CN116444410A - 一种桥环类化合物及其制备方法 - Google Patents

一种桥环类化合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种桥环类化合物及其制备方法。本发明提供了一种如式I所示的桥环类化合物，其中，X为Br或I。本发明提供的桥环类化合物的制备方法产率高、易分离、路线短、操作简便、毒性小。

Description

一种桥环类化合物及其制备方法
技术领域
本发明具体涉及一种桥环类化合物及其制备方法。
背景技术
SF5-BCP-I、SF5-BCP-Br分子中一方面含有五氟硫基团，该基团常被认为是“超级三氟甲基”，与三氟甲基相比该基团具有更大的空间位阻和亲脂性，其可以作为含能基团应用于含能材料中，同时也可被应用于生物活性分子的结构改造和修饰；另一方面分子中的碘或溴的存在可以使该分子进一步与其他化合物发生反应，从而合成满足不同需求的SF5-BCP类化合物。此外，双环戊烷(BCP)的特殊结构使其可以作为苯环、叔丁基等结构的电子等排体，这决定了其未来在药物、材料等领域将会具有不可替代的作用。
目前，还未有成功合成出SF5-BCP-I和SF5-BCP-Br这两类物质的报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，填补现有技术中未有成功合成SF5-BCP-I和SF5-BCP-Br的制备方法，而提供一种桥环类化合物及其制备方法。该制备方法产率高、易分离、路线短、操作简便、毒性小。
本发明通过以下技术方案解决上述技术问题：
本发明提供了一种如式I所示的桥环类化合物：
其中，X为Br或I。
本发明还提供了一种如前所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其包括下述步骤：
溶剂中，在碱性添加剂存在的情况下，将氯五氟化硫、螺桨烷和卤化试剂进行反应，得到所述如式I所示的桥环类化合物；其中，X为I或Br。
本发明中，当X为I时，所述氯五氟化硫的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述氯五氟化硫与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(0.2～0.8)：1，更佳地为(0.4～0.6)：1，例如0.5：1。
本发明中，当X为I时，所述卤化试剂的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述卤化试剂与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(1.0～3.0)：1，更佳地为(1.5～2.5)：1，例如2：1。
本发明中，当X为I时，所述碱性添加剂的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述碱性添加剂与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(0.2～0.8)：1，更佳地为(0.4～0.6)：1，例如0.5：1。
本发明中，当X为Br时，所述氯五氟化硫的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述氯五氟化硫与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(0.9～1.2)：1，例如1：1。
本发明中，当X为Br时，所述卤化试剂的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述卤化试剂与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(0.9～1.2)：1，例如1：1。
本发明中，当X为Br时，所述碱性添加剂的用量可为本领域该类反应常规的用量，例如所述碱性添加剂与所述螺桨烷的摩尔比较佳地为(0.9～1.2)：1，例如1：1。
本发明中，所述碱性添加剂可为本领域常规，较佳地为氟化钾、氟化铯、磷酸钾、醋酸钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氨水、三乙胺、叔丁醇钾、碳酸钾、碳酸铯和柠檬酸钠中的一种或多种，例如氟化钾。
本发明中，所述卤化试剂较佳地为碘化试剂或溴化试剂。
其中，所述碘化试剂可为本领域常规，较佳地为二碘甲烷、四碘甲烷、1,2-二碘乙烷、一氯化碘、碘单质、四丁基三碘铵、N-碘代邻苯二甲酰亚胺、N-碘代糖精和苯基三甲基碘化铵中的一种或多种，例如二碘甲烷。
其中，所述溴化试剂可为本领域常规，较佳地为三氯溴甲烷、四溴化碳、1，3-二溴-5，5-二甲基海因、苯基三甲基三溴化铵、三溴化吡啶鎓、二溴异氰尿酸、N-溴酞亚胺、三溴化磷、四丁基三溴化铵、N-溴邻磺酰苯酰亚胺、三溴化氢4-二甲胺吡啶复合物和溴代硝基甲烷中的一种或多种，例如三氯溴甲烷。
本发明中，所述溶剂可为本领域常规使用的溶剂，一般只要不影响反应的进行即可。较佳地，为正己烷和/或乙醚。
本发明中，所述碱性添加剂的摩尔量和所述溶剂的体积之比较佳地为(0.06～0.1)mol/L，更佳地为(0.07～0.09)mol/L。
本发明中，所述氯五氟化硫较佳地以氯五氟化硫的正己烷溶液的形式参与反应。
其中，所述氯五氟化硫的正己烷溶液中，所述氯五氟化硫的摩尔浓度较佳地为(0.05～0.2)mol/L，更佳地为(0.09～0.15)mol/L，例如0.1mol/L或0.13mol/L。
本发明中，所述螺桨烷较佳地以螺桨烷的乙醚溶液的形式参与反应。
其中，所述螺桨烷的乙醚溶液中，所述螺桨烷的摩尔浓度较佳地为(0.2～0.8)mol/L，更佳地为(0.4～0.6)mol/L，例如0.5mol/L。
一较佳实施方案中，当X为I时，所述氯五氟化硫的正己烷溶液中，氯五氟化硫的摩尔浓度为0.13mol/L；所述螺桨烷的乙醚溶液中，螺桨烷的摩尔浓度为0.5mol/L。
一较佳实施方案中，当X为Br时，所述氯五氟化硫的正己烷溶液中，氯五氟化硫的摩尔浓度为0.1mol/L；所述螺桨烷的乙醚溶液中，螺桨烷的摩尔浓度为0.5mol/L。
本发明中，所述反应可在避光条件下或自然光照条件下进行。
本发明中，所述反应的温度可为本领域常规，较佳地为15～35℃，例如20℃、25℃或30℃。
本发明中，所述反应的进程可通过本领域常规方法进行检测，例如HPLC或薄板层析，一般以反应物反应完全作为反应终点，通常与反应的投料量和温度条件有关，本发明在20mmol的螺桨烷的投料量、30℃情况下，反应时间较佳地为2～6h，例如4h。
本发明中，所述反应结束后，一般还包括浓缩和分离提纯。所述浓缩的方式可为本领域常规，例如旋蒸。所述分离提纯的方式较佳地为柱层析分离。
本发明中，所述氯五氟化硫的制备方法可为本领域常规，例如可包括如下步骤：向反应瓶中依次将三氯异氰尿酸、氟化钾、乙腈和硫混合进行反应。
其中，所述三氯异氰尿酸、所述氟化钾和所述硫的摩尔比可为本领域常规，例如4.5：9：1。
其中，所述乙腈的用量可为本领域常规，例如所述硫的摩尔量和所述乙腈的体积之比较佳地为0.2mol/L。
其中，所述反应较佳地在包裹铝箔的厚壁耐压瓶中进行。
其中，所述氟化钾、所述乙腈和所述硫较佳地在手套箱内与三氯异氰尿酸进行混合。
其中，所述反应一般在密封条件下，(剧烈)搅拌。
其中，所述反应的温度可为本领域常规，较佳地为15～35℃，例如20℃、25℃或30℃。
其中，所述反应的进程可通过本领域常规方法进行检测，例如HPLC或薄板层析，一般以反应物反应完全作为反应终点，通常与反应的投料量和温度条件有关，本发明在32mmol的硫的投料量、30℃情况下，反应时间较佳地为10～14h，例如12h。
其中，所述反应结束后，一般还进行降温和分液的操作。所述降温一般采用干冰丙酮浴降温至约-30℃。所述降温后一般还需加入正己烷进行分液。所述分液一般在加入正己烷后密封、室温条件下进行。
本发明中，所述螺桨烷的制备方法可为本领域常规，例如可包括如下步骤：向反应瓶中依次将1,1-二溴-2，2-双(氯甲基)环丙烷、无水乙醚和苯基锂混合进行反应。
其中，所述苯基锂的用量可为本领域常规，例如所述苯基锂与所述1,1-二溴-2，2-双(氯甲基)环丙烷的摩尔比较佳地为(1.5～5)：1，例如2：1或4：1。
其中，所述无水乙醚的用量可为本领域常规，例如所述苯基锂的摩尔量与所述无水乙醚的体积之比较佳地为(1.5～2.5)mol/L，例如2mol/L。
其中，所述1,1-二溴-2，2-双(氯甲基)环丙烷，较佳地在氮气保护条件下与其他反应试剂混合。
其中，无水乙醚加入后且在所述苯基锂加入前，较佳地将反应液冷却至-60～-40℃，例如-45℃。
其中，加入所述苯基锂后，较佳地将反应液在所述冷却的温度下搅拌15～30分钟，例如20分钟，然后在0℃下搅拌，例如2小时。
其中，所述苯基锂的加入方式较佳地为逐滴加入。
其中，所述反应结束后一般还在真空条件下蒸馏得到所述产品。
在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可任意组合，即得本发明各较佳实例。
本发明所用试剂和原料均市售可得。
本发明的积极进步效果在于：该合成方法具有产率高、易分离、路线短、操作简便等优点。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并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。
实验中所用到的氯五氟化硫和螺桨烷的制备方法如下所述：
(1)氯五氟化硫合成方法如下：
向350mL包裹铝箔的厚壁耐压瓶中加入三氯异氰尿酸(33.4g，144mmol)，随后移入手套箱内依次加入氟化钾(16.7g，288mmol)、乙腈(160mL)和硫(1.024g，32mmol)。密封后，移出手套箱，30℃下剧烈搅拌约12小时。使用干冰丙酮浴降温至约-30℃后，开盖加入正己烷(100mL)后密封。撤去干冰浴，恢复室温后，剧烈搅拌5分钟。分液取上层正己烷相，得氯五氟化硫的正己烷溶液(100mL，0.15M)(浓度由19F NMR测定，以三氟甲基苯为内标)。
氯五氟化硫的合成可参考以下文献：1)C.R.Pitts，N.Santschi，A.Togni，WO2019229103，2019；2)J.-Y.Shou，X.-H.Xu，F.-L.Qing，Angew.Chem.Int.Ed.2021，60，15271；3)Angew.Chem.2021，133，15339。
19F NMR(376MHz,nHexane)δ＝126.12(d,J＝151.3Hz),63.41(p,J＝151.3Hz)。
(2)螺桨烷的合成方法如下：
向100mL圆底瓶中加入1,1-二溴-2，2-双(氯甲基)环丙烷(5.94g，20mmol)，用氮气对圆底瓶中的氛围置换三次，并用氮气球保护，然后，在室温条件下加入无水乙醚(20mL)，随后，将反应液冷却至-45℃，逐滴加入苯基锂(1.9M in n-Bu2O，21mL，40mmol，2.0equiv.)，并在该温度下搅拌20分钟，然后转移到冰水浴中，在0℃下搅拌2小时。然后将该反应瓶与真空体系连接进行蒸馏，即可得到溶解在乙醚溶液中的螺桨烷，该螺桨烷产物无需进一步纯化，即可直接使用。
螺桨烷的合成可参考以下文献：R.Gianatassio,J.M.Lopchuk,J.Wang,C.-M.Pan,L.R.Malins,L.Prieto,T.A.Brandt,M.R.Collins,G.M.Gallego,N.W.Sach,J.E.Spangler,H.Zhu,J.Zhu,P.S.Baran,Science 2016,351,241。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ＝1.94(s,6H)。
实施例1
SF5-BCP-I合成路线：
蛋形瓶中加入氟化钾(580mg，10mmol)，氯五氟化硫的正己烷溶液(0.13M，75.0mL，10.0mmol)，螺桨烷的乙醚溶液(0.5M，40.0mL，20.0mmol)，二碘甲烷(3.2mL，40mmol)，加毕，30℃条件下反应4h。旋蒸浓缩，除去溶剂，通过柱层析分离(洗脱剂为PE，即石油醚)得到SF5-BCP-I(2.94g，收率为92％)。
19F NMR(376MHz,CD3Cl)δ76.88(p,1F)，50.97(d,J＝146.9Hz,4F)。
1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ2.73(s,6H)。
质谱：ESI-MS:[M]+319.92。
制备的SF5-BCP-I化合物特性：白色固体，室温、空气氛围(湿度30％～80％)稳定。
实施例2
SF5-BCP-Br合成路线：
蛋形瓶中加入氟化钾(580mg,10mmol)，氯五氟化硫的正己烷溶液(0.1M，100mL，10mmol)，螺桨烷的乙醚溶液(0.5M，20mL，10mmol)，三氯溴甲烷(1.0mL，10mmol)，加毕，30℃条件下反应4h。旋蒸浓缩，除去溶剂，通过柱层析分离(洗脱剂为PE，即石油醚)得到SF5-BCP-Br(2.32g，收率为85％)。
19F NMR(376MHz,CD3Cl)δ77.79(p,1F)，53.69(d,J＝147.7Hz,4F)。
1H NMR(400MHz,CD3Cl)δ2.73(s,6H)。
制备的SF5-BCP-Br化合物特性：白色固体，室温、空气氛围(湿度30％～80％)稳定。
质谱：ESI-MS:[M-SF5]+144.96。

Claims (10)

1.一种如式I所示的桥环类化合物，其特征在于：
其中，X为Br或I。
2.一种如权利要求1所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，其包括下述步骤：
溶剂中，在碱性添加剂存在的情况下，将氯五氟化硫、螺桨烷和卤化试剂进行反应，得到所述如式I所示的桥环类化合物；其中，X为I或Br。
3.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，当X为I时，所述制备方法满足以下条件中的一种或多种：
条件(1)所述氯五氟化硫与所述螺桨烷的摩尔比为(0.2～0.8)：1，较佳地为(0.4～0.6)：1，例如0.5：1；
条件(2)所述卤化试剂与所述螺桨烷的摩尔比为(1.0～3.0)：1，较佳地为(1.5～2.5)：1，例如2：1；和
条件(3)所述碱性添加剂与所述螺桨烷的摩尔比为(0.2～0.8)：1，较佳地为(0.4～0.6)：1，例如0.5：1。
4.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，当X为Br时，所述制备方法满足以下条件中的一种或多种：
条件(4)所述氯五氟化硫与所述螺桨烷的摩尔比为(0.9～1.2)：1，例如1：1；
条件(5)所述卤化试剂与所述螺桨烷的摩尔比为(0.9～1.2)：1，例如1：1；和
条件(6)所述碱性添加剂与所述螺桨烷的摩尔比为(0.9～1.2)：1，例如1：1。
5.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述碱性添加剂为氟化钾、氟化铯、磷酸钾、醋酸钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氨水、三乙胺、叔丁醇钾、碳酸钾、碳酸铯和柠檬酸钠中的一种或多种，例如氟化钾；
和/或，所述卤化试剂为碘化试剂或溴化试剂。
6.如权利要求5所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述碘化试剂为二碘甲烷、四碘甲烷、1,2-二碘乙烷、一氯化碘、碘单质、四丁基三碘铵、N-碘代邻苯二甲酰亚胺、N-碘代糖精和苯基三甲基碘化铵中的一种或多种，例如二碘甲烷；
所述溴化试剂为三氯溴甲烷、四溴化碳、1，3-二溴-5，5-二甲基海因、苯基三甲基三溴化铵、三溴化吡啶鎓、二溴异氰尿酸、N-溴酞亚胺、三溴化磷、四丁基三溴化铵、N-溴邻磺酰苯酰亚胺、三溴化氢4-二甲胺吡啶复合物和溴代硝基甲烷中的一种或多种，例如三氯溴甲烷。
7.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述溶剂为正己烷和/或乙醚；
和/或，所述碱性添加剂的摩尔量和所述溶剂的体积之比为(0.06～0.1)mol/L，较佳地为(0.07～0.09)mol/L。
8.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述氯五氟化硫以氯五氟化硫的正己烷溶液的形式参与反应；
所述氯五氟化硫的正己烷溶液中，所述氯五氟化硫的摩尔浓度较佳地为(0.05～0.2)mol/L，更佳地为(0.09～0.15)mol/L，例如0.1mol/L或0.13mol/L。
9.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述螺桨烷以螺桨烷的乙醚溶液的形式参与反应；
所述螺桨烷的乙醚溶液中，所述螺桨烷的摩尔浓度较佳地为(0.2～0.8)mol/L，更佳地为(0.4～0.6)mol/L，例如0.5mol/L。
10.如权利要求2所述的如式I所示的桥环类化合物的制备方法，其特征在于，所述反应的温度为15～35℃，例如20℃、25℃或30℃。
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