CN115043810A - 一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法 - Google Patents

一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法：以式Ⅰ所示的酰胺类化合物为原料，在可见光源下，有机染料为光催化剂，手性双齿化合物为手性添加剂，在有机碱的作用下，反应制得式Ⅱ所示的手性碳氢键氧化产物。本发明首次提出采用非金属的方法来合成手性碳氢键氧化产物的方法，可以无金属的条件下制备具有光学活性的手性二醇衍生物，原料来源易得，节约成本，反应条件温和，操作简便，原子经济性高。且反应的转化率也较好，一般均可达到80％，对映体选择性也较高，一般为80％～95％。

Description

一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产 物的方法
技术领域
本方法涉及一种非金属催化的C(sp3)-H氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法，尤其是通过该方法可以无金属的条件下制备具有光学活性的手性二醇衍生物。
背景技术
手性是自然界的一种基本属性，“沙利度胺事件”使人们逐渐认识到了手性的重要性。邻二醇结构广泛存在于天然产物、生物活性化合物中，在合成化学中的也起到了重要作用。[a)Kagan,H.B.；Riant,O. Chem.Rev.1992,92,1007；b)Sakai,K.；Suemune,H.Tetrahedron: Asymm.1993,4,2109；c)Bhowmick,K.C.；Joshi,N.N.Tetrahedron:Asymm.2006,17,1901；d)Song,Z.-L.；Fan,C.-A.；Tu,Y.-Q.Chem.Rev. 2011,111,7523；e)Díaz-de-Villegas,M.D.；Gálvez,R.Badorrey,J.A.； López-Ram-de-Víu,M.P.Chem.Eur.J.2012,18,13920.]在大多数情况下，这些化合物的立体结构可以影响它们的转化和生物活性。
[Sekhon,B.S.J.Mod.Med.Chem.2013,1,10.]
不对称碳氢键氧化反应由于具有原子经济性，操作简单，底物适用范围广等优点，是最有效的获得手性羟基化合物的方法之一。控制碳氢键氧化反应的选择性很有挑战性，目前已经建立了两种C-O键形成的反应模式，各种手性过渡金属配合物或酶催化的C(sp3)-H键的金属氧插入C-H键被报道用于C-O键的合成。[a)Milan,M.；Bietti,M.；CostasM.Chem.Commun.2018,54,9559；b)Zheng,C.；You,S.-L.RSC Adv.,2014,4,6173]
上述反应中都涉及金属的参与，非金属的不对称碳氢键氧化反应还未见报道。因此,发展非金属的不对称氧化体系，实现高对映体选择性的非活化C-H的不对称氧化反应具有重要的研究价值和意义。
发明内容
现有技术中已有报道的方法中，如果要合成特定构型的手性C-H 键氧化化合物，催化方法必须含有金属或者用到含金属的酶，目前尚没有采用非金属体系实现不对称C-H键氧化的报道。
本发明通过使用已知的手性双齿配体与有机小分子光催化剂催化不对称C(sp3)-H氧化反应，可以获得很好的转化率与对映体选择性，本方法的使用底物范围广，具有很好的官能团容忍性，且通过该方法可以简单的合成有用的药物分子中间体。
本发明是通过以下技术方案来实现的：
一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法，所述方法为：以式Ⅰ所示的酰胺类化合物为原料，在可见光源下，有机染料为光催化剂，手性双齿化合物为手性添加剂，在有机碱的作用下，反应制得式Ⅱ所示的手性碳氢键氧化产物；
Figure RE-GDA0003188547150000021
式Ⅱ中，*代表手性碳原子。
本发明的反应式可用下式表示：
Figure RE-GDA0003188547150000031
式Ⅰ和式Ⅱ中，R1为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基或环烯基、 C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基，
R2、R3、R4任选自氢、C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或C4～C12 的含N、O、S的杂环芳基；
R1、R2是不同的取代基。
所述R1、R2、R3、R4中，所述C1～C12的的烷基上的H不被取代或被1个以上的取代基A取代，所述取代基A为C1～C6的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷氧基、卤素、羟基、C1～C3的醛基、C1～C3的羧基、氨基、C1～C3的酯基、酰胺基、苯基或萘基。
所述R1、R2、R3中，所述C3～C12的环烷基或环烯基、C6～C20 的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基上的H不被取代或被一个以上的取代基B取代，所述取代基B为C1～C6的烷基、C1～C6 的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷基、C1-C4氟烷氧基、卤素、羟基、C1～C3的醛基、C1～C3的羧基、氨基、C1～C3的酯基、酰胺基、苯基或萘基。
或R1、R3连接成环，形成C5～C8的环烷基，优选R1、R3连接成环，形成环己烷。
X任选自CR5R6、NR7、O原子；所述R5、R6各自独立为H、C1～C6 的烷基或苯基，优选R5、R6均为H；所述R7为H、C1～C6的烷基或苯基，优选为H或苯基。
进一步，所述R1优选为C1～C6的烷基、C3～C6的环烷基或环烯基、苯基、萘基、噻吩基、吡啶基或苯基上有1～3个取代基B的取代苯基；所述取代苯基上的取代基B优选为C1～C6的烷基、C1～ C6的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷基、C1-C4氟烷氧基或卤素。进一步优选R1为叔丁基、环己烯基、苯基、萘基、2,6-二甲基苯基、对氟苯基、对溴苯基、4-三氟甲基苯基、4-叔丁基二甲基硅氧基-苯基、对甲基苯基、次甲基苯基、邻甲基苯基、4-苯并噻吩基或噻吩基。
进一步，所述R2、R3、R4优选为氢、C1～C6的烷基、苯基或萘基；更优选为氢或C1～C6的烷基，更优选为H、甲基或乙基。
式Ⅰ中的保护基Pg为苯甲酰基、对三氟甲基苯甲酰基、3,5-二三氟甲基苯甲酰基、对甲苯磺酰基或乙酰基，优选对三氟甲基苯甲酰基。
所述光催化剂为有机染料，所述有机染料优选为中性红、DPZ(Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,11443)或孟加拉玫瑰红，更优选中性红。
所述手性添加剂为手性双齿化合物，如式III所示的双齿噁唑啉或双齿噻唑啉、式IV所示的联噁唑啉、式V所示联咪唑啉、式VI 所示的吡啶噁唑啉、式VII所示的吡啶咪唑啉等含氮的化合物。
Figure RE-GDA0003188547150000051
式Ⅲ中，Y任选自O、S原子。Y为O原子时，式III所示即为双齿噁唑啉，Y为S原子时，式III所示即为双齿噻唑啉。*代表手性碳原子。
式Ⅲ中，R8、R9任选自氢、C1～C12的烷基或C6～C20的芳基。 R10为C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。
优选R8为氢或C1～C12的烷基，更优选为C1～C6的烷基。
优选R9为H。
优选R10为C1～C12的烷基或C6～C20的芳基，更优选为苯基、苄基或异丙基。
Figure RE-GDA0003188547150000052
式Ⅳ中，R11为氢或C1～C12的烷基。R12为C1～C12的烷基、 C3～C12的环烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。*代表手性碳原子。
进一步，优选R11为H。
优选R12为C1～C12的烷基或C3～C12的环烷基，更优选为异丙基或环己基。
Figure RE-GDA0003188547150000061
式V中，R13、R14任选自氢、C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基或C6～C20的芳基。R15为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基、 C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。*代表手性碳原子。
进一步，优选R13为C3～C12的环烷基或C6～C20的芳基，更优选为3,5-二叔丁基苯基、苯基、3-叔丁基苯基、3-三氟甲基苯基、3,5- 二甲基苯基、3,5-二氯苯基、3,5-二(对丁基苯基)苯基、联苯基、 3,5-二(苯基)苯基或环己基，最优选为3,5-二叔丁基苯基。
优选R14为H。
优选R15为C1～C12的烷基或C3～C12的环烷基，更优选为环己基。
进一步，优选所述式V为下列式V-10所示的化合物。
Figure RE-GDA0003188547150000062
Figure RE-GDA0003188547150000071
所述式VI中，R16、R17、R18、R19、R20任选自氢、C1～C12的烷基或C6～C20的芳基。R21为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基、 C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。*代表手性碳原子。
进一步，优选R16为H或C1～C6的烷基；R17、R18、R19优选为 H。
优选R20为H。
优选R21为C1～C12的烷基或C3～C12的环烷基，更优选为异丙基或环己基。
Figure RE-GDA0003188547150000072
所述式VII中，R22、R23、R24、R25、R27、R28任选自氢、C1～C12 的烷基或C6～C20的芳基。R26为C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或 C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。*代表手性碳原子。
进一步，优选R22为H或C1～C6的烷基；R23、R24、R25优选为 H。
优选R27为H。
优选R26为C1～C12的烷基或C6～C20的芳基，更优选为异丙基或苯基。
优选R28为C1～C12的烷基或C6～C20的芳基，更优选为甲基或苯基。
本发明方法中，采用的光源为可见光，包括单色光源或白色复色光源。优选5W蓝色LED为光源。
本发明方法中，所述的有机碱为胺类化合物，可以为伯胺化合物 RaNH2、仲胺化合物RbRcNH或叔胺化合物RdReRfN，其中Ra、Rb、 Rc、Rd、Re、Rf各自独立为C1～C12的烷基或C6～C20的芳基，优选为C1～C6的烷基。进一步，优选所述有机碱为叔胺化合物RdReRfN，更优选为二异丙基乙基胺。
本发明所述的所述合成方法中加入有机溶剂，所述的有机溶剂是苯、四氯化碳、甲苯、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、乙腈、二氧六环、石油醚、环己烷、正己烷、乙酸乙酯、三氯甲烷、N,N-二甲酰胺、二甲亚砜、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二氯乙烷、全氟苯、三氟甲苯中的任意一种，优选为三氟甲苯。所述有机溶剂的用量一般以式Ⅰ所示的酰胺类化合物的物质的量计为20-100mL/mmol。
作为进一步地改进，本发明所述的式Ⅰ所示的酰胺类化合物、手性添加剂、有机碱、光催化剂的物质的量之比为1:0.05-0.2:0.2-1:0.02，优选为1：0.1～0.15:1:0.02。
作为进一步地改进，本发明反应温度为-15-40℃，优选-15～0℃，更优选-15℃。
所述反应时间为4小时到12小时，由TLC检测原料反应完全后，表示反应结束。作为进一步地改进,本发明反应结束后，所得粗产物加入盐酸水解后，再经过后处理制得式II所示的手性碳氢键氧化产物，所述后处理手段包括柱层析或重结晶，优选柱层析。所述盐酸为1M 浓度的盐酸。
与现有方法相比，该方法适用于多种不同类型的底物，底物合成方法简便，本发明首次提出采用非金属的方法来合成手性碳氢键氧化产物的方法，原料来源易得，节约成本。
本发明方法反应条件温和，操作简便，原子经济性高。反应无需其他任何的有毒过渡金属(如钌、铑、钯等)盐类的加入，在药物和材料合成上具有较大的实际应用价值。且反应的转化率也较好，一般均可达到80％，对映体选择性也较高，一般为80％～95％。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步地具体说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例中所用的底物中的保护基Pg为对苯甲酰基、三氟甲基苯甲酰基或3,5-二三氟甲基苯甲酰基，由如下所示方法合成。
Figure RE-GDA0003188547150000101
羟胺可参考文献来合成：Org.Lett.2019,21,880–884。室温下，在一反应瓶中加入羟胺(10mmol)，THF(40mL),三乙胺(10mmol)，冷却至0℃，滴加对苯甲酰氯或有取代基的苯甲酰氯或对三氟甲基苯甲酰氯或3,5-二三氟甲基苯甲酰氯(10mmol)。在室温反应2小时后加入水淬灭，DCM萃取三次，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥。柱层析后得到相应原料。
实施例中所用的催化剂化学式如下所示：
所用有机催化剂中性红为市售药品，所用双齿联咪唑啉(V-10)，简称BiIM，可通过参考文献来合成：X.Cheng,H.Lu,Z.LuNature Comm.2019,10,3549。
Figure RE-GDA0003188547150000102
催化剂V-10的制备方法如下：
Figure RE-GDA0003188547150000111
式中二氯化合物可按Nature Comm.2019,10,3549步骤合成。在氮气气氛下，将二氯中间体(1.0当量，1.35mmol)和五氯化磷(2.4 当量，3.23mmol)加入10mL甲苯中。让反应在85℃搅拌4.5小时，然后冷却到室温。在减压下蒸干甲苯，加入20mL CH3CN中Et3N(11.2 当量，15.2mmol)和胺(6.0当量，8.1mmol)。反应在N2下加热回流，直到TLC显示起始原料完全消耗。冷却至室温后，加水，用DCM 对水层进行三次分离提取。有机层用Na2SO4干燥，过滤，减压浓缩。用柱层析(PE/EA/Et3N＝50/10/1)纯化得到V-10。白色固体,m.p.78-80 ℃(PE/EA).IR(neat,cm-1):2923,2853,1592,1478,1449.Optical Rotation:[α]D 20＝-44.6(c1.04,CHCl3).1H NMR(399.9MHz,CDCl3)δ 6.95(s,2H),6.63-6.56(m,4H),3.99-3.82(m,4H),3.57(dd,J＝7.8,8.2 Hz,2H),2.15(d,J＝12.6Hz,2H),1.80-1.71(m,4H),1.71-1.62(m,4H), 1.62-1.52(m,2H),1.30-1.10(m,46H)；13C NMR(100.6MHz,CDCl3)δ 153.3,150.8,139.4,117.1,113.8,69.9,54.8,43.2,34.7,31.5,30.0,29.2, 26.6,26.1,26.0；HRMS(ESI)calculated for[C46H70N4Na]+(M+Na+) requires m/z 701.5493,found:m/z701.5495.
实施例1：非金属催化的C-H键的不对称胺化反应
反应条件如下所示：
标准条件:
室温下，在一干燥的氮气保护反应试管中加入手性双齿噁唑啉双齿联咪唑啉BiIMV-10(0.02mmol)，底物(0.2mmol，不标记情况下默认为对三氟甲基苯甲酰基保护的底物)，有机光催化剂中性红 (0.004mmol)，溶剂三氟甲苯(8mL)，再加入二异丙基乙基胺(0.2mmol)，然后在-15℃，5w的蓝色LED的照射下反应12小时后加入 0.2mL HCl(1M)水解，柱层析分离得到产物。
Ⅱ-1：(R)-4-苯基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4-phenyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000121
Hz,1H),4.29(dd,J＝6.8,8.6Hz,1H)；HRMS(EI)calculated for [C9H8O3]+requires m/z 164.0468,found m/z 164.0469.
Ⅱ-2：(R)-5-苯基-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4,4-dimethyl-5-phenyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000122
3H),1.02(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ154.0,133.3,129.2, 128.8,125.4,86.2,85.3,26.5,22.8；HRMS(ESI)calculated for [C11H13O3]+(M+H+)requires m/z 193.0859,found:m/z 193.0870.
Ⅱ-3：(R)-5-(2,6-二甲基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮(R)-5-(2,6-dimethylphenyl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000131
2.55-2.20(m,6H),1.72(s,3H),1.13(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz, CDCl3)δ154.3,131.2,131.1,128.9,128.7,84.5,84.1,30.0,23.4, 21.7-20.7(m)；HRMS(ESI)calculated for[C13H16NaO3]+(M+Na+) requires m/z 243.0992,found:m/z 243.0993.
Ⅱ-4：(R)-5-(1-萘基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4,4-dimethyl-5-(naphthalen-1-yl)-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000132
7.65(d,J＝7.2Hz,1H),7.61-7.51(m,3H),6.23(s,1H),1.85(s,3H), 0.97(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ154.2,133.6,130.1,129.7, 129.5,129.4,126.9,126.0,125.3,123.6,121.9,85.4,83.0,27.7,23.0； HRMS(ESI)calculated for[C15H14NaO3]+(M+Na+)requires m/z 265.0835,found:m/z 265.0836.
Ⅱ-5：(R)-5-(4-氯苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-5-(4-chlorophenyl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000133
CDCl3)δ7.41(d,J＝8.6Hz,2H),7.25(d,J＝8.6Hz,2H),5.34(s,1H), 1.66(s,3H),1.02(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ153.6,135.2, 131.9,129.1,126.8,85.6,85.1,26.5,22.8；HRMS(ESI)calculated for [C11H11ClNaO3]+(M+Na+)requires m/z 249.0289,found:m/z 242.0291. Ⅱ-6：(R)-5-(4-溴苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮 (R)-5-(4-bromophenyl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000141
MHz,CDCl3)δ153.6,132.4,132.0,127.0,123.3,85.6,85.1,26.5,22.8； HRMS(ESI)calculated for[C11H11BrNaO3]+(M+Na+)requires m/z 292.9784,found:m/z292.9784.
Ⅱ-7：(R)-5-(4-三氟甲基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮 (R)-4,4-dimethyl-5-(4-(trifluoromethyl)phenyl)-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000142
(100.6MHz,CDCl3)δ153.5,137.3,131.5(q,J＝32.1Hz),125.9(q,J＝ 3.7Hz),125.8,123.6(q,J＝270.5Hz),85.4,85.1,26.6,22.9；19F NMR: (376.5MHz,CDCl3)δ-62.8；HRMS(ESI)calculated for [C12H11F3NaO3]+(M+Na+)requires m/z 283.0552,found:m/z283.0552.
Ⅱ-8：(R)-5-(4-叔丁基二甲基硅氧基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2- 酮
(R)-5-(4-((tert-butyldimethylsilyl)oxy)phenyl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan -2-one
Figure RE-GDA0003188547150000151
1.00-0.95(m,9H),0.20(s,6H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ156.4, 154.1,126.8,125.9,120.3,86.3,85.3,26.5,25.6,22.7,18.2,-4.46,-4.48； HRMS(ESI)calculated for[C17H26NaO4Si]+(M+Na+)requires m/z 345.1493,found:m/z 345.1493.
Ⅱ-9：(R)-5-(4-甲基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮 (R)-4,4-dimethyl-5-(p-tolyl)-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000152
5.33(s,1H),2.37(s,3H),1.64(s,3H),1.02(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ154.1,139.1,130.3,129.4,125.4,86.3, 85.3,26.5,22.8,21.2；HRMS(ESI)calculatedfor[C12H14NaO3]+(M+Na+) requires m/z 229.0835,found:m/z 229.0834.
Ⅱ-10：(R)-5-(3-甲基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4,4-dimethyl-5-(m-tolyl)-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000161
7.6Hz,1H),7.12-7.05(m,2H),5.32(s,1H),2.38(s,3H),1.66(s,3H), 1.02(s,3H)；13CNMR:(100.6MHz,CDCl3)δ154.1,138.6,133.3,129.9, 128.6,125.9,122.5,86.3,85.3,26.6,22.8,21.4；HRMS(ESI)calculated for[C12H14NaO3]+(M+Na+)requires m/z229.0835,found:m/z 229.0836. Ⅱ-11：(R)-5-(2-甲基苯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮 (R)-4,4-dimethyl-5-(o-tolyl)-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000162
1H),5.63(s,1H),2.32(s,3H),1.70(s,3H),1.05(s,3H)；13C NMR: (100.6MHz,CDCl3)δ154.3,134.4,132.4,130.9,128.9,126.5,125.5, 85.0,83.2,28.0,23.1,19.5；HRMS(ESI)calculated for[C12H14NaO3]+ (M+Na+)requires m/z 229.0835,found:m/z229.0835.
Ⅱ-12：(R)-5-(4-苯并噻吩)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-5-(benzo[b]thiophen-4-yl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000163
MHz,CDCl3)δ7.96-7.89(m,1H),7.59(d,J＝5.6Hz,1H),7.46-7.38(m, 2H),7.33(d,J＝5.6Hz,1H),5.89(s,1H),1.76(s,3H),1.01(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ154.0,140.7,136.3,128.3,128.2,124.2, 123.3,121.5,120.2,85.4,84.8,27.3,22.9；HRMS(ESI)calculated for [C13H12NaO3S]+(M+Na+)requires m/z 271.0399,found:m/z271.0401.
Ⅱ-13：(R)-5-苯基-4,4-二乙基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4,4-diethyl-5-phenyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000171
1H),2.08-1.96(m,1H),1.93-1.81(m,1H),1.47-1.35(m,1H),1.24-1.13 (m,1H),1.10(t,J＝7.4Hz,3H),0.73(t,J＝7.4Hz,3H)；13C NMR: (100.6MHz,CDCl3)δ154.4,133.8,129.1,128.6,126.0,89.4,84.0,28.6, 26.8,7.4,7.3；HRMS(ESI)calculated for[C13H16NaO3]+(M+Na+) requires m/z 243.0992,found:m/z 243.0992.
Ⅱ-14：(R)-5-叔丁基-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-5-(tert-butyl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000172
1H),1.55(s,3H),1.51(s,3H),1.09(s,9H)；13C NMR:(100.6 MHz,CDCl3)δ154.2,92.1,85.7,33.3,28.0,26.4,22.7；HRMS(ESI) calculated for[C9H16NaO3]+(M+Na+)requires m/z 195.0997,found m/z 195.1000.
Ⅱ-15：顺-3a-六氢化苯[d]-1,3-二氧戊环-2-酮
Figure RE-GDA0003188547150000181
4.0Hz,1H),2.11-2.02(m,1H),1.86-1.80(m,2H),1.77-1.65(m,2H), 1.60-1.50(m,2H),1.48(s,3H),1.38-1.27(m,1H)；13C NMR:(100.6 MHz,CDCl3)δ154.8,82.7,81.0,33.6,25.8,23.2,20.3,18.6；HRMS(EI) calculated for[C8H12O3]+(M+)requires m/z 156.0786,found m/z 156.0784.
Ⅱ-16：(R)-5-(1-环己烯基)-4,4-二甲基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-5-(cyclohex-1-en-1-yl)-4,4-dimethyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000182
1.70-1.58(m,4H),1.55(s,3H),1.31(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz, CDCl3)δ154.2,130.6,126.8,87.9,84.5,27.3,25.0,24.7,22.0,21.8； HRMS(ESI)calculated for[C11H16NaO3]+(M+Na+)requires m/z 219.0992,found:m/z 219.0993.
Ⅱ-17：(R)-5-苯基噁唑啉酮
(R)-5-phenyloxazolidin-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000183
CHCl3),90.3％ee.1H NMR:(400.1MHz,CDCl3)δ3.55(t,J＝8.4Hz, 1H),3.99(t,J＝8.4Hz,1H),5.62(t,J＝8.4Hz,1H),6.08(brs,1H), 7.35-7.43(m,5H)；13C NMR(100.6MHz,CDCl3)δ160.1,138.4,128.9, 125.6,77.8,48.2.
Ⅱ-18：(S)-5-苯基二氢呋喃烷酮
(S)-5-phenyldihydrofuran-2(3H)-one
Figure RE-GDA0003188547150000191
(s,1H),2.58(d,J＝16.8Hz,1H),2.47(d,J＝16.8Hz,1H),1.29(s,3H), 0.72(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ176.0,135.1,128.3,128.2, 125.7,89.4,44.4,41.1,25.4,22.4；HRMS(ESI)calculated for [C12H14NaO2]+(M+Na+)requires m/z 213.0886,found:m/z 213.0887.
Ⅱ-19：(R)-4,4,5-三甲基-5-苯基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4,4,5-trimethyl-5-phenyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000192
(s,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ153.5,138.5,128.7,128.3, 124.1,89.0,86.9,25.0,23.9,21.9；HRMS(ESI)calculated for [C12H14NaO3]+(M+Na+)requires m/z229.0835,found:m/z 229.0834.
Ⅱ-20：(R)5,5-二甲基-4-乙基-5-苯基-1,3-二氧戊环-2-酮
(R)-4-ethyl-5,5-dimethyl-4-phenyl-1,3-dioxolan-2-one
Figure RE-GDA0003188547150000201
0.98(s,3H),0.78(t,J＝7.2Hz,3H)；13C NMR:(100.6MHz,CDCl3)δ 153.5,136.4,128.7,128.1,124.6,91.8,87.2,28.9,25.5,21.4,7.7；HRMS (ESI)calculated for[C13H16NaO3]+(M+Na+)requires m/z 243.0992, found:m/z 243.0990.
实施例2：手性二醇的合成
Figure RE-GDA0003188547150000202
反应条件如下所示：
条件:
室温下，在一干燥的氮气保护反应试管中加入II-12(0.2mmol)， NaOH(6mL,1N)，二氧六环(6mL)，搅拌12小时。之后加水乙酸乙酯萃取，干燥，硅胶过柱得二醇VIII。
VIII:(R)-2-甲基-1-(4-苯并噻吩)-1,2-丙二醇
(R)-1-(benzo[b]thiophen-4-yl)-2-methylpropane-1,2-diol
无色液体，78％产率，[α]20 D＝-44.1(c 1.02,CHCl3),94.2％ee.1H NMR:(400.1MHz,CDCl3)δ7.82(d,J＝8.0Hz,1H),7.53(d,J＝5.6Hz,1H), 7.50-7.42(m,2H),7.34(dd,J＝7.6,7.8Hz,1H),5.07(s,1H),3.08-2.70 (br,1H),2.48-2.00(br,1H),1.23(s,3H),1.15(s,3H)；13C NMR:(100.6 MHz,CDCl3)δ140.0,138.0,135.6,126.3,123.9,123.1,122.5,122.0, 78.6,74.3,26.7,24.3；HRMS(EI)calculated for[C12H14NNaO2S]+requires m/z 245.0607,found m/z 245.0607.
实施例3反应条件筛选：
以式I-2所示化合物为底物(0.2mmol)，加入有机光催化剂中性红(0.004mmol)、溶剂三氟甲苯(8mL),二异丙基乙基胺(0.2mmol)，手性添加剂(0.02mmol)，手性添加剂如表1和化学式所示，然后在 40℃，5w的蓝色LED的照射下反应12小时后加1M盐酸水解，柱层析分离得到产物，产物收率和er值如表1、2、3所示。
表1手性添加剂筛选
Figure RE-GDA0003188547150000211
表2手性配体V筛选
Figure RE-GDA0003188547150000221
表3温度筛选
Figure RE-GDA0003188547150000222

Claims (10)

1.一种非金属催化的不对称碳氢键氧化制备手性碳氢键氧化产物的方法，其特征在于所述方法为：以式Ⅰ所示的酰胺类化合物为原料，在可见光源下，有机染料为光催化剂，手性双齿化合物为手性添加剂，在有机碱的作用下，反应制得式Ⅱ所示的手性碳氢键氧化产物；
Figure FDA0002968167690000011
式Ⅱ中，*代表手性碳原子；
式Ⅰ和式Ⅱ中，R1为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基或环烯基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
R2、R3、R4任选自氢、C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
R1、R2是不同的取代基；
所述R1、R2、R3、R4中，所述C1～C12的的烷基上的H不被取代或被1个以上的取代基A取代，所述取代基A为C1～C6的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷氧基、卤素、羟基、C1～C3的醛基、C1～C3的羧基、氨基、C1～C3的酯基、酰胺基、苯基或萘基；
所述R1、R2、R3中，所述C3～C12的环烷基或环烯基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基上的H不被取代或被一个以上的取代基B取代，所述取代基B为C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷基、C1-C4氟烷氧基、卤素、羟基、C1～C3的醛基、C1～C3的羧基、氨基、C1～C3的酯基、酰胺基、苯基或萘基；
或R1、R3连接成环，形成C5～C8的环烷基；
X任选自CR5R6、NR7或O原子；所述R5、R6各自独立为H、C1～C6的烷基或苯基；所述R7为H、C1～C6的烷基或苯基；
所述式Ⅰ中的保护基Pg为苯甲酰基、对三氟甲基苯甲酰基、3,5-二三氟甲基苯甲酰基、对甲苯磺酰基或乙酰基。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述R1为C1～C6的烷基、C3～C6的环烷基或环烯基、苯基、萘基、噻吩基、吡啶基或苯基上有1～3个取代基B的取代苯基；所述取代苯基上的取代基B为C1～C6的烷基、C1～C6的烷氧基、C1～C6的硅氧基、C1-C4氟烷基、C1-C4氟烷氧基或卤素；所述R2、R3、R4为氢、C1～C6的烷基、苯基或萘基；或R1、R3连接成环，形成环己烷基。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述R5、R6均为H；所述R7为H或苯基；所述式Ⅰ中的保护基Pg为对三氟甲基苯甲酰基。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机染料为中性红、DPZ或孟加拉玫瑰红。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述手性添加剂为手性双齿化合物，为如式III所示的双齿噁唑啉或双齿噻唑啉、式IV所示的联噁唑啉、式V所示联咪唑啉、式VI所示的吡啶噁唑啉或式VII所示的吡啶咪唑啉；
Figure FDA0002968167690000021
式III、IV、V、VI、VII中，*代表手性碳原子；
式Ⅲ中，Y任选自O、S原子；Y为O原子时，式III所示即为双齿噁唑啉，Y为S原子时，式III所示即为双齿噻唑啉；
式Ⅲ中，R8、R9任选自氢、C1～C12的烷基或C6～C20的芳基；R10为C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
式Ⅳ中，R11为氢或C1～C12的烷基；R12为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
式V中，R13、R14任选自氢、C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基或C6～C20的芳基；R15为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
式VI中，R16、R17、R18、R19、R20任选自氢、C1～C12的烷基或C6～C20的芳基；R21为C1～C12的烷基、C3～C12的环烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基；
式VII中，R22、R23、R24、R25、R27、R28任选自氢、C1～C12的烷基或C6～C20的芳基；R26为C1～C12的烷基、C6～C20的芳基或C4～C12的含N、O、S的杂环芳基。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述式Ⅲ中，R8为C1～C6的烷基；R9为H；R10为苯基、苄基或异丙基；
所述式IV中，R11为H，R12为异丙基或环己基；
所述式V中，R13为3,5-二叔丁基苯基、苯基、3-叔丁基苯基、3-三氟甲基苯基、3,5-二甲基苯基、3,5-二氯苯基、3,5-二(对丁基苯基)苯基、联苯基、3,5-二(苯基)苯基或环己基；R14为H；R15为环己基；
所述式VI中，R16为H或C1～C6的烷基；R17、R18、R19为H；R20为H；R21为异丙基或环己基；
所述式VII中，R22为H或C1～C6的烷基；R23、R24、R25为H；R27为H；R26为异丙基或苯基；R28为甲基或苯基。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于所述手性添加剂为下列式V-10所示的化合物
Figure FDA0002968167690000031
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机碱为胺类化合物，为伯胺化合物RaNH2、仲胺化合物RbRcNH或叔胺化合物RdReRfN，其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf各自独立为C1～C12的烷基或C6～C20的芳基。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机溶剂是苯、四氯化碳、甲苯、四氢呋喃、乙醚、二氯甲烷、乙腈、二氧六环、石油醚、环己烷、正己烷、乙酸乙酯、三氯甲烷、N,N-二甲酰胺、二甲亚砜、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二氯乙烷、全氟苯、三氟甲苯中的任意一种。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述反应的温度为-15-40℃。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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QIHANG GUO ET AL.: "Controllable Intramolecular Unactivated C(sp3)‑H Amination and Oxygenation of Carbamates", 《ORG. LETT.》, vol. 21, pages 880 - 884 *
YUQI TAN ET AL.: "Intramolecular C(sp3)–H Bond Oxygenation by Transition-Metal Acylnitrenoids", 《ANGEW. CHEM. INT. ED.》, vol. 59, pages 21706 - 21710 *

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