一種製備含有2,5-二取代基的取代呋喃的方法
2023-10-11 18:28:09 1
專利名稱：一種製備含有2,5-二取代基的取代呋喃的方法
技術領域：
本發明屬於精細化工產品催化合成技術領域，涉及一種製備取代呋喃的方法，特 別是涉及一種1，3_共軛二炔與水反應一步製備含有2，5-二取代基的取代呋喃的方法。
背景技術：
呋喃及其衍生物是一類重要的五元含氧雜環化合物，自然界中有很多含呋喃結構 的化合物，該類化合物不僅是很多天然產物的核心結構單元，同時它們在醫藥、生物、食品、 農藥、塗料、紡織、日用化學品、香料、染料、高分子材料等領域中有著重要的用途。呋喃樹脂 與其它樹脂相比，有著更突出的耐蝕性和耐熱性，適合於製作膠泥、樹脂砂漿和樹脂混凝土 預製板材，主要用在有機氯化合物、農藥、人造纖維、染料、紙漿和有機溶劑的回收以及廢水 處理系統等工程中。此外，呋喃類藥物在醫學上有著廣泛的應用，可用於防治傷寒、副傷寒、 家禽原蟲病，還對大腸桿菌性敗血症及呼吸道疾病的繼發性細菌感染均有一定防治效果。 例如，硝基呋喃類藥物(Nitrofurans)是一類合成的抗菌藥物，它們具有廣譜抗菌性質，主 要應用於敏感菌所致的泌尿系統感染。呋喃化合物的傳統合成方法主要有兩種一種是對已經存在的呋喃環進行結構 改造；另一種是以非環化合物為前體來構造呋喃結構單元。其中應用較多的是1，4_ 二 羰基化合物在酸催化下的環化縮合反應(Paal-Knorr synthesis) (Paal C. Berichte der deutschen chemischen Gese1lschaft,1885,18(1) :367. Knorr L. Berichte der deutschen chemischen Gesellschaft, 1885,18(1) :299)，後來Luo等人對此方法進行了改 進，發現將條件改變為NH2S03H/BF4，在溫度90°C下反應，也可脫水生成呋喃(Luo H. T. ,Kang Y. R. , Li Q. Heteroatom Chem. ,2008,19(2) :144)。而現代微波技術的發展，使 Paal-Knorr 合成法得以進一步發展，Giacomo等人利用微波技術從1，4 二酮合成三取代呋喃化合物 (Giacomo M.，Luca F. R.，Alessandro S. Eur. J. Org. Chem.，2005 (24) :5277)。最近，人們又提出了一些新的合成方法，利用過渡金屬催化合成呋喃及其衍生物， 簡化了合成路線。與傳統方法相比，這些方法具有反應條件溫和，產率與選擇性高，底物的 適用範圍廣等特點。金屬催化呋喃衍生物的合成主要有兩種方法一種是通過偶聯反應對 呋喃環進行修飾，如Mile等人研究發現3-呋喃三丁基錫在鈀催化劑催化下，在CO氣氛 中與醯氯反應，可以高產率製備醯基取代的呋喃化合物(Sheffy F. K. ；Godschalx J. P.； Stile J. K. J. Am. Chem. Soc. 1984，106，4833)；黃乃正等人利用 Suzuki 偶聯反應製備 2， 3-二取代呋喃化合物和3，4 二取代呋喃化合物(Wong Μ. K. ；Wong H. N. C. ；Tetrahedron, 1997，53，3497. Song Ζ. Ζ. ；Wong H. N. C. J. Org. Chem.，1994，59，3917)；有機鋅試劑在 鈀催化劑催化下進行Negishi偶聯反應能夠得到多取代的呋喃衍生物(Ermis，D.S.； Gilchrist, T. L. Tetrahedron, 1990,46,2623) ；Chatani 等人用釕催化劑，研究 2-呋喃丙酮 與非末端炔烴或烯烴的反應製備2，3-二取代呋喃化合物(Murai，S. ；Tanaka, Y. ；Chatani， N. Nature, 1993，366，529)。第二種方法是通過官能團化的炔烴或聯烯類化合物的異構化環 化反應來構建呋喃環，如Marshall小組發現聯烯酮在AgNO3/丙酮/碳酸鈣的體系中能夠形成呋喃衍生物，該反應在室溫條件下即可進行(Marshall, J. Α. ；Wang，X. J. J. Org. Chem.， 1991,56,960)；麻生明等研究了聯烯酮與滷化物的偶聯反應，發現在鈀與銀共催化下聯烯 酮可以與芳基滷化物、烯基滷化物等發生環化、偶聯反應，從而形成多取代的呋喃衍生物 (Ma, S. Μ. ；Zhang, J. L. Chem. Commun.，2000，117 ；Chem. Eur. J. 2003，9，2447) ；Gevorgyan 等發現α，β-炔酮在CuI催化下可以發生環異構化反應，形成2，5-二取代呋喃化合物 (Gevorgyan, V. J. Org. Chem.，2002，67，95)。此外，(Z)-烯炔醇也是合成呋喃環的重要前 體，如(Z) -3-甲基-2-戊烯-4-炔-1-醇在氯化銅催化下可以高收率形成2，3- 二甲基 呋喃，並且該反應的規模可以達到幾十克(Vegh, D. ；Zalupsky, P. Synth. Commun. 1990，20， 1113)。綜上所述，一步法合成呋喃衍生物的新型催化反應體系是目前人們關注的重點之 一，但是目前的很多新方法仍然存在很多缺點，如需要很多反應步驟、需要先合成前體、反 應條件苛刻、產率不理想、較長的反應時間等。因此，研究和開發原料易得，催化劑體系廉價 的呋喃衍生物形成反應體系是非常有意義的工作。
發明內容
本發明的目的是提供一種製備含有2，5- 二取代基的呋喃衍生物的方法。本發明提供的製備式I結構通式所示的含有2，5-二取代基的呋喃化合物的方法， 包括如下步驟在惰性氣氛中，將1，3_共軛二炔、催化劑、配體和鹼在有機溶劑中進行環化 反應，反應完畢得到所述式I結構通式所示含有2，5- 二取代基的呋喃化合物；
權利要求
1. 一種合成式I結構通式所示含有2，5- 二取代基的呋喃化合物的方法，包括如下步 驟在惰性氣氛中，將1，3-共軛二炔、催化劑、配體和鹼在有機溶劑中進行環化反應，反應 完畢得到所述式I結構通式所示含有2，5- 二取代基的呋喃化合物；
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於所述式I結構通式中，所述含有烷基的取 代苯基、含有烷基的取代萘基、含有烷基的取代聯苯基、含有烷基的取代噻吩基、含有烷基 的取代呋喃基和含有烷基的取代吡啶基中，所述烷基的碳原子數均為1-5 ；所述含有烷氧 基的取代苯基、含有烷氧基的取代萘基、含含有烷氧基的取代聯苯基、含有烷氧基的取代噻 吩基、含有烷氧基的取代呋喃基和含有烷氧基的取代吡啶基中，所述烷氧基的碳原子數均 為 1-5;所述碳原子數為1-10的烷基為碳原子數為1-5的烷基；所述催化劑選自Pd (PPh3) 4、Pd (OAc) 2和Pd (PPh3) 2C12中的至少一種，優選Pd (PPh3) 4 ；所 述 Pd (PPh3) 4 和 Pd (PPh3) 2C12 中，PPh3 為三苯基膦。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於所述配體為三苯基膦、三環己基膦、 三叔丁基膦、三苯基氧膦、降冰片烯、降冰片二烯、二苯乙炔或4-辛炔，優選降冰片二烯。
4.根據權利要求1-3任一所述的方法，其特徵在於所述1，3-共軛二炔的結構通式為 R 二二 RI，其中，R和R'均選自下述基團中的任意一種苯基、萘基、聯苯基、噻吩基、 呋喃基、吡啶基、含有烷基的取代苯基、含有烷基的取代萘基、含有烷基的取代聯苯基、含有 烷基的取代噻吩基、含有烷基的取代呋喃基、含有烷基的取代吡啶基、含有烷氧基的取代苯 基、含有烷氧基的取代萘基、含有烷氧基的取代聯苯基、含有烷氧基的取代噻吩基、含有烷 氧基的取代呋喃基、含有烷氧基的取代吡啶基、滷代苯基、醯基取代苯基和碳原子數為1-10 的烷基；其中，所述含有烷基的取代苯基、含有烷基的取代萘基、含有烷基的取代聯苯基、含有 烷基的取代噻吩基、含有烷基的取代呋喃基和含有烷基的取代吡啶基中，所述烷基的碳原 子數均為1-5，優選1-3 ；所述含有烷氧基的取代苯基、含有烷氧基的取代萘基、含有烷氧基的取代聯苯基、含有烷氧基的取代噻吩基、含有烷氧基的取代呋喃基和含有烷氧基的取代 吡啶基中，所述烷氧基的碳原子數均為1-5，優選1-3 ；所述碳原子數為1-10的烷基優選為 碳原子數為1-5的烷基。
5.根據權利要求1-4任一所述的方法，其特徵在於所述鹼為碳酸鈉、碳酸氫鈉、氫氧 化鈉、氫氧化鉀、碳酸鉀、碳酸銫、叔丁醇鉀或叔丁醇鈉，優選氫氧化鉀或氫氧化鈉。
6.根據權利要求1-5任一所述的方法，其特徵在於所述溶劑選自二甲基亞碸、N， N-二甲基甲醯胺、1，4_ 二氧六環、環己烷、甲苯、正己烷、二氯甲烷、N，N-二甲基吡咯烷酮、 1，2-二氯乙烷、硝基甲烷和乙酸乙酯中的至少一種，優選1，4_ 二氧六環和甲苯中的至少一 種。
7.根據權利要求1-6任一所述的方法，其特徵在於所述催化劑的用量為所述1， 3-共軛二炔摩爾用量的5-20%，優選5% ；所述配體的用量為所述1，3_共軛二炔摩爾用量 的10-30%，優選15% ；所述鹼的用量為所述1，3_共軛二炔摩爾用量的100-300%，優選 150%。
8.根據權利要求1-7任一所述的方法，其特徵在於所述環化加成反應步驟中，溫度為 80 140°C，優選140°C，時間為4-24小時，優選6-8小時。
9.根據權利要求1-8任一所述的方法，其特徵在於所述環化反應中，反應器為密封的 反應器，優選玻璃封管。
10.根據權利要求1-9任一所述的方法，其特徵在於所述惰性氣氛為氮氣或氬氣氣 氛，優選氮氣氣氛。
全文摘要
本發明公開了一種製備含有2，5-二取代基的取代呋喃的方法。該方法包括如下步驟在惰性氣氛中，將1，3-共軛二炔、催化劑、配體和鹼在有機溶劑中進行環化反應，反應完畢得到所述式I結構通式所示含有2，5-二取代基的呋喃化合物。該方法中催化劑選自Pd(PPh3)4、Pd(OAc)2和Pd(PPh3)2Cl2中的至少一種，所述有機溶劑為極性溶劑或非極性溶劑，所述配體為含有不飽和鍵的烯烴或者是炔烴配體，所述鹼為鹼性較強的無機鹼，所述1，3-共軛二炔為芳香族、脂肪族或兩者交叉的1，3-共軛二炔。本發明反應條件簡單溫和，同時催化劑體系表現出高效、高選擇性，使該方法具有重要的應用價值。(式I)
文檔編號C07D307/38GK102120735SQ201110023149
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月20日 優先權日2011年1月20日
發明者華瑞茂, 鄭慶偉 申請人:清華大學