一种光催化合成多取代喹啉类化合物的方法
阅读说明：本技术 一种光催化合成多取代喹啉类化合物的方法 (Method for synthesizing polysubstituted quinoline compound through photocatalysis ) 是由 罗再刚 徐雪梅 李蕊 韦丹丹 刘帅 李忠 于 2021-06-29 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种光催化制备多取代喹啉类化合物的方法,包括以下步骤：将Ν-甲基联苯-2-胺类化合物与丁炔二羧酸酯类化合物溶于二甲亚砜溶剂中,再加入过氧化二异丙苯,在蓝光照射条件下室温反应24h,反应结束后,柱层析分离,得到多取代喹啉类化合物。本方法采用Ν-甲基联苯-2-胺类化合物与丁炔二羧酸酯类化合物为原料,在过氧化二叔丁基存在和蓝光照射下发生加成环化反应。该反应体系温和,操作简单,收率高。多取代喹啉类化合物具有广泛的用途,也可作为有用的合成中间体。(The invention discloses a method for preparing polysubstituted quinoline compounds by photocatalysis, which comprises the following steps: dissolving the N-methylbiphenyl-2-amine compound and the butynedicarboxylate compound in a dimethyl sulfoxide solvent, adding dicumyl peroxide, reacting at room temperature for 24 hours under the condition of blue light irradiation, and after the reaction is finished, performing column chromatography separation to obtain the polysubstituted quinoline compound. The method adopts an N-methylbiphenyl-2-amine compound and a butynedicarboxylic acid ester compound as raw materials, and performs addition cyclization reaction in the presence of di-tert-butyl peroxide and under the irradiation of blue light. The reaction system is mild, the operation is simple, and the yield is high. The polysubstituted quinoline compounds have wide application and can also be used as useful synthetic intermediates.)
技术领域
本发明属于有机合成化学领域，涉及一种光催化制备多取代喹啉类化合物的方法，具体涉及在氧化剂存在和蓝光(blue LED)照射下，N-甲基联苯-2-胺类化合物与丁炔二羧酸酯类化合物经加成环化反应制备多取代喹啉类化合物的方法。
背景技术
喹啉类化合物具有广泛的生物活性，在有机合成领域中也是一种重要的合成中间体，并且它在其它工业领域也有广泛的应用，因此其合成方法备受关注。传统的关于喹啉化合物的合成方法如Skraup反应、Combes反应、Conrad-Limbach反应、Doebner-VonMiller反应、 Gould-Jacobs反应、Friedlander反应、Povavov反应，Pfitzinger反应等，这些反应条件较为苛刻，副反应多，污染较为严重。最近，众多文献报道了光催化反应制备喹啉类化合物的方法，如：(1)2016年，Zhang等报导了甘氨酸酯与未活化烯烃通过可见光催化氧化脱氢偶联/芳构化串联反应生成喹啉类化合物的方法(J.Org.Chem.,2016,81,12433-12442.)，但是该反应需要铜盐和光催化剂的协同作用才能发生反应，反应体系较为复杂。(2)2018年，Jiang等人也报导了使用可见光诱导手性磷酸和DPZ光敏剂的两重协同催化作用，让多种含α-支链的 2-乙烯基吡啶和2-乙烯基喹啉化合物分别与甘氨酸发生氧化还原、自由基共轭加成、质子化进程，最后以高产率获得了多种的手性3-(2-吡啶/喹啉)-3-取代胺化合物(J.Am.Chem.Soc., 140,6083-6087.)。在该反应中需要钴盐、添加剂和光催化剂的协同作用才能发生反应，反应体系复杂，分离困难，其底物适用性较差，难以大规模推广应用。
因此，仍然需要发展和优化新的制备多取代喹啉类化合物的方法。
发明内容
本发明的目的主要是针对上述现有技术存在的不足和缺陷，提供一种制备多取代喹啉类化合物的方法。
本发明利用N-甲基联苯-2-胺类化合物和丁炔二羧酸酯类化合物为原料，在二甲亚砜溶液中氧化剂存在和蓝光(blue LED)照射下，室温反应24h，经加成环化反应生成多取代喹啉类化合物。该反应方法原料廉价易得，反应条件温和，无需使用光敏剂和过渡金属，后处理过程简单，产物扩展范围广，且具有良好的工业化潜力。
本发明合成路线原理如下：
其中R1表示为H，或为氟，氯，溴，甲基，乙基，丙基，丁基，异丙基，叔丁基，甲氧基，乙氧基，这些取代基可在苯环的邻、间、对位以及多位取代；R2表示为H，或为氟，氯，溴，甲基，乙基，丙基，丁基，异丙基，叔丁基，甲氧基，乙氧基，苯基，这些取代基可在苯环的邻、间、对位以及多位取代；R3表示为甲基，乙基，丙基，丁基，异丙基，叔丁基，苯基。使用光源为蓝光LED灯。氧化剂为过氧化二叔丁基，或为过氧化苯甲酰，过氧化二异丙苯，叔丁基过氧化氢中的一种。反应溶剂为乙腈，或为二甲亚砜，1,4-二氧六环，氯苯，甲苯，氟苯，四氢呋喃中的一种。
为了达到上述目的，合成上述化合物，本发明采取了如下的技术方案：
向反应管中依次加入N-甲基联苯-2-胺类化合物1、丁炔二羧酸酯类化合物2、氧化剂、反应溶剂，加毕，将反应管置于蓝光(blue LED)照射下室温反应24h。反应结束后快速柱层析分离得到多取代喹啉类化合物3。
上述方法中所述的反应光源为24瓦蓝光LED灯。
上述方法中所述的氧化剂中优选过氧化二异丙苯为该反应氧化剂。
上述方法中所述的有机溶剂为乙腈，或为二甲亚砜，1,4-二氧六环，氯苯，甲苯，氟苯，四氢呋喃中的一种，其中优选二甲亚砜为该反应溶剂。
上述方法中所述的N-甲基联苯-2-胺类化合物1、丁炔二羧酸酯类化合物2、氧化剂的物质的量之比为1:2:2。
本发明与现有技术路线相比较，有如下优势：
(1)本发明的方法底物适用范围广，反应条件温和，后处理过程简单，产物收率高。
(3)提供了一种简单、高效且优于现有文献报道的合成方法，无需使用光敏剂和过渡金属，蓝光催化N-甲基联苯-2-胺类化合物和丁炔二羧酸酯类化合物经加成环化反应制备多取代喹啉类化合物的方法。
具体实施方式
结合具体的实例对发明做进一步详细的描述，但本发明要求保护的范围不仅限于此。
实施实例1：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.030g(0.2mmol)过氧化二叔丁基、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24Wblue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体22mg，收率为 68％。1H NMR(500Hz,CDCl3)(δ,ppm)9.46(s,1H),7.88(dd,J＝7.1,1.2Hz,1H),7.84(dd,J＝ 8.4,1.2Hz,1H),7.72(dd,J＝8.3,7.3Hz,1H),7.67-7.64(m,2H),7.51(t,J＝7.4Hz,2H),7.46- 7.42(m,1H),4.13(s,3H),4.01(s,3H).13C NMR(125MHz,CDCl3,ppm)167.57，164.85,149.36, 147.47,142.55,141.49,138.60,132.85,130.62,128.65,128.08,127.79,125.45,123.57,118.72, 53.20,52.92.实施实例1的反应原理如下式：
实施实例2：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24Wblue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体24mg，收率为 75％。实施实例2的反应原理如下式：
实施实例3：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.048g(0.2mmol)过氧化苯甲酰、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24Wblue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～ 90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体11mg，收率为35％。实施实例3的反应原理如下式：
实施实例4：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过硫酸钾、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blueLED 照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/ 乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体21mg，收率为64％。实施实例4的反应原理如下式：
实施实例5：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL四氢呋喃依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体22mg，收率为67％。实施实例5的反应原理如下式：
实施实例6：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL乙腈依次加入10ml的厚壁耐压管中，24Wblue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～ 90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体18mg，收率为57％。实施实例6的反应原理如下式：
实施实例7：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL甲苯依次加入10ml的厚壁耐压管中，24Wblue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～ 90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3a，白色固体13mg，收率为40％。实施实例7的反应原理如下式：
实施实例8：将0.020g(0.1mmol)N-甲基-4’-甲基联苯-2-胺1b，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-(4’-甲基)苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3b，白色固体17mg，收率为52％。1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm)δ9.45(s,1H),7.86(dd,J＝7.1,1.4Hz, 1H),7.81(dd,J＝8.4,1.4Hz,1H),7.71(dd,J＝8.4,7.1Hz,1H),7.55(d,J＝8.0Hz,2H),7.32(d, J＝7.9Hz,2H),4.13(s,3H),4.00(s,3H),2.44(s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm)δ 167.63,164.91,149.29,147.60,142.55,141.53,137.63,135.69,135.34,132.67,130.50,128.86, 128.12，125.20，123.60，53.18，52.90，21.28.实施实例8的反应原理如下式：
实施实例9：将0.022g(0.1mmol)N-甲基-4’氯联苯-2-胺1c，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中， 24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-(4’氯)苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3c，白色固体15mg，收率为43％。1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm)δ9.46(s,1H),7.89-7.81(m,2H),7.73(dd,J＝ 8.4,7.2Hz,1H),7.45(ddd,J＝24.9,17.1,10.1Hz,3H),7.17-7.11(m,1H),4.13(s,3H),4.01(s, 3H).13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm)δ167.49,164.78,163.66,149.55,147.20,142.64,140.68, 140.60,132.87,129.56,129.47,128.10,126.30,126.28,125.99,123.60,118.89,117.87,117.65, 114.81,114.60,53.27,52.99.实施实例9的反应原理如下式：
实施实例10：将0.020g(0.1mmol)N-甲基-4’-氟联苯-2-胺1d，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-(4’-氟)苯基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3d，白色固体 18mg，收率为53％。1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm)δ9.46(s,1H),7.89-7.81(m,2H),7.73(dd, J＝8.4,7.2Hz,1H),7.45(ddd,J＝24.9,17.1,10.1Hz,3H),7.17-7.11(m,1H),4.13(s,3H),4.01 (s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm)δ167.49,164.76,163.66，149.55,147.20,142.64, 140.64(d,J＝8.0Hz),140.10(d,JC-F＝2.0Hz),132.87,129.51(d,JC-F＝8.4Hz),128.10, 126.29(d,JC-F＝2.9Hz),125.99,123.60 118.89,117.71(d,JC-F＝22),114.71(d,JC-F＝21),53.27, 52.99.实施实例10的反应原理如下式：
实施实例11：将0.023g(0.1mmol)N-甲基-4’-甲基-5-氯联苯-2-胺1e，0.028g(0.2mmol) 丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-(4’-甲基)苯基-5-氯-3,4-二甲酸甲酯喹啉3e，白色固体21mg，收率为56％。1H NMR(400MHz,CDCl3,ppm)δ9.41(s,1H),7.81(d, J＝2.2Hz,1H),7.77(d,J＝2.2Hz,1H),7.53(d,J＝8.0Hz,2H),7.32(d,J＝7.9Hz,2H),7.26(s, 1H),4.13(s,3H),4.00(s,3H),2.44(s,3H).13C NMR(100MHz,CDCl3,ppm)δ167.09，164.62, 149.34,146.13,143.28,141.55,138.28,134.36,134.18,133.20,130.43,128.96,124.47,123.65, 119.65,53.39,53.04,21.29.实施实例11的反应原理如下式：
实施实例12：将0.023g(0.1mmol)N-甲基-1-萘基-苯-2-胺1f，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8--萘基-3,4-二甲酸甲酯喹啉3f，白色固体18mg，收率为48％。1H NMR(400Hz,CDCl3)(δ,ppm)9.30(s,1H),8.00-7.92(m,3H),7.90(dd,J＝7.0, 1.2Hz,1H),7.78(dd,J＝8.1,7.3Hz,1H),7.65-7.58(m,1H),7.53-7.43(m,2H),7.32-7.22(m, 3H),4.16(s,3H),3.97(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ167.66,164.82,149.59,148.54, 142.56,140.71,136.97,134.14,133.42,132.57,128.42,128.27,128.04,127.80,126.30,125.92, 125.90,125.70,125.24,123.25,118.76,53.30,52.93.实施实例12的反应原理如下式：
实施实例13：将0.020g(0.1mmol)N-甲基-4-氟-联苯-2-胺1g，0.028g(0.2mmol)丁炔二甲酸甲酯2a、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-4-氟-3,4-二甲酸甲酯喹啉3g，白色固体 15mg，收率为45％。1H NMR(500Hz,CDCl3)(δ,ppm)9.40(s,1H),7.67(d,J＝2.7Hz,1H),7.65 (d,J＝7.1Hz,2H),7.52(t,J＝7.4Hz,2H),7.49-7.42(m,2H),4.12(s,3H),4.01(s,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ167.13,164.72,148.55(d,J C-F＝2.5Hz)，144.88，144.45(d,J C-F＝9.3Hz),141.85(d,JC-F＝6.3Hz),137.49(d,JC-F＝1.9Hz),130.55,128.37,128.20,124.80(d, JC-F＝10.8Hz),122.87,122.66,119.77,108.72,108.53,53.30,53.00.实施实例13的反应原理如下式：
实施实例14：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.034g(0.2mmol)丁炔二甲酸乙酯2b、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸乙酯喹啉3h，白色固体15mg，收率为43％。1H NMR(500Hz,CDCl3)(δ,ppm)9.48(s,1H),7.87(ddd,J＝6.2,4.1,1.4Hz,2H),7.72 (dd,J＝8.5,7.0Hz,1H),7.65(dt,J＝3.1,1.8Hz,2H),7.54-7.48(m,2H),7.47-7.41(m,1H), 4.62(q,J＝7.2Hz,2H),4.46(q,J＝7.1Hz,2H),1.48(t,J＝7.2Hz,3H),1.43(t,J＝7.1Hz,3H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ167.12，164.36,149.54,147.38,142.56,141.42,138.65,132.70, 130.61,128.05,128.02,127.76,125.38,123.62,118.88,62.45,61.98,14.14,14.11.实施实例14 的反应原理如下式：
实施实例15：将0.018g(0.1mmol)N-甲基联苯-2-胺1a，0.045g(0.2mmol)丁炔二甲酸叔丁酯2c、0.054g(0.2mmol)过氧化二异丙苯、2mL DMSO依次加入10ml的厚壁耐压管中，24W blue LED照射下，磁力搅拌反应24h，TLC监测反应进程。反应结束后，柱层析分离[石油醚(60～90℃)/乙酸乙酯(15:1)]，得到8-苯基-3,4-二甲酸叔丁酯喹啉3i，白色固体13mg，收率为31％。1H NMR(500Hz,CDCl3)(δ,ppm)9.37(s,1H),7.95(d,J＝8.1Hz,1H),7.83(d,J＝6.7Hz,1H),7.73-7.67(m,1H),7.64(d,J＝7.3Hz,2H),7.50(t,J＝7.4Hz,2H),7.44(d,J＝7.2 Hz,1H),1.72(s,9H),1.63(s,9H)；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ166.07，163.39,149.71,147.13, 142.90,141.27,138.93,132.16,130.56,128.00,127.72,127.60,125.23,123.90,120.54,83.90, 82.59,28.14,28.12.实施实例15的反应原理如下式：
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