一種吩噁嗪化合物或吩噻嗪化合物的合成方法與流程
2023-06-20 11:56:46 2
本發明涉及氧(硫)氮類化合物合成技術領域，具體涉及一類吩噁嗪和吩噻嗪衍生物及其製備方法。
背景技術：
吩噁嗪和吩噻嗪類衍生物是一類非常重要的有機雜環化合物，因其衍生物具有抗癌、抗腫瘤、抗結核、抗菌、抗氧化等生物活性而廣泛的應用於藥物化學和生物化學的合成研究中[Prinz,H.；Chamasmani,B.；Vogel,K.；et al.J.Med.Chem.2011,54,4247.]。此外，吩噁嗪和吩噻嗪所特有的給電子體結構使其在染料敏化太陽能電池[Lee,W.；Yuk,S.B.；Choi,J.；et al.Dyes and Pigments 2014,102,13.]、螢光染料[Duan,C.；Li,J.；Han,C.；et al.Chem.Mater.2016,28,5667.]、和OLEDs[Okamoto,T.；Kozaki,M.；Doe,M.；et al.Chem.Mater.2005,17,5504.]等光電材料方面扮演著重要的角色。通常合成吩噁嗪和吩噻嗪類化合物的方法是通過三步法，首先兩步法以鈀催化銅催化或鹼催化分子間和分子內關環合成未取代吩噁嗪或吩噻嗪類化合物，然後以該類化合為底物與滷代烴發生分子間C-N構建反應目標衍生物。該類合成方法大多是基於Buchwald-Hartwig胺化反應，需要將胺源引入底物，然後通過分子內N位單芳基化反應的方式兩步合成目標吩噁嗪或吩噻嗪類衍生物(見反應1,2)。實驗數據證明，該類反應對底物要求高因此選擇範圍極窄，且需要分步反應關環，反應條件較為苛刻(如較高的反應溫度，添加大過量的鹼)，官能團容忍性較差，尤其是胺源可選範圍窄。
反應1
反應2
技術實現要素：
本發明提供了一種條件溫和、環境友好且能通過鈀催化雙滷化合物與伯胺分子間關環來合成吩噁嗪(吩噻嗪)類化合物的新方法。該方法避免了將胺源先引入底物的步驟，實現了一鍋煮合成。
實現本發明的技術方案是：一種吩噁嗪化合物或吩噻嗪化合物的合成方法，具體步驟如下：在氮氣氛圍下，將雙滷化合物、伯胺、鈀化合物、膦配體、鹼溶解在有機溶劑中，加熱攪拌反應，之後經萃取、乾燥、濃縮、純化，製得吩噁嗪化合物或吩噻嗪化合物；
所述吩噁嗪化合物或吩噻嗪化合物的通式如下：
通式中X為O或S；R1表示氫原子、烷基、芳基、醯基、滷基、雜環基或酯基；R2表示烷基、芳基、雜環基或環烷基。
所述雙滷化合物、伯胺、鈀化合物、膦配體、鹼的摩爾比為雙滷化合物：伯胺：鈀化合物：膦配體：鹼＝(1-2)：(1-1.1)：(0.05-0.10)：(0.10-0.20)：(3-6)。
所述的加熱攪拌反應溫度為100-120℃；反應時間為15-72h。
所述雙滷化合物的通式如下：
通式中X表示O或S；R1表示氫原子、烷基、芳基、醯基、滷基、雜環基或酯基。
所述伯胺的通式為：R2-NH2，通式中R2表示烷基、芳基、雜環基。
所述的鈀化合物為Pd(OAc)2、Pd2(dba)3、PdCl2、Pd(PPh3)2Cl2或PdCl2(dppf)中的任意一種。
所述的膦配體為如下通式所示化合物L1-L8中的任一種：
所述的鹼為叔丁醇鈉、叔丁醇鉀、碳酸銫、碳酸鉀、碳酸鈉、三乙胺、叔丁胺、1,8-二氮雜雙環(5.4.0)十一-7-烯中的任意一種。
所述的有機溶劑為甲苯、1,4-二氧六環、N,N-二甲基甲醯胺、四氫呋喃中的任意一種。
本發明提出一種合成吩噁嗪(吩噻嗪)類化合物的新思路，即通過鈀催化雙滷化合物與伯胺雙胺化找到一種條件溫和、環境友好且能通過僅一步反應高效快捷合成吩噁嗪(吩噻嗪)類化合物的新方法(見反應3)。該合成路徑避免了將胺源事先引入底物，不僅能極大拓展胺源範圍，也大範圍拓展了底物官能團的容忍性，且反應條件更加溫和，對於以往傳統方法不能夠合成吩噁嗪(吩噻嗪)類化合物也有較好的產率。該種一鍋煮的新合成方法極大地節省了反應工作量，且反應過程中很少有副產物的生成，使反應的後處理更為便捷、高效。
反應3
本發明的有益效果是：本發明合成步驟簡單、反應條件溫和、操作簡便易行、產物收率高達99％，而且所適用的底物範圍廣泛，為吩噁嗪(吩噻嗪)類化合物的合成提供了一種新思路，在有機合成方法學上具有重大的意義。
附圖說明
圖1是實施例1製備的目標產物A的1H NMR圖。
圖2是實施例1製備的化合物A的13C NMR。
圖3是實施例6製備的化合物F的1H NMR。
圖4是實施例6製備的化合物F的13C NMR。
具體實施方式
下面結合實例來進一步描述本發明，通過下述實施例有助於進一步理解本發明，但並不限制本發明的範圍。
實施例1
結構式如下的吩噁嗪類化合物A的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2,2』-二溴二苯醚(0.2mmol)，然後依次加入苯胺(0.22mmol)、Pd(OAc)2(0.01mmol,5mol％)、DPEphos(0.02mmol,10mol％)、叔丁醇鈉(0.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，120℃反應15h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(純石油醚)得到目標產物A。
1H NMR(600MHz,CDCl3,SiMe4):δ＝7.53(t,J＝7.74Hz,2H),7.41(t,J＝7.38Hz,1H),7.29(d,J＝7.86Hz,2H),6.66-6.65(m,2H),6.59(t,J＝7.68Hz,2H),6.54-6.52(m,2H),5.87(d,J＝7.98Hz,2H)。
13C NMR(150MHz,CDCl3,SiMe4):δ＝143.85,138.90,134.33,130.95,130.72,128.38,123.15,121.19,115.32,113.16。
實施例2
結構式如下的吩噁嗪類化合物B的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2,2』-二溴二苯醚(1.2mmol)，然後依次加入對苯二胺)(0.6mmol)、Pd(OAc)2(0.06mmol,10mol％)、DPEphos(0.12mmol,20mol％)、叔丁醇鈉(3.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，120℃反應72h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(石油醚：乙酸乙酯＝20:1，體積比)得到目標產物B。
實施例3
結構式如下的吩噁嗪類化合物C的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2-溴-1-(2-溴苯氧基-4-氯)-苯(0.2mmol)，然後依次加入苯胺(0.22mmol)、Pd(OAc)2(0.01mmol,5mol％)、DPEphos(0.02mmol,10mol％)、叔丁醇鈉(0.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，120℃反應15h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(純石油醚)得到目標產物C。
實施例4
結構式如下的吩噻嗪類化合物D的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2,2'-二溴二苯硫醚(0.2mmol)，然後依次加入苯胺(0.22mmol)、Pd2(dba)3(0.01mmol,5mol％)、BINAP(0.02mmol,10mol％)、叔丁醇鈉(0.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，110℃反應20h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(純石油醚)得到目標產物D。
實施例5
結構式如下的吩噁嗪類化合物E的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2,2』-二溴二苯醚(0.2mmol)，然後依次加入正辛胺(0.22mmol)、Pd(OAc)2(0.01mmol,5mol％)、BINAP(0.02mmol,10mol％)、叔丁醇鈉(0.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，100℃反應24h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(純石油醚)得到目標產物E。
實施例6
結構式如下的吩噻嗪類化合物F的製備方法：
向乾燥的25mL Schlenk反應管中加入雙滷化合物2,2』-二溴二苯硫醚(1.2mmol)，然後依次加入對苯二胺(0.6mmol)、Pd2(dba)3(0.06mmol,10mol％)、BINAP(0.12mmol,20mol％)、叔丁醇鈉(3.6mmol)，在氮氣保護下，加入甲苯(2mL)，110℃反應72h。反應結束後，經萃取，乾燥，濃縮，柱色譜分離(石油醚：乙酸乙酯＝20:1，體積比)得到目標產物F。
1H NMR(400MHz,CDCl3,SiMe4):δ＝7.48(s,4H),7.11(d,J＝7.28Hz,4H),7.01-6.88(m,8H),6.51(d,J＝8.00Hz,4H)。
13C NMR(100MHz,CDCl3,SiMe4):δ＝143.74,140.35,130.35,127.21,126.98,123.23,122.79,117.86。
不同條件下製備吩噁嗪或吩噻嗪化合物見表1。
表1不同條件下製備吩噁嗪或吩噻嗪化合物
註：a表示下列物質的摩爾比，即雙滷化合物：伯胺：鈀化合物：膦配體：鹼
以上所述均為本發明的部分實施例，並非用來限制本發明。但凡依本發明內容所做的均等變化與修飾，都為本發明的保護範圍之內。