CN115850030A - 利用可见光-银盐多相光催化合成环丁烷类木脂素的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及利用可见光‑银盐多相光催化合成环丁烷类木脂素的方法,该方法在可见光光照、Ag3PO4催化、无添加剂的温和条件下,通过芳香烯烃化合物参与的环化反应,实现了环丁烷类木脂素化合物高效绿色合成。
Description
技术领域
本发明涉及可见光-银盐多相光催化合成环丁烷类木脂素,属于物理有机化学合成技术领域。
背景技术
环丁烷类木脂素化合物是许多具有生物活性分子的重要结构基元,是化学合成中十分有价值的中间体。含有环丁烷结构的化合物(式I)存在于许多天然产物如萜烯、类固醇、脂肪酸、木脂素之中。含有环丁烷结构的化合物在化学合成中可以发生环裂解反应来生成各种大环、杂环和开环产物。药物研究也发现含有环丁烷结构的化合物是一类非常有临床意义的治疗药物,它们的活性可归因于分子的结构刚性,不同取代基的环丁烷具有特定的空间排列,这在药物设计之中有着举足轻重的意义。因此,高效的合成含有环丁烷结构的化合物被认为是特别有用的转化。
在过去十年中,利用简单和容易获得的烯烃的环加成反应,获得了环丁烷骨架的化合物,这些反应利用烯烃作为起始原料,反应具有百分之百的原子经济性,因此展现出了巨大的工业应用潜力,近年来催化对映选择性环加成反应合成环丁烷化合物陆续被报道。环加成反应是一种功能强大的有机转化反应,它能方便、多功能地合成高度理想的碳环或杂环结构基元。因此,许多巧妙的环加成反应已被化学家报道,并成功地应用于天然产物的全合成。其中,以烯烃为原料的[2+2]环加成反应以其较高的原子经济性和环境友好性引起了化学家的广泛关注。
然而,与五元环和六元环的合成方法相比,四元碳环的合成难度比较大,方法也较少,阻碍了对生物活性的的探索。光化学介导的环加成反应是合成含有多元复杂环结构的一种非常有效的方法,但利用光环化反应进行孤立烯烃的化学选择性二聚反应的方法报道甚少。受Yoon、Nicewice的工作的启发,化学家利用Cr(III)络合物、黄素衍生物、硫杂蒽盐、芴酮在内的具有不同结构的均相光催化剂进一步发展了有机环加成反应。在大多数情况下,在牺牲试剂的帮助下,激发的均相光催化剂在底物存在时充当氧化剂,然后产生自由基阳离子,形成结构多样的化合物。过渡金属配合物和有机染料作为可见光吸收催化剂被广泛的用于光氧化还原转化。然而,由于它们与强酸性或碱性反应介质、强亲核试剂、亲电试剂或活性自由基中间体不相容,例如与C(sp3)自由基容易与fac-Ir(ppy)3反应,最终导致催化剂失活。有机光催化剂(如伊红Y)的光物理性质随着溶液pH值的变化而急剧变化,在亲核试剂如胺、乙酸酯、磷酸盐或氰化物离子的存在下,吖啶、三芳基吡啶盐和喹啉染料会失活。
与均相光催化剂和氧化剂相比,非均相光催化剂在相对恶劣的条件下化学稳定高,半导体材料在光和化学上对其他活性自由基和亲核试剂都是稳定的,并且易于回收。具有适当带隙的非均相光催化剂在光的照射下产生电子-空穴对,电子-空穴对进行氧化还原反应。以空穴主要氧化中心的非均相有机光催化剂氮化碳、微孔高分子聚合物和无机半导体二氧化钛等应用于可见光催化的烯烃环加成反应。银盐是一种优异的半导体催化剂,它们具有合适的导带价带位置,但是目前银盐多用于污染物降解、光催化水产氧等,在合成化学方面的报道还较少。
目前还没有关于均相或多相光催化剂能在温和条件下使用催化量的银盐来有效地完成同源烯烃分子2+2环加成、异源烯烃分子2+2环加成、分子内2+2环加成的报道。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷和不足,本发明提供利用可见光-银盐多相光催化合成环丁烷类木脂素的方法。该方法在可见光或太阳光光照、Ag3PO4催化、无添加剂的温和条件下,通过芳香烯烃化合物参与的环化反应,实现了环丁烷类木脂素化合物高效绿色合成。
本发明的技术方案如下:
环丁烷类木脂素化合物,具有如下式Ⅱ所示结构:
式Ⅱ中,Ar为苯基或取代的苯基,R1、R2相同或不同,R1为烷基,R2为氢或者烷基。
根据本发明,优选的,环丁烷类木脂素化合物选自如下其中之一:
根据本发明优选的,上述环丁烷类木脂素化合物的合成方法,包括步骤如下:
在氮气氛围下,将化合物a、化合物b、Ag3PO4混合,加入溶剂,混合均匀,得到混合物,向混合物中冲入氮气,在-30℃~30℃下搅拌20-40min,然后置于可见光照射下,待反应完成后,提纯,即得到目标化合物。
根据本发明优选的,反应过程中,通过薄层层析技术TLC跟踪反应进程。
根据本发明优选的,化合物a具有如下结构:
化合物b具有如下结构:
R1独立选自烷基,R2独立选自氢或者烷基。
根据本发明优选的,化合物a为现有技术,也可按如下方法制得:
在N2保护下下,将1.3当量三苯基乙基溴化磷溶于0.5M乙醚中,随后将反应体系冷却至-78℃,逐滴加入1.5当量正丁基锂,反应混合物在-78℃下搅拌1小时,然后缓慢滴加富电子芳香醛,升温速率5℃/min升至室温,并在室温下搅拌8小时,待薄层层析技术显示反应完成后,通过饱和氯化铵溶液淬灭反应混合物,反应混合液用大量乙醚萃取至无色,有机层用饱和食盐水洗涤并经无水硫酸镁干燥,旋转蒸发浓缩,浓缩液经过柱层析提纯,洗脱剂为正己烷:乙醚=50:1,得到化合物a,或经重结晶,得到化合物a。
根据本发明优选的,化合物a与化合物b的摩尔比为1:(1.0-3.0)。
根据本发明优选的,化合物a与化合物b的摩尔比为1:1.5。
根据本发明优选的,Ag3PO4的用量为化合物a的0.01-0.5当量。
根据本发明优选的,Ag3PO4按以下方法制备得到:
1)将10mmol AgNO3或者AgOAc溶于100mL去离子水,缓慢滴加30%氨水至反应溶液由灰色变为无色,得到银盐溶液;
2)将5mmol Na3PO4或NaH2PO4或Na2HPO4溶于100mL去离子水配成溶液,将配成的溶液缓慢滴加到银盐溶液中,滴加完毕,将混合液置于50℃水浴中剧烈搅拌1h,离心,用去离子水洗涤沉淀三次,烘干,得到Ag3PO4。
根据本发明优选的,所述的溶剂为六氟异丙醇HFIP。
根据本发明优选的,Ag3PO4与溶剂的质量体积比为(15-25):(1-5),单位mg/mL。
根据本发明优选的,可见光光源波长为395-490nm。
根据本发明优选的,可见光光源波长为425nm。
根据本发明优选的,反应时间为4-10h。
根据本发明优选的,反应温度为0℃。
本发明优选的,提纯方法如下:
反应结束后,反应混合物通过硅藻土或者针式滤头过滤掉催化剂,所得滤液经旋转蒸发仪浓缩,粗产品经过柱层析,柱层析的洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1,即得到目标化合物。
根据本发明,所述的可见光-银盐多相光催化合成环丁烷类木脂素在药物研发、有机合成等领域应用非常广泛。至今已有多种环丁烷类木脂素已经进入临床实验阶段。
本发明的环丁烷类木脂素化合物的合成路线如下:
本发明的有益效果:
1、本发明制得的光催化剂Ag3PO4为异相可见光无机半导体催化剂,微观结构为正立方体结构,比表面积大催化活性位点多,可以催化烯烃的同源二聚反应、异源二聚反应、分子内环化反应,本发明利用可见光激发Ag3PO4,利用光生空穴来氧化廉价易得的烯烃化合物在温和条件下实现环加成反应来制备环丁烷类木脂素化合物,为生物活性研究与药物研究领域奠定了基础。
2、本发明反应条件温和,具有优异的立体选择性,在可见光照射下0℃即可进行。异相光催化剂Ag3PO4容易制备,并且可以循环利用,富电子茴香烯类化合物可直接商业购得。该方法原子经济性高,不需要添加额外的添加剂。该转化提供了大量对称和不对称的环丁烷,该反应可在太阳光照射下,50克规模的分离收率为90%。Ag3PO4可循环使用至少5次,效率无明显下降,使用后可使用环保的过氧化氢进行再生重复利用。
附图说明
图1为实施例1制得的Ag3PO4粉末的XRD衍射图;
图2为实施例1制得的Ag3PO4粉末的SEM图;
图3为实施例2制得的产物的1H-NMR谱图;
图4为实施例2制得的产物的13C-NMR谱图;
图5为实施例3制得的产物的1H-NMR谱图;
图6为实施例3制得的产物的13C-NMR谱图;
图7为实施例4制得的产物的1H-NMR谱图;
图8为实施例4制得的产物的13C-NMR谱图;
图9为实施例5制得的产物的1H-NMR谱图;
图10为实施例5制得的产物的13C-NMR谱图;
图11为实施例6制得的产物的1H-NMR谱图;
图12为实施例6制得的产物的13C-NMR谱图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做进一步说明,但不限于此。
实施例1、
Ag3PO4的制备方法:
1)将10mmol AgNO3溶于100mL去离子水,缓慢滴加30%氨水至反应溶液由灰色变为无色,得到银盐溶液;
2)将5mmol Na2HPO4溶于100mL去离子水配成溶液,将配成的溶液缓慢滴加到银盐溶液中,滴加完毕,将混合液置于50℃水浴中剧烈搅拌1h,离心,用去离子水洗涤沉淀三次,烘干,得到Ag3PO4。
该实施例制得的Ag3PO4粉末的XRD衍射图如图1所示,SEM图如图2所示,形貌结构图,通过图2可以看出,Ag3PO4粉末微观结构为正立方体结构,比表面积大催化活性位点多。
实施例2、
4,4'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(2-chloro-1-methoxybenzene)
制备方法如下:
在10mL Schlenk管中,加入3-氯4-甲氧基丙烯基苯(1mmol,183mg)和Ag3PO4(20mg),氮气抽换气三次后,在氮气氛围中加入六氟异丙醇(3mL),添加一个氮气气球作为保护,反应管冷却至0℃后,在0℃条件下搅拌30分钟,然后将反应管置于425nm LED灯下照射,全程用恒温反应浴来保持温度,通过薄层层析板来追踪反应进程,待反应完成后,反应混合物用硅藻土或者有机滤头过滤反应液,所得滤液通过旋转蒸发除去溶剂,粗产品经过柱层析(洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1),得到白色固体纯品;
即为:4,4'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(2-chloro-1-methoxybenzene),收率为85%。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.21(d,J=1.9Hz,2H),7.02(dd,J=8.4,1.9Hz,2H),6.84(d,J=8.4Hz,2H),3.86(s,6H),2.74(dd,J=5.6,3.3Hz,2H),1.81(dd,J=9.8,4.9Hz,2H),1.17(d,J=5.7Hz,6H).
13C NMR(126MHz,CDCl3):δ153.37,136.48,128.40,126.03,122.24,112.01,56.15,52.20,43.16,18.68.
实施例3、4,4'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(1,3-dimethoxybenzene)
制备方法如下:
在10mL Schlenk管中,加入2,4-二甲氧基丙烯基苯(1mmol,179mg)和Ag3PO4(20mg),氮气抽换气三次后,在氮气氛围中加入六氟异丙醇(3mL),添加一个氮气气球作为保护,反应管冷却至0℃后,在0℃条件下搅拌30分钟,然后将反应管置于425nm LED灯下照射,全程用恒温反应浴来保持温度,通过薄层层析板来追踪反应进程,待反应完成后,反应混合物用硅藻土或者有机滤头过滤反应液,所得滤液通过旋转蒸发除去溶剂,粗产品经过柱层析(洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1)得到白色固体纯品,即为:4,4'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(1,3-dimethoxybenzene),收率为84%。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.20(d,J=8.4Hz,2H),6.43(dd,J=8.3,2.4Hz,2H),6.38(d,J=2.3Hz,2H),3.76(s,6H),3.68(s,6H),3.30–3.17(m,2H),1.74(q,J=5.0Hz,2H),1.16(d,J=5.9Hz,6H).
13C NMR(126MHz,CDCl3):δ158.73,158.43,127.71,124.96,103.69,98.16,55.25,55.06,44.84,43.41,19.19.
实施例4、
5,5'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(1,2,4-trimethoxybenzene)
制备方法如下:
在10mL Schlenk管中,加入2,4,5-三甲氧基丙烯基苯(1mmol,209mg)和Ag3PO4(20mg),氮气抽换气三次后,在氮气氛围中加入六氟异丙醇(3mL),添加一个氮气气球作为保护,反应管冷却至0℃后,在0℃条件下搅拌30分钟,然后将反应管置于425nm LED灯下照射,全程用恒温反应浴来保持温度,通过薄层层析板来追踪反应进程,待反应完成后,反应混合物用硅藻土或者有机滤头过滤反应液,所得滤液通过旋转蒸发除去溶剂,粗产品经过柱层析(洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1)得到白色固体纯品;即为5,5'-((1S,2S,3R,4R)-3,4-dimethylcyclobutane-1,2-diyl)bis(1,2,4-trimethoxybenzene),收率为81%
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ6.95(s,2H),6.47(s,2H),3.86(d,J=12.0Hz,12H),3.69(s,6H),3.27(d,J=9.0Hz,2H),1.77(q,J=5.1Hz,2H),1.19(d,J=5.9Hz,6H).
13C NMR(126MHz,CDCl3):δ151.57,147.44,143.01,123.79,112.17,97.77,56.63,56.44,56.08,45.26,43.38,18.98.
实施例5、1-((1S,2S,3R)-2-(4-methoxyphenyl)-3-methylcyclobutyl)-2-methylbenzene
制备方法如下:
在10mL Schlenk管中,加入茴香烯(1mmol,150mg),2-甲基苯乙烯(1.5mmol)和Ag3PO4(20mg),氮气抽换气三次后,在氮气氛围中加入六氟异丙醇(3mL),添加一个氮气气球作为保护,反应管冷却至0℃后,在0℃条件下搅拌30分钟,然后将反应管置于425nm LED灯下照射,全程用恒温反应浴来保持温度,通过薄层层析板来追踪反应进程,待反应完成后,反应混合物用硅藻土或者有机滤头过滤反应液,所得滤液通过旋转蒸发除去溶剂,粗产品经过柱层析(洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1)得到白色固体纯品,即为:1-((1S,2S,3R)-2-(4-methoxyphenyl)-3-methylcyclobutyl)-2-methylbenzene,收率为91%。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.29(d,J=7.7Hz,1H),7.20–7.11(m,3H),7.09–7.04(m,2H),6.81(d,J=8.6Hz,2H),3.73(s,3H),3.51(q,J=9.9Hz,1H),3.11(t,J=9.5Hz,1H),2.64–2.51(m,1H),2.38–2.26(m,1H),2.17(s,3H),1.53(q,J=10.1Hz,1H),1.18(d,J=6.5Hz,3H).
13C NMR(126MHz,CDCl3):δ158.01,142.24,135.97,135.86,129.92,127.70,125.84,125.77,125.67,113.68,55.13,53.31,41.67,35.61,34.64,20.56,19.77.
实施例6、
(1S,2R,5S,6S,7S)-7-(4-bromophenyl)-6-(4-methoxyphenyl)-2-methyl-3-oxabicyclo[3.2.0]hep tane
制备方法如下:
在10mL Schlenk管中,加入二烯丙基醚(1mmol,373mg)和Ag3PO4(20mg),氮气抽换气三次后,在氮气氛围中加入六氟异丙醇(3mL),添加一个氮气气球作为保护,反应管冷却至0℃后,在0℃条件下搅拌30分钟,然后将反应管置于425nm LED灯下照射,全程用恒温反应浴来保持温度,通过薄层层析板来追踪反应进程,待反应完成后,反应混合物用硅藻土或者有机滤头过滤反应液,所得滤液通过旋转蒸发除去溶剂,粗产品经过柱层析(洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1)得到白色固体纯品,即为:(1S,2R,5S,6S,7S)-7-(4-bromophenyl)-6-(4-methoxyphenyl)-2-methyl-3-oxabicyclo[3.2.0]heptane,收率为85%。
1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.20(d,J=8.4Hz,2H),6.84(d,J=8.6Hz,2H),6.78(d,J=8.4Hz,2H),6.65(d,J=8.7Hz,2H),4.34(q,J=6.5Hz,1H),4.07–3.97(m,2H),3.70(d,J=7.4Hz,5H),3.24(dtd,J=7.6,4.9,3.7,1.8Hz,1H),2.92(dd,J=8.1,4.6Hz,1H),1.17(d,J=6.5Hz,3H).
13C NMR(126MHz,CDCl3):δ157.60,140.02,132.56,130.73,129.70,128.95,119.36,113.31,80.87,71.61,55.08,48.37,46.41,46.34,42.37,19.30.
试验例1
同实施例5所述方法,不同之处在于,将Ag3PO4分别替换为AgCl、AgBr、AgI、C3N4、AgI/Ag3PO4、CdS,不同催化剂对反应产率的影响,如表1-1所示。
表1-1催化剂对反应的影响
从表1-1实验结果可以看出,Ag3PO4为该反应的最佳催化剂,其他催化剂均会使产率大大降低。
试验例2
同实施例5所述方法,不同之处在于,将六氟异丙醇分别替换为乙腈MeCN、硝基甲烷MeNO2、二氯甲烷DCM、丙酮Aceton、四氢呋喃THF,不同溶剂对反应产率的影响,如表1-2所示。
表1-2溶剂对反应的影响
从表1-2实验结果可以看出,替换溶剂要么不反应,要么产率很低。
试验例3
同实施例5所述方法,不同之处在于,替换不同波长,不同波长对反应的影响,如表1-3所示。
表1-3波长对反应的影响
从表1-3实验结果可以看出,本发明催化的最优的波长为425nm。
Claims (10)
3.利用可见光-银盐多相光催化合成权利要求1所述的环丁烷类木脂素化合物的方法,包括步骤如下:
在氮气氛围下,将化合物a、化合物b、Ag3PO4混合,加入溶剂,混合均匀,得到混合物,向混合物中冲入氮气,在-30℃~30℃下搅拌20-40min,然后置于可见光照射下,待反应完成后,提纯,即得到目标化合物。
5.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,化合物a与化合物b的摩尔比为1:(1.0-3.0),优选的,化合物a与化合物b的摩尔比为1:1.5。
6.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,Ag3PO4的用量为化合物a的0.01-0.5当量。
7.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,Ag3PO4按以下方法制备得到:
1)将10mmol AgNO3或者AgOAc溶于100mL去离子水,缓慢滴加30%氨水至反应溶液由灰色变为无色,得到银盐溶液;
2)将5mmol Na3PO4或NaH2PO4或Na2HPO4溶于100mL去离子水配成溶液,将配成的溶液缓慢滴加到银盐溶液中,滴加完毕,将混合液置于50℃水浴中剧烈搅拌1h,离心,用去离子水洗涤沉淀三次,烘干,得到Ag3PO4。
8.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,所述的溶剂为六氟异丙醇HFIP,Ag3PO4与溶剂的质量体积比为(15-25):(1-5),单位mg/mL。
9.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,可见光光源波长为395-450nm,优选的,可见光光源波长为425nm,反应时间为4-10h,搅拌温度为0℃。
10.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,提纯方法如下:
反应结束后,反应混合物通过硅藻土或者针式滤头过滤掉催化剂,所得滤液经旋转蒸发仪浓缩,粗产品经过柱层析,柱层析的洗脱剂为正己烷:乙醚=20:1,即得到目标化合物。
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