一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种以水作为溶剂合成α‑羟基‑β‑二羰基类化合物的方法，属于有机合成技术领域。发明专利技术的有效性主要体现在通过使用绿色的水作为溶剂，并添加廉价易得的表面活性剂，利用过氧化物产生的自由基氧化偶联策略，成功实现了无有机溶剂、无酸无碱添加的绿色的β‑二羰基类化合物水相α‑羟基化，为制备具有较大应用价值的α‑氧代‑β‑二羰基类化合物提供了新颖且高效的途径。此外，该反应后处理简便，放大至克级仍能保持较好的反应效果，具有广阔的生产应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法
本专利技术属于有机合成
，具体涉及一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法。
技术介绍
众所周知，水是生命之源。许多复杂的生物合成和生命过程都在水中进行。对于化学家来讲，水与其他有机溶剂相比有许多优点，它可以降低反应成本，简化工艺流程，并且环境友好，符合绿色化学发展的要求(Chem.Soc.Rev.,2012,41,1415–1427)。但对于大多数化学反应来讲，水的存在通常会对反应造成不好的影响，例如收率的降低以及选择性差等问题。大多数精细化工合成都使用石油衍生的溶剂，这会产生大量的有毒废弃物，环境污染大，生产成本高。因此，无论在工业届中还是学术届，都希望用水来代替常用的有机试剂，实现绿色有机合成。α-羟基-β-二羰基化合物是一类非常重要的结构单元，广泛的存在于天然产物，精细化工以及农药医药中间体中。例如5-氯茚酮甲酸甲酯的α-羟基化产物就是高效农药杀虫剂茚虫威的重要中间体(Pest.Manages.Sci.2001,57,153–164)。而茚酮衍生的β-酮酰胺的α-羟基化产物Pramanicin是一种新型的抗菌剂，具有很好的抗菌活性(J.Org.Chem.,1999,64,6005-6018.)获得该类化合物最简单、最直接的方法是对β-二羰基化合物进行α位的氧化羟基化反应。目前为止，已经有许多种方法可以获得该类化合物，Davis在1981年首次报道了使用Davis试剂获得ɑ-氧代-β-酮酸酯化合物的方法(TetrahedronLett.1981,22,4385-4388)，但是该方法操作繁琐，反应条件较为苛刻，使用化学剂量的手性氧化剂，成本较高，不适合生产应用。目前来讲，使用酸或碱作为催化剂，在常用有机溶剂(例如二氯甲烷、甲苯等)中加入氧化剂是制备该类化合物最常见的方法。2004年，约根森课题组使用二氢奎宁作为催化剂，过氧化氢异丙苯作为氧化剂，二溴乙烷作为反应溶剂，实现了茚酮衍生的β-酮酸酯的α-羟基化反应(J.Org.Chem.,2004,69,8165-8167)。焦宁等人使用碳酸铯作为催化剂，氧气作为氧化剂，亚磷酸三乙酯作为还原剂，在二甲基亚砜(DMSO)中反应，实现了一系列羰基化合物的α-羟基化反应(Angew.Chem.Int.Ed.,2014,126,558–562)。申请人也利用可见光光敏化氧化策略，使用金鸡纳碱季铵盐作为相转移催化剂，甲苯作为溶剂，四苯基卟啉作为光敏剂，在空气中实现了β-酮酸酯的α-羟基化反应(GreenChem.,2016,18,5493–5499)。然而，目前为止所有的氧化体系都依赖于有机溶剂介质，并且反应中需要加入化学计量或者催化量的碱来激活反应。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供了一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，该方法以绿色且环境友好的水相作为溶剂，在无金属、无酸碱添加的情况下实现高效高选择性的β-二羰基类化合物的α-羟基化反应，并且拓展β-二羰基类化合物的底物范围，具有十分重要的理论价值和应用前景。本专利技术为解决上述技术问题采用如下技术方案，一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，其特征在于具体过程为：将β-二羰基类化合物、过氧化物和表面活性剂在溶剂水中于15-100℃反应制得目标产物α-羟基-β-二羰基类化合物，其中β-二羰基类化合物为IIa化合物或IIb化合物，相对应的α-羟基化产物分别为Ia或Ib；合成过程中对应的反应方程式为：其中R1为烷基、环烷基、苯基、取代苯基或苄基；R2为氢、卤素、烷基、烷氧基或环烷基，R3为氢、卤素、烷基、烷氧基或环烷基，R4为烷基、环烷基、苯基、取代苯基、苄基或萘基，n为1或2。进一步优选，所述过氧化物为叔丁基过氧化氢、异丙苯基过氧化氢、双氧水、过氧化尿素、新戊基过氧化氢或过氧化环己酮；优选为异丙苯基过氧化氢、叔丁基过氧化氢或双氧水。进一步优选，所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂：季铵化物；阴离子表面活性剂：聚丙烯酰胺、烷基磺酸盐或烷基硫酸盐；两性离子表面活性剂：卵磷脂、氨基酸型或甜菜碱；非离子表面活性剂：烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨酯；优选为季铵化物阳离子表面活性剂。进一步优选，所述季铵化物为四丁基溴化铵、苄基三甲基溴化铵、四丁基氯化铵、十六烷基三甲基溴化铵或十八烷基二甲基苄基氯化铵。进一步优选，合成过程的反应温度优选为60-90℃。进一步优选，所述表面活性剂用量为β-二羰基类化合物的0.01-50mol％，过氧化物与β-二羰基类化合物的摩尔比为1-20:1。进一步优选，所述表面活性剂用量为β-二羰基类化合物的2-10mol％。进一步优选，所述以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，其特征在于具体步骤为：将β-二羰基类化合物、过氧化物和表面活性剂在溶剂水中于60-90℃搅拌反应，薄层色谱跟踪反应，反应结束后柱层析分离或重结晶得到高收率高纯度的目标产物α-羟基-β-二羰基类化合物。本专利技术的有效性主要体现在通过使用绿色的水作为溶剂，并添加廉价易得的表面活性剂，利用过氧化物产生的自由基氧化偶联策略，成功实现了无有机溶剂、无酸无碱添加的绿色的β-二羰基类化合物水相α-羟基化，为制备具有较大应用价值的α-氧代-β-二羰基类化合物提供了新颖且高效的途径。此外，该反应后处理简便，放大至克级仍能保持较好的反应效果，具有广阔的生产应用前景。具体实施方式以下通过实施例对本专利技术的上述内容做进一步详细说明，但不应该将此理解为本专利技术上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本专利技术上述内容实现的技术均属于本专利技术的范围。实施例1：2-羟基-1-茚酮-2-甲酸甲酯Ia-1的制备称取0.1mmol1-茚酮-2-甲酸甲酯IIa-1，加入5mol％四丁基溴化铵，0.2mol异丙苯基过氧化氢(质量分数为85％)，放入10mL单口反应管，加入纯水2mL，于60℃搅拌反应。反应12小时后，混合液用乙酸乙酯萃取2次，水洗1次，无水硫酸钠干燥，过滤，旋干。粗品柱层析分离(石油醚：乙酸乙酯＝25:1，v/v)得到羟基化产物2-羟基-1-茚酮-2-甲酸甲酯Ia-1(22mg，收率为91％)；1HNMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.73(d,J＝8.2Hz,1H),7.50(dd,J＝1.7,0.8Hz,1H),7.44–7.36(m,1H),4.19(s,1H),3.79–3.65(m,4H),3.24(dt,J＝17.5,1.0Hz,1H).13CNMR(101MHz,CDCl3)δ199.51,171.56,153.61,142.82,132.00,129.04,126.77,126.40,80.45,53.59,39.03。实施例2-14所实施的专利技术过程与实施例1相同，但使用下表中所列的表面活性剂代替四丁基溴化铵，结果见表1。表1实施例15-19所实施的专利技术过程与实施例1相同，但使用下表中所列的过氧化物代替异丙苯基过氧化氢，结果见表2。表2使用不同氧化剂制备2-羟基-1-茚酮-2-甲酸甲酯Ia-1实施例20-27所实施的专利技术过程与实施例1相同，但使用下表中所列的温度代替60℃，结果见表3。表3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种以水作为溶剂合成α‑羟基‑β‑二羰基类化合物的方法，其特征在于具体过程为：将β‑二羰基类化合物、过氧化物和表面活性剂在溶剂水中于15‑100℃反应制得目标产物α‑羟基‑β‑二羰基类化合物，其中β‑二羰基类化合物为IIa化合物或IIb化合物，相对应的α‑羟基化产物分别为Ia或Ib；合成过程中对应的反应方程式为：

【技术特征摘要】
1.一种以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，其特征在于具体过程为：将β-二羰基类化合物、过氧化物和表面活性剂在溶剂水中于15-100℃反应制得目标产物α-羟基-β-二羰基类化合物，其中β-二羰基类化合物为IIa化合物或IIb化合物，相对应的α-羟基化产物分别为Ia或Ib；合成过程中对应的反应方程式为：其中R1为烷基、环烷基、苯基、取代苯基或苄基；R2为氢、卤素、烷基、烷氧基或环烷基，R3为氢、卤素、烷基、烷氧基或环烷基，R4为烷基、环烷基、苯基、取代苯基、苄基或萘基，n为1或2。2.根据权利要求1所述的以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，其特征在于：所述过氧化物为叔丁基过氧化氢、异丙苯基过氧化氢、双氧水、过氧化尿素、新戊基过氧化氢或过氧化环己酮。3.根据权利要求1所述的以水作为溶剂合成α-羟基-β-二羰基类化合物的方法，其特征在于：所述表面活性剂包括阳离子表面活性剂：季铵化物；阴离子表面活性剂：聚丙烯酰胺、烷基磺酸盐或烷基硫酸盐；两性离子表面活性剂：卵磷脂、氨基酸型或甜菜碱；非离子表面活性剂：烷基葡糖苷、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦或聚山梨...

【专利技术属性】
技术研发人员：王亚坤，高庆贺，刘兴霞，张涛，王帅飞，李洛豪，智浩宇，
申请(专利权)人：新乡医学院，
类型：发明
国别省市：河南,41