一種合成異色酮類化合物的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種合成異色酮類化合物的方法，該方法以廉價、易于合成的雙核水楊酸銅配合物為催化劑，以綠色、環(huán)保、無毒的氧氣為氧化劑，同時以氯鹽為輔助催化劑，將異色滿或其衍生物一步反應(yīng)即可制備成異色酮類化合物。本發(fā)明操作簡單，所用催化劑廉價易得，反應(yīng)條件溫和，產(chǎn)物收率較高，克服了傳統(tǒng)的原料試劑昂貴、條件苛刻、合成步驟冗長等不足，具有很好的應(yīng)用前景。
【專利說明】
一種合成異色酮類化合物的方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于異色酮類化合物的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及到異色滿類化合物在雙核 水楊酸銅催化劑和氧氣作用下直接發(fā)生氧化反應(yīng)合成異色酮類化合物的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在合成化學(xué)及藥物化學(xué)中，利用高效、簡便的方法來合成異色酮已經(jīng)成為一個很 重要的研究方向。文獻報道的傳統(tǒng)的異色滿氧化方法基本都是采用化學(xué)計量的重金屬鹽作 為氧化劑來實現(xiàn)，例如：Ru〇4 ( Synth · Commun .1980，10,205)、C;r〇3(J.Chem.Soc·， Chem.Commun·1966，20，752)、Ce(0Tf)4(J.Chem.Soc·，PerkinTrans·2001，1,578-583)和 疆11〇4(41^6￥.〇16111.，1111:上(1上1^1.1979，18,70)等，這些氧化劑的加入使得反應(yīng)完成后會 產(chǎn)生大量的有毒廢棄物，對環(huán)境造成污染，同時與當(dāng)下綠色、低碳和原子經(jīng)濟性的概念背道 而馳。因此，使氧化反應(yīng)的過程符合綠色、環(huán)保，例如通過使用無毒試劑和能量高效的催化 方法，是長期以來化學(xué)工作者們一直追求的目標(biāo)。通過化學(xué)工作者的不斷努力，近年來發(fā)展 了許多利用過渡金屬催化劑和有機分子催化的方法來完成異色滿氧化生成異色酮的方法。
[0003] 氧氣是一種高原子經(jīng)濟性，環(huán)境友好，廉價易得和綠色清潔環(huán)保的氧化劑，當(dāng)它與 適當(dāng)?shù)拇呋瘎┙Y(jié)合時就會發(fā)生多種多樣的氧化反應(yīng)，它作為氧化劑的反應(yīng)堪稱完美。之前 已有文獻報道了利用其他金屬催化劑結(jié)合氧氣的催化體系合成異色酮類化合物。例如：
[0004] (1 )C〇-催化氧化法（TetrahedronLett · 1995，36，9461-9464)
[0006] 此方法中Manfred T.Reetz等以Co(acac)2作催化劑，氧氣作氧化劑高效氧化醚化 合物得到目標(biāo)產(chǎn)物。
[0007] (2)NHPI-催化法（TetrahedronLett. 1995,36,9461-9464)
[0009]同年，Yasutakalshii研究小組報道了催化量的N-羥基鄰苯二甲酰亞胺與氧氣結(jié) 合實現(xiàn)了烴類、醚類化合物的氧化。該反應(yīng)中的NHPT是常作為一種自由基引發(fā)劑使用，此法 底物適用性強，產(chǎn)率高。
[0010] (3)Fe-催化法(J. Am. Chem. Soc .2014,136，8350)
[0012] 2014年，肖建良等人報道了以原位生成的非血紅素鐵配合物為催化劑，氧氣作氧 化劑的反應(yīng)，高選擇性的將異色滿及其衍生物氧化成相應(yīng)的酮類化合物。此合成方法雖然 中心金屬鐵鹽廉價易得，但是配體合成較為復(fù)雜。
[0013] (4)可見光催化法（Chem · Commun · 2015，51，14046-14049)
[0015] 2015年，雷愛文課題組報道了可見光照射下以lmol%Acr-MesCl〇4作催化劑，氧氣 作為氧化劑，以中等收率將異色滿氧化成相應(yīng)的酮。
[0016] 可見光催化與非血紅素鐵催化劑相結(jié)合的方法(Angew.Chem. Int .Ed. 2016,55， 427-430)：
[0018] RobertWolf等人將可見光催化與非血紅素鐵催化劑相結(jié)合，在空氣中藍光照射下 中等產(chǎn)率將異色滿氧化生成異色酮。
[0019] (5)有機小分子催化法(Organ i cLe 11 · 2015，17，5492-5495)
[0021] 2015年，HaoLi等人報道了以可回收利用的TEMPO衍生的磺酸鹽為催化劑，結(jié)合無 機酸(HC1和亞硝酸鈉)為助催化劑，氧氣作氧化劑，以良好的收率將異色滿及其衍生物氧化 成相應(yīng)的酮。此合成方法催化劑用量低，底物范圍廣泛，選擇性好。
[0022] 以上這些合成方法存在的問題是操作復(fù)雜，催化劑昂貴且用量較大等。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0023]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種操作簡單、成本低、催化劑用量少、產(chǎn)物 選擇性好、收率高的合成異色酮類化合物的方法。
[0024]解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:在氧氣氣氛下，將式I所示的異色滿或其 衍生物、雙核水楊酸銅配合物、氯鹽，在有機溶劑中30~60 °C反應(yīng)12~24小時，分離純化產(chǎn) 物，得到式II所示的異色酮類化合物。
[0026] 式中仏^^各自獨立的代表仏鹵素~類鹵素…~⑶烷基…~⑶烷氧 基、&~Ο?烯基、&~Ο?炔基、羥基、羧基、醛基、苯基、&~C4烷基取代苯基、&~C4烷氧基取代 苯基中的任意一種，優(yōu)選1?1、1?2、1?3、1?4、1^、1?6各自獨立的代表11、鹵素、(： 1~〇4烷基中的任意一 種。
[0027] 上述雙核水楊酸銅配合物的用量優(yōu)選為異色滿或其衍生物摩爾量的0.1 %~ 0.2 %，雙核水楊酸銅配合物的制備方法為：以乙腈為溶劑，將氯化亞銅與水楊酸按摩爾比 為1:2加入Scheck管中，反應(yīng)液在液氮冷凍下用氧氣換氣3~5次，在40°C下攪拌過夜，待反 應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，將反應(yīng)液置于-10°C下2~3天，過濾、洗滌、干燥，得雙核水楊酸銅配合 物。
[0028] 上述的氯鹽優(yōu)選四丁基氯化銨、氯化鉀、氯化鈉中的任意一種，氯鹽的用量優(yōu)選為 異色滿或其衍生物摩爾量的〇. 2%~0.4%。
[0029] 上述的有機溶劑優(yōu)選乙二醇二甲醚、四氫呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一種。 [0030]本發(fā)明合成方法的反應(yīng)機理如下所示：
[0032]首先，催化劑1(雙核水楊酸銅配合物)與TBAC(正四丁基氯化銨）的Cr進行配體交 換，形成動態(tài)平衡，催化劑1中的一分子MeCN被Cr取代得到催化劑2;接著，催化劑2失去一 個MeCN分子得活性催化劑3;然后，催化劑3與反應(yīng)底物異色滿進行配位，得到中間體4，中間 體4經(jīng)過單電子轉(zhuǎn)移過程形成異色滿陽離子自由基，并伴隨Cr與Cu配位得到中間體5;然 后，中間體5與氧氣作用，得到[Cu - Cu-OOH]中間體6和異色滿氧正離子鹽，中間體6中的-00H作為親核試劑進攻異色滿氧正離子鹽的碳氧雙鍵，從而得到催化劑3和異色滿過氧化 物。催化劑3又可以進行下一輪催化循環(huán)。最后，異色滿過氧化物分解釋放出一分子異色酮 和 H20。
[0033] 本發(fā)明用廉價、易于合成的雙核水楊酸銅配合物作催化劑，清潔、綠色、無毒的氧 氣作氧化劑，一歩法溫和條件下即可得到較高產(chǎn)率的異色酮類化合物，表現(xiàn)出較好的官能 團容忍性，克服了傳統(tǒng)的原料試劑昂貴、條件苛刻、合成步驟冗長等不足，并減少了環(huán)境污 染，與目前追求的原子經(jīng)濟性和可持續(xù)發(fā)展的綠色合成化學(xué)理念相一致，具有很好的應(yīng)用 前景。
【具體實施方式】
[0034] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進一步詳細(xì)說明，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于這些 實施例。
[0035] 下面實施例中的雙核水楊酸銅配合物參考文獻方法合成，具體合成方法為:將氯 化亞銅200mg(2mmol)、水楊酸552mg(4mmol)、10mL乙腈加入Scheck管中，反應(yīng)液在液氮冷凍 下用氧氣換氣3次，在40°C下攪拌過夜，待反應(yīng)結(jié)束，冷卻至室溫，取出磁子;將反應(yīng)液置于-10°C下2天，有綠色晶體析出，過濾綠色晶體，并用冷的乙腈洗滌、干燥，得雙核水楊酸銅配 合物33111^，其產(chǎn)率為27%。
[0036] 實施例1
[0037] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0039] 在氧氣氣氛下，將1.0mg(0.0014mmol)雙核水楊酸銅配合物、0.9mg(0.0028mmol) 四丁基氯化銨(TBAC)、134mg(lmmol)異色滿、1 .OmL乙二醇二甲醚加入Scheck管中，在60°C 下攪拌反應(yīng)12小時，待反應(yīng)結(jié)束，向混合物中加入10mL蒸餾水，然后用15mL二氯甲烷分三次 萃取，收集有機相，用無水Na 2S04干燥，抽濾，用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去二氯甲烷，柱層析分離得到 無色油狀物異色酮，其產(chǎn)率為70%，波譜數(shù)據(jù)為:4 NMR(400MHz，CDC13)δ(ppm): 8 · 10(d，J = 7·6Ηζ，1Η)，7.54(td，J = 7.6、1.2Hz，lH)，7.40(t，J = 7.6Hz，lH)，7.26(d，J = 7.6Hz，lH)， 4.54(d，J = 6.0Hz，2H)，3.06(d，J = 6.0Hz，lH) ;13C 匪R(100MHz，CDCl3)S(ppm) :165.1， 139.5,133.6,130.3,127.6,127.2,125.2,67.3,27.7；IR(KBr)v(cm _1) :1723,1607,1463, 1393,1294,1121，1092,1031，950,748,695; HRMS(ESI)m/z:C9H8Na〇2[M+Na]+理論值 171.0422,實測值 171.0414。
[0040] 實施例2
[0041] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的7-甲基異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0043]在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的7-甲基異色滿替換，其他步驟與實施例1 相同，得到無色油狀物7-甲苯異色酮，其產(chǎn)率為62%，波譜數(shù)據(jù)為NMR(400MHz，⑶α3)δ (ppm):7.91(s，lH)，7.34(d，J = 8.0Hz，2H)，7.15(d，J = 8.0Hz，lH)，4.51(d，J = 6.0Hz，lH)， 3.01(d，J = 6.0Hz，2H)，2.39(s，3H);13C NMR(100MHz，CDCl3)S(ppm): 165.4,137.5,136.6， 134.5a30.6a27.ia25.0,67.5,27.4,21.0；IR(KBr)v(cm _1)：1724a617a503a421, 1300，1246,1182,1141，1092,1038,828,783; HRMS(ESI)m/z:Ci〇Hi()Na〇2[M+Na]+理論值 185 · 0578，實測值 185 · 0579。
[0044] 實施例3
[0045] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的4-甲基異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0047] 在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的4-甲苯異色滿替換，其他步驟與實施例1 相同，得到無色油狀物4-甲基異色酮，其產(chǎn)率為60%，波譜數(shù)據(jù)為:hNMRHOOMHz，⑶Cl 3)δ: 8.10(d，J = 8.0Hz，lH)，7.57(t，J = 7.6Hz，lH)，7.40(t，J = 8.0Hz，lH)，7.30(d，J = 8.0Hz， lH)，4.52(dd，J=10.8,4.0Hz，2H)，4.24(dd，J=11.0,6.6Hz，2H)，3.20-3.12(m，lH)，1.37 (d，J = 6.8Hz，3H);13CNMR(100MHz，CDCl3)S(ppm)165.1，144.6，133.9，130.5，127.5，125.7， 124.4,72.5,32.8,16.7；IR(KBr)v(cm _1) :1725,1606,1465,1396,1283,1238,1126,1086, 1023，989,760，698 ;HRMS(ESI)m/z:CiQHi()Na〇2[M+Na]+理論值 185.0578,實測值 185.0578。
[0048] 實施例4
[0049] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的3-甲基異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0051] 在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的3-甲苯異色滿替換，其他步驟與實施例1 相同，得到無色油狀物3-甲基異色酮，其產(chǎn)率為63%，波譜數(shù)據(jù)為:4 NMR(400MHz，⑶α3)δ (ppm):8.07(d，J = 7.6Hz，lH)，7.52(t，J = 7.0Hz，lH)，7.37(t，J = 7.6Hz，lH)，7.22(d，J = 7.6Hz，lH)，4.71-4.63(m，lH)，2.99-2.88(m，2H)，1.51(d，J=6.4Hz，3H); 13C NMR(100MHz， CDCl3)S(ppm):165.6,139.1，133.6,130.2,127.6,127.3,124.9,75.0,34.8,20.9;IR(KBr) v(cm-^ :1727，1606,1460,1387,1351，1282,1239,1121，1089,1031，956,746,694;HRMS (ESI )m/z: Ci〇Hi()Na〇2[M+Na]+理論值 185 · 0578，實測值 185 · 0581。
[0052] 實施例5
[0053] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的7-叔丁基異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0055]在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的7-叔丁基異色滿替換，其他步驟與實施例 1相同，得到白色固體7-叔丁基異色酮，其產(chǎn)率為64%，波譜數(shù)據(jù)為:? NMR(400MHz，⑶α3)δ (ppm):8.12(s，lH)，7.58(d，J = 7.2Hz，lH)，7.20(d，J = 8.0Hz，lH)，4.52(t，J = 5.8Hz，2H)， 3.02(d，J = 6.0Hz，2H)，1.34(s，9H);13C NMR(100MHz，CDCl3)S(ppm):165.6，151.0，136.6， 131.〇a27.ia27.〇a24.8,67.4,34.7,31.2,27.4；IR(KBr)v(cm _1)：1726a614a501, 1469，1421，1388,1303,1250,1226,1147，1089,1034,870,837 ;HRMS(ESI)m/z:Ci3Hi6Na〇2[M+ Na]+理論值 227 · 1048，實測值 227 · 1050。
[0056] 實施例6
[0057]以制備結(jié)構(gòu)式如下的7-溴異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0059] 在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的7-溴異色滿替換，其他步驟與實施例1相 同，得到白色固體7-溴異色酮，其產(chǎn)率為55 %，波譜數(shù)據(jù)為:4 NMR( 400 MHz，⑶C13) δ (ppm): 8.21(s，lH)，7.64(dd，J = 8.6、2.2Hz，lH)，7.16(d，J = 8.8Hz，lH)，4.52(t，J = 6.2 Hz，2H)， 3.01(d，J = 6.2 Hz，2H);13C NMR(100 MHz，CDCl3)S(ppm):163.7，138.2，136.6，133.1， 129.0,127.0,121.4,67.2,27.4；IR(KBr)v(cm_1) :1713,1479,1426,1298,1242,1138,1030, 950，834，777; HRMS(ESI )m/z: C9H7BrNa〇2[M+Na]+理論值 248 · 9527，實測值 248 · 9530。
[0060] 實施例7
[0061] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的5-溴異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0063] 在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的5-溴異色滿替換，其他步驟與實施例1相 同，得到白色固體5-溴異色酮，其產(chǎn)率為50 %，波譜數(shù)據(jù)為:4 NMR( 400 MHz，⑶C13) δ (ppm): 8.09(d，J = 7.6 Hz，lH)，7.78(d，J = 8.0 Hz，lH)，7.29(d，J = 7.8 Hz，lH)，4.55(t，J = 6.0 Hz，2H)，3.15(t，J = 6.0 Hz，2H);13C 匪R(100MHz，CDCl3)S(ppm):164.1，139.4，137.3， 129.7，128.7，127.3，122.8，66.6，28. l;IR(KBr Mem-1) :1719，1453,1399,1294,1275， 1238，1096,1030,951，744; HRMS(ESI)m/z:C9H7BrNa〇2[M+Na]+理論值248.9527,實測值 248.9530〇
[0064] 實施例8
[0065] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的7-氯異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0067] 在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的7-氯異色滿替換，其他步驟與實施例1相 同，得到白色固體7-氯異色酮，其產(chǎn)率為58%，波譜數(shù)據(jù)為:4匪R(400MHz，⑶Cl 3)δ(ppm): 4 NMR(400MHz，CDCl3)S(ppm):8.06(d，J = 2.0Hz，lH)，7.50(dd，J = 8.2、2.2Hz，lH)，7.22 (d，J = 8.0Hz，lH)，4.53(t，J = 6.2Hz，2H)，3.03(t，J = 6.2Hz，2H);13C NMR(1〇〇MHz，CDC13)S (ppm):163.9，137.8，133.7，130.2，128.7，126.8,67.3,27.3;IR(KBr)v( cm-4:1714,1484, 1427，1299，1243，1134，1028，831，779 ;HRMS(ESI )m/z: C9H7Cl〇2Na[M+Na]+理論值 205 · 0032， 實測值205.0033。
[0068] 實施例9
[0069] 以制備結(jié)構(gòu)式如下的7-氟異色酮為例，所用原料及制備方法為：
[0071]在實施例1中，所用的異色滿用等摩爾的7-氟異色滿替換，其他步驟與實施例1相 同，反應(yīng)時間延長至24小時，得到白色固體7-氟異色酮，其產(chǎn)率為40%，波譜數(shù)據(jù)為:4 NMR (400MHz，CDCl3)S(ppm):7.77(d，J = 8.4Hz，lH)，7· 30-7.23(m，2H)，4.55(t，J = 6.0Hz，2H)， 3.05(t，J = 6·0Ηζ，2H) ;13C NMR(100MHz，CDCl3)S(ppm) :164.0,161.8((1,4^ = 245.71^), 135.3(d，4Jc-f = 3.2Hz)，129.1 (d，3Jc-F = 7 ·5Ηζ)，126.9(d，3Jc-F = 7 ·5Ηζ)，121.0(d，2Jc-F = 21.9Hz)，116.7(d，2J c-f 22.8Hz)，67.5，27.l;IR(KBr)v(cm ):1719，1493，1439，1307， 1276，1237，1127，1083，1026，887 ;HRMS(ESI )m/z : C9H7FNa〇2[M+Na]+理論值 189 · 0328，實測 值189.0329。
【主權(quán)項】
1. 一種合成異色酮類化合物的方法，其特征在于：在氧氣氣氛下，將式I所示的異色滿 或其衍生物、雙核水楊酸銅配合物、氯鹽，在有機溶劑中30~60 °C反應(yīng)12~24小時，分離純 化產(chǎn)物，得到式II所示的異色酮類化合物；式中心^^各自獨立的代表仏鹵素~類鹵素…~⑶烷基義~⑶烷氧基々 ~C8烯基、&~C8炔基、羥基、羧基、醛基、苯基、&~C4烷基取代苯基、&~C4烷氧基取代苯基 中的任意一種。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成異色酮類化合物的方法，其特征在于:所述心、1?2、1?3、1?4、 R5、R6各自獨立的代表H、鹵素、&~C4烷基中的任意一種。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成異色酮類化合物的方法，其特征在于:所述雙核水楊 酸銅配合物的用量為異色滿或其衍生物摩爾量的0.1 %~0.2%。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成異色酮類化合物的方法，其特征在于:所述的氯鹽為 四丁基氯化銨、氯化鉀、氯化鈉中的任意一種。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成異色酮類化合物的方法，其特征在于:所述氯鹽的用量為 異色滿或其衍生物摩爾量的0.2%~0.4%。6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成異色酮類化合物的方法，其特征在于:所述的有機溶 劑為乙二醇二甲醚、四氫呋喃、二乙二醇二甲醚中的任意一種。
【文檔編號】B01J31/22GK105949168SQ201610348233
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】王超, 劉玉霞, 肖苗, 薛東, 肖建良
【申請人】陜西師范大學(xué)