本發(fā)明屬于化學(xué)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是一種廉價、高效的α-羥基酮化合物的合成方法。
背景技術(shù)：
α-羥基酮化合物是一類非常重要而且應(yīng)用廣泛的化合物。它可以作為具有生物活性的天然產(chǎn)物和醫(yī)藥中間體，也可作為紫外光固化涂料中的光引發(fā)劑。同時，α-羥基酮結(jié)構(gòu)單元還是有機合成中應(yīng)用廣泛的合成子。羥基可以作為雙鍵、酯基、羰基、鹵代烴等基團溫和的反應(yīng)前體。羰基可以作為羥基、氨基、烷基等基團的反應(yīng)前體。此外，α-羥基酮化合物還可以衍生化為雜環(huán)化合物。因此，α-羥基酮化合物是一類具有重要應(yīng)用價值的化合物。α-羥基酮結(jié)構(gòu)單元的合成具有重大的研究意義。
文獻報道的α-羥基酮化合物的合成方法較多。其中，安息香縮合反應(yīng)是一個經(jīng)典反應(yīng)。然而，通過該反應(yīng)只能得到具有特定結(jié)構(gòu)特點的α-羥基酮化合物，使用范圍較小。絕大多數(shù)α-羥基酮化合物無法通過安息香縮合反應(yīng)來得到。
其他的合成方法主要可分為直接合成法和間接合成法。直接合成法通過以酮類化合物為原料，通過C-H鍵的羥基化反應(yīng)來實現(xiàn)。間接合成法通過酮類化合物先轉(zhuǎn)化為烯醇鹽、硅基烯醇醚、烯醇醋酸酯或者烷基烯醇醚，然后發(fā)生氧化反應(yīng)來實現(xiàn)。間接合成法也可以通過酮類化合物發(fā)生α-鹵代反應(yīng)，然后進行水解反應(yīng)來實現(xiàn)。間接合成法過程復(fù)雜，不可避免的產(chǎn)生較多廢棄物。而直接合成法具有簡單、高效、廢棄物少的優(yōu)點，是目前人們研究的重點。
直接合成法一般通過氧氣(空氣)氧化來實現(xiàn)。尋求合適的反應(yīng)條件，特別是催化劑、堿和溶劑的選擇一直是研究的重點。
文獻(J.Am.Chem.Soc.,2011,133,1760-1762)報道了一種以雙核Pd(II)復(fù)合物為催化劑，1,3,4,6,7,8-六氫-2H-嘧啶并[1,2-a]嘧啶(hppH)作為配體，氧氣作為氧化劑，高化學(xué)選擇性和區(qū)域選擇性的實現(xiàn)了酮類化合物的α-羥基化反應(yīng)。然而，該方法使用的雙核Pd(II)復(fù)合物、hppH都是結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制備困難、價格昂貴的原料，不適合工業(yè)化生產(chǎn)。
CN201310514007.0報道了一種以有機磷(III)化合物為催化劑，碳酸銫作為堿，DMSO作為溶劑，高效合成α-羥基酮化合物的方法。然而，該方法存在較多的缺點：(1)使用的DMSO是高沸點溶劑，溶劑回收困難，反應(yīng)后產(chǎn)物分離過程較復(fù)雜，而且成本較高。(2)碳酸銫價格非常昂貴。(3)使用的1-2當(dāng)量有機磷(III)化合物催化劑在反應(yīng)結(jié)束后變成有機磷(V)化合物。有機磷(V)化合物與DMSO分離困難，而且分離出來后必須經(jīng)過還原反應(yīng)變成有機磷(III)化合物才能重復(fù)利用，回收成本非常高。如果不回收利用則會產(chǎn)生大量的含磷廢物，造成環(huán)保問題。
CN201410142396.3報道了一種合成方法，其以碳酸鈉作為堿，二異丙基乙胺、二碘化釤和二茂鐵的混合物作為助劑，溴化異丙基三苯基膦鎓作為添加劑，DMSO作為溶劑合成α-羥基酮化合物。該方法也有較多的缺點：(1)使用DMSO作為溶劑，反應(yīng)后產(chǎn)物的分離困難，且成本高。(2)反應(yīng)體系復(fù)雜，使用了多種化合物作為助劑和添加劑。(3)使用的試劑，如二碘化釤、溴化異丙基三苯基膦鎓價格昂貴，回收困難。
CN201510033064.6報道了一種以碘單質(zhì)或者N-溴代丁二酰亞胺(NBS)作為催化劑，二甲亞砜作為氧化劑、羥基源以及溶劑合成α-羥基酮化合物的方法。該方法同樣有DMSO作為溶劑帶來的問題，而且使用碘單質(zhì)或者NBS作為催化劑，價格昂貴，且回收困難。
綜上所述，直接合成法一般選擇氧氣作為氧化劑，由于氧氣較難活化，為了達(dá)到較好的收率，現(xiàn)有技術(shù)大多使用貴金屬(如Pd)配合物，有機磷(III)化合物，或者碘單質(zhì)作為催化劑，價格昂貴，回收利用成本較高；堿使用的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機堿或者碳酸銫這種價格昂貴且不常見的無機堿；溶劑大多使用強極性非質(zhì)子溶劑，后處理復(fù)雜，難以實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提供一種反應(yīng)條件簡單、收率高、廢棄物排放量少且容易處理、易于工業(yè)化的α-羥基酮化合物合成方法。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：一種α-羥基酮化合物的合成方法，在有機溶劑中將催化劑與堿混合，加入羰基化合物(I)后在有氧條件下反應(yīng)制得α-羥基酮化合物(II)，
其中，R1、R2、R3均選自氫、烷基、烷氧基、氨基、芳香基、取代的芳香基、雜環(huán)芳香基中的一種；
或者，R1和R2相結(jié)合共同形成環(huán)烷基或被取代的環(huán)烷基、苯并環(huán)烷基或被取代的苯并環(huán)烷基、吲哚環(huán)或被取代的吲哚環(huán)，此時R3選自氫、烷基、烷氧基、氨基、芳香基、取代的芳香基、雜環(huán)芳香基中的一種；
或者，R2和R3相結(jié)合共同形成環(huán)烷基或被取代的環(huán)烷基、苯并環(huán)烷基或被取代的苯并環(huán)烷基、吲哚環(huán)或被取代的吲哚環(huán)，此時R1選自氫、烷基、烷氧基、氨基、芳香基、取代的芳香基、雜環(huán)芳香基中的一種；
所述的催化劑為亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、硫代硫酸鈉中的一種或兩種以上的混合物，優(yōu)選亞硫酸鈉。
所述的α-羥基酮化合物優(yōu)選為：2-羥基-2-苯基環(huán)己酮、2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮、3-羥基-3-甲基-2-丁酮、1-羥基-1,1-二苯基丙酮、2-羥基-2-甲基-1-(2-噻吩)丙酮、2-羥基-2-甲基-2,3-二氫-1-茚酮、(3S,7R,7aR)-6-芐基-7-(1-羥基-2-氧代環(huán)己基)-3-苯基四氫-5H-咪唑并[1,5-c][1,3]噻唑-5-酮。
進一步地，所述的堿為氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、甲醇鈉、乙醇鈉、異丙醇鈉，優(yōu)選氫氧化鈉。
進一步地，所述有機溶劑為甲醇、乙醇、丙醇、異丙醇、叔丁醇，優(yōu)選乙醇。
進一步地，所述的α-羥基酮化合物與催化劑的摩爾比為1:0.1～5，優(yōu)選為1:1～3；α-羥基酮化合物與堿的摩爾比為1:0.1～10，優(yōu)選為1:0.1～1。
進一步地，所述反應(yīng)的反應(yīng)溫度為0～100℃，優(yōu)選為10-20℃；反應(yīng)壓力為1～100atm，優(yōu)選為0.5-1.5atm。
進一步地，所述的有氧條件采用空氣、氧氣或者氧氣和氮氣混合氣體，優(yōu)選氧氣。
本發(fā)明的合成方法與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于：
1、本發(fā)明使用醇類作為溶劑，醇類溶劑沸點低，便于回收，而且價格便宜，產(chǎn)物分離過程也較為簡單。
2、本發(fā)明使用便宜易得的氫氧化鈉(鉀)或者醇鈉(鉀)作為堿，有利于實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。
3、本發(fā)明使用常見的無機低價含硫化合物為催化劑，原料易得，價格低廉，廢棄物排放量少而且容易處理，易于實現(xiàn)工業(yè)化。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施方式對本發(fā)明做進一步說明。
實施例1 2-羥基-2-苯基環(huán)己酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，2-苯基環(huán)己酮(34.84g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到黃色固體33.83g，純度98％，產(chǎn)率為95.13％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.40(d,J＝7.7Hz,2H),7.33(t,J＝7.9Hz,1H),7.28(d,J＝7.9Hz,2H),4.75(br,1H),2.98-3.04(m,1H),2.51-2.56(m,1H),2.39-2.46(m,1H),2.01-2.06(m,1H),1.65-1.87(m,4H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)212.68,140.01,129.10,128.28,126.34,80.05,38.85,38.82,28.30,23.03.ESI-MS:191.5(M+H)+,189.2(M-H)-。
實施例2-15
重復(fù)實施例1的步驟，固定底物的用量，反應(yīng)壓力不變。改變溫度、堿的種類與用量，催化劑的種類與用量，溶劑的種類，得到的結(jié)果如下表1所示。
表1實施例2-15的結(jié)果
實施例16 2-羥基-2-甲基-1-苯基丙酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，2-甲基-1-苯基丙酮(29.64g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到淺褐色油狀物30.85g，純度97％，產(chǎn)率為91.13％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ8.05(d,J＝7.6Hz,2H),7.53(t,J＝7.6Hz,1H),7.48(d,J＝7.5Hz,2H),4.15(br,1H),1.65(s,6H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)204.68,133.65,132.86,129.52,128.34,76.13,28.33.ESI-MS:165.3(M+H)+,163.2(M-H)-。
實施例17 3-羥基-3-甲基-2-丁酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，3-甲基-2-丁酮(17.26g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到無色液體19.74g，純度98％，產(chǎn)率為94.73％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ3.98(br,1H),2.23(s,3H),1.39(s,6H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)212.28,75.95,26.30,23.03.ESI-MS:103.6(M+H)+,101.1(M-H)-。
實施例18 1-羥基-1,1-二苯基丙酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，1,1-二苯基丙酮(42.05g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到淺黃色固體45.50g，純度98％，產(chǎn)率為98.54％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.32-7.40(m,10H),4.88(br,1H),2.22(s,3H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)208.58,141.29,128.54,128.13,128.02,85.90,26.22.ESI-MS:227.4(M+H)+,225.6(M-H)-。
實施例19 2-羥基-2-甲基-1-(2-噻吩)丙酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，2-甲基-1-(2-噻吩)丙酮(30.85g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到淺黃色固體31.02g，純度98％，產(chǎn)率為89.28％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.95(d,J＝3.8Hz,1H),7.63(d,J＝5.1Hz,1H),7.18(t,J＝5.1Hz,1H),3.48(br,1H),1.69(s,6H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)196.98,138.85,134.44,134.32,128.05,75.99,28.31.ESI-MS:171.7(M+H)+,169.3(M-H)-。
實施例20 2-羥基-2-甲基-2,3-二氫-1-茚酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，2-甲基-2,3-二氫-1-茚酮(29.24g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到淺黃色固體31.15g，純度98％，產(chǎn)率為94.10％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.75(d,J＝7.8Hz,1H),7.63(t,J＝7.1Hz,1H),7.43(d,J＝7.1Hz,1H),7.38(t,J＝7.7Hz,1H),3.25(d,J＝17.2Hz,1H),3.21(d,J＝17.2Hz,1H),2.98(br,1H),1.49(s,3H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)207.98,151.05,135.41,127.82,126.55,124.85,77.59,42.23,25.51.ESI-MS:163.5(M+H)+,161.2(M-H)-。
實施例21 (3S,7R,7aR)-6-芐基-7-(1-羥基-2-氧代環(huán)己基)-3-苯基四氫-5H-咪唑并[1,5-c][1,3]噻唑-5-酮的合成
15℃下，往250ml三口燒瓶中加入氫氧化鈉(8g，0.2mol)和乙醇(150ml)，攪拌0.5h。依次加入亞硫酸鈉(25.21g，0.2mol)，(3S,7S,7aR)-6-芐基-7-(2-氧代環(huán)己基)-3-苯基四氫-5H-咪唑并[1,5-c][1,3]噻唑-5-酮(81.31g，0.2mol)，接一個1000ml大小的氧氣球，攪拌下反應(yīng)6h。
反應(yīng)結(jié)束后，用2M的鹽酸將反應(yīng)液的pH調(diào)至7，減壓蒸餾除去乙醇。加入50ml水與50ml甲苯，攪拌后靜置分液，水層用甲苯萃取(30ml×3)，合并有機相，用無水Na2SO4干燥，過濾，蒸干溶劑，得到白色固體84.68g，純度98％，產(chǎn)率為97.84％。
1H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.40(d,J＝7.2Hz,2H),7.26-7.35(m,8H),6.38(s,1H),5.05(dd,J＝15.6Hz,1H),4.40(dd,J＝15.6Hz,1H),3.80(m,3H),3.01(m,1H),2.08-2.45(m,3H),1.89(m,3H),1.63(m,3H)；13C NMR(150MHz,CDCl3)211.52,161.95,141.77,138.41,128.52,128.41,128.33,127.85,127.66,127.34,125.85,78.94,64.92,61.89,60.33,47.05,38.23,37.94,34.87,26.81,20.21.ESI-MS:423.3(M+H)+,421.5(M-H)-。
以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明的技術(shù)方案作任何形式上的限制。凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。