一種由芳基磺酸酯製備二芳基甲酮的方法與流程
2023-06-01 18:06:11 3
本發明屬於化學合成領域，具體涉及一種由芳基磺酸酯製備二芳基甲酮的方法。
背景技術：
二芳基甲酮化合物是一類重要的添加劑和化工中間體，已被廣泛應用於眾多行業，如醫藥、農藥、塑料、染料、塑料、塗料、日用化工及電子化學品等(劉忠澤，「二苯甲酮系列產品的合成及應用」，《精細化工中間體》，2002，32(2)：7～8.)。在塑料方面，二芳基甲酮化合物作為光穩定劑是塑料製品不可缺少的添加組分；在醫藥產品方面,二芳基甲酮化合物是抗組胺藥哌克昔林、發作性睡眠治療藥莫達非尼以及新型強效腦血管擴張藥氟苯桂嗪等的中間體；在香料方面，因為其具有玫瑰的香味，常被用作香料定香劑，同時還作為許多香水和皂用香精的原料。
傳統的二芳基甲酮化合物合成是採用取代芳烴的Friedel-Crafts醯基化的方法。然而該方法的官能團兼容性差，易生成異構體的混合物，且需要大量的路易斯酸，缺乏經濟性和環保性(M.H.Sarvari and H.Sharghi,J.Org.Chem.,2004,69,6953)，因此，發展高效實用的二芳基甲酮的製備方法，建立複雜分子的結構砌塊的構建的通用策略，具有十分重要的意義。
過渡金屬催化的交叉偶聯羰基化反應是形成碳一碳鍵等化學鍵和酮類化合物最重要的方法之一(Transition Metal Catalyzed Carbonylation Reactions-Carbonylative Activation of C–X Bonds,X.-F.Wu and M.Beller,Eds.；Springer-Verlag Berlin,Heidelberg,2013；DeShong,P.Org.Lett.2006，8,3951；Gordillo,A.；Ortuno,M.A.；Lopez-Mardomingo,C.；Lledos,A.；Ujaque,G.；de Jesus,E.J.Am.Chem.Soc.2013,135,13749)。其中Suzuki羰基化偶聯反應是一種前景光明的二芳基甲酮的合成策略，通過一氧化碳，芳基滷化物和芳基硼酸三組分直接合成二芳基甲酮，該反應通常具有良好的官能團耐受性，使用的芳基硼酸無毒無害、有良好的熱和空氣穩定性以及耐溼性(M.Cai,J.Peng,W.Hao and G.Ding,Green Chem.,2011,13,190)。
在過渡金屬催化的Suzuki羰基化偶聯反應領域中，研究較多的是以有機滷化物(碘化物和溴化物最為普遍，氯化物相對較少)(eq 1)作為親電試劑參與反應(P.Gautam and B.M.Bhanage,J.Org.Chem.,2015,80,7810)。然而，芳基滷化物仍有一些不足。首先,芳基滷化物參與偶聯會生成廢物鹽,是環境汙染物。第二,芳基滷化物本身就是環境汙染物。最後,一些芳基滷化物的製備需要繁瑣的步驟和苛刻的反應條件。另外一部分研究則是著眼於芳基重氮鹽(eq 2)和芳基疊氮胺(eq 3)，然而重氮化合物的穩定性低大大限制了該類方法的廣泛應用(T.Saeki,E.-C.Son and K.Tamao,Org.Lett.2004,6,617.)。二芳基碘鎓離子作為親電試劑則成本昂貴且不利於大規模生產。因此，尋找一種經濟有效的親電試劑是十分必要的。
最近幾年來，芳基磺酸酯作為親電試劑參與的交叉偶聯反應日益受到關注。此類化合物可以由價廉易得的原料(酚和磺醯氯)很方便地製備而成，而且通常都是晶狀固體。相比有機滷化物和三氟甲基磺酸酯，芳基磺酸酯有諸多優點:穩定性好，易於操作，價格較低。相較有機滷化物的另一個好處是：用於合成磺酸芳酯的酚可以作為向芳環引入其它官能團的定位基團，因此有更多的底物選擇。和傳統的親電試劑相比，這類化合物易於合成，比較穩定，操作簡便，成本低廉，底物範圍也較廣。另一方面，由於芳基磺酸酯本身的穩定性和在反應中的相對不活潑性，利用過渡金屬對其碳-氧鍵進行氧化加成也具有更大的挑戰性和難度,實現這類化合物的轉化具有很大的創新意義,也是對有機化學家的很大挑戰。
技術實現要素：
本發明針對以上缺點，提供一種鈀催化的芳基磺酸酯製備二芳基甲酮的製備方法，以達到操作簡單，後處理簡單，成本低廉的目的。
一種由芳基磺酸酯製備二芳基甲酮的方法，包括以下步驟：
在催化劑和一氧化碳存在的條件下，芳基磺酸酯和芳基硼酸在有機溶劑中進行反應，反應結束後經過後處理得到所述的二芳基甲酮；
所述的芳基硼酸的結構如式(II)所示：
Ar1B(OH)2 (II)
所述的芳基磺酸酯的結構如式(III)所示：
所述的二芳基甲酮的結構如式(I)所示：
式(I)～式(III)中，Ar1和Ar2獨立地選自取代或者未取代的芳基，所述芳基上的取代基選自一個或多個C1～C5烷基、C1～C5烷氧基、滷素、硝基、-CN；
R獨立地選自苯基、4-甲基苯基、4-溴苯基、4-硝基苯基、甲基或三氟甲基。
本發明採用芳基磺酸酯作為親電試劑，進行Suzuki交叉羰基化偶聯反應，通過一氧化碳,芳基磺酸酯和芳基硼酸三組分直接合成二芳基甲酮，該反應條件溫和，官能團耐受性好，底物價廉易得，可以高產率的製備二芳基甲酮。
本發明的製備方法可以適用於多種底物，作為優選，所述的芳基為苯基、噻吩基、吡啶基或嘧啶鹼基。
作為優選，所述的芳基上的取代基選自MeO、CN、NO2、F和Cl中的至少一種。
本發明所用的催化劑主要為鈀催化劑，作為優選，所述的催化劑為PdI2、PdBr2、PdCl2、PdCl2(dppf)、PdCl2(PPh3)3、Pd(CH3CN)2Cl2、Pd(PhCN)2Cl2、Pd(OAc)2、Pd(TFA)2、Pd(OTs)2或Pd(PPh3)2(OAc)2，作為最優選，所述的催化劑為Pd(PPh3)2(OAc)2，此時，反應收率更高。
作為優選，所述的有機溶劑為NMP、DMA、DMF或DMSO。
作為優選，所述的一氧化碳的壓力為1atm，此時，一氧化碳的壓力與大氣壓相等，操作更加簡便。
作為優選，反應溫度為50～70℃。
作為優選，芳基硼酸、芳基磺酸酯和催化劑的摩爾比為1：1.1～1.2：0.01～0.05。
所述的後處理包括：過濾，向反應體系中加入水，然後加入乙醚萃取，有機相進行過柱得到目標產物。
同現有技術相比，本發明的有益效果為：
(1)該製備方法無論苯系的還是雜環類的芳基磺酸酯和芳基硼酸都可以順利發生反應，具有很高的實用性和選擇性，反應底物廣，反應收率高；
(2)該反應只需要大氣壓力的一氧化碳存在下即可進行，操作簡單；
(3)該反應在60度條件下即可進行，反應產率高，無副產物，經過簡單的後處理就能得到產物；
(4)該方法中，不需要加入膦配體和鹼作為添加劑，成本低廉。
(5)該方法適用於多種離去基團的芳基磺酸酯，官能團耐受性好。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明進行詳細描述。
操作方式：將1.2mmol的芳基磺酸酯，1mmol的芳基硼酸，0.05mmol催化劑加入盛有2ml溶劑的圓底燒瓶中，在1atm一氧化碳，60攝氏度下攪拌12小時。反應完畢降至室溫，濾除固體，加入1mL水後用2mL乙醚萃取三次，合併萃取液旋幹溶劑後，柱分離即得產品。
實施例1～12
實施例1～12以DMSO作為反應溶劑，以苯磺酸酯和苯硼酸作為底物，通過採用不同的催化劑進行反應，反應條件和反應結果見表1。
表1實施例1～12的反應條件和反應結果
實施例13～20
實施例13～20以三苯基膦醋酸鈀作為催化劑，以苯磺酸酯和苯硼酸作為底物，通過採用不同的溶劑進行反應，反應條件和反應結果見2。
表2實施例13～20的反應條件和反應結果
實施例21～26
實施例21～26以三苯基膦醋酸鈀作為催化劑，以DMSO作為反應溶劑，採用不同的甲苯磺酸酯作為底物進行反應，反應條件和反應結果見3。
表3實施例21～26的反應條件和反應結果
實施例27～37
實施例27～37以三苯基膦醋酸鈀作為催化劑，以DMSO作為反應溶劑，採用不同的芳磺酸酯作為底物進行反應，反應條件和反應結果見4。
表4實施例27～37的反應條件和反應結果
實施例38～48
實施例38～48以三苯基膦醋酸鈀作為催化劑，以DMSO作為反應溶劑，採用不同的芳基硼酸作為底物進行反應，反應條件和反應結果見5。
表5實施例38～48的反應條件和反應結果
本發明得到的部分產品的表徵數據如下：
4-methoxy-benzophenone
m.p.132.2–133.7℃；1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ7.83(d,J＝8.4Hz,2H),7.74(t,J＝8.0Hz,2H),7.57(t,J＝7.6Hz,1H),7.45(t,J＝7.6Hz,2H),6.97(d,J＝8.4Hz,2H),3.87(s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ195.5,163.1,138.3,132.4,131.9,130.2,129.7,128.3,113.4,55.6.HRMS(EI)Calcd for C14H12O2(M+)212.0837,Found 212.0844.
4-trifluoromethyl-benzophenone
m.p.117.3–118.9℃；1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ7.91(d,J＝8.0Hz,2H),7.82(d,J＝7.6Hz,2H),7.76(d,J＝8.0Hz,2H),7.62(t,J＝7.2Hz,1H),7.52(t,J＝7.6Hz,2H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ195.6,140.8,136.8,133.7(dd,J1＝64.2Hz,J2＝32.2Hz),133.2,130.2(d,J＝3.9Hz),128.6,125.4(dd,J1＝7.2Hz,J2＝3.6Hz),123.8(d,J＝271.7Hz).HRMS(EI)Calcd for C14H9F3O(M+)250.0605,Found 250.0613.
4-benzoylpyridine
m.p.71.2–72.7℃；1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ7.78(d,J＝8.4Hz,4H),7.57(t,J＝7.6Hz,1H),7.47(t,J＝7.6Hz,2H),6.88(d,J＝8.4Hz,2H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ197.1,161.0,137.9,133.2,132.3,129.9,129.3,128.3,115.5.HRMS(EI)Calcd for C12H9NO(M+)183.0684,Found 183.0682.
2-benzoylpyridine
m.p.40.4–41.9℃；1H NMR(400 MHz,CDCl3,TMS)δ8.72(d,J＝4.8Hz,1 H),8.03-8.08(m,3 H),7.89(t,J＝7.6 Hz,1 H),7.59(d,J＝7.6 Hz,1 H),7.49(t,J＝7.6 Hz,3 H).13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ194.05,155.07,148.57,137.08,136.25,132.95,130.99,128.18,126.20,124.64.HRMS(EI)Calcd for C12H9NO(M+)183.0684,Found 183.0689.
4-methylbenzophenone
m.p.56.2–57.4℃；1H NMR(400 MHz,CDCl3,TMS)δ7.80(d,J＝6.8Hz,2 H),7.74(d,J＝7.6 Hz,2 H),7.57(t,J＝7.2 Hz,1 H),7.48(t,J＝7.6Hz,2 H),7.28(d,J＝8.0 Hz,2 H),2.47(s,3 H).13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ196.6,143.3,137.9,134.9,132.2,130.4,129.9,129.0,128.3,21.7.HRMS(EI)Calcd for C14H12O(M+)196.0888,Found 196.0883.
2-chlorobenzophenone
m.p.42.4–43.9℃；1H NMR(400 MHz,CDCl3,TMS)δ7.81(d,J＝8.4Hz,2 H),7.61(t,J＝7.6 Hz,1 H),7.41-7.48(m,4 H),7.35-7.38(m,2 H).13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ195.7,138.7,136.5,133.7,131.4,131.2,130.1,129.2,128.7,126.8.HRMS(EI)Calcd for C13H9ClO(M+)216.0342,Found 216.0347.
2-benzoylthiophene
m.p.53.4–54.9℃；1H NMR(400 MHz,CDCl3,TMS)δ7.85(t,J＝7.6Hz,2 H),7.72(d,J＝5.6 Hz,1 H),7.65(d,J＝4.8 Hz,1 H),7.58(t,J＝7.2Hz,1H),7.49(t,J＝7.2Hz,2H),7.15(t,J＝4.8Hz,1H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ188.3,143.6,138.2,134.9,134.3,132.3,129.2,128.5,128.0.HRMS(EI)Calcd for C11H8OS(M+)188.0296,Found 188.0299.
Phenyl(pyrimidin-5-yl)methanone
m.p.88.8–91.1℃；1H NMR(400MHz,CDCl3,TMS)δ8.24(s,2H),8.11(s,1H),7.80(d,J＝7.6Hz,2H),7.67(t,J＝7.6Hz,1H),7.56(d,J＝7.6Hz,2H).13C NMR(100MHz,CDCl3)δ193.7,139.5,135.8,133.7,131.6,130.1,125.6,124.0,121.5.HRMS(EI)Calcd for C11H8N2O(M+)184.0637,Found 184.0632.
本發明雖然已以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定本發明，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以利用上述揭示的方法和技術內容對本發明技術方案做出可能的變動和修改，因此，凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所做的任何簡單修改、等同變化及修飾，均屬於本發明技術方案的保護範圍。