一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法技术

本发明专利技术公开一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料，在无催化剂条件下于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，使用羧酸作为亲核试剂，对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。本发明专利技术反应过程简单，不使用催化剂，环保性好；条件温和，开环方法具有广泛的普适性，不同结构的氮杂环丙烷化合物和羧酸均可获得较高的收率和较好的区域选择性。

【技术实现步骤摘要】
一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法
本专利技术涉及一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，属于有机合成

技术介绍
氮杂环丙烷化合物是有机合成中的重要合成砌块和中间体，存在于许多天然产物中，具有良好的抗病毒、抗肿瘤及其它生物活性。氮杂环丙烷可以发生一系列重要反应，如开环反应、环加成反应、还原和消除反应等。其亲核开环反应可用于合成β-取代的氨基化合物，进而合成许多具有生物活性及在医药化工行业极其具有应用前景的氨基醇、氨基酸、生物碱以及β-内酞胺等化合物。多种亲核试剂(醇类、酚类、胺类与酰胺类、硫醇与硫酚类)都可以与氮杂环丙烷进行开环反应；醇与氮杂环丙烷的反应早在上个世纪六十年代就有报道，而且在最近十几年有了很大的发展，也取得了很好的成果。胺类与酰胺类试剂的亲核性很强，在没有催化剂作用下也能和氮杂环丙烷发生反应生成1,2-二胺类化合物。硫醇和硫酚类化合物也可以在无催化剂条件下与氮杂环丙烷反应，而且反应活性比相应的醇类高。然而相对于醇、胺、硫醇和硫酚等对氮杂环丙烷的亲核开环反应来说，羧酸类化合物羧基上富电子的氧是羧酸类亲核试剂的活性位点，其也能对氮杂环丙烷化合物进行开环反应，但相关的专利和文献仅有有限的几例。直接催化羧酸对氮杂环丙烷开环反应的方法由Yadav等人于2002年提出(YadavJ.S.,ReddyB.V.S.,SadashivK.,etal.Indiumtriflate-catalyzedringopeningofaziridineswithcarboxylicacids[J].TetrahedronLett.,2002,43(11):2099-2101.)，他们采用了In(OTf)3作催化剂，以二氯甲烷为溶剂于室温条件下反应，收率在85％-92％之间，而且取得了比较好的区域选择性，缺点在于催化剂In(OTf)3比较昂贵。我们课题组报道了利用四丁基溴化铵作催化剂促进的羧酸化合物对氮杂环丙烷化合物的开环反应(LiX.,LiG.,ChangH.H.,ZhangY.andWeiW.L.Tetrabutylammoniumbromide-mediatedringopeningreactionsofN-tosylaziridineswithcarboxylicacidsinDMF[J].RSCAdv.,2014,4,6490–6495.)，尽管一系列反应都取得了比较好的收率和区域选择性；然而，在这些反应过程中都使用了四丁基溴化铵作催化剂。紧接着，我们课题组利用氢氧化钾(KOH)作催化剂完成了各类羧酸对一系列氮杂环丙烷的开环反应研究(CN102875428A和CN102875421A)，在此报道中，产物收率虽然都比较高，然而缺点是催化剂氢氧化钾用量是底物氮杂环丙烷的0.4当量，同时多数反应的选择性都相对比较低。综上所述，虽然氮杂环丙烷开环反应的研究取得了一定进展，然而相关羧酸类化合物对氮杂环丙烷化合物的开环反应的报道却比较少，且都使用了催化剂，有的催化剂价格还非常高、有的反应虽然催化剂价格合适，但是，反应的区域选择性比较低；因此，寻找更绿色的反应条件尤其是不使用任何催化剂的反应条件来完成羧酸对氮杂环丙烷进行的开环反应，以使反应更易于操作，更环保，产物收率和区域选择性更高，值得人们进一步去探索和发现。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种采用羧酸对不同结构氮杂环丙烷化合物开环的方法。本专利技术基于羧酸的氮杂环丙烷化合物开环方法是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物作起始原料，使用羧酸作为亲核试剂，对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。本专利技术的特征在于：不使用催化剂，选择在N,N-二甲基甲酰胺溶剂体系中进行反应。本专利技术提供的一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，所述甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式：式中，R1代表H、C1～C20的烷基，其中，所述的R2代表H、甲基、甲氧基或卤素。以对硝基苯甲酸为例，其具体反应式如下：或者，所述的甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式：其中，n为1～7。优选地，n为3或4。以对硝基苯甲酸为例，其具体反应式如下：再或者所述的甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物具有以下结构通式：式中，R3与R4均代表其中，所述的R5代表H、硝基或者卤素。以对硝基苯甲酸为例，其具体反应式如下：本专利技术提供的一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，所述羧酸化合物具有以下结构通式：R6COOH式中，R6代表H、甲基、C1～C20的烷基、烯基或其中，R7代表H、甲基、硝基或卤素，X代表H、C或者N。以氮杂环丙烷化合物为例，其具体反应式如下：进一步地，在上述开环方法中，所述甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物与羧酸化合物的摩尔比为0.3～3：1；优选的摩尔比为0.3～1.5：1。进一步地，上述反应是在N,N-二甲基甲酰胺溶剂体系中进行的，N,N-二甲基甲酰胺的用量为5～15mL/mmol氮杂环丙烷化合物。由于N,N-二甲基甲酰胺具有一定的吸水性，暴露在空气中容易吸潮，而使体系带有微量的水分，因此，进一步研究反应对水的耐受性尤为重要。使用新蒸馏的N,N-二甲基甲酰胺在干燥的氮气中进行反应，与不经干燥氮气保护的反应相比，反应速率和收率都没有明显差别，说明上述反应对于微量的水有很好的耐受性。进一步地，本专利技术的开环反应是在30～90℃下进行的，优选的反应温度为50～80℃。本专利技术是以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物作起始原料，甲苯磺酰基作为吸电子取代基，可以降低氮杂环上的电子云密度，使其容易被亲核试剂进攻。开环反应后产物上的甲苯磺酰基采用常规方法即可去除，并不是本专利技术描述的重点，故本专利技术对其并未予以说明。本专利技术提供了一种以羧酸为亲核试剂，在无催化剂条件下于N,N-二甲基甲酰胺溶剂体系中，采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，该方法除操作简单，反应条件温和外，还具有以下优点：1)该反应没有采用任何催化剂，较之于催化剂In(OTf)3、TBAB和氢氧化钾等催化剂成本大为降低，而且反应更加环保；2)溶剂N,N-二甲基甲酰胺环境友好，反应对水的耐受性强尤为可贵；3)本专利技术开环方法具有广泛的普适性，虽然不使用催化剂，但不同结构的氮杂环丙烷和羧酸开环反应均可以获得较高的收率；4)选取N,N-二甲基甲酰胺溶剂，反应所得开环产物具有较高的区域选择性，特别是当氮杂环丙烷上取代基为脂肪链时，反应表现出非常高的区域选择性。因此，作为一种新的氮杂环丙烷化合物开环方法，本专利技术具有很强的实际应用价值。具体实施方式本专利技术通过以下实施例进行进一步的说明，但不能将以下实施例理解为是对本专利技术保护范围的限制。在不脱离本专利技术所述的技术范围内，任何对于本专利技术的非本质的改进和变化，都应该包含在本专利技术的技术范围内。下面给出了不同的甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物在不同的羧酸作用下进行开环反应的实施例，一些具有代表性的实施例均给出了对比例。实施例1：在试管中加入表1中结构式如1a所示的氮杂环丙烷0.2mmol，对硝基苯甲酸0.24mmol，N,N-二甲基甲酰胺2.5mL，加热至70℃下搅拌反应35h，加入K2CO3溶液除去余酸，经萃取、洗涤和干燥得粗产品。粗产品经硅胶层析柱纯化得到单一构型的开环产物，结构式如表1中3a所示，采用核磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料，使用羧酸化合物作为亲核试剂，其特征在于：该方法是在无催化剂条件下，于N,N‑二甲基甲酰胺溶剂中，对氮杂环丙烷化合物进行开环反应。

【技术特征摘要】
1.一种采用羧酸对氮杂环丙烷化合物开环的方法，以甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物为起始原料，使用羧酸化合物作为亲核试剂，其特征在于：该方法是在无催化剂条件下，于N,N-二甲基甲酰胺溶剂中，对氮杂环丙烷化合物进行开环反应；所述甲苯磺酰基活化的氮杂环丙烷化合物的结构通式为以下三种中的任一种：①式中，R1代表H、C1～C20的烷基，其中，所述的R2代表H、甲基、甲氧基或卤素；②其中，n为1～7；③式中，R3与R4均代表其中，所述的R5代表H...

【专利技术属性】
技术研发人员：李兴，张照昱，常宏宏，魏文珑，李彦威，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14