CN114989087A - 一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法 - Google Patents

一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法。含氟羟基喹啉类化合物是一类重要的有机化合物和中间体，具有多种用途。具体地，本发明提供了如本文式(2)或者式(3)所示的化合物的合成方法，该方法能够一步法在不同位点引入含氟基团，反应简洁高效；反应条件温和，试剂来源方便，产率高；反应过程使用水作为混合溶剂，不使用金属盐等催化剂。

Description

一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法
技术领域
本发明属于化工合成领域。具体地，本发明涉及一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法。
背景技术
含氟羟基喹啉类化合物是一类重要的有机化合物，具有多种用途。例如：10-羟基-苯并喹啉的铟配合物可用作半导体材料生长的前体、烯烃催化聚合中的辅助催化剂以及高效率、高亮度的有机电致发光材料。10-羟基-苯并喹啉的锂配合物是一种良好的发射蓝光的金属有机电致发光材料。同时，10-羟基-苯并喹啉偶氮衍生物是氟离子的高效、定量识别试剂。该类化合物还能作为分离锂同位素的高效萃取剂。此外，苯并喹啉腙类衍生物对细胞周期分裂蛋白CDC25B和蛋白酪氨酸磷酸酶PTP 1B表现出较显著的抑制活性。
由于氟原子具有半径小、电荷密度大等特性，在羟基喹啉类杂环化合物分子中的特定位置引入含氟基团后，可以改变其物理化学性质，如增强分子结构的化学稳定性，有效提升其有机电致发光的效率和寿命。
但是，目前在苯环上中引入含氟基团的合成方法十分有限。例如：预先需要在苯环上引入官能团(如卤代芳烃、芳基硼酸等)，然后在金属铜、钯等金属作用下，与含氟试剂进行偶联反应，得到含氟基团取代的芳烃类化合物。采用含氟基团自由基反应，也能在芳烃中引入含氟基团，如中国专利CN105585418报道了采用一水合硫酸锰作为催化剂，三氟甲基亚磺酸钠作为三氟甲基源生成三氟甲苯的反应。中国专利CN108503552以芳香胺和1-三氟甲基-1,2-苯碘酰-3(H)-酮为原料，在镍化合物存在的条件下，生成了三氟甲基芳香胺。这些方法使用到了过多的金属化合物，其残留难以后处理完全去除，且部分类型的含氟试剂价格昂贵。
综上所述，本领域迫切需要开发无需引入金属/金属化合物的新的引入含氟基团的方法。
发明内容
本发明的目的就是提供无需金属催化剂，反应条件温和的新的引入含氟基团的方法。
在本发明的第一方面，提供了一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法，所述方法包括步骤：
(S1)在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氧化剂的存在下，使含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物进行反应；
Figure BDA0002957082290000021
从而得到如式(2)和/或式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物；
Figure BDA0002957082290000022
其中，所述含氟烷基亚磺酸盐中含氟烷基部分为Rf；
各式中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自下组：氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素，或者取代或未取代的苯基或五或六元杂芳基；
Rf为被一个或多个氟原子取代C1-8烷基；
除非特别说明，所述的取代是指基团中一个或多个氢被选自下组的取代基所取代：C1-6烷基、C1-6卤代烷基。
在另一优选例中，Rf为全氟取代的C1-8烷基。
在另一优选例中，含氟烷基亚磺酸盐为RfSO2M，其中，M为金属离子，较佳地，M为Na或K。
在另一优选例中，所述的氧化剂选自下组：过硫酸酸盐、过氧化物，或其组合。
在另一优选例中，所述过硫酸盐包括：过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵，或其组合。
在另一优选例中，所述过氧化物包括：双氧水、间氯过氧苯甲酸、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、双三氟乙酸碘苯、双乙酸碘苯、过氧乙酸，或其组合。
在另一优选例中，所述的氧化剂选自下组：过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、双氧水、间氯过氧苯甲酸、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、双三氟乙酸碘苯、双乙酸碘苯、过氧乙酸，或其组合。
在另一优选例中，所述的氧化剂选自下组：叔丁基过氧化氢、过硫酸钠，或其组合。
在另一优选例中，含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物的摩尔比为(1～10):1；较佳地，为(2～8):1；更佳地，为(3～5):1。
在另一优选例中，氧化剂与式(1)化合物的摩尔比为(2～15):1；较佳地，为(5～7):1。
在另一优选例中，所述的含氟烷基亚磺酸盐、氧化剂和式(1)所示化合物的摩尔比为(3～5):(5～7):1。
在另一优选例中，所述的有机溶剂选自下组：甲苯、二甲苯、三氟甲苯、氯苯、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚、丙酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜，或其组合。
在另一优选例中，有机溶剂与水的体积比为1:0.5～5；较佳地，为1:1～5；最佳地，为1:1～3。
在另一优选例中，所述反应的反应温度为0℃～55℃。
在另一优选例中，所述反应的反应时间为15～75小时。
在另一优选例中，所述反应在搅拌下进行。
在另一优选例中，所述方法包括步骤：
(S1.1)在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氧化剂的存在下，使含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物进行反应；
Figure BDA0002957082290000041
从而得到含如式(2)所示的含氟羟基喹啉类化合物和如式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物的反应混合物；
Figure BDA0002957082290000042
其中，所述含氟烷基亚磺酸盐中含氟烷基部分为Rf；
和(S1.2)对步骤(S1.1)得到的反应混合物进行分离，从而得到如式(2)和/或式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物；
各式中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自下组：氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素，或者取代或未取代的苯基或五或六元杂芳基；
Rf为被一个或多个氟原子取代C1-8烷基；
除非特别说明，所述的取代是指基团中一个或多个氢被选自下组的取代基所取代：C1-6烷基、C1-6卤代烷基。
在另一优选例中，所述的分离为色谱分离。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
具体实施方式
发明人经过广泛而深入地研究，意外地发现在氧化剂存在下将所需的含氟基团以含氟烷基亚磺酸盐的形式引入喹啉类化合物时，仅需一步反应，就能高效地得到含引入了含氟基团的产物，而且该方法对底物上的其他官能团(如羟基)影响较小，所得的目标产物收率高。基于此，发明人完成了本发明。
术语
除非另有定义，在本文中，术语“卤素”指F、Cl、Br、和I。
除非另有定义，在本文中，术语“C1-6烷基”是指包括1-6个碳原子的直链或支链的烷基，例如甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、或类似基团。
除非另有定义，在本文中，术语“C1-6烷氧基”包括1-6个碳原子的直链或支链的烷氧基。例如甲氧基、乙氧基、丙氧基、异丙氧基、丁氧基、异丁氧基、叔丁氧基、或类似基团。
除非另有定义，在本文中，术语“C1-6卤代烷基”是指包括1-6个碳原子的被一个或多个(如1、2、3、4、5或6个)卤素取代的烷基，其中烷基和卤素如前所述。
除非另有定义，在本文中，术语"杂芳基"是指含有1、2或3个选自N、O、和S的杂原子的芳基(或环)，其中氮和硫原子任选被氧化，氮原子任选被季铵化。杂芳基可通过杂原子连接于分子的其余部分。杂芳基的非限制性例子包括吡啶基、嘧啶基、吡咯基、噻唑基、呋喃基、噻吩基等。
除非特别说明，在本文中各缩写具有本领域技术人员所熟知的含义，例如，TBHP是指叔丁基过氧化氢，DCM是指二氯甲烷。
合成方法
本发明人通过长期而深入的研究，发现了一种由式(1)所示化合物合成式(2)或者式(3)所示的化合物的方法，该方法包括下述步骤：
在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氧化剂的存在下，使含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物进行反应；
Figure BDA0002957082290000061
从而得到如式(2)和/或式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物；
Figure BDA0002957082290000062
其中，所述含氟烷基亚磺酸盐中含氟烷基部分为Rf；
各式中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自下组：氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素，或者取代或未取代的苯基或五或六元杂芳基；
Rf为被一个或多个氟原子取代C1-8烷基；
除非特别说明，所述的取代是指基团中一个或多个氢被选自下组的取代基所取代：C1-6烷基、C1-6卤代烷基。
在另一个具体实施例中，所述的方法包括步骤：将含氟烷基亚磺酸盐、氧化剂和式(1)所示化合物加入有机溶剂和水的混合溶剂中，在0℃～55℃温度下搅拌反应，得到式(2)或者式(3)所示的化合物。
Figure BDA0002957082290000063
其中，所述的R1、R2、R3、R4和R5各自独立地为氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素或者苯基；所述的Rf基团包括：一个或者多个氟原子取代的C1-6烷烃；本方法能够同时得到两种结构的式(2)或者式(3)所示化合物，这两种分子均含有含氟官能团，这使得两种产物都具有较好的化学稳定性，能有效提升其有机电致发光的效率和寿命，也能够同时使用于萃取络合金属等领域。
优选地，本方法所述的氧化剂包括：过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸铵、双氧水、间氯过氧苯甲酸、过氧化氢异丙苯、叔丁基过氧化氢、双三氟乙酸碘苯、双乙酸碘苯或者过氧乙酸。
优选地，所述的有机溶剂为甲苯、二甲苯、三氟甲苯、氯苯、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚、丙酮、四氢呋喃、1，4-二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺或二甲亚砜；且有机溶剂与水的比例为1:1～5。有机溶剂与水的混合溶剂能够调节反应试剂的性能，提高反应产率。
优选地，所述的含氟烷基亚磺酸盐包括：二氟甲基亚磺酸钠、三氟甲基亚磺酸钠、五氟乙基亚磺酸钠、七氟丙基亚磺酸钠、九氟丁基亚磺酸钠、全氟己基磺酸钠。
优选地，所述的含氟烷基亚磺酸盐、氧化剂和式(1)所示化合物的摩尔比是3～5:5～7:1。
优选地，反应时间为15～75小时。
本发明的主要优点包括：
(1)能够一步法在不同位点引入含氟基团，反应简洁高效；
(2)反应条件温和，试剂来源方便，产率高；
(3)反应过程使用水作为混合溶剂，不使用金属盐等催化剂。
(4)本发明方法所用反应试剂不会影响底物(式(1))中其他官能团。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
实施例1
化合物2a和3a的合成方法：
Figure BDA0002957082290000081
反应瓶中加入化合物1a(4.88g，25mmol)，溶于60mL二氯甲烷和60mL水的混合溶剂，加入九氟丁基亚磺酸钠CF3CF2CF2CF2SO2Na(22.95g，75mmol)，冰浴下缓慢滴加叔丁基过氧化氢的水溶液(16.07g，125mmol，70％)，之后室温搅拌反应48h。二氯甲烷萃取，分液，干燥，柱层析分别得到产物2a(4.33g，产率42％)和3a(4.13g，产率40％)。2a核磁共振谱图数据：1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.89(d,J＝4.8Hz,1H),8.35(d,J＝8.4Hz,1H),8.23(d,J＝8.7Hz,1H),7.92(d,J＝8.9Hz,1H),7.79(d,J＝9.8Hz,1H),7.67(dd,J＝8.4Hz,J＝4.8Hz,1H),7.30(d,J＝8.7Hz,1H).19F NMR(282MHz,CDCl3)δ-81.3(t,J＝8.5Hz,3F),-103.2(s,2F),-121.6(s,2F),-126.0(s,2F).3a核磁共振谱图数据：1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.81(s,1H),8.31(d,J＝7.8Hz,1H),7.74-7.83(m,3H),7.62-7.64(m,1H),7.43(d,J＝8.7Hz,1H).19F NMR(282MHz,CDCl3)δ-81.3(t,J＝11.3Hz,3F),-108.4(s,2F),-122.4(s,2F),-126.3(s,2F).
实施例2
化合物2b和3b的合成方法：
Figure BDA0002957082290000082
合成方法的操作过程如实施例1，其中全氟己基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢和化合物1a的摩尔比是4:6:1，二氯甲烷与水的比例为1:1.5，反应温度30℃，反应时间60小时，柱层析分别得到产物2b(产率43％)和3b(产率45％)。2b：MS(ESI):m/z 536(M+Na+)。3b核磁共振谱图数据：1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.84(d,J＝3.9Hz,1H),8.34(d,J＝7.8Hz,1H),7.76–7.86(m,3H),7.63–7.67(m,1H),7.45(d,J＝8.4Hz,1H).19F NMR(282MHz,CDCl3)δ-81.1(s,3F),-108.2(s,2F),-121.6(s,2F),-122.2(s,2F),-123.1(s,2F),-126.6(s,2F).
实施例3
化合物2c和3c的合成方法：
Figure BDA0002957082290000091
合成方法的操作过程如实施例1，其中三氟甲基亚磺酸钠、过硫酸钠和化合物1a的摩尔比是3:7:1，二氯甲烷与水的比例为1:2，反应温度35℃，反应时间65小时，柱层析分别得到产物2c(产率45％)和3c(产率41％)。2c核磁共振谱图数据：1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.91(d,J＝4.6Hz,1H),8.37(d,J＝8.1Hz,1H),8.21(d,J＝9.5Hz,1H),7.99(d,J＝8.6Hz,1H),7.84(d,J＝9.4Hz,1H),7.68(dd,J＝8.0,4.7Hz,1H),7.23(s,2H).19F NMR:δ-58.0(s,3F).3c核磁共振谱图数据：1H NMR(300MHz,CDCl3)δ8.85(dd,J＝4.9,1.8Hz,1H),8.34(dd,J＝8.1,1.7Hz,1H),7.90–7.72(m,3H),7.65(dd,J＝8.0,4.7Hz,1H),7.43(d,J＝8.4Hz,1H).19F NMR:δ-62.1(s,3F).
实施例4
化合物2d和3d的合成方法：
Figure BDA0002957082290000092
合成方法的操作过程如实施例1，其中三氟甲基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢和化合物1d的摩尔比是4:5:1，甲苯与水的比例为1:1.3，反应温度30℃，反应时间70小时，柱层析分别得到产物2d(产率46％)和3d(产率39％)。2d核磁共振谱图数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.72(d,J＝2.2Hz,1H),8.20–8.13(m,1H),8.11(s,1H),7.94(d,J＝8.5Hz,1H),7.74(d,J＝9.4Hz,1H),7.20(d,J＝8.4Hz,1H),2.61(s,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-57.6(s,3F).3d核磁共振谱图数据：1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.65(d,J＝2.1Hz,1H),8.08(s,1H),7.85–7.73(m,2H),7.67(d,J＝8.9Hz,1H),7.38(d,J＝8.4Hz,1H),2.59(s,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-61.6(s,3F).
实施例5
化合物2e和3e的合成方法：
Figure BDA0002957082290000101
合成方法的操作过程如实施例1，其中三氟甲基亚磺酸钠、叔丁基过氧化氢(TBHP)和化合物1e的摩尔比是5:5:1，二氯甲烷与水的比例为1:2，反应温度25℃，反应时间75小时，柱层析分别得到产物2e(产率42％)和3e(产率43％)。2e核磁共振谱图数据：1H NMR(400MHz,)δ8.80(dd,J＝4.7,1.8Hz,1H),8.23(dd,J＝8.1,1.8Hz,1H),8.11(d,J＝8.8Hz,1H),7.68(s,1H),7.61(dd,J＝8.0,4.6Hz,1H),7.23(d,J＝7.6Hz,1H),2.88(t,J＝2.6Hz,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-49.7(s,3F).3e核磁共振谱图数据：1H NMR(400MHz,)δ8.77(dd,J＝4.7,1.6Hz,1H),8.23(dd,J＝8.1,1.8Hz,1H),7.87(d,J＝8.6Hz,1H),7.66–7.56(m,2H),7.52(d,J＝8.6Hz,1H),2.72(s,3H).19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-61.8(s,3F).
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (10)

1.一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(S1)在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氧化剂的存在下，使含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物进行反应；
Figure FDA0002957082280000011
从而得到如式(2)和/或式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物；
Figure FDA0002957082280000012
其中，所述含氟烷基亚磺酸盐中含氟烷基部分为Rf；
各式中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自下组：氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素，或者取代或未取代的苯基或五或六元杂芳基；
Rf为被一个或多个氟原子取代C1-8烷基；
除非特别说明，所述的取代是指基团中一个或多个氢被选自下组的取代基所取代：C1-6烷基、C1-6卤代烷基。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，Rf为全氟取代的C1-8烷基。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含氟烷基亚磺酸盐为RfSO2M，其中，M为Na或K。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氧化剂选自下组：过硫酸酸盐、过氧化物，或其组合。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物的摩尔比为(1～10):1。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的含氟烷基亚磺酸盐、氧化剂和式(1)所示化合物的摩尔比为(3～5):(5～7):1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自下组：甲苯、二甲苯、三氟甲苯、氯苯、乙腈、乙酸乙酯、二氯甲烷、乙醚、丙酮、四氢呋喃、1,4-二氧六环、N,N-二甲基甲酰胺、二甲亚砜，或其组合。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，有机溶剂与水的体积比为1:0.5～5；。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应的反应温度为0℃～55℃；和/或，所述反应的反应时间为15～75小时。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(S1.1)在有机溶剂和水的混合溶剂中，在氧化剂的存在下，使含氟烷基亚磺酸盐与式(1)化合物进行反应；
Figure FDA0002957082280000021
从而得到含如式(2)所示的含氟羟基喹啉类化合物和如式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物的反应混合物；
Figure FDA0002957082280000022
其中，所述含氟烷基亚磺酸盐中含氟烷基部分为Rf；
和(S1.2)对步骤(S1.1)得到的反应混合物进行分离，从而得到如式(2)和/或式(3)所示的含氟羟基喹啉类化合物；
各式中，
R1、R2、R3、R4和R5各自独立地选自下组：氢、C1-6烷基、C1-6卤代烷基、C1-6烷氧基、卤素，或者取代或未取代的苯基或五或六元杂芳基；
Rf为被一个或多个氟原子取代C1-8烷基；
除非特别说明，所述的取代是指基团中一个或多个氢被选自下组的取代基所取代：C1-6烷基、C1-6卤代烷基。
CN202110227534.8A 2021-03-01 2021-03-01 一种含氟羟基喹啉类化合物的合成方法 Active CN114989087B (zh)

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