CN117987851A - 一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法 - Google Patents

一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法 Download PDF

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CN117987851A CN202410069353.0A CN202410069353A CN117987851A CN 117987851 A CN117987851 A CN 117987851A CN 202410069353 A CN202410069353 A CN 202410069353A CN 117987851 A CN117987851 A CN 117987851A
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Abstract

本发明公开了一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3‑b]喹啉类化合物的方法。本发明以含有氨基的吲哚衍生物为底物，以季铵碘盐为催化剂，以水为溶剂，在恒定电流下进行电化学反应得到吲哚并[2,3‑b]喹啉类化合物。季铵碘盐为十二烷基三甲基碘化铵、十二烷基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基碘化铵中的一种。电化学反应的温度为60℃，时间为6～24h，电流为30mA；电化学反应的阳极和阴极均为铂电极。方法可完全避免反应时加入任何有机溶剂，无需额外添加氧化剂和电解质。起始原料和催化剂均为工业化商品，简单易得，来源广泛，适合工业化推广。

Description

一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法
技术领域
本发明涉及有机化学技术领域，具体涉及一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法。
背景技术
吲哚并[2,3-b]喹啉衍生物广泛存在于许多天然产物以及药物分子中，具有丰富的生物和药物活性，如抗菌、抗肿瘤、抗疟疾、降血糖等活性(Curr.Org.Chem.,2011,5,1036–1057；Eur.J.Org.Chem.,2014,7979–8003；Curr.Top.Med.Chem.,2015,15,1683–1707)。因此，合成化学家和药物学家一直在积极地研究这类化合物高效合成的新方法。
近年来，碘单质或碘化物介导的分子内偶联反应已成为合成化学中的热门研究领域之一，所涉及的方法通常具有无需过渡金属、反应条件温和、实验操作简便等诸多优点，为一些医药中间体和生物活性分子骨架的绿色高效构建提供了一种常用的有效手段。目前，碘单质或碘化物介导的分子内反应合成吲哚并[2,3-b]喹啉衍生物的方法仅有少数几例报道，代表性方法有：2016年，Sekar等人以磺酰基保护的芳胺为底物，乙腈为溶剂，利用化学计量碘单质与碳酸铯的组合，实现了此类物质的合成(Org.Biomol.Chem.,2016,14,2297–2305)；2021年，Ishihara等人以磺酰基保护的芳胺为底物，甲苯为溶剂，利用催化量TBAI(四丁基碘化铵)与化学计量TBHP(过氧化叔丁醇)组成的催化氧化体系，实现了分子内C-N偶联/芳构化反应(Asian J.Org.Chem.,2021,10,164–169)；同年，Jia等人以磺酰基保护的芳胺为底物，六氟异丙醇为溶剂，在化学计量有机高价碘PhI(OAc)2的作用下，实现了吲哚并[2,3-b]喹啉衍生物的合成(RSC Adv.,2021,11,17206–17211)。总的来说，上述方法均存在以下不足：(1)依赖于以有机溶剂作反应介质，从绿色化学的角度来看仍有很大的提升空间；(2)需要将底物中芳香胺的自由氨基用磺酰基进行保护，在反应中再通过芳构化过程脱去，导致反应的步骤经济性不足；(3)依赖于化学计量过氧化物或碘试剂的使用，反应安全性和碘的原子经济性有待提升。
电化学反应降低了化学反应的污染，在绿色化学领域愈加受到重视。申请号为：202111390084.0的专利公开了一种电化学条件下合成吲哚并喹啉类化合物的方法，以正四丁基溴化铵为催化剂，在碱添加剂作用下，以六氟异丙醇/甲醇混合液为反应溶剂，进行电化学反应合成吲哚并喹啉类化合物。该方法需要碱添加剂，还需要有机化合物做溶剂，合成成本高，且有机溶剂不符合绿色化学的要求。因此，需要一种以水为溶剂，无需碱添加剂的电化学反应来合成吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物，使反应安全无污染，符合绿色化学的要求。
发明内容
针对上述现有技术，本发明的目的是提供一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法。本发明以水为溶剂，以季铵碘盐为催化剂，在恒定电流下一步反应即可得到产物，反应更加经济、绿色，提高了碘试剂的原子经济性和反应安全性。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法，所述方法为：
以含有氨基的吲哚衍生物为底物，以季铵碘盐为催化剂，以水为溶剂，进行电化学反应得到吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物。
优选的，所述含有氨基的吲哚衍生物的结构式如式I所示：
其中，R1为氢、氯、甲基、甲氧基、酯基、氰基、酰胺基、三氟甲基中的一种；R2为氢、甲基、烯丙基、苯基中的一种；R3为氢、溴、甲基、甲氧基中的一种；R4为氢、甲基、苯基中的一种。
优选的，所述含有氨基的吲哚衍生物为所述含有氨基的吲哚衍生物选自2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(4-氯-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1,5-二甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(5-甲氧基-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-5-羧酸甲酯，3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-6-腈，3-(2-氨基苄基)-N,1-二甲基-N-苯基-1H-吲哚-5-甲酰胺，2-[(1-甲基-6-三氟甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1-苯基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1-烯丙基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，4-甲氧基-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，5-溴-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-甲基-6-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[1-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)乙基]苯胺或2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)(苯基)甲基]苯胺。
优选的，所述季铵碘盐为十二烷基三甲基碘化铵、十二烷基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基碘化铵中的一种。
更为优选的，所述季铵碘盐为十六烷基三甲基碘化铵。
优选的，所述催化剂和底物摩尔比为5～20：100；所述底物和溶剂的加入量之比为1mmol：20mL。
优选的，所述电化学反应的温度为60℃，时间为6～24h。
优选的，所述电化学反应的阳极和阴极均为铂电极。
优选的，所述电化学反应的电流为30mA。
优选的，反应完成后，用乙酸乙酯萃取反应混合液，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩，通过柱层析法纯化粗产品，得到吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物。
本发明的有益效果：
本发明以吲哚衍生的含有自由氨基的化合物为原料，廉价易制备的季铵碘盐为催化剂，水作为溶剂，在单池恒电流下电解即可得到吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物。该方法可完全避免反应时加入任何有机溶剂，无需额外添加氧化剂和电解质。起始原料和催化剂均为工业化商品，简单易得，来源广泛。反应步骤简单、原子经济性好、反应条件温和、操作简便、底物适用范围广等特点。此外，本发明制备方法的反应介质(比如含有十六烷基三甲基碘化铵的水溶液)循环性能好，反应规模易于扩大，产物分离简单，适于工业化生产。
附图说明
图1为实施例2所得目标产物的核磁共振氢谱；
图2为实施例2所得目标产物的核磁共振碳谱；
图3为实施例3所得目标产物的核磁共振氢谱；
图4为实施例3所得目标产物的核磁共振碳谱；
图5为实施例6所得目标产物的核磁共振氢谱；
图6为实施例6所得目标产物的核磁共振碳谱；
图7为实施例12所得目标产物的核磁共振氢谱；
图8为实施例12所得目标产物的核磁共振碳谱；
图9为实施例15所得目标产物的核磁共振氢谱；
图10为实施例15所得目标产物的核磁共振碳谱。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
正如背景技术部分介绍的，目前采用电化学方式制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的报道较少，并且都采用有机溶剂进行反应，并且底物的范围有很大局限性或反应条件苛刻。
基于此，本发明的目的是提供一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法。本发明以含有氨基的吲哚衍生物为底物，以水为溶剂，以季铵碘盐为催化剂，在恒定电流下一步反应即可得到产物。合成路线如下所示：
本发明中季铵碘盐既是催化剂又作为电化学反应的电解质，因此催化剂的选择非常重要。在研发过程中尝试了除十二烷基三甲基碘化铵、十二烷基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基碘化铵之外的其他季铵盐，或碘化物，但效果均不理想。要么产率很低，或者几乎不发生反应。经研究发现，含有疏水长碳链的季铵碘盐能在以水为溶剂的电化学反应中发挥独特作用，大大提高反应效率和产率。此外，电化学反应的电极也影响反应的进行，在前期试验中，使用了很多电化学常用电极，但有些电极进行电化学反应，产率很低或者只有痕量产物。经研究发现，以铂电极分别作为阳极和阴极使用，可以大幅提高产率。
为了使得本领域技术人员能够更加清楚地了解本申请的技术方案，以下将结合具体的实施例详细说明本申请的技术方案。
说明：本申请所用的水为蒸馏水。
本发明实施例中所用的试验材料均为本领域常规的试验材料，均可通过商业渠道购买得到。
实施例1：6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,47.2mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为90％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.33(s,1H),8.08(d,J＝8.5Hz,1H),7.89(d,J＝7.6Hz,1H),7.79(d,J＝8.1Hz,1H),7.64(t,J＝7.6Hz,1H),7.43(t,J＝7.6Hz,1H),7.34(t,J＝7.4Hz,1H),7.19–7.13(m,2H),3.72(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.5(s),146.6(s),142.6(s),128.7(s),128.5(s),127.9(s),127.4(s),127.1(s),124.0(s),122.8(s),121.2(s),120.2(s),119.8(s),118.0(s),108.5(s),27.5(s)。
实施例2：10-氯-6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(4-氯-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,54.0mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为84％。实施例2所得目标产物的核磁共振氢谱如图1所示，核磁共振碳谱如图2所示。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.17(s,1H),8.13(d,J＝8.5Hz,1H),8.04(d,J＝8.1Hz,1H),7.75(t,J＝7.6Hz,1H),7.48(t,J＝7.7Hz,2H),7.31(d,J＝8.0Hz,1H),7.27(d,J＝7.2Hz,1H),3.99(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.4(s),146.9(s),144.0(s),130.8(s),130.1(s),129.5(s),129.1(s),128.4(s),127.6(s),124.4(s),123.3(s),120.8(s),118.1(s),117.2(s),107.1(s),28.1(s)。
实施例3：6,9-二甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1,5-二甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,50.0mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应9h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为87％。实施例3所得目标产物的核磁共振氢谱如图3所示，核磁共振碳谱如图4所示。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.64(s,1H),8.13(d,J＝8.5Hz,1H),7.98(d,J＝8.1Hz,1H),7.93(s,1H),7.71(t,J＝7.6Hz,1H),7.45(t,J＝7.4Hz,1H),7.39(d,J＝8.1Hz,1H),7.29(d,J＝8.2Hz,1H),3.95(s,3H),2.56(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.1(s),146.9(s),141.1(s),129.5(s),129.3(s),128.9(s),128.6(s),127.5(s),127.3(s),124.1(s),122.9(s),121.7(s),120.5(s),118.3(s),108.5(s),27.9(s),21.5(s).
实施例4：9-甲氧基-6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(5-甲氧基-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,53.2mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应10h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到淡黄色固体产物，分离产率为94％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ8.56(s,1H),8.12(d,J＝8.4Hz,1H),7.94(d,J＝7.8Hz,1H),7.71(t,J＝6.9Hz,1H),7.58(s,1H),7.43(t,J＝6.8Hz,1H),7.23(d,J＝8.5Hz,1H),7.17(d,J＝8.0Hz,1H),3.92(s,3H),3.88(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ154.2(s),153.0(s),146.9(s),137.5(s),128.9(s),128.6(s),127.4(s),127.3(s),123.8(s),122.7(s),120.7(s),118.2(s),116.1(s),109.3(s),105.5(s),56.2(s),27.7(s)。
实施例5：6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉-9-甲酸甲酯的制备
向配有磁子的反应管中依次加入3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-5-羧酸甲酯(0.2mmol,58.8mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为76％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.70(s,1H),8.58(s,1H),8.20(d,J＝8.5Hz,1H),8.09(d,J＝8.5Hz,1H),7.92(d,J＝8.1Hz,1H),7.71(t,J＝7.6Hz,1H),7.45(t,J＝7.4Hz,1H),7.27(d,J＝9.0Hz,1H),3.97(s,3H),3.87(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ167.5(s),153.0(s),147.0(s),145.6(s),129.8(s),129.3(s),128.7(s),127.9(s),127.7(s),124.4(s),123.5(s),123.4(s),121.8(s),120.2(s),117.7(s),108.2(s),52.2(s),27.9(s)。
实施例6：6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉-8-碳腈的制备
向配有磁子的反应管中依次加入3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-6-腈(0.2mmol,52.2mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应18h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到淡黄色固体产物，分离产率为75％。实施例6所得目标产物的核磁共振氢谱如图5所示，核磁共振碳谱如图6所示。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.67(s,1H),8.11(d,J＝8.1Hz,2H),7.96(d,J＝8.1Hz,1H),7.77(t,J＝7.6Hz,1H),7.57(s,1H),7.55–7.46(m,2H),3.92(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.9(s),147.7(s),142.0(s),130.2(s),129.3(s),128.9(s),127.9(s),124.2(s),124.2(s),123.8(s),123.4(s),121.9(s),119.7(s),116.6(s),112.3(s),110.5(s),27.9(s)。
实施例7：N,6-二甲基-N-苯基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉-9-羧酰胺的制备
向配有磁子的反应管中依次加入3-(2-氨基苄基)-N,1-二甲基-N-苯基-1H-吲哚-5-甲酰胺(0.2mmol,73.8mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应10h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为93％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ8.55(s,1H),8.25(s,1H),8.10(d,J＝8.4Hz,1H),7.97(d,J＝8.1Hz,1H),7.71(t,J＝7.5Hz,1H),7.49–7.42(m,2H),7.24(t,J＝7.5Hz,2H),7.16–7.09(m,4H),3.89(s,3H),3.59(s,3H)。
13C NMR(151MHz,CDCl3)δ170.9(s),153.1(s),147.0(s),145.8(s),143.6(s),129.5(s),129.4(s),129.2(s),128.7(s),127.8(s),127.7(s),127.5(s),127.1(s),126.5(s),124.3(s),123.3(s),123.2(s),119.9(s),118.0(s),107.6(s),39.0(s),27.9(s)。
实施例8：6-甲基-8-三氟甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-甲基-6-三氟甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,60.8mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为82％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ8.73(s,1H),8.18(d,J＝7.8Hz,1H),8.14(d,J＝8.5Hz,1H),8.00(d,J＝8.0Hz,1H),7.76(t,J＝7.5Hz,1H),7.62(s,1H),7.55(d,J＝7.9Hz,1H),7.49(t,J＝7.3Hz,1H),3.99(s,3H)。
13C NMR(151MHz,CDCl3)δ153.1(s),147.5(s),142.4(s),123.0(s),129.8(s),128.8(s),128.8(s),127.8(s),124.7(q,J＝272.3Hz),124.3(s),123.5(s),123.3(s),121.7(s),117.1(s),116.8(q,J＝3.8Hz),105.9(q,J＝3.9Hz),28.0(s)。
实施例9：6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,44.4mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应6h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为92％。
1H NMR(600MHz,DMSO-d6)δ11.72(s,1H),9.06(s,1H),8.26(d,J＝5.6Hz,1H),8.11(d,J＝6.8Hz,1H),7.98(d,J＝7.3Hz,1H),7.78–7.68(m,1H),7.57–7.42(m,3H),7.32–7.20(m,1H)。
13C NMR(151MHz,DMSO-d6)δ152.8(s),146.1(s),141.4(s),128.7(s),128.7(s),128.2(s),127.7(s),126.8(s),123.6(s),122.8(s),121.8(s),120.3(s),119.7(s),118.0(s),111.0(s)。
实施例10：6-苯基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-苯基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,59.6mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应24h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为63％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.80(s,1H),8.22(d,J＝7.6Hz,1H),8.08(d,J＝8.5Hz,1H),8.03(d,J＝8.1Hz,1H),7.78(d,J＝7.7Hz,2H),7.72–7.63(m,3H),7.55–7.46(m,4H),7.36(t,J＝6.9Hz,1H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.8(s),147.0(s),142.7(s),136.5(s),129.7(s),128.9(s),128.4(s),128.3(s),128.3(s),127.6(s),127.6(s),127.5(s),124.8(s),123.5(s),121.6(s),121.0(s),118.5(s),110.3(s)。
实施例11：6-烯丙基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-烯丙基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,52.4mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为82％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.72(s,1H),8.15(t,J＝7.8Hz,2H),8.01(d,J＝8.1Hz,1H),7.72(t,J＝7.6Hz,1H),7.56(t,J＝7.5Hz,1H),7.47(t,J＝7.3Hz,1H),7.41(d,J＝8.1Hz,1H),7.31(t,J＝7.4Hz,1H),6.16–6.03(m,1H),5.25–5.13(m,4H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.4(s),146.9(s),142.3(s),132.8(s),128.9(s),128.6(s),128.1(s),127.8(s),127.5(s),124.4(s),123.1(s),121.6(s),120.7(s),120.2(s),118.3(s),117.0(s),109.7(s),43.8(s)。
实施例12：2-甲氧基-6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入4-甲氧基-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,53.2mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到黄色油状产物，分离产率为85％。实施例12所得目标产物的核磁共振氢谱如图7所示，核磁共振碳谱如图8所示。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.54(s,1H),8.09(d,J＝7.6Hz,1H),8.03(d,J＝9.2Hz,1H),7.54(d,J＝7.8Hz,1H),7.37(t,J＝10.5Hz,2H),7.29–7.23(m,2H),3.94(s,3H),3.92(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ155.3(s),151.8(s),142.9(s),142.8(s),128.9(s),128.1(s),126.2(s),124.7(s),121.5(s),121.5(s),120.3(s),119.7(s),118.3(s),108.7(s),106.4(s),55.6(s),27.8(s)。
实施例13：3-溴-6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入5-溴-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,62.8mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应13h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为80％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.51(s,1H),8.27(s,1H),8.06(d,J＝7.6Hz,1H),7.76(d,J＝8.6Hz,1H),7.57(t,J＝7.7Hz,1H),7.48(d,J＝8.6Hz,1H),7.35(d,J＝8.0Hz,1H),7.29(t,J＝7.5Hz,1H),3.89(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ153.0(s),147.4(s),142.9(s),129.9(s),129.7(s),128.4(s),127.1(s),126.3(s),122.9(s),122.6(s),121.6(s),120.3(s),120.2(s),118.5(s),108.9(s),27.8(s)。
实施例14：4,6-二甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-甲基-6-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,50.0mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应10h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为93％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.55(s,1H),8.09(d,J＝7.6Hz,1H),7.83(d,J＝8.1Hz,1H),7.64-7.55(m,2H),7.41-7.34(m,2H),7.31(t,J＝7.4Hz,1H),3.92(s,3H),2.95(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ151.9(s),145.8(s),142.9(s),135.3(s),128.9(s),127.8(s),127.4(s),126.6(s),123.9(s),122.5(s),121.4(s),120.5(s),119.7(s),117.5(s),108.6(s),27.4(s),18.4(s)。
实施例15：6,11-二甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[1-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)乙基]苯胺(0.2mmol,50.0mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应10h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为90％。实施例15所得目标产物的核磁共振氢谱如图9所示，核磁共振碳谱如图10所示。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.25(d,J＝7.8Hz,1H),8.21(d,J＝8.5Hz,1H),8.13(d,J＝8.4Hz,1H),7.72(t,J＝7.6Hz,1H),7.57(t,J＝7.6Hz,1H),7.48(t,J＝7.6Hz,1H),7.39(d,J＝8.0Hz,1H),7.31(t,J＝7.5Hz,1H),3.94(s,3H),3.14(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.3(s),146.6(s),142.8(s),139.0(s),128.7(s),128.1(s),127.4(s),124.1(s),123.6(s),122.7(s),121.5(s),119.9(s),116.5(s),108.6(s),27.7(s),15.2(s)。
实施例16：6-甲基-11-苯基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)(苯基)甲基]苯胺(0.2mmol,62.4mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应24h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为65％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23(d,J＝8.5Hz,1H),7.80–7.71(m,2H),7.70–7.62(m,3H),7.59–7.54(m,2H),7.50(t,J＝7.6Hz,1H),7.42–7.36(m,2H),7.11(d,J＝7.7Hz,1H),7.03(t,J＝7.4Hz,1H),4.03(s,3H)。
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ152.5(s),146.9(s),143.0(s),142.4(s),136.7(s),129.5(s),129.2(s),128.8(s),128.6(s),127.8(s),127.7(s),126.5(s),123.8(s),123.1(s),122.9(s),120.7(s),119.8(s),116.0(s),108.5(s),27.8(s)。
实施例17：循环实验
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(0.2mmol,47.2mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.04mmol,16.5mg)，4mL水，以铂片电极为阳极和阴极(10mm*10mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应12h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用异丙醚萃取(4mL*5)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩，粗产品通过柱层析法进行纯化。在进行下一次循环时，重新称取2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺和十六烷基三甲基碘化铵，添加到原反应体系(水相介质)中，插入电极进行下一次循环实验，总计循环五次。在上述循环反应中始终使用第一次反应结束的反应体系(水相介质)，仍然使用第一次反应的电极进行电解。每次循环实验的产率分别为93％，91％，92％，89％，86％。
实施例18：6H-吲哚[2,3-b]喹啉的放大化合成
向配有磁子的反应管中依次加入2-[(1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺(2mmol,444mg)，十六烷基三甲基碘化铵(0.1mmol,41.3mg)，40mL水，以铂片电极为阳极和阴极(20mm*20mm*0.2mm)，在60℃下以30mA恒定电流反应13h，通过薄层色谱法监测反应进程(石油醚/乙酸乙酯＝4:1)。反应结束后，将反应混合液用乙酸乙酯萃取(5mL*4)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩得粗产品。所得粗产品通过柱层析法进行纯化分离，得到白色固体产物，分离产率为95％。核磁共振氢谱和碳谱表征同实施例9。
实施例9为制备6H-吲哚[2,3-b]喹啉的小试，实施例18为制备6H-吲哚[2,3-b]喹啉的放大实验，本发明的试验中都可以完全转化为产物，且没有其它杂质。只不过采用柱层析的纯化方式时，由于产物在硅胶柱中有少量吸附，放大时的损失反而比较小，因此放大实验的产率更高点。说明本发明的方法更适合工业化应用。
对比例1
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：将催化剂十六烷基三甲基碘化铵替换成四丁基碘化铵。最终得到6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉，产率为21％。
对比例2
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：将催化剂十六烷基三甲基碘化铵替换成十六烷基三甲基溴化铵。反应不发生，没有得到产物。
对比例3
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：将催化剂十六烷基三甲基碘化铵替换成KI。最终得到6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉，产率为19％。
对比例4
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：将阳极铂电极替换成铜电极，阴极不变。最终得到6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉，产率为15％。
对比例5
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：将阳极铂电极替换成碳棒电极，将阴极铂电极替换成碳棒电极。最终得到6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉，产率为痕量。
对比例6
同实施例1 6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉的制备，区别在于：阳极不变，将阴极铂电极替换成碳棒电极。最终得到6-甲基-6H-吲哚[2,3-b]喹啉，产率为45％。
对比例1～6的产物产率见表1。
表1
根据表1可以看出，本发明的电化学反应以水为溶剂反应简单、绿色，但催化剂和电极对于反应的效率影响很大，以十六烷基三甲基碘为催化剂、以铂电极为阳极和阴极，才能得到较高的产率。本发明的反应对反应底物限制较少，反应不产生杂质，产率非常高，适合工业化生产。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电化学碘催化制备吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物的方法，其特征在于，所述方法为：
以含有氨基的吲哚衍生物为底物，以季铵碘盐为催化剂，以水为溶剂，进行电化学反应得到吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含有氨基的吲哚衍生物的结构式如式I所示：
其中，R1为氢、氯、甲基、甲氧基、酯基、氰基、酰胺基、三氟甲基中的一种；R2为氢、甲基、烯丙基、苯基中的一种；R3为氢、溴、甲基、甲氧基中的一种；R4为氢、甲基、苯基中的一种。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含有氨基的吲哚衍生物选自2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(4-氯-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1,5-二甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(5-甲氧基-1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-5-羧酸甲酯，3-(2-氨基苄基)-1-甲基-1H-吲哚-6-腈，3-(2-氨基苄基)-N,1-二甲基-N-苯基-1H-吲哚-5-甲酰胺，2-[(1-甲基-6-三氟甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1-苯基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[(1-烯丙基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，4-甲氧基-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，5-溴-2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-甲基-6-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)甲基]苯胺，2-[1-(1-甲基-1H-吲哚-3-基)乙基]苯胺或2-[(1-甲基-1H-吲哚-3-基)(苯基)甲基]苯胺。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述季铵碘盐为十二烷基三甲基碘化铵、十二烷基三乙基碘化铵、十六烷基三甲基碘化铵中的一种。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述季铵碘盐为十六烷基三甲基碘化铵。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂和底物摩尔比为5～20：100；所述底物和溶剂的加入量之比为1mmol：20mL。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学反应的温度为60℃，时间为6～24h。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学反应的阳极和阴极均为铂电极。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电化学反应的电流为30mA。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应完成后，用乙酸乙酯萃取反应混合液，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，过滤后减压浓缩，通过柱层析法纯化粗产品，得到吲哚并[2,3-b]喹啉类化合物。
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