CN115716804A - 一种制备10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明是涉及一种制备10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物的方法,属于有机合成技术领域。
背景技术
10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物(如式Ⅰ所示)是一类七元芳环稠合氮杂环化合物。其本身是一类具有代表性的医药中间体,可以用来合成抗癫痫药卡马西平及奥卡西平(其化学结构式如下所示)等。再者,它还是材料和基因工程方面重要的化工原料,如:由于它具有共轭稠环结构,因而该类化合物也是一类有机光电材料的前驱体,在光电领域有着应用前景。
目前,合成10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物有以下2种方法:
方法一:以二苯并(b,f)氮杂卓类化合物为原料,与氯氰反应生成5-氰基-二苯并(b,f)氮杂卓,然后在5-氰基-二苯并(b,f)氮杂卓的10位上硝化得到10-硝基-5H-二苯并(b,f)氮杂卓,其反应路线如下所示:
该方法的缺点是:1)氯氰是一种有剧毒的危险性气体,操作困难而且危险,不适宜工业化生产;2)硝化用的N2O3/N2O4使用起来也较困难,也不适宜工业化生产;
方法二:以2-甲基-硝基苯为原料,经氧化、还原、成环形成二氢-5H-二苯并[b,f]氮杂卓,再经酰氯化、溴化、脱氢得到含酰氯基的二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,再用碱中和得到最终产物10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓,其反应路线如下所示:
此方法存在路线过长,总产率较低缺陷,且在环化这一步需要500℃左右高温,在铁催化剂条件下脱氢需要600℃的高温,以致采用该方法合成最终10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物的成本很高、耗时长、产率低,因此也不利于实现工业化生产。
发明内容
针对现有技术存在的上述问题,本发明的目的是提供一种工艺简单、反应路线短、制备成本低、易于实现工业化的制备10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物的方法。
为实现上述发明目的,本发明采用的技术方案如下:
一种制备10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物的方法,是使式a所示化合物与式b所示化合物在有机溶剂中,并在钯催化剂、膦配体和碱性试剂的作用下,直接进行偶联反应,得到式c所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,具体反应路线如下所示:
其中:X为卤素;R1选自H、烷基、烷氧基、三氟甲基、卤素中的至少一种;R2选自酯基、烷基、烷氧基、硅氧基、取代或未取代的C6~C10芳基、取代或未取代的5~6元杂芳基中的至少一种;R3选自H、烷基、芳基中的至少一种;R4选自H、烷基、烷氧基、芳基、卤素中的至少一种。
一种优选方案,X为溴;R1选自H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、三氟甲基、氟、氯中的至少一种;R2选自甲酯基、乙酯基、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、硅氧基、未取代的C6~C10芳基或由H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、三氟甲基、氟、氯、苯基中的至少一种取代的C6~C10芳基、未取代且杂原子为N或S的5~6元杂芳基中的至少一种;R3选自H、C1~C4烷基、苯基中的至少一种;R4选自H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、苯基、氯中的至少一种。
进一步优选方案,式a所示化合物选自如下化合物中的任意一种:
进一步优选方案,式b所示化合物选自如下化合物中的任意一种:
一种优选方案,所述的有机溶剂选自醚类溶剂、卤代烃类溶剂、酰胺类溶剂和芳烃类溶剂中的任意一种或多种;所述的醚类溶剂选自四氢呋喃、1,4-二氧六环和乙醚中的任意一种或多种;所述的卤代烃类溶剂选自1,2-二氯乙烷;所述的酰胺类溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺;所述的芳烃类溶剂选自甲苯。
进一步优选方案,所述的有机溶剂选自无水四氢呋喃、1,4-二氧六环和甲苯中的任意一种或多种。
一种优选方案,所述的钯催化剂为二价钯催化剂或/和零价钯催化剂,所述的二价钯催化剂选自二苯基二氯化钯(PdCl2)、乙酸钯(Pd(OAc)2)和三氟乙酸钯(Pd(CF3COO)2)中的任意一种或多种,所述的零价钯催化剂选自四三苯基膦钯(Pd(PPh)4)、双(二亚苄基丙酮)钯Pd(dba)2和三(二亚苄基丙酮)二钯Pd2(dba)3中的任意一种或多种。
一种优选方案,所述的磷配体为单膦配体或/和双膦配体,所述的单膦配体选自三苯基膦(PPh3)、三(4-甲氧基苯基)膦(P(4-OMe-Ph)3)和三(4-三氟甲基苯基)膦(P(4-CF3-Ph)3)中的任意一种或多种,所述的双膦配体选自1,2-双(二苯膦)乙烷(dppe)、1,3-双(二苯基膦)丙烷(dppp)、1,4-双(二苯基膦)丁烷(dppb)、1,6-双(二苯基膦基)己烷(dpph)和1,1’-双(二苯基膦)二茂铁(dppf)中的任意一种或多种。
一种优选方案,所述的碱性试剂为碱金属的盐。
进一步优选方案,所述的碱性试剂选自氟化铯(CsF)、碳酸铯(Cs2CO3)、碳酸钾(K2CO3)和磷酸钾(K3PO4)中的任意一种或多种。
一种优选方案,所述的式a化合物与所述的有机溶剂的摩尔体积比为0.05mmol/mL~1mmol/mL(例如0.1mmol/mL)。
一种优选方案,所述的式b化合物与所述的式a化合物的摩尔比为1:1~5:1,进一步以1.2:1~2:1为最佳。
一种优选方案,所述的钯催化剂与所述的式a化合物的摩尔百分比为5mol%~10mol%(例如10mol%)。
一种优选方案,所述的配体与所述的钯催化剂的摩尔比为1:1~2:1。
一种优选方案,所述的碱性试剂与所述的式a化合物的摩尔比为1:1~5:1;进一步以2:1~3:1为最佳。
一种优选方案,所述偶联反应在空气气氛或惰性气氛中进行,进一步以惰性气氛(如:氮气氛或氩气氛)为最佳。
一种优选方案,所述偶联反应的温度为80℃~130℃,进一步以100℃~120℃为最佳。
一种优选方案,所述偶联反应的时间为12~24小时,进一步以14~18小时为最佳。
需要在此说明的是:除非另外说明,本发明所使用的所有科技术语具有与本发明所属领域技术人员的通常理解相同的含义。例如:在本发明中,所述卤素为F、Cl、Br或I;术语“C1~C4”是指具有1、2、3或4个碳原子,“C6~C10”是指具有6、7、8、9或10个碳原子,依此类推;术语“烷基”表示饱和的线性或支链烃部分,例如术语“C1~C4烷基”是指具有1至4个碳原子的直链或支链烷基,非限制性地包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基等;术语“烷氧基”表示-O-(烷基)基团,“C1~C4烷氧基”是指具有1至4个碳原子的直链或支链烷氧基,非限制性地包括甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基和丁氧基等。
与现有技术相比,本发明具有如下显著性有益效果:
实验表明:采用本发明所述方法,只需一步偶联反应即可制备得到10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,不仅底物普适性好,可兼容缺电子烯烃、富电子烯烃和富电子的邻溴芳香胺作为起始原料,具有原料易得、官能团兼容性广等优点,而且摩尔收率可高达97%,并且操作简单、反应条件温和、易于实现工业化生产,因此,本发明相对现有技术,产生了显著性进步。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步详细、完整地说明,但不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。下列实施例中未注明具体条件的实验方法,按照常规方法和条件,或按照商品说明书选择。下列实施例中所用的试剂和原料均可市购得到。
实施例1~30
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a化合物(具体选择参见表1所示)、0.24mmol(即:1.2equiv)式b化合物(具体选择参见表1所示)、0.02mmol(即:0.1equiv)Pd(OAc)2、0.04mmol(即:0.2equiv)dppf、0.5mmol(即:2.5equiv)Cs2CO3及2mL无水THF,然后升温至120℃,在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物(具体结构请参见表1所示),干燥后计算摩尔收率(具体请参见表1所示)。
表1实施例1~30的反应物及产物的具体结构和摩尔收率
表2实施例1~30所获产物的结构分析数据
实施例31~36
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a1化合物、0.24mmol(即:1.2equiv)式b1化合物、0.02mmol(即:0.1equiv)钯催化剂(具体选择请见表3所示)、0.04mmol(即:0.2equiv)dppf、0.5mmol(即:2.5equiv)Cs2CO3及2mL无水THF,然后升温至120℃,在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c1所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,干燥后计算摩尔收率(具体请参见表3所示)。
表3实施例31~36的实验数据
实施例编号 | 钯催化剂 | 摩尔收率(%) |
31 | PdCl<sub>2</sub> | 75 |
32 | Pd(OAc)<sub>2</sub> | 96 |
33 | Pd(CF<sub>3</sub>COO)<sub>2</sub> | 62 |
34 | Pd(PPh)<sub>4</sub> | 52 |
35 | Pd(dba)<sub>2</sub> | 65 |
36 | Pd<sub>2</sub>(dba)<sub>3</sub> | 43 |
实施例37~46
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a1化合物、式b1化合物(具体用量请见表4所示)、0.02mmol(即:0.1equiv)Pd(OAc)2、dppf(具体用量请见表4所示)、0.5mmol(即:2.5equiv)Cs2CO3及2mL无水THF,然后升温(具体温度请见表4所示),在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c1所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,干燥后计算摩尔收率(具体请参见表4所示)。
表4实施例37~46的实验数据
实施例47~59
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a1化合物、0.24mmol(即:1.2equiv)式b1化合物、0.02mmol(即:0.1equiv)Pd(OAc)2、0.04mmol(即:0.2equiv)膦配体(具体选择请见表5所示)、0.5mmol(即:2.5equiv)Cs2CO3及2mL无水THF,然后升温至120℃,在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c1所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,干燥后计算摩尔收率(具体请参见表5所示)。
表5实施例47~59的实验数据
实施例60~67
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a1化合物、0.24mmol(即:1.2equiv)式b1化合物、0.02mmol(即:0.1equiv)Pd(OAc)2、0.04mmol(即:0.2equiv)膦配体dppf、0.5mmol(即:2.5equiv)碱性试剂(具体选择请见表6所示)及2mL无水THF,然后升温至120℃,在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c1所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,干燥后计算摩尔收率(具体请参见表6所示)。
表6实施例60~67的实验数据
实施例68~73
在氮气保护下,向干燥反应器中分别加入0.2mmol(即:1.0equiv)式a1化合物、0.24mmol(即:1.2equiv)式b1化合物、0.02mmol(即:0.1equiv)Pd(OAc)2、0.04mmol(即:0.2equiv)膦配体dppf、0.5mmol(即:2.5equiv)Cs2CO3及2mL有机溶剂(具体选择请见表7所示),然后升温至120℃,在搅拌下进行偶联反应16小时;再以5mL饱和氯化铵水溶液淬灭反应,依次用5mL乙酸乙酯萃取三次,有机相用饱和氯化钠溶液洗涤后用无水硫酸钠干燥,最后浓缩,浓缩粗产物以石油醚:乙酸乙酯=20:1为洗脱剂进行柱层析,即可收集得到式c1所示的10位取代的-5H-二苯并(b,f)氮杂卓类化合物,干燥后计算摩尔收率(具体请参见表7所示)。
表7实施例68~73的实验数据
实施例编号 | 有机溶剂 | 摩尔收率(%) |
68 | THF | 96 |
69 | 1,4-dioxance | 82 |
70 | Toluene | 76 |
71 | DMF | 29 |
72 | MeCN | 6 |
73 | DCE | 8 |
最后需要在此指出的是:以上仅是本发明的部分优选实施例,不能理解为对本发明保护范围的限制,本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:X为溴;R1选自H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、三氟甲基、氟、氯中的至少一种;R2选自甲酯基、乙酯基、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、硅氧基、未取代的C6~C10芳基或由H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、三氟甲基、氟、氯、苯基中的至少一种取代的C6~C10芳基、未取代且杂原子为N或S的5~6元杂芳基中的至少一种;R3选自H、C1~C4烷基、苯基中的至少一种;R4选自H、C1~C4烷基、C1~C4烷氧基、苯基、氯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的有机溶剂选自醚类溶剂、卤代烃类溶剂、酰胺类溶剂和芳烃类溶剂中的任意一种或多种;所述的醚类溶剂选自四氢呋喃、1,4-二氧六环和乙醚中的任意一种或多种;所述的卤代烃类溶剂选自1,2-二氯乙烷;所述的酰胺类溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺;所述的芳烃类溶剂选自甲苯。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的钯催化剂为二价钯催化剂或/和零价钯催化剂,所述的二价钯催化剂选自二苯基二氯化钯、乙酸钯和三氟乙酸钯中的任意一种或多种,所述的零价钯催化剂选自四三苯基膦钯、双(二亚苄基丙酮)钯和三(二亚苄基丙酮)二钯中的任意一种或多种。
7.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的磷配体为单膦配体或/和双膦配体,所述的单膦配体选自三苯基膦、三(4-甲氧基苯基)膦和三(4-三氟甲基苯基)膦中的任意一种或多种,所述的双膦配体选自1,2-双(二苯膦)乙烷、1,3-双(二苯基膦)丙烷、1,4-双(二苯基膦)丁烷、1,6-双(二苯基膦基)己烷和1,1’-双(二苯基膦)二茂铁中的任意一种或多种。
8.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的碱性试剂为碱金属的盐。
9.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述的式a化合物与所述的有机溶剂的摩尔体积比为0.05mmol/mL~1mmol/mL;所述的式b化合物与所述的式a化合物的摩尔比为1:1~5:1;所述的钯催化剂与所述的式a化合物的摩尔百分比为5mol%~10mol%;所述的配体与所述的钯催化剂的摩尔比为1:1~2:1;所述的碱性试剂与所述的式a化合物的摩尔比为1:1~5:1。
10.根据权利要求1所述的方法,其特征在于:所述偶联反应是在空气气氛或惰性气氛下,于80℃~130℃下反应12~24小时。
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