一類含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物及其制備方法
【專利說(shuō)明】一類含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)釀胺化合物及其 制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于催化有機(jī)合成領(lǐng)域，具體地說(shuō)涉及一類含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻 吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物及其在鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、釕等過(guò)渡金屬作為催化劑條件下催化合成的新 方法。該方法以含不同官能團(tuán)的鹵代噻吩化合物、含定位基團(tuán)的脂肪族酰胺為主要原料，用 鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、釕等過(guò)渡金屬作為催化劑，以酸或磷配體作為配體，以極性溶劑為溶劑， 無(wú)機(jī)鹽作堿，在100-180°C下加入添加劑有效反應(yīng)5-48h，得到含噻吩結(jié)構(gòu)化合物，在硝酸 鈰銨（CAN)或氫氧化鉀作用下，較高產(chǎn)率制備含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化 合物。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 具噻吩結(jié)構(gòu)類物質(zhì)作為一種具有較好的結(jié)構(gòu)剛性以及優(yōu)異的電子特性有機(jī)物質(zhì)， 能夠直接用于有機(jī)合成以及材料研發(fā)中。除此之外，還可以應(yīng)用于藥物研發(fā)、農(nóng)業(yè)應(yīng)用、有 機(jī)催化、精細(xì)化工，甚至于有機(jī)電子設(shè)備如太陽(yáng)能電池、生物熒光傳感器等都能有較好的應(yīng) 用。在目前的制備方法中，主要有兩種方法。一是以預(yù)功能化的芳香或烷基金屬試劑與鹵代 噻吩的偶聯(lián)反應(yīng)，二是以芳香基團(tuán)活潑氫通過(guò)碳?xì)浠罨c鹵代噻吩的直接芳香化反應(yīng)。在 傳統(tǒng)的合成工藝方法中，需要進(jìn)行繁瑣的預(yù)功能化步驟，同時(shí)其產(chǎn)生的金屬?gòu)U物問題也已 經(jīng)成了亟待解決的難題。而在新型的，較為經(jīng)濟(jì)，環(huán)保的直接芳香化反應(yīng)中，由于脂肪族的 不活潑氫的限制，目前還未有相關(guān)的報(bào)道出現(xiàn)。因此，新的噻吩結(jié)構(gòu)類物質(zhì)的制備方法已經(jīng) 成為全球研究的熱門領(lǐng)域。
[0003] 近來(lái)已經(jīng)有許多過(guò)渡金屬催化碳?xì)浠罨墓ぷ鞅粓?bào)道出來(lái)，其中包括了鈀，釕等， 但是選擇一種新的廉價(jià)高效的過(guò)渡金屬催化劑仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。Daugulis等人報(bào) 道了鈀催化具有官能團(tuán)的底物進(jìn)行直接芳香化反應(yīng)，底物不需要多余的步驟以進(jìn)行預(yù)功能 化。Chatani等人報(bào)道了鎳催化下的碳?xì)浠罨?，該催化體系能夠催化脂肪族烷烴的C(sp3)-H 與碘苯反應(yīng)，進(jìn)行芳香化。
[0004] 基于上述研究報(bào)道，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種過(guò)渡金屬催化體系。首先金屬與脂肪族酰胺 定位官能團(tuán)D上的N原子配位，形成二價(jià)金屬。同時(shí)脂肪族烷烴上的C(sp3) -H進(jìn)行碳-氫 鍵斷裂，形成與二價(jià)金屬相連接的亞甲基。鹵代噻吩C再與金屬催化中心反應(yīng)，形成四價(jià)金 屬。還原消除后，噻吩轉(zhuǎn)移到亞甲基上，生成含噻吩結(jié)構(gòu)化合物E。所得含噻吩結(jié)構(gòu)化合物 在氫氧化鉀或硝酸鈰銨作用下，可以分別生成不同的含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物A與含噻吩結(jié) 構(gòu)酰胺化合物B。 【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一類含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物A、 B、E及其制備方法，其制備方法是以鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、釕等過(guò)渡金屬作為催化劑，以酸 或磷配體作為配體，以極性溶劑為溶劑，無(wú)機(jī)鹽作堿，在100-180°C下加入添加劑有效反應(yīng) 5-48h，得到含噻吩結(jié)構(gòu)化合物，在硝酸鈰銨（CAN)或氫氧化鉀作用下，較高產(chǎn)率制備含噻 吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物。該方法具有成本較低，產(chǎn)率高，操作簡(jiǎn)便、無(wú) 污染等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于實(shí)現(xiàn)其工業(yè)化生產(chǎn)具有一定的可行性。
[0006] 上述化合物結(jié)構(gòu)式A、B、E如下：
[0007]
[0008] 其中所述R1和R2是選自氫、甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、苯基、對(duì)氟苯基、芐基 中的一種或兩種；R3是選自氫、甲基、?；?、醛基、酯基、鹵素、聯(lián)噻吩、苯并噻吩中的一種，其 中?；鶠橐阴?，醛基為甲醛，酯基為甲酸乙酯，鹵素為溴，氯；其中對(duì)于A和B，R1、R2不可同 時(shí)為氫，也不可同時(shí)為甲基、乙基或甲基乙基各一種；對(duì)于E，R1、R2不可同時(shí)為氫。
[0009] 為達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出以下的技術(shù)方案：
[0010] 上述制備方法中，所述原料為鹵代噻吩化合物。其中鹵代噻吩化合物C及其衍生 物的結(jié)構(gòu)式如下：
[0011]
[0012] R3是選自氫、甲基、?；?、醛基、酯基、鹵素、聯(lián)噻吩、苯并噻吩中的一種，其中?；?為乙酰，醛基為甲醛，酯基為甲酸乙酯，鹵素為溴，氯；X是選自氟、氯、溴、碘；
[0013] 上述制備方法中，所述原料為含定位基團(tuán)的脂肪族酰胺D:
[0014]
[0015] 其中所述R1和R2是選自氫、甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、苯基、對(duì)氟苯基、芐 基；
[0016] 上述制備方法中，其特征在于：采用一鍋法工藝且使用鐵、鈷、鎳、鈀、鉑、釕等過(guò)渡 金屬作催化劑，以含不同官能團(tuán)的鹵代噻吩化合物C和含定位基團(tuán)的脂肪族酰胺D為原料， 以酸或磷配體作為配體，以極性溶劑為溶劑，無(wú)機(jī)鹽作堿，在100-180°C下加入添加劑有效 反應(yīng)5-48h，得到含噻吩結(jié)構(gòu)化合物E，在硝酸鈰銨（CAN)或氫氧化鉀作用下，較高產(chǎn)率制 備含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物A、B;
[0017] 其中所述合成路線見說(shuō)明書附圖，其特征在于首先其中所述合成路線為首先原料 鹵代噻吩化合物C與含定位基團(tuán)的脂肪族酰胺D在100-180°C下發(fā)生雜芳化反應(yīng)得到雜芳 化產(chǎn)物E;所得高純雜芳化產(chǎn)物E分別繼續(xù)在堿性條件或硝酸鈰銨催化下，在有機(jī)溶劑條 件下在30-150°C攪拌反應(yīng)，即得目標(biāo)產(chǎn)物含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物 A、B;其中所述A、B的R1和R2是選自氫、甲基、乙基、丙基、異丙基、丁基、苯基、對(duì)氟苯基、芐 基；鹵代噻吩化合物C的R3是選自氫、甲基、酰基、醛基、酯基、鹵素、聯(lián)噻吩、苯并噻吩中的 一種，其中?；鶠橐阴；?，醛基為甲醛基，酯基為甲酸乙酯基，鹵素為溴，氯；
[0018] 上述制備方法中，其特征在于，過(guò)渡金屬催化劑如下：醋酸鐵、三溴化鐵、四氯化 鐵、氧化鈷、草酸鈷、氯化鈷、乙酸鈷、碳酸鈷、溴化鎳、氟化鎳、醋酸鎳、乙酰丙酮鎳、三氟甲 基磺酸鎳、二茂鎳、醋酸鈀、氯化鈀、碘化鈀、硝酸鈀、氧化鈀、四溴鈀、氰化鉑、二氧化鉑、硝 酸鉑、氯化苯基釕、（1，5-環(huán)辛二烯）氯化釕中的一種。
[0019]上述制備方法中，其特征在于，所述催化劑的用量為I-IOOmol%，所述反應(yīng)時(shí)間為 5-48h，反應(yīng)溫度為 100-180°C。
[0020] 上述制備方法中，所述溶劑為乙腈、TFA、DMAC、DMF、DMSO、NMP中的一種。
[0021] 上述制備方法中，其特征在于，所述脂肪族酰胺的定位官能團(tuán)為8-氨基喹啉。
[0022] 上述制備方法中，其特征在于，所述配體為1，2-雙（二苯基膦）乙烷、三環(huán)己基 膦、4, 5-雙二苯基膦-9, 9-二甲基氧雜蒽、三（2-呋喃基）膦、（R)-l，1'-聯(lián)萘-2, 2' -雙 二苯膦、三苯基磷、苯甲酸、對(duì)硝基苯甲酸、對(duì)甲基苯甲酸、2-苯基苯甲酸、2, 4, 6-三甲基苯 甲酸、2, 6-二苯基苯甲酸的一種。
[0023] 上述制備方法中，其特征在于，所述堿為氫氧化鋰、氫氧化鈉、氫氧化鉀、氫氧化 銫、碳酸鈉、碳酸鉀、碳酸銫、碳酸氫鈉、碳酸氫鉀中的一種。
[0024] 上述制備方法中，其特征在于，所述添加劑為乙酸銀、碳酸銀、硝酸銀、氧化銀、四 丁基碘化銨、四丁基溴化銨、碘化亞銅、溴化亞銅中的一種。
[0025] 上述制備方法中，其特征在于，所述制備含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物反應(yīng)的條件為：將 雜芳化產(chǎn)物E，二碳酸二叔丁酯，DMP分別加入溶劑中，在40-100°C下反應(yīng)4-24h，得Boc保 護(hù)的中間產(chǎn)物；再將中間產(chǎn)物加入水與THF混合溶劑中，加入氫氧化鋰與30%過(guò)氧化氫，在 40-100°C下反應(yīng)4-24h，得到上述含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物A。
[0026] 上述制備方法中，其特征在于，所述制備含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物反應(yīng)的條件為：將 雜芳化產(chǎn)物E加入水與乙腈混合溶劑中，再加入硝酸鈰銨，在40-100 °C下反應(yīng)4-24h，得到 上述含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物B。
[0027] 本發(fā)明所提供的的方法，為含噻吩結(jié)構(gòu)化合物制備開辟了一條新的經(jīng)濟(jì)"綠色"途 徑，其優(yōu)點(diǎn)在于：原料成本低、綠色催化劑，產(chǎn)率較高，實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)便，無(wú)有害副產(chǎn)物生成，綠 色環(huán)保。 【【附圖說(shuō)明】】
[0028] 附圖所示是本發(fā)明所提供的制備含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合 物A、B的合成路線圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0029] 本發(fā)明所提供的一種含噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物A和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物B的催 化合成方法，以鎳作催化劑，含不同官能團(tuán)的鹵代噻吩化合物C和含定位基團(tuán)的脂肪族酰 胺D為原料，以有機(jī)配體作配體，以極性溶劑為溶劑，無(wú)機(jī)鹽作堿，在100-180°C下有效反應(yīng) 5-48h，得到含噻吩結(jié)構(gòu)化合物E，在硝酸鈰銨（CAN)或氫氧化鉀作用下，分別得到相應(yīng)的含 噻吩結(jié)構(gòu)羧酸化合物A和含噻吩結(jié)構(gòu)酰胺化合物B。下面結(jié)合具體的制備例對(duì)本發(fā)明做進(jìn) 一步說(shuō)明：
[0030] 制備例1
[0031] 在IOmL反應(yīng)管中加入N-8-喹啉特戊酰胺（0. 2mmol)，醋酸鐵（0. 02mmol)，1，2-雙 (二苯基膦）乙燒（0? 04mmol)，氫氧化鋰（0? 4mmol)，2, 5-二溴噻吩（0? 6mmol)，乙酸銀 (0.6臟〇1)。氮?dú)庀录尤胍译妫?.51111)，100<€下反應(yīng)511。反應(yīng)結(jié)束后降至室溫，加入201111 蒸餾水，乙酸乙酯（3xIOml)萃取，加入無(wú)水硫酸鈉干燥，經(jīng)柱層析分離得產(chǎn)物2, 2-甲 基-3-(2-5-溴噻吩基）-N-(8-喹啉）丙酰胺，產(chǎn)率為75 %。
[0032] 在IOmL反應(yīng)管中加入產(chǎn)物2, 2-甲基-3-(2-5-溴噻吩基）-N-(8-喹啉）丙酰 胺（0. 3mmol)、二碳酸二叔丁酯（3mmol)和DMAP(0. 6mmol)，無(wú)水四氫咲喃（lml)。反應(yīng)在 室溫下進(jìn)行8h。反應(yīng)結(jié)束后，旋干溶劑，然后經(jīng)柱層析分離得Boc保護(hù)的中間產(chǎn)物叔丁基 (2,2_甲基-3-(2-5-溴噻吩基）-N-(8-喹啉）丙酰胺）氨基甲酸鹽，產(chǎn)率為65%。
[0033] 在IOmL反應(yīng)管中加入溶于THF/H20(1ml，3 :1)溶劑中的中間產(chǎn)物叔丁基（2, 2-甲 基-3-(2-5-溴噻吩基）-N-(8-喹啉）丙酰胺）氨基甲酸鹽（0.lmmol)，在0°C下加入 Li0H.H20(0.2mmol)和30%H202(0.5mmol)。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行4h。反應(yīng)結(jié)束后，加入 Na2SO3(Immol),乙酸乙酯（2ml)稀釋后加入0.5M的稀鹽酸酸化。乙酸乙酯萃取后，旋干溶 劑，然后經(jīng)柱層析分離得2, 2-二甲基-3-(2-5-溴噻吩基）丙酸，產(chǎn)率為76%。
[0034] 在IOmL反應(yīng)管中加入溶于CH3CN/H20(lml，5 :1)溶劑中的產(chǎn)物2, 2-甲 基-3- (2-5-溴噻吩基）-N- (8-喹啉）丙酰胺（0.lmmol)，在室溫下下加入硝酸鈰銨 (0.3mmol)。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行5h。反應(yīng)結(jié)束后，加入乙酸乙酯稀釋，加水洗滌。有機(jī)相加 入無(wú)水硫酸鈉干燥，旋干溶劑，然后經(jīng)柱層析分離得2, 2-二甲基-3- (2-5-溴噻吩基）丙酰 胺，產(chǎn)率為70%。
[0035] 制備例2
[0036] 在IOmL反應(yīng)管中加入N-8-喹啉2, 2-二甲基丁酰胺（0. 2mmol)，三溴化鐵 (0. 02mmol)，三環(huán)己基勝（0. 04mmol)，氫氧化鈉（0. 4mmol)，2_溴噻吩（0. 6mmol)碳酸銀 (0.6mmol)。氮?dú)庀录尤隩FA(0.5ml)，120°C下反應(yīng)12h。反應(yīng)結(jié)束后降至室溫，加入20ml 蒸餾水，乙酸乙酯（3x10ml)萃取，加入無(wú)水硫酸鈉干燥，經(jīng)柱層析分離得產(chǎn)物2-((2-噻吩 基）甲基）-2_甲基-N-(8-喹啉）丁酰胺，產(chǎn)率為45%。
[0037] 在IOmL反應(yīng)管中加入產(chǎn)物2-((2-噻吩基）甲基）-2-甲基-N-(8-喹啉）丁酰 胺（0. 3mmol)、二碳酸二叔丁酯（3mmol)和DMAP(0. 6mmol)，無(wú)水四氫咲喃（lml)。反應(yīng)在 室溫下進(jìn)行8h。反應(yīng)結(jié)束后，旋干溶劑，然后經(jīng)柱層析分離得Boc保護(hù)的中間產(chǎn)物叔丁基 (2-((2-噻吩基）甲基）-2-甲基丁?；?-喹啉））氨基甲酸鹽，產(chǎn)率為60%。
[0038]在IOmL反應(yīng)管中加入溶于THF/H20 (1ml，3:1)溶劑中的中間產(chǎn)物叔丁基 (2-((2-噻吩基）甲基）-2-甲基丁?；?-喹啉））氨基甲酸鹽（0.lmmol)，在0°C下加 入LiOH?H20(0. 2mmol)和30%H202(0. 5mmol)。反應(yīng)在室溫下進(jìn)行4h。反應(yīng)結(jié)束后，加入 Na2SO3(Immol),乙酸乙酯（2ml)稀釋后加入0.5M的稀鹽酸酸化。乙