CN1152000C - 一种具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种从羰基化合物和有机锂化合物直接合成多取代环戊二烯衍生物的合成方法。它包括先将溶在溶剂中的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物在-78℃至20℃温度下与有机锂反应，1小时后，淬灭反应，经萃取、洗涤、干燥、浓缩、纯化即得纯品。本发明的从羰基化合物及有机锂化合物直接合成多取代环戊二烯衍生物的合成方法科学合理，可以得到具有各种各样取代基的螺环的多取代环戊二烯衍生物，产率高，产品易于纯化，原料便宜易得。
Description
技术领域
本发明所属领域为化学中间体的合成，特别是一种具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法。
背景技术
环戊二烯及其衍生物是最为有用的有机化合物之一。作为常见的配体，环戊二烯及其衍生物的过渡金属化合物在新材料合成科学、过渡金属有机化学以及功能配位化学等方面发挥着极其重要的作用。高分子材料合成方面的一个里程碑是可溶性金属茂的烯烃聚合反应，被称为第二代Ziegler-Natta烯烃聚合。该过程中的催化剂就是环戊二烯配位的过渡金属。通过改变配体环戊二烯上的取代基，高分子材料化学家实现了他们多年的梦想：通过改变烯烃聚合催化剂的结构调控聚合物的微观结构。因此，高选择性高产率的合成多取代环戊二烯，尤其是具有特殊结构如螺环的多取代环戊二烯衍生物一直是有机合成化学家及工业界极为感兴趣的课题。
虽然已经有一些方法用于合成环戊二烯衍生物，如申请号为00103315.8的专利申请方法，它仅适用与醛羰基化合物的反应，并且要使用有机锆和三氯化铝。而合成1，2，3，4，5位上具有不同取代基的环戊二烯衍生物的合成方法还没有简便实用的方法，因而影响了多取代环茂二烯衍生物在作为过渡金属配体方面具有的很好的应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种根据未来合成工业的趋势，利用便宜易得的羰基化合物作为原料，与合成易得的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物发生环化，高产率高选择性地合成具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法。
本发明的从羰基化合物和有机锂化合物直接合成具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法包括：先将溶在溶剂中的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物在-78至20℃的温度下与有机锂反应，0.5-1小时后再加入羰基化合物，在-78至-55℃的温度下反应0.5-1小时后，淬灭反应，经萃取、洗涤、浓缩干燥、纯化即得成品。
其中，所述反应原料的摩尔比为：1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物：正丁基锂∶羰基化合物＝1.0∶2.0∶1.0-1.2；或1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物∶叔丁基锂∶羰基化合物＝1.0∶4.0∶1.0-1.2。
所述1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物与溶剂的比例为：1mmol的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物使用的溶剂的体积为3-6ml。
所述溶剂可为经过无水无氧处理的乙醚或四氢呋喃。所述无水无氧处理过程采用处理无水无氧溶剂的一般方法，即在高纯氮气保护下，向配有回流冷凝管和通气活塞的三口圆底烧瓶中加入溶剂(乙醚或四氢呋喃)、几小块金属钠和适量二苯甲酮，加热回流4至5小时后蒸馏，经处理后的溶剂保存于氮气下。
所述1，4二碘-1，3-丁二烯衍生物可包括如结构式A、B和C所示的化合物，式中R1、R2、R3、R4为同种或异种取代基，取代基可为烷基(C1-C12)、芳基或三甲基硅基，如甲基、丁基或苯基，n可以为1、2、3或4；可根据如下所述文献方法合成：
a)C.Xi，S.Huo，T.H.Afifi，R.Hara，T.Takahashi，TetrahedronLett，1997，38，4099-4102；
b)S.L.Buchwald，R.B.Nielsen，J.Am.Chem，Soc.1989，III，2870-2874；
c)S.Yamaguchi，R.Jin，K.Tamao，F.Sato，J，Org，Chem.1998，63，10060-10062。
所述羰基化合物可以是醛、酮等含有C＝O双键的化合物。
所述有机锂可为正丁基锂或叔丁基锂。所述正丁基锂采用浓度为1.24M-1.60M的正丁基锂-正己烷溶液；所述叔丁基锂采用浓度为1.60M的叔丁基锂-正戊烷溶液。
所述降温过程可采用冷浴法，如干冰-丙酮浴。
所述淬灭反应可采用1-3N的稀盐酸、水或氯化铵水溶液。
所述萃取液的洗涤过程包括用水洗两次、用饱和食盐水洗一次。
所述浓缩过程是采用常压蒸馏、减压蒸馏等方法，如用旋转蒸发仪真空浓缩。
所述有机相干燥过程是用无水MgSO4干燥30分钟。
所述纯化过程是采用石油醚作洗脱剂、200-300目硅柱分离。
采用本发明的合成过程得到的多取代环戊二烯衍生物的结构式通式如I-VI：
式中R1、R2、R3、R4可以为烷基、芳基
以及三甲基硅基，n＝1、2、3、4
三甲基硅基，n、n’＝1、2、3、4
以及三甲基硅基，n’＝1、2、3、4
式中R1、R2、R3、R4、R、R’可以为烷基、
芳基以及三甲基硅基
式中R1、R2可以为各种烷基、芳基以及三甲基硅基，n＝1、2、3、4
以及三甲基硅基
所述本发明的基本反应过程的反应式如下：
本发明的从羰基化合物和有机锂化合物直接合成具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法科学合理，将不同取代基的导入，可以更方便地调控配体的电子及立体效应，从而研究开发具有一些独特性质的催化剂；原料不仅可以使用醛羰基化合物，也可以使用酮羰基化合物，便宜易得；由于使用了人们听熟知的有机锂化合物，因而更容易被人们所接受；可以合成得到其它方法不能合成的具有各种各样取代基的多取代环戊二烯衍生物，尤其是合成具有多取代环戊二烯结构的螺环衍生物，产率高，产品易于纯化。
下面结合实施例进一步描述本发明
具体实施方式
实施例1
合成结构式中I类化合物之一(R1＝R2＝R3＝R4＝n-Pr，n＝3)：
反应过程是：在高纯氮气保护下，向20mL的Schlenk反应管(无水无氧操作时常用的一种玻璃仪器)加入1mmol 4，7-二碘-5，6-二(正丙基)-4，6-奎二烯和5mL无水无氧处理过的乙醚溶剂。首先将以上乙醚溶液用冷浴(如干冰-丙酮浴)降至较低温度(-78℃至-55℃)，然后在磁力搅拌下滴加2.1mmol正丁基锂溶液(1.6M，正己烷溶液)。在-78℃至20℃温度下搅拌反应0.5小时后，在-78℃温度下加入环己酮(1.2mmol)，并在-78℃温度下继续搅拌反应0.5小时后，加入约1mL稀盐酸(3N)淬灭反应；将反应液用石油醚萃取三次(每次10mL)、萃取液用水洗二次(每次10mL)、饱和食盐水10mL洗一次；然后将有机相用无水MgSO4干燥30分钟；浓缩后用石油醚作洗脱剂柱分离(200-300目硅胶)，得到纯度＞98％的无色液体产品226毫克。分离产率75％。
该化合物的核磁及高分辨质谱数据如下：
1H NMR(300MHz，CDCL3，25℃，TMS)：δ＝0.81-1.01(m，12H)，1.07-1.66(m，18H)，2.03-2.16(m，6H)，2.85(t，J＝6.6Hz，1H)，5.20(t，J＝6.4Hz，1H)；13CNMR(75MHz)： δ＝14.48，14.77，15.01，15.20，20.26，22.09，23.04，23.45，23.75，24.31，26.06，27.04，28.11，29.12，33.14，35.64，45.14，50.88，118.70，135.91，147.56，149.44；HRMS calcd for C22H38：302.2974；found；302.2977。
实施例2
合成结构式中II类化合物之一(R1＝R4＝n-Pr，n＝n’＝3)：羰基化合物采用环己酮，1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物采用B式(R1＝R4＝n-Pr，n’＝3)，有机锂采用正丁基锂。
除原料不同外，合成路线基本同上。得到纯产品201毫克(纯度＞98％，无色液体)。分离产率74％。该化合物的核磁及高分辨质谱数据如下：13C NMR(75MHz)for the mixture；δ＝15.31，15.32，15.46，21.29，23.68，23.97，24.09，24.29，24.55，25.26，26.34，26.90，28.35，30.34，33.35，37.41，43.45，47.49，52.66，66.81，102.14，115.63，132.18，133.18，141.31，147.81，148.64，148.76；HRMS calcd for C20H32：272.2504；found：272.2496.
实施例3
合成结构式中III类化合物之一(R1＝R4＝R＝R’＝n-Pr，n’＝3)：羰基化合物采用羰基化合物采用4-庚酮，1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物采用B式(R1＝R4＝nPr，n’＝3)，有机锂采用正丁基锂。
除原料不同外，合成路线基本同上。得到纯产品264毫克(纯度＞98％，无色液体)。分离产率92％。该化合物的核磁及高分辨质谱数据如下：1H NMR(300MHz，CDCI3，25℃，TMS)δ＝0.71-0.95(m，16H)，1.12-1.68(m，12H)，1.96(t，J＝6.4Hz，4H)，2.40-2.48(br，4H)；13C NMR(75MHz)：δ＝14.50，15.16，16.50，21.74，24.14，28.24，29.41，38.12，61.57，136.63，140.56。
实施例4
合成结构式中III类化合物之二(R1＝R4＝n-Pr，R＝R’＝Ph，n’＝3)：羰基化合物采用二苯甲酮，1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物采用B式(R1＝R4＝nPr，n’＝3)，有机锂采用正丁基锂。
除原料不同外，合成路线基本同上。得到纯产品267毫克(纯度＞98％，无色粘稠液体)。分离产率75％。该化合物的核磁及高分辨质谱数据下如：1HNMR(300MHz，CDCI3，25℃，TMS)：δ＝0.50-0.85(m，10H)；1.18-1.57(m，4H)，1.99(t，J＝7.0Hz，4H)，2.30-2.36(br，4H)，7.06-7.17(m，10H)；13CNMR(75MHz)：δ＝13.60，20.84，22.77，23.55，28.41，71.45，124.96，126.88，127.44，136.17，141.01，144.69；HRMS calcd for C27H32：356.2504；found：356.2488。
实施例5
合成结构式中IV类化合物之一(R1＝R2＝n-Bu，R3＝R4＝Me，R＝R’＝Ph)：羰基化合物采用二苯甲酮，1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物采用A式(R1＝R2＝n-Bu，R3＝R4＝Me’)，有机锂采用正丁基锂。
除原料不同外，合成路线基本同上。得到纯产品238毫克(纯度＞98％，无色液体)。分离产率67％。该化合物的核磁及高分辨质谱数据如下：
1HNMR(300MHz，CDCI3，25℃，TMS)δ＝0.64-1.28(m，14H)，1.63(S，3H)，1.85(S，3H)，2.11(t，J＝8.4Hz，2H)，2.26(t，J＝7.6Hz，2H)，7.08-7.25(m，10H)；13CNMR(75MHz)：δ＝11.15，11.37，13.64，14.10，23.22，26.24，26.94，29.44，32.17，32.25，71.66，125.96，128.04，128.40，135.72，141.28，142.25，142.37，147.88；HRMS calcdfor C27H34：358.2661；found：358.2669。
实施例6
合成结构式中IV类化合物之二(R1＝R2＝R3＝R4＝n-Pr，R＝Ph，R’＝H)：羰基化合物采用苯甲醛，1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物采用A式(R1＝R2＝R3＝R4＝n-Pr)，有机锂采用正丁基锂。
除原料不同外，合成路线基本同上。得到纯产品174毫克(纯度＞98％，无色液体)。分离产率56％，该化合物的核磁及高分辨质谱数据如下：1H NMR(CDCI3，TMS)δ＝0.77-1.02(m，14H)，1.30-1.62(m，8H)，2.02-2.44(m，6H)，3.61(t，J＝6.4Hz，1H)，7.10-7.38(m，5H)；13C NMR(CDCI3 TMS)：δ＝14.50(3CH3)，14.58(CH3)，16.18(CH2)，23.70，23.96，24.05，27.86，28.69，29.12，30.57，52.69，(CH)，125.38，128.02，128.46，137.96，140.61，141.76，142.45，144.33；HRMS calcd forC23H34：310.2661；found：310.2656。
Claims (10)
1、一种从羰基化合物和有机锂化合物直接合成具有螺环结构的多取代环戊二烯衍生物的合成方法，其特征是先将溶在溶剂中的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物在-78至20℃的温度下与有机锂反应，0.5-1小时后再加入羰基化合物，在-78至-55℃的温度下反应0.5-1小时后，淬灭反应，经萃取、洗涤、浓缩干燥、纯化即得成品。
2、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述反应原料的摩尔比为：1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物∶正丁基锂∶羰基化合物＝1.0∶2.0∶1.0-1. 2；或1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物∶叔丁基锂∶羰基化合物＝1.0∶4.0∶1.0-1.2。
3、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物与溶剂的比例为：
1mmol的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物使用的溶剂的体积为3-6ml。
4、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述溶剂为经过无水无氧处理的乙醚或四氢呋喃。
5、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述1，4二碘-1，3-丁二烯衍生物包括如结构式A、B和C所示的化合物，式中R1、R2、R3、R4为同种或异种的烷基(C1-C12)、芳基或三甲基硅基取代基，n为1、2、3或4。
6、如权利要求5所述的合成方法，其特征是所述1，4二碘-1，3-丁二烯衍生物结构式中的取代基分别为甲基、丁基或苯基。
7、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述羰基化合物是含有C＝O双键的醛、酮化合物。
8、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述有机锂为正丁基锂或叔丁基锂。
9、如权利要求8所述的合成方法，其特征是所述正丁基锂采用浓度为1.24M-1.60M的正丁基锂-正己烷溶液；所述叔丁基锂采用浓度为1.60M的叔丁基锂-正戊烷溶液。
10、如权利要求1所述的合成方法，其特征是所述淬灭反应采用1-3N的稀盐酸、水或氯化铵水溶液；所述萃取液的洗涤过程包括用水洗两次、用饱和食盐水洗一次；所述浓缩过程采用旋转蒸发仪真空浓缩；所述有机相干燥过程用无水MgSO4干燥30分钟；所述纯化过程采用石油醚作洗脱剂、200-300目硅柱分离。
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