一種異色滿‑4‑酮類化合物的催化氧化合成方法與流程
2023-09-20 17:56:30 5
本發明屬於有機物合成領域，尤其涉及一種異色滿-4-酮類化合物的催化氧化合成方法。
背景技術：
異色滿-4-酮結構存在於許多具有重要生物學特性的生物活性天然產物及合成藥物當中，且很多異色滿-4-酮衍生物具有一定的藥理作用。
因此，研究和發展這類化合物的合成方法引起了許多人的關注，近年來，已經開發了多條異色滿-4-酮類化合物的合成途徑。其中，最簡潔方便的一種方法是以異色滿為原料，一步氧化得到異色滿-4-酮。最初，人們直接使用Cr類氧化劑、Mn類氧化劑或硝酸一步氧化，但明顯化學計量使用這類氧化劑對環境不夠友好。然後，發展了很多過渡金屬催化劑催化的異色滿氧化為異色滿-4-酮的方法，一般以過氧叔丁醇和亞碘醯苯等為終端氧化劑。
毫無疑問，用氧氣作為氧化劑對環境是很有利的。因此，以氧氣為氧化劑一步氧化異色滿為異色滿-4-酮的工作也受到了關注。由於氧氣的惰性，反應中必須有催化劑的存在反應才能進行，這類催化劑以過渡金屬為主。在這些過渡金屬中，鐵是價格最便宜、對環境最友好的。有研究者報導了以Fe(OTf)2為催化劑，氧氣氧化異色滿類化合物為異色滿-4-酮類化合物的方法，但產物收率低，伴生大量的副產物，且反應中要用到昂貴的配體（J.Am.Chem.Soc.2014,136,8350）。還有研究者報導了鐵配合物催化的、可見光碟機動的氧氣氧化異色滿，該方法也存在缺陷，因為所用到的配體非常昂貴（Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,427）。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種異色滿-4-酮類化合物的催化氧化合成方法，從而改進現有合成方法對於環境的汙染，並且能夠降低成本。
為此本發明採用如下技術方案：
一種異色滿-4-酮類化合物的催化氧化合成方法，其特徵在於：所述的方法為：以異色滿類化合物為反應底物，以Fe(NO3)3·9H2O為催化劑，以含氟無機鹽為助劑，上述參與反應的異色滿類化合物與Fe(NO3)3·9H2O、含氟無機鹽的摩爾比為100：5~30：10~40；以氧氣為氧化劑，反應底物在乙腈溶劑中，所述乙腈溶劑的質量用量為異色滿類化合物質量的6~20倍；在常壓下、溫度60~85℃的條件下反應3~24h，反應結束後經後處理得到目標產物異色滿-4-酮類化合物。
進一步地，所述反應底物異色滿類化合物的結構如式（II）所示，得到的產物異色滿-4-酮類化合物的結構如式（I）所示；
式（I）或式（II）中，R1為H、F、Cl、Br、C1~C4烷基或C1~C2烷氧基；優選R1為H、Cl、Br、F、甲基、叔丁基或甲氧基；
式（I）或式（II）中，R2為H、F、Cl、Br、C1~C4烷基；優選R2為H或甲基。
進一步地，所述含氟無機鹽為NaBF4或KPF6，優選為KPF6。
進一步地，所述反應底物異色滿類化合物與Fe(NO3)3·9H2O、含氟無機鹽的摩爾比優選為100：8~15：15~30。
進一步地，所述反應溫度優選為75~80℃。
進一步地，所述反應時間優選為4~10h。
進一步地，所述後處理的方法為：反應結束後，過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物異色滿-4-酮類化合物。
本發明具體推薦所述的異色滿-4-酮類化合物的催化氧化合成方法按照以下步驟進行：在乙腈溶劑中，加入異色滿類化合物、Fe(NO3)3·9H2O和含氟無機鹽，在常壓氧氣條件下，在75~85℃下反應4~10h得到異色滿-4-酮類化合物；所述反應底物異色滿類化合物與Fe(NO3)3·9H2O、無機鹽的物質的量比為100：8~15：15~30。在上述反應完全後，可以採用常規過柱分離純化得到異色滿-4-酮類化合物。
本發明操作簡便安全，其有益效果主要在於：
A）本發明中使用了清潔的氧氣為氧化劑，大大降低了環境成本。
B）本發明中以Fe(NO3)3·9H2O為催化劑，成本低。
具體實施方式
下面通過具體實施方式對本發明作進一步說明，但本發明的保護範圍並不限於此。
下述實施例所用的異色滿類化合物的結構式分別如式（1-1）~（1-12）所示：
製得的異色滿-4-酮類化合物的結構式分別如式（2-1）~（2-12）所示：
實施例1：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的異色滿（式（1-1））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物異色滿-4-酮，分離收率為94%。
實施例2：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是KPF6改為NaBF4，異色滿-4-酮的分離收率為87%。
實施例3：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是反應溫度改為85℃，異色滿-4-酮的分離收率為94%。
實施例4：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是反應溫度改為60℃，反應24h，異色滿-4-酮的分離收率為44%。
實施例5：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是Fe(NO3)3·9H2O用量改為0.08mmol，反應8h，異色滿-4-酮的分離收率為83%。
實施例6：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是Fe(NO3)3·9H2O用量改為0.05mmol，反應10h，異色滿-4-酮的分離收率為76%。
實施例7：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是KPF6用量改為0.15mmol，異色滿-4-酮的分離收率為88%。
實施例8：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是Fe(NO3)3·9H2O用量0.3mmol，KPF6用量改為0.1mmol，反應3h，異色滿-4-酮的分離收率為92%。
實施例9：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，所不同的是Fe(NO3)3·9H2O用量改為0.08mmol，KPF6用量改為0.3mmol，反應8h，異色滿-4-酮的分離收率為88%。
實施例10：異色滿-4-酮（式（2-1））的製備
反應步驟同實施例1，KPF6用量改為0.4mmol，反應溫度改為75℃，反應10h，異色滿-4-酮的分離收率為95%。
實施例11：7-氯異色滿-4-酮（式（2-2））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-氯異色滿（式（1-2））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-氯異色滿-4-酮，分離收率為93%。
實施例12：5-氯異色滿-4-酮（式（2-3））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的5-氯異色滿（式（1-3））、0.15mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.3mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物5-氯異色滿-4-酮，分離收率為93%。
實施例13：4-甲基異色滿-4-酮（式（2-4））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的4-甲基異色滿（式（1-4））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物4-甲基異色滿-4-酮，分離收率為92%。
實施例14：7-氟異色滿-4-酮（式（2-5））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-氟異色滿（式（1-5））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-氟異色滿-4-酮，分離收率為93%。
實施例15：5-氟異色滿-4-酮（式（2-6））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的5-氟異色滿（式（1-6））、0.15mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.3mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物5-氟異色滿-4-酮，分離收率為91%。
實施例16：7-甲基異色滿-4-酮（式（2-7））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-甲基異色滿（式（1-7））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-甲基異色滿-4-酮，分離收率為93%。
實施例17：5-甲基異色滿-4-酮（式（2-8））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的5-甲基異色滿（式（1-8））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物5-甲基異色滿-4-酮，分離收率為95%。
實施例18：5-甲基異色滿-4-酮（式（2-9））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的5-溴異色滿（式（1-9））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物5-溴異色滿-4-酮，分離收率為90%。
實施例19：7-甲基異色滿-4-酮（式（2-10））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-溴異色滿（式（1-10））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應5h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-溴異色滿-4-酮，分離收率為91%。
實施例20：7-甲基異色滿-4-酮（式（2-10））的製備
反應步驟同實施例19，乙腈用量為1.5mL，7-甲基異色滿-4-酮的分離收率為85%。
實施例21：7-甲基異色滿-4-酮（式（2-10））的製備
反應步驟同實施例19，乙腈用量為5mL，7-甲基異色滿-4-酮的分離收率為92%。
實施例22：7-叔丁基異色滿-4-酮（式（2-11））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-叔丁基異色滿（式（1-11））、0.1mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.2mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應10h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-叔丁基異色滿-4-酮，分離收率為88%。
實施例22：7-甲氧基異色滿-4-酮（式（2-12））的製備
往35mL的封管中，加入1mmol的7-甲氧基異色滿（式（1-11））、0.2mmol的Fe(NO3)3·9H2O、0.3mmol的KPF6和3mL的乙腈，以氧氣置換管內空氣，用橡膠塞密閉瓶口後，插入氧氣球，將反應瓶放入預先升溫的油浴鍋中加熱至80℃，反應24h。過濾，濾液減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1：50的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物7-甲氧基異色滿-4-酮，分離收率為46%。