香豆素類化合物的合成方法與流程
2023-12-10 07:16:52 1
本發明涉及有機物合成技術領域，尤其涉及香豆素及其衍生物的合成方法。
背景技術：
香豆素英文名稱為Coumarin，分子式：C9H6O2，相對分子量146.15，白色結晶固體，熔點68～70℃，沸點298℃/266Pa，相對密度0.9350，是一類具有內酯環結構的有機含氧雜環化合物。
香豆素根據環上取代基以及取代基位置不同可以分為簡單香豆素、呋喃香豆素、吡喃香豆素等，天然發現存在於黑香豆、香蛇鞭菊、野香莢蘭、蘭花中，具有新鮮乾草香和香豆香。這類化合物具有較好的藥物生物活性，例如抗癌、抗免疫缺陷、抗菌、抗氧化、抗炎症、以及抗精神病的特性(參見J.Med.Chem.2013年56卷4671-4690頁)。與此同時，這類化合物同樣具有光學特性，被廣泛應用於雷射器件、發光二極體和螢光探針上(參見J.Am.Chem.Soc.2015年137卷757-769頁)。
目前，現有的合成香豆素類化合物的方法大多需要高溫與過多添加劑的參與，例如：2012年報導的利用鄰羥基肉桂酸乙酯和正三丁基膦在70攝氏度的溫度下可合成香豆素類化合物(參見Beilstein.J.Org.Chem,2012年8卷1630-1636頁)。此外，在2015年還有報導表明利用2-烯丙基苯酚和鈷催化劑在一氧化碳和氧化劑的作用下，以鄰二甲苯為溶劑合成香豆素類化合物(參見Organic Letter,2015年17卷5404-5407頁)。
採用上述方法合成香豆素類化合物時，所使用的反應體系均較為苛刻，不僅需要加熱，而且需要添加過多的添加劑參與反應。
技術實現要素：
本發明目的在於提供一種香豆素及其衍生物的合成方法，能夠直接利用2-羥基肉桂酸酯類化合物在可見光催化下合成香豆素類化合物，該方法簡單，條件溫和，在常溫下反應，利用可見光作為反應能量來源，環境友好。
本發明所提供的香豆素類化合物的合成方法，包括如下步驟：
(1)在惰性氣體氣氛中，向2-羥基肉桂酸酯類化合物中加入光催化劑和乙腈，將反應體系在攪拌情況下置於藍光環境照射12-36小時；
(2)待反應結束後，有機溶劑萃取，合併有機相；
(3)待所述有機相干燥後，進行色譜分離，得到香豆素類化合物。
優選的，所述2-羥基肉桂酸酯類化合物具有所示式(A)結構：
其中，R1選自-H、-CH3、-OCH3、-F、-Cl、-Br、-OH、-NO2、N(CH2CH3)2的一種或幾種，
R2選自-H、-CH3或CH2CH3的一種,
R3選自-CH3,-CH2CH3，-CH2CH2CH3，或-CH(CH3)2的一種。
優選的，所述惰性氣體選自氬氣、氮氣。
優選的，所述光催化劑為三(2-苯基吡啶)合銥(III)，具有所示式(B)結構：
優選的，所述步驟(2)中，用乙酸乙酯進行萃取。
優選的，所述步驟(3)中，色譜分離中使用的色譜柱為矽膠柱，使用的洗脫劑為己烷和乙酸乙酯的混合溶劑，其體積比為10∶1～15∶1。
優選的，所述步驟(3)中，利用無水硫酸鎂對所述有機相干燥。
優選的，所述2-羥基肉桂酸酯類化合物、光催化劑的摩爾比為1～2∶0.01～0.04，所述2-羥基肉桂酸酯類化合物在乙腈中的摩爾濃度為0.05～0.2M,優選為0.1M。
本發明提供了通過所述合成方法合成得到的香豆素類化合物具有所示式(C)結構：
其中，R1選自-H、-CH3、-OCH3、-F、-Cl、-Br、-OH、-NO2、N(CH2CH3)2的一種或幾種，
R2選自-H、-CH3或CH2CH3的一種。
所述式(C)結構具體包括下述化合物：
本發明所提供的香豆素及其衍生物的合成方法，包括如下步驟：
S1：向反應管中加入2-羥基肉桂酸酯類化合物，光催化劑三(2-苯基吡啶)合銥(III)，乙腈和攪拌子，封口後用氬氣置換，將反應管置於藍光LED環境下常溫攪拌照射24小時。
在本步驟中，2-羥基肉桂酸酯類化合物的雙鍵在可見光催化下發生異構化，由反式結構轉化為順式結構，可以理解的是，伴隨著乙醇的消去，這個順式結構很容易形成內酯環狀化合物。
S2：待反應結束後，利用有機溶劑進行萃取，合併有機相。
在本步驟中，利用乙酸乙酯對S1中得到的產物進行萃取，可萃取多次，將所得到的香豆素類化合物萃取的更加完全。
S3：待所述有機相干燥後，進行色譜分離，得到高純度的香豆素類化合物。
在步驟S3中，所選用的乾燥劑為無水硫酸鎂，在色譜分離時，通過梯度洗脫得到高純度的香豆素類化合物。
其中，所述2-羥基肉桂酸酯類化合物、光催化劑的毫摩爾比為1:0.01。
本發明中所述藍光，具體而言是指波長範圍為400nm～480nm的光波,特別優選是LED藍光。
本發明中所述香豆素類化合物是指包括香豆素及其衍生物在內的一類化合物。
相對於現有技術中的方案，本發明的優點是：本發明提供了一種香豆素類化合物的合成方法，相比於現有的技術而言，本發明提供的合成方法能夠直接利用2-羥基肉桂酸酯類化合物為原料，在可見光的催化作用下，合成香豆素類化合物。該方法不僅操作簡單，條件溫和，而且合成產物的產率高，均能夠達到80％以上，可為本領域技術人員提供一種合成香豆素類化合物的新方法。而且反應在常溫下進行，利用可見光作為反應能量來源，綠色無公害。
具體實施方式
以下結合具體實施例對上述方案做進一步說明。應理解，這些實施例是用於說明本發明而不限於限制本發明的範圍。實施例中採用的實施條件可以根據具體廠家的條件做進一步調整，未註明的實施條件通常為常規實驗中的條件。
實施例1
向反應管中加入2-羥基肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為10：1，最終得到白色固體，即香豆素(1)：
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.71(d,J＝9.5Hz,1H),7.58–7.44(m,2H),7.37–7.27(m,2H),6.43(d,J＝9.5Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ160.78,154.08,143.41,131.84,127.85,124.42,118.85,116.94,116.74。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 169.0256,found 169.0222。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為香豆素，產率為94％。
實施例2
向反應管中加入2-羥基-4-甲氧基肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即8-甲氧基香豆素(2)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.68(d,J＝9.6Hz,1H),7.20(t,J＝7.9Hz,1H),7.07(ddd,J＝10.1,7.9,1.4Hz,2H),6.43(d,J＝9.5Hz,1H),3.96(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ160.19,147.27,143.77,143.59,124.29,119.47,119.26,116.96,113.73,56.26。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 199.0371,found 199.0356。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為8-甲氧基香豆素，產率為88％。
實施例3
向反應管中加入2-羥基-5-甲基肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即6-甲基香豆素(3)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.65(d,J＝9.5Hz,1H),7.37–7.16(m,3H),6.39(d,J＝9.5Hz,1H),2.39(s,3H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ161.06,152.16,143.42,134.13,132.82,127.68,118.58,116.58,116.57,20.73。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 183.0422,found 183.0475。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為6-甲基香豆素，產率為94％。
實施例4
向反應管中加入2-羥基-5-氯肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即6-氯香豆素(4)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.64(d,J＝9.6Hz,1H),7.52–7.43(m,2H),7.31–7.24(m,1H),6.47(d,J＝9.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ160.04,152.44,142.21,131.78,129.71,127.13,119.82,118.35,117.89。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 202.9876,found 202.9831。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為6-氯基香豆素，產率為92％。
實施例5
向反應管中加入2-羥基-5-溴肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即6-溴香豆素(5)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.67–7.57(m,3H),7.25–7.18(m,1H),6.46(d,J＝9.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ159.96,152.92,142.11,134.60,130.18,120.32,118.65,117.87,116.99。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 246.9371,found 246.9320。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為6-溴基香豆素，產率為98％。
實施例6
向反應管中加入2-羥基-3，5-二氯肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即6，8-二氯香豆素(6)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.63(d,J＝9.6Hz,1H),7.60(d,J＝2.4Hz,1H),7.40(d,J＝2.4Hz,1H),6.52(d,J＝9.6Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ158.82,148.46,141.94,131.89,129.58,125.73,122.81,120.62,118.56。
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 236.9486,found 236.9410。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為6，8-二氯基香豆素，產率為80％。
實施例7
向反應管中加入2-羥基-5-氟肉桂酸乙酯(0.2mmol)、三(2-苯基吡啶)合銥(III)(0.002mmol)和2mL乙腈，並加入一枚磁子，封口後用氬氣置換反應管中空氣，置於藍色LED光照下攪拌照射24小時，反應溫度為室溫。待反應結束後，利用乙酸乙酯進行萃取，合併乙酸乙酯相併對乙酸乙酯相干燥後進行色譜分離，洗脫劑為己烷和乙酸乙酯，比例為15：1，最終得到白色固體，即8-氟香豆素(7)，
對上述白色固體進行核磁波譜分析，數據如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.66(d,J＝9.6Hz,1H),7.36–7.11(m,3H),6.47(d,J＝9.7Hz,1H).
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ160.32,159.93,157.50,150.18,142.47,119.48,119.24,118.44,117.88,113.18.
對上述白色固體進行質譜分析，數據如下：HRMS(ESI)calculated for[M+Na]+requires m/z 187.0171,found 187.0186。
經鑑定後，核磁波譜數據和質譜數據與結構式相對應，證明合成的產物為6-氟基香豆素，產率為90％。
上述實例只為說明本發明的技術構思及特點，其目的在於讓熟悉此項技術的人是能夠了解本發明的內容並據以實施，並不能以此限制本發明的保護範圍。凡根據本發明精神實質所做的等效變換或修飾，都應涵蓋在本發明的保護範圍之內。