1)将二茂铁胺衍生物顺次与正丁基锂溶液、乙酰氯反应得到乙酰化二茂铁胺衍生物;
2)将乙酰化二茂铁胺衍生物顺次与醋酐、氨的甲醇溶液反应得到乙酰基二茂铁氨;
3)将乙酰基二茂铁氨与樟脑磺酰氯反应后即得到二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物;
所述二茂铁胺衍生物的结构如下所示:
在本发明中,步骤1)中,所述二茂铁胺衍生物、正丁基锂溶液和乙酰氯的摩尔比为2.0:2.0~3.0:1.8~2.5,优选为2.0:2.2~2.8:2.0~2.4,进一步优选为2.0:2.5:2.2。
在本发明中,所述正丁基锂溶液的浓度为1.0~3.0mol/L,优选为1.5~2.5mol/L,进一步优选为1.6~2.0mol/L。
在本发明中,所述二茂铁胺衍生物顺次与正丁基锂溶液、乙酰氯反应的温度独立的为-85~-50℃,反应的时间独立的为0.5~4h;优选的,反应的温度为-80~-60℃,反应的时间为1~3h;进一步优选的,反应的温度为-78℃,反应的时间为2h。
在本发明中,步骤1)中,采用加入饱和食盐水的方式终止反应。
在本发明中,步骤1)中,反应用到的溶剂为无水正己烷,所述二茂铁胺衍生物与无水正己烷的摩尔体积比为2mmol:10~50mL,优选为2mmol:20~40mL。
在本发明中,所述二茂铁胺衍生物为R-N,N-二甲基二茂铁乙胺,所述樟脑磺酰氯为R-(-)-樟脑-10-磺酰氯或S-(+)-樟脑-10-磺酰氯。
在本发明中,所述二茂铁胺衍生物、醋酐与氨的甲醇溶液的摩尔体积比为2mmol:10~20mL:40~60mL,优选为2mmol:12~18mL:45~55mL,进一步优选为2mmol:15mL:50mL。
在本发明中,所述氨的甲醇溶液的浓度为1.0~3.0mol/L,优选为2.0mol/L。
在本发明中,步骤2)中,所述乙酰化二茂铁胺衍生物与醋酐反应的温度为135~145℃,反应的时间为3~6h;优选的,反应的温度为140℃,反应的时间为4~5h。
在本发明中,步骤2)中,与氨的甲醇溶液反应的温度为40~60℃,反应的时间为5~10h;优选的,反应的温度为50℃,反应的时间为6~8h。
在本发明中,所述二茂铁胺衍生物与樟脑磺酰氯的摩尔比为2:0.5~5,优选为2:1~4,进一步优选为2:2~3。
在本发明中,步骤3)中,反应的温度为-10~10℃,反应的时间为10~24h;优选的,反应的温度为-5~5℃,反应的时间为12~20h;进一步优选的,反应的温度为0℃,反应的时间为15h。
在本发明中,所述二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的合成路线如下:
本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物在催化不对称P-S反应中的应用,包括以下步骤:
将色胺衍生物和靛红类化合物在二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的催化作用下进行环合反应即得到四氢吲哚啉酮类螺环化合物。
在本发明中,所述色胺衍生物、靛红类化合物与四氢吲哚啉酮类螺环化合物的结构式如下所示:
其中,R1、R2、R3和R4独立的为烷基、芳基或卤素,*表示手性碳原子。
在本发明中,所述色胺衍生物包含苄基色胺、2,6-二甲基苄基色胺、萘甲基色胺和2-溴苄基色胺中的一种或几种,优选为苄基色胺和/或2,6-二甲基苄基色胺。
在本发明中,所述靛红类化合物包含苄基靛红和/或5-溴-N-苄基靛红,优选为苄基靛红。
在本发明中,所述四氢吲哚啉酮类螺环化合物选自如下结构式:
在本发明中,所述环合反应用到的溶剂为乙腈、乙醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种,优选为乙腈、乙醚和四氢呋喃中的一种或几种。
在本发明中,所述色胺衍生物、靛红类化合物和催化剂的摩尔比为1:1.0~1.5:0.1~0.3,优选为1:1.1~1.4:0.1~0.2,进一步优选为1:1.2~1.3:0.2。
在本发明中,所述溶剂的用量为色胺衍生物质量的5~20倍,优选为8~18倍,进一步优选为10~15倍。
在本发明中,所述环合反应的温度为0~100℃,环合反应的时间为6~72h;优选的,环合反应的温度为25~85℃,环合反应的时间为10~60h;进一步优选的,环合反应的温度为25~40℃,环合反应的时间为24~36h。
下面结合实施例对本发明提供的技术方案进行详细的说明,但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。
实施例1
式I化合物的制备:
在100mL双口圆底瓶中加入R-N,N-二甲基二茂铁乙胺2mmol,加入无水正己烷20mL,降低反应温度至-78℃,缓慢加入2.5mmol的浓度为1.6mol/L正丁基锂溶液,反应30min后加入2.2mmol的乙酰氯,继续反应1h,反应结束后加入饱和食盐水终止反应,乙酸乙酯萃取,浓缩后得到乙酰化的二茂铁胺衍生物;将得到的产物直接加入到15mL醋酐中回流(140℃)反应4h,缓慢降低温度至室温,析出黄色固体,过滤后将黄色固体加入到50mL浓度为2.0mol/L氨的甲醇溶液中,50℃反应6h,直接将反应液浓缩,过柱,得到黄色乙酰基二茂乙胺;将乙酰基二茂铁乙胺加入到20mL无水二氯甲烷中,0℃冰浴条件下滴加2mmol的R-(-)-樟脑-10-磺酰氯,反应12h,反应结束后直接浓缩,柱层析,得到二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物(式I)。总收率为54%,液相纯度为94.7%。
1HNMR(600MHz,CDCl3)δ:0.96(s,6H),1.27(s,3H),1.41-1.51(m,2H),1.66-1.71(m,2H),2.09-2.11(m,1H),2.23-2.33(m,2H),2.50(s,3H),3.44(d,J=12.0Hz,1H),3.69(d,J=12.0Hz,1H),4.01(m,1H),5.51-5.93(m,8H),7.91(s,1H).HRMS(ESI-TOF)calcdforC24H31FeNO4S[M+H]+:485.1321;Found:485.1609.
实施例2
式II化合物的制备:
在100mL双口圆底瓶中加入R-N,N-二甲基二茂铁乙胺2mmol,加入无水正己烷20mL,降低反应温度至-80℃,缓慢加入2.5mmol的浓度为2.0mol/L正丁基锂溶液,反应30min后加入2.2mmol的乙酰氯,继续反应1h,反应结束后加入饱和食盐水终止反应,乙酸乙酯萃取,浓缩后得到乙酰化的二茂铁胺衍生物;将得到的产物直接加入到15mL醋酐中回流(140℃)反应4h,缓慢降低温度至室温,析出黄色固体,过滤后将黄色固体加入到50mL浓度为2.0mol/L氨的甲醇溶液中,60℃反应6h,直接将反应液浓缩,过柱,得到黄色乙酰基二茂乙胺;将乙酰基二茂铁乙胺加入到20mL无水二氯甲烷中,-5℃冰浴条件下滴加2mmol的S-(+)-樟脑-10-磺酰氯,反应11h,反应结束后直接浓缩,柱层析,得到二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物(式II),总收率为57%,液相纯度为95.1%。
1HNMR(600MHz,CDCl3)δ:0.99(s,6H),1.31(s,3H),1.46-1.53(m,2H),1.59-1.68(m,2H),2.00-2.13(m,1H),2.24-2.37(m,2H),2.55(s,3H),3.31(d,J=12.0Hz,1H),3.57(d,J=12.0Hz,1H),4.00(m,1H),5.49-5.88(m,8H),8.02(s,1H).HRMS(ESI-TOF)calcdforC24H31FeNO4S[M+H]+:485.1321;Found:485.1366.
实施例3
化合物P1的合成
在25mL单口瓶中,加入二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物催化剂I(1mmol,0.48g),苄基色胺(5mmol,1.25g),苄基靛红(6mmol,1.42g),甲苯(5mL),室温反应36h,反应液经浓缩后经柱层析分离,得到P1,白色固体,收率为94%,ee值为89%。
HPLC[DaicelChiralpakAD-H,n-hexane/i-propanol=70:30,0.8mL/min,λ=225nm,t(major)=36.60min,t(minor)=17.82min].[α]D25=-81.1(c=1.0,CH2Cl2);mp=240~243℃.HRMS(ESI-TOF)calcdforC32H27N3O[M+H]+:470.2256;Found:470.2262.
1HNMR(600MHz,CDCl3)δ2.88-2.89(m,1H),2.94-2.99(m,1H),3.05-3.07(m,1H),3.48(d,J=12Hz,1H),3.54(d,J=12Hz,1H),3.81-3.86(m,1H),5.38(d,J=12Hz,1H),5.48(d,J=12Hz,1H),7.03-7.05(m,1H),7.09(b,1H),7.12-7.16(m,1H),7.17(d,J=6Hz,2H),7.27-2.28(m,2H),7.30-7.33(m,6H),7.35-7.37(m,2H),7.41(d,J=6Hz,2H),7.56(d,J=6Hz,1H).
实施例4
化合物P2的合成
在25mL单口瓶中,加入二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物催化剂I(1mmol,0.48g),2,6-二甲基苄基色胺(5mmol,1.39g),苄基靛红(6mmol,1.42g),甲苯(5mL),50℃反应36h,反应液经浓缩后经柱层析分离,得到P2,白色固体,收率为87%,ee值为91%。
HPLC[DaicelChiralpakAD-H,n-hexane/i-propanol=70:30,0.8mL/min,λ=225nm,t(major)=9.60min,t(minor)=15.17min].[α]D 25=-63.1(c=1.0,CH2Cl2);mp=271-274℃.HRMS(ESI-TOF)calcdforC34H31N3O[M+H]+:498.2540;Found:498.2544.
1HNMR(600MHz,CDCl3)δ2.3(S,6H),2.77-2.81(m,2H),2.84-2.87(m,1H),3.41(d,J=12Hz,1H),3.79(d,J=12Hz,1H),3.88-3.92(m,1H),4.89(d,J=18Hz,1H),4.99(d,J=18Hz,1H),6.87(d,J=12Hz,1H),6.96(d,J=12Hz,2H),7.02-7.04(m,1H),7.05-7.06(m,2H),7.06-7.08(m,3H),7.11(S,1H),7.26-7.28(m,2H),7.29(d,J=6Hz,1H),7.31(d,J=6Hz,1H),7.39(d,J=6Hz,2H),7.49-7.51(m,1H).
实施例5
化合物P3的合成
在25mL单口瓶中,加入二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物催化剂I(1mmol,0.48g),萘甲基色胺(5mmol,1.51g),苄基靛红(6mmol,1.42g),二氯甲烷(5mL),38℃反应36h,反应液经浓缩后经柱层析分离,得到P3,白色固体,收率为76%,ee值为88%。
HPLC[DaicelChiralpakAD-H,n-hexane/i-propanol=70:30,0.8mL/min,λ=225nm,t(major)=15.16min,t(minor)=40.36min].[α]D 25=-37.1(c=1.07,CH2Cl2);mp=254-257℃.HRMS(ESI-TOF)calcdforC36H29N3O[M+H]+:520.2383;Found:520.2386.1HNMR(600MHz,CDCl3)δ2.85-2.87(m,1H),2.92-2.93(m,1H),3.08-3.10(m,1H),3.67(s,2H),3.88-3.91(m,1H),4.19-4.22(m,1H),4.89(d,J=18Hz,1H),5.04(d,J=18Hz,1H),6.88(d,J=12Hz,1H),7.07-7.10(m,3H),7.12-7.14(m,2H),7.27-7.31(m,2H),7.34-7.36(m,2H),7.41-7.45(m,5H),7.52(d,J=12Hz,1H),7.74-7.77(m,2H),7.79-7.81(m,2H).
实施例6
化合物P4的合成
在25mL单口瓶中,加入二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物催化剂II(1mmol,0.48g),2-溴苄基色胺(5mmol,1.64g),苄基靛红(6mmol,1.42g),氯仿(5mL),20℃反应36h,反应液经浓缩后经柱层析分离,得到P4,白色固体,收率为79%,ee值为92%。
HPLC[DaicelChiralpakAD-H,n-hexane/i-propanol=70:30,0.8mL/min,λ=225nm,t(major)=12.13min,t(minor)=31.99min].[α]D 25=-73.1(c=1.0,CH2Cl2);mp=224-245℃.HRMS(ESI-TOF)calcdforC32H26N3OBr[M+H]+:548.1332;Found:548.1326.1HNMR(600MHz,CDCl3)δ2.88-2.91(m,1H),2.99-3.05(m,2H),3.36(d,J=12Hz,1H),3.92(d,J=12Hz,1H),3.96-4.00(m,1H),4.80(d,J=12Hz,1H),5.08(d,J=12Hz,1H),6.82(d,J=12Hz,1H),6.96-6.99(m,1H),7.05-7.12(m,5H),7.21-7.23(m,1H),7.26-7.28(m,2H),7.31-7.34(m,2H),7.39(d,J=6Hz,2H),7.44(d,J=6Hz,1H),7.53-7.54(m,1H),7.62(d,J=12Hz,1H).
实施例7
化合物P5的合成
在25mL单口瓶中,加入二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物催化剂II(1mmol,0.48g),苄基色胺(5mmol,1.25g),5-溴-N-苄基靛红(6mmol,1.89g),甲苯(5mL),室温反应36h,反应液经浓缩后经柱层析分离,得到P5,白色固体,收率为68%,ee值为85%。
HPLC[DaicelChiralpakAD-H,n-hexane/i-propanol=70:30,0.8mL/min,λ=225nm,t(major)=14.61min,t(minor)=22.76min].[α]D 25=-70.1(c=1.0,CH2Cl2);mp=229-231℃.HRMS(ESI-TOF)calcdforC32H26N3OBr[M+H]+:548.1332;Found:548.1333.1HNMR(600MHz,CDCl3)δ2.89-2.92(m,1H),2.97-3.01(m,1H),3.09-3.11(m,1H),3.57-3.58(m,2H),3.84-3.87(m,1H),4.92-4.93(m,1H),4.99-5.02(m,1H),6.78(d,J=6Hz,1H),7.13-7.14(m,4H),7.36-7.37(m,5H),7.40-7.42(m,5H),7.51=7.52(m,1H),7.58-7.60(m,1H).
由以上实施例可知,本发明提供了一种二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物及其制备方法和在催化不对称P-S反应中的应用。本发明以二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物为催化剂,在0~100℃下,在有机溶剂A中发生环合反应,制得四氢吲哚啉酮类螺环化合物,收率为60~99%,ee值为85~92%。本发明首次采用二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物作为催化剂促进不对称Pictet-Spengler反应,显著提高了四氢吲哚啉酮类螺环化合物的ee值,具有操作简便、成本低廉的特点,具有较好的应用价值和潜在的社会经济效益。
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 (10)
3.根据权利要求2所述的制备方法,其特征在于,步骤1)中,所述二茂铁胺衍生物、正丁基锂和乙酰氯的摩尔比为2.0:2.0~3.0:1.8~2.5,所述正丁基锂溶液的浓度为1.0~3.0mol/L;
所述二茂铁胺衍生物顺次与正丁基锂溶液、乙酰氯反应的温度独立的为-85~-50℃,反应的时间独立的为0.5~4h。
4.根据权利要求2或3所述的制备方法,其特征在于,所述二茂铁胺衍生物、醋酐与氨的甲醇溶液的摩尔体积比为2mmol:10~20mL:40~60mL;所述氨的甲醇溶液的浓度为1.0~3.0mol/L;
步骤2)中,所述乙酰化二茂铁胺衍生物与醋酐反应的温度为135~145℃,反应的时间为3~6h;与氨的甲醇溶液反应的温度为40~60℃,反应的时间为5~10h。
5.根据权利要求4所述的制备方法,其特征在于,所述二茂铁胺衍生物与樟脑磺酰氯的摩尔比2:0.5~5;
步骤3)中,所述反应的温度为-10~10℃,反应的时间为10~24h。
6.权利要求1所述二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物在催化不对称P-S反应中的应用,其特征在于,包括以下步骤:
将色胺衍生物和靛红类化合物在二茂铁和樟脑磺酸复合衍生物的催化作用下进行环合反应即得到四氢吲哚啉酮类螺环化合物。
9.根据权利要求6~8任一项所述的应用,其特征在于,所述环合反应用到的溶剂为乙腈、乙醚、四氢呋喃、苯、甲苯、二氯甲烷、氯仿和N,N-二甲基甲酰胺中的一种或几种;所述色胺衍生物、靛红类化合物和催化剂的摩尔比为1:1.0~1.5:0.1~0.3;所述溶剂的用量为色胺衍生物质量的5~20倍。
10.根据权利要求9所述的应用,其特征在于,所述环合反应的温度为0~100℃,环合反应的时间为6~72h。
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