一种1,6-烯炔类化合物氰烷基化反应方法

文档序号:1608611 发布日期:2020-01-10 浏览:30次 >En<

阅读说明:本技术 一种1,6-烯炔类化合物氰烷基化反应方法 (1, 6-eneyne compound cyanoalkylation reaction method ) 是由 黄训杰 魏文廷 曹婷婷 宋思哲 于 2019-09-05 设计创作,主要内容包括:本发明涉及一种1,6-烯炔类化合物与偶氮烷基腈在无催化剂、无添加剂体系下的区域选择性氰烷基化/环化反应方法。该方法通过向Schlenk反应瓶中加入1,6-烯炔类化合物、偶氮烷基腈类化合物和溶剂,在一定温度、空气气氛条件下搅拌反应,得到产物2-吡咯烷酮类化合物。(The invention relates to a regioselective cyanoalkylation/cyclization reaction method of 1, 6-eneyne compounds and azo alkyl nitriles under a catalyst-free and additive-free system. The method comprises the steps of adding a 1, 6-eneyne compound, an azoalkyl nitrile compound and a solvent into a Schlenk reaction bottle, and stirring and reacting at a certain temperature under the air atmosphere condition to obtain a product 2-pyrrolidone compound.)

一种1,6-烯炔类化合物氰烷基化反应方法

技术领域

本申请属于有机合成领域,具体涉及一种1,6-烯炔类化合物与偶氮烷基腈在无催化剂、无添加剂体系下的区域选择性氰烷基化/环化反应方法。

背景技术

在高分子化学中,偶氮烷基腈被广泛用作自由基引发剂。传统上,其仅引发自由基过程,并不参与化学反应。近年来,在铜催化和/或氧化剂存在的体系中,偶氮烷基腈能作为一种安全低毒的氰基化试剂使用。此外,由于偶氮烷基腈在加热过程中极易分解产生氰烷基自由基,而在有机合成被广泛用做氰烷基化试剂。在此背景下,化学家们发展了偶氮烷基腈与烯烃及炔烃衍生物的氰烷基化反应。然而,偶氮烷基腈与烯炔衍生物在无催化剂、无添加剂体系下的氰烷基化反应未见报道。

发明人对于无催化剂、无添加剂体系下的氰烷基自由基反应进行了深入的研究,在本发明中,我们提出了一种以1,6-烯炔类化合物与偶氮烷基腈为反应原料,在无催化剂、无添加剂体系下经自由基过程高区域选择性氰烷基化/环化反应的新方法。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足,提供一种绿色高效、低成本、高选择性的1,6-烯炔类化合物与偶氮烷基腈的氰烷基化/环化反应方法,该方法无需使用任何催化剂和添加剂,温和温度下高区域选择性的以较高产率制备获得 2-吡咯烷酮类化合物。

本发明提供的氰烷基化/环化反应方法,该方法以1,6-烯炔类化合物和偶氮烷基腈为原料,通过下列步骤进行制备获得:

向Schlenk反应瓶中加入式1所示的1,6-烯炔化合物、式2所示的偶氮烷基腈和溶剂,将反应瓶置于一定温度、空气气氛条件下搅拌反应,经TLC或 GC监测反应进程,至原料反应完全,经后处理得到环化产物2-吡咯烷酮类化合物(I)。

本发明提供的1,6-烯炔与偶氮烷基腈高区域选择性自由基氰烷基化/环化反应方法,其化学反应式可表述为(见式一):

上述式一的反应中,所述的反应气氛为1atm的空气气氛,也可以替换为 1atm的氮气气氛或其它惰性气体气氛,从经济成本等方面考虑,优选为空气气氛。

所述的后处理操作如下:将反应完成后的反应液用乙酸乙酯萃取,有机相用无水硫酸钠干燥,过滤并减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离,洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷,得到目标产物2-吡咯烷酮类化合物(I)。

式1、式2及式I表示的化合物中,R1选自氢、C5-C14芳基、C1-C10烷基、 C1-C6酰基;

R2选自氢、C1-C6烷基、C5-C14芳基;

R3选自C1-C8烷基、C5-C14芳基;

R4选自C1-C6烷基、C5-C14芳基;

R5选自C1-C6烷基、C5-C14芳基;

其中,上述各R1-R5取代基中的具有所述碳原子数目的芳基、烷基和酰基任选地被取代基取代,所述的取代基选自卤素、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、C5- C14芳基、卤素取代的C1-C6烷基、-NO2、-CN、C1-C6烷基-C(=O)-、C1-C6烷基 -OC(O=)-;

EWG=CN或COOMe。

优选地,R1选自C1-C10烷基、C5-C14芳基;其中所述C1-C10烷基、C5- C14芳基任选地被取代基取代,所述取代基选自卤素、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、C5-C14芳基、卤素取代的C1-C6烷基、-NO2、-CN、C1-C6烷基-C(=O)-、 C1-C6烷基-OC(O=)-;

R2选自氢;

R3选自C1-C8烷基、C5-C14芳基,其中所述C1-C6烷基、C5-C14芳基任选地被取代基取代,所述取代基选自卤素、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、C5-C14芳基、卤素取代的C1-C6烷基、-NO2、-CN、C1-C6烷基-C(=O)-、C1-C6烷基- OC(O=)-;

R4选自C1-C6烷基;

R5选自C1-C6烷基。

在本发明的反应中,所述的溶剂选自乙酸乙酯、乙腈、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、水中的任意一种或几种的混合物。优选为乙腈。

在本发明的反应中,所述的一定温度为40-80℃,温度最优选为60℃。

在本发明的反应中,所述反应原料完全转化需要的时间为12-20小时,优选为16小时。

在本发明的反应中,所述式1的1,6-烯炔化合物与式2的偶氮烷基腈的摩尔比为1∶1.2~1∶3。优选地,式1的1,6-烯炔化合物与式2的偶氮烷基腈的摩尔比为1∶2。

本发明的有益效果是:提出了无催化剂、无添加剂体系下1,6-烯炔化合物与偶氮烷基腈高区域选择性自由基氰烷基化/环化反应方法,该方法无需借助任何催化剂或添加剂,以高收率得到一系列的目标产物。该方法具有反应底物适应范围广泛、简单高效、经济绿色的优点,特别适合于工业化生产。

具体实施方式

以下结合具体实施例,对本发明进行进一步详细的描述,但本发明并不局限于此。

下述实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和原料,如无特殊说明,均可以从商业途径获得和/或根据已知的方法制备获得。

实施例1-10为反应条件优化实验。

实施例1

向Schlenk瓶中加入式1a所示的1,6-烯炔化合物(39.8mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-1(71%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.70(d,J=8.0Hz,2H),7.40(t,J=8.0Hz,2H),7.19(t,J=7.5Hz,1H), 5.43(t,J=2.0Hz,1H),5.34(t,J=2.5Hz,1H),4.71-4.6g(m,1H),4.56-4.52(m,1H),2.1g(d,J =14.5Hz,1H),1.96(d,J=14.5Hz,1H),1.41(s,3H),1.37(s,3H),1.30(s,3H);13C NMR(125 MHz,CDCl3)δ:176.0,142.7,138.8,129.1,125.1,124.5,120.2,111.1,52.2,48.5,47.7,30.9,30.5, 29.1,26.9;HRMSm/z(ESI)calcd for C17H21N2O([M+H]+)269.1648,found 269.1649。

实施例2

溶剂用乙腈(2mL)代替乙酸乙酯,其余条件同实施例1,得到目标产物 I-1的收率为80%。

实施例3

溶剂用甲苯(2mL)代替乙酸乙酯,其余条件同实施例1,得到目标产物 I-1的收率为32%。

实施例4

溶剂用N,N-二甲基甲酰胺(2mL)代替乙酸乙酯,其余条件同实施例1,得到目标产物I-1的收率为51%。

实施例5

溶剂用水(2mL)代替乙酸乙酯,其余条件同实施例1,得到目标产物I- 1的收率为5%。

实施例6

添加催化剂碘化亚铜(CuI,7.6mg,0.04mmol),其余条件同实施例2,得到目标产物I-1的收率为81%。

实施例7

偶氮烷基腈用量为1.2当量(39.4mg,0.24mmol),其余条件同实施例2,得到目标产物I-1的收率为53%。

实施例8

偶氮烷基腈用量为3当量(98.4mg,0.6mmol),其余条件同实施例2,得到目标产物I-1的收率为81%。

实施例9

反应温度降低至40℃,其余条件同实施例2,得到目标产物I-1的收率为23%。

实施例10

反应温度升高至80℃,其余条件同实施例2,得到目标产物I-1的收率为 71%。

由上述实施例1-10可以看出,最佳的反应条件为实施例2的反应条件,即偶氮烷基腈用量为2当量(65.6mg,0.4mmol)、溶剂为乙腈(2mL),反应温度为60℃。在获得最佳反应条件的基础上,发明人进一步在该最佳反应条件下,选择不同取代基的1,6-烯炔化合物和偶氮烷基腈为原料以发展高区域选择性自由基氰烷基化/环化反应方法。

实施例11

Figure RE-GSB0000184803290000061

向Schlenk瓶中加入式1b所示的1,6-烯炔化合物(45.8mg,0.2mmol),式2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-2(84%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.59(d,J=9.0Hz,2H),6.93(d,J=9.0Hz,2H),5.41(t,J=3.0Hz,1H), 5.32(t,J=2.0Hz,1H),4.67-4.63(m,1H),4.51-4.47(m,1H),3.81(s,3H),2.17(d,J=14.5Hz, 1H),1.94(d,J=14.5Hz,1H),1.40(s,3H),1.36(s,3H),1.30(s,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ:175.5,157.0,143.0,132.0,124.6,122.0,114.3,110.9,55.5,52.6,48.2,47.8,30.9,30.5,29.1, 27.0;HRMS m/z(ESI)calcd for C18H23N2O2([M+H]+)299.1754,found 299.1756。

实施例12

向Schlenk瓶中加入式1c所示的1,6-烯炔化合物(42.6mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-3(82%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.57(d,J=8.5Hz,2H),7.20(d,J=8.0Hz,2H),5.42(t,J=2.0Hz,1H), 5.33(t,J=2.0Hz,1H),4.69-4.65(m,1H),4.52-4.49(m,1H),2.34(s,3H),2.16(d,J=14.5Hz, 1H),1.94(d,J=14.5Hz,1H),1.40(s,3H),1.36(s,3H),1.29(s,3H);13CNMR(125MHz,CDCl3)δ:175.8,142.9,136.3,134.8,129.6,124.6,120.2,110.9,52.3,48.4,47.8,30.9,30.5,29.1,26.9, 20.9;HRMS m/z(ESI)calcd for C18H23N2O([M+H]+)283.1805,found 283.1806。

实施例13

Figure RE-GSB0000184803290000072

向Schlenk瓶中加入式1d所示的1,6-烯炔化合物(43.4mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-4(78%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.68-7.65(m,2H),7.10-7.06(m,2H),5.43(t,J=2.0Hz,1H),5.33(t,J= 2.0Hz,1H),4.68-4.65(m,1H),4.53-4.50(m,1H),2.18(d,J=14.5Hz,1H),1.94(d,J=14.5Hz, 1H),1.41(s,3H),1.37(s,3H),1.30(s,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ:175.9,142.7,134.8, 129.3(d,JC-F=7.5Hz),124.4,122.1(d,JC-F=7.5Hz),115.7(d,JC-F=22.5Hz),111.1,52.5,48.3,47.8,30.9,30.4,29.1,27.3;19F NMR(471MHz,CDCl3)δ:-116.9;HRMS m/z(ESI)calcd for C17H20FN2O([M+H]+)287.1554,found287.1555。

实施例14

Figure RE-GSB0000184803290000081

向Schlenk瓶中加入式1e所示的1,6-烯炔化合物(46.6mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-5(77%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.67(d,J=9.0Hz,2H),7.35(d,J=9.0Hz,2H),5.43(t,J=2.5Hz,1H), 5.34(t,J=2.0Hz,1H),4.68-4.64(m,1H),4.52-4.49(m,1H),2.17(d,J=14.5Hz,1H),1.94(d, J=14.5Hz,1H),1.40(s,3H),1.37(s,3H),1.29(s,3H);13CNMR(125MHz,CDCl3)δ:176.1, 142.5,137.3,130.2,129.1,124.4,121.3,111.2,52.2,48.5,47.8,30.8,30.4,29.1,27.3;HRMS m/z (ESI)calcd for C17H20ClN2O([M+H]+)303.1259,found 303.1260。

实施例15

Figure RE-RE-GSB0000184803290000082

向Schlenk瓶中加入式1f所示的1,6-烯炔化合物(50.6mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-6(71%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.88(d,J=8.5Hz,2H),7.65(d,J=8.5Hz,2H),5.46(t,J=2.0Hz,1H), 5.36(t,J=2.0Hz,1H),4.73-4.70(m,1H),4.58-4.55(m,1H),2.20(d,J=14.5Hz,1H),1.96(d, J=14.5Hz,1H),1.41(s,3H),1.39(s,3H),1.30(s,3H);13CNMR(125MHz,CDCl3)δ:176.6, 142.2,141.7,126.8(q,JC-F=30.0Hz),126.2(q,JC-F=2.7Hz),124.3,119.6,119.3,111.4,52.0, 48.7,47.8,30.8,30.4,29.1,27.4;19F NMR(471MHz,CDCl3)δ:-62.2;HRMS m/z(ESI)calcd for C18H20F3N2O([M+H]+)337.1522,found337.1524。

实施例16

Figure RE-GSB0000184803290000091

向Schlenk瓶中加入式1g所示的1,6-烯炔化合物(44.8mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-7(62%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.89(d,J=8.5Hz,2H),7.68(d,J=9.0Hz,2H),5.47(t,J=1.5Hz,1H), 5.36(t,J=3.0Hz,1H),4.72-4.68(m,1H),4.57-4.54(m,1H),2.20(d,J=14.5Hz,1H),1.95(d, J=14.5Hz,1H),1.41(s,3H),1.38(s,3H),1.29(s,3H);13CNMR(125MHz,CDCl3)δ:176.9, 142.4,141.9,133.8,133.2,119.7,114.5,111.5,107.8,51.8,48.8,47.9,30.7,30.4,29.1,27.7; HRMS m/z(ESI)calcd for C18H20N3O([M+H]+)294.1601,found 294.1603。

实施例17

Figure RE-GSB0000184803290000092

向Schlenk瓶中加入式1i所示的1,6-烯炔化合物(55.0mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-8(75%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.34-7.30(m,4H),7.17-7.13(m,6H),5.53(t,J=2.0Hz,1H),5.44(t,J= 2.5Hz,1H),4.30-4.27(m,1H),3.50-3.47(m,1H),3.19(d,J=12.5Hz,1H),2.67(d,J=12.5Hz, 1H),2.36(d,J=14.5Hz,1H),2.13(d,J=14.5Hz,1H),1.46(s,3H),1.36(s,3H);13C NMR(125 MHz,CDCl3)δ:174.4,140.2,138.3,135.1,130.5,128.9,127.9,127.0,125.4,124.8,121.2,112.2, 54.8,52.9,48.6,46.1,31.4,30.4,27.2;HRMS m/z(ESI)calcd for C23H25N2O([M+H]+)345.1961, found 345.1964。

实施例18

Figure RE-GSB0000184803290000101

向Schlenk瓶中加入式1j所示的1,6-烯炔化合物(52.2mg,0.2mmol),式 2a所示的偶氮烷基腈(65.6mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-9(68%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.34-7.30(m,4H),7.17-7.13(m,6H),5.53(t,J=2.0Hz,1H),5.44(t,J= 2.0Hz,1H),4.29-4.26(m,1H),3.50-3.47(m,1H),2.36(d,J=14.5Hz,1H),2.13(d,J=14.5Hz, 1H),1.46(s,3H),1.36(s,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ:174.4,141.3,135.1,130.4,128.9, 127.9,127.0,125.4,124.8,121.2,118.3,112.2,54.8,48.6,46.1,31.4,30.4,27.2;HRMS m/z(ESI) calcd for C22H23N2O([M+H]+)331.1805,found 331.1807。

实施例19

Figure RE-GSB0000184803290000111

向Schlenk瓶中加入式1a所示的1,6-烯炔化合物(39.8mg,0.2mmol),式 2b所示的偶氮烷基腈(76.8mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-10(65%yield,d.r.>20∶1);1H NMR(500MHz,CDCl3)δ:7.70-7.68(m,2H),7.41-7.38(m,2H),7.18(t,J=7.0Hz,1H),5.40 (t,J=2.0Hz,1H),5.31(t,J=2.5Hz,1H),4.68-4.65(m,1H),4.54-4.51(m,1H),2.29(d,J=14.5 Hz,1H),1.87(d,J=15.0Hz,1H),1.71-1.67(m,1H),1.50-1.46(m,1H),1.37(s,3H),1.35(s, 3H),1.00(t,J=7.5Hz,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ:175.9,143.5,138.8,129.0,125.0, 123.4,120.4,110.6,52.3,48.6,46.4,35.4,33.0,31.9,26.7,9.1;HRMS m/z(ESI)calcd for C18H23N2O([M+H]+)283.1805,found283.1806。

实施例20

Figure RE-GSB0000184803290000112

向Schlenk瓶中加入式1a所示的1,6-烯炔化合物(39.8mg,0.2mmol),式2c所示的偶氮化合物(92.0mg,0.4mmol),乙酸乙酯(2mL),然后将反应器在空气气氛、60℃条件下搅拌反应,经TLC监测反应进程至原料消失(反应时间为16小时),反应完成后,将反应液减压浓缩除去溶剂,将残余物经柱层析分离(洗脱溶剂为:乙酸乙酯/正己烷)得到目标产物I-11(78%yield);1H NMR (500MHz,CDCl3)δ:7.62(d,J=8.5Hz,2H),7.31(t,J=8.0Hz,2H),7.08(t,J=7.5Hz,1H), 5.15(t,J=2.0Hz,1H),4.97(t,J=2.5Hz,1H),4.44-4.41(m,1H),4.34-4.31(m,1H),3.46(s, 3H),2.12(d,J=2.5Hz,2H),1.25(s,3H),1.11(s,3H),1.00(s,3H);13C NMR(125MHz,CDCl3)δ:178.1,176.9,144.2,139.0,128.9,124.7,120.0,109.4,51.8,51.4,48.9,48.5,41.6,29.3,29.2, 23.4;HRMS m/z(ESI)calcd for C18H24NO3([M+H]+)302.1751,found 302.1753。

实施例21反应机理控制实验

Figure RE-GSB0000184803290000121

向实施例2的反应中加入2.4当量的四甲基哌啶氮氧化物(TEMPO)或 2,6-二叔丁基-4-甲基苯酚(BHT)作为自由基清除剂,该反应的目标产物收率几乎为0%,表明该反应确实经过自由基反应过程。

由此可知,本发明的可能的反应机理可以推导如下式所示:

以上所述实施例仅为本发明的优选实施例,而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域技术人员而言,在不背离本发明原理和精神的前提下,对其所作出的任何显而易见的改动,都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

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