一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种4‑羟基‑2‑氮杂环丁酮类化合物的制备方法，以4‑羧基‑2‑氮杂环丁酮类为原料，在Ir光催化剂的催化下，通过光照，可直接在空气氛围中反应生成4‑羟基‑2‑氮杂环丁酮类化合物，本发明专利技术条件温和、收率高，直接使用空气中的氧气作为氧化剂，降低了成本且安全性更高，适合应用于工业大规模化生产中。

【技术实现步骤摘要】
一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法
本专利技术涉及药物中间体领域，特别是涉及一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法。
技术介绍
头孢菌素是一类重要的抗生素，对细菌的选择作用强，而对人几乎没有毒性，具有抗菌谱广、抗菌作用强、耐青霉素酶、过敏反应较青霉素类少见等优点，所以是一类高效、低毒、临床广泛应用的重要抗生素。头孢菌素类和青霉素类同属β-内酰胺抗生素，此前已经开发了四代头孢菌素类抗生素，但随着抗生素耐药性愈发严重，近年来，FDA相继批准了多个β-内酰胺类复方制剂，包括VabomereTM复方制剂、AvycazTM复方制剂、ZerbaxaTM复方制剂等，另外还有很多药物正处于临床试验，因此，研究头孢菌素类中间体的合成具有重要意义。4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物是合成头孢菌素的通用关键中间体，作为所有头孢菌素类药物合成必需的起始原料，氮杂环丁酮的需求量非常大，因此4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备工艺受到了广泛的关注。目前合成4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的方法主要是先将4-羧基-2-氮杂环丁酮氧化脱羧得到4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮，再水解得到4-羟基-2-氮杂环丁酮。其中，氧化脱羧步骤大多需要使用当量的过渡金属比如Pb(OAc)4、Hg(OAc)2、Cu(OAc)2等，以Pb(OAc)4的使用最为广泛，但Pb(OAc)4作为一种重金属氧化剂，毒性很大，污染严重，十分不利于环境保护。同时，使用当量的氧化剂，本身也容易引发事故，不利于工业生产，成本也较高。因此，开发一种环保、安全地得到4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物，还能够降低成本的制备方法具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术解决的主要技术问题是提供一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法，能够合成4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物，安全高效，成本低。为了解决上述的技术问题，本专利技术所采用的技术方案是：提供一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法，包含以下内容：在空气氛围中，通过光催化使化合物I发生如下反应得到：R1、R2分别独立选自H、取代或非取代的烷基、取代或非取代的杂烷基，其中取代基选自烷基、杂烷基；R3选自取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳基，其中取代基选自烷基、杂烷基、芳基、烯基；进一步地，R3选自氮原子的保护基团。所述氮原子的保护基团，是指可避免氮杂环丁酮骨架上的氨基发生反应，后续根据需要可选择脱除的基团。将4-羧基-2-氮杂环丁酮氧化脱羧得到4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮，目前传统的方法是使用当量的过渡金属，此法污染严重且成本高，还容易引发安全事故，不利于工业化生产。为了避免使用当量的过渡金属，专利CN103539813A公开了一种合成4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮类化合物的方法，使用过氧化乙酸作为氧化剂；专利CN109879904A公开了一种合成4-乙酰氧基-2-氮杂环丁酮类化合物的方法，使用臭氧作为氧化剂。这两种方法虽然没有使用过渡金属，但使用了过氧化物和臭氧，若应用于工业化生产中仍然存在着很大的安全隐患，容易发生爆炸等安全事故，且为了保证安全，会导致对设备的要求较高，成本增加，过氧化物不稳定，易分解，也很难保证大规模工业化生产稳定性。通过不断的研究探索，专利技术人意外地发现，将化合物I、光催化剂、还原剂、碱、溶剂混合，光照，直接在空气中即可一步反应制得4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物，所述光催化剂选自Ir光催化剂。由于未添加氧化剂，专利技术人判断本专利技术反应是直接利用了空气中的氧气做氧化剂。由于空气中氧气的浓度较低，在使用氧气做氧化剂的许多反应中很难直接利用空气，需要用氧气球或其它供氧装置使反应处于氧气氛围中才可进行，此类反应放大为工业化的生产后，也容易发生事故，会存在安全性问题。本申请通过光催化，实现了室温、空气氛围下将4-羧基-2-氮杂环丁酮类化合物到4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的一步转换，高效快捷，成本低，安全性高。进一步地，所述Ir光催化剂选自Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbpy)]PF6、(Ir[dFppy]2(bpy))PF6、[Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6、(Ir[dFCF3ppy]2(bpy))PF6中的一种或几种。在本专利技术的一个具体实施例中，Ir光催化剂为Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbpy)]PF6。进一步地，所述化合物I：光催化剂的摩尔比为1：0.001～0.2，优选1：0.05～0.2，更优选为1：0.1。进一步地，所述光照的光源为蓝光。进一步地，所述光源的功率为100～500W，优选300W。进一步地，所述还原剂选自硼氢化钠、醋酸硼氢化钠、氰基硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或几种。在本专利技术的具体实施方式中，所述还原剂选自硼氢化钠和/或醋酸硼氢化钠；进一步地，所述化合物I：还原剂的摩尔比为1：1～2，优选1：1～1.5，更优选为1：1.2。进一步地，所述碱选自碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯中的一种或几种，优选碳酸铯；进一步地，所述化合物I：碱的摩尔比为1：0.2～2.0，优选1：1.0～2.0，更优选为1：1.2。进一步地，所述溶剂选自二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、乙腈、四氢呋喃、DMF、DMSO中的一种或几种，优选为二氯甲烷、氯仿、1，2-二氯乙烷、乙腈中的一种或几种。进一步地，所述溶剂的用量为每摩尔化合物I使用溶剂2～6L。在本专利技术的具体实施方式中，所述溶剂的用量为每摩尔化合物I使用溶剂3L。在本专利技术的具体实施方式中，所述R1不为H，R2为H。进一步地，R1为R5选自C1～C6的烷基，R4选自羟基的保护基团。所述羟基的保护基团，是指可避免羟基发生反应，后续根据需要可选择脱除的基团。进一步地，R4为R6、R7、R8分别独立选自C1～C6的烷基；更进一步地，R4选自Si(CH3)3、Si(CH3)2CH2CH3、Si(CH2CH3)3、Si(CH(CH3)2)3或者Si(CH3)2C(CH3)3。进一步地，所述氮原子保护基选自4-甲氧基苯基、苄基、4-甲氧基苄基、3，4-二甲氧基苄基、二(4-甲氧基苯基)甲基、烯丙基、二苯基甲基、R9、R10、R11分别独立选自C1～C6的烷基。进一步地，选自Si(CH3)3、Si(CH3)2CH2CH3、Si(CH2CH3)3、Si(CH(CH3)2)3或者Si(CH3)2C(CH3)3。进一步地，本专利技术制备4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的反应中，所述化合物I的结构如式I'所示，发生的反应如下：进一步地，本专利技术制备4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的反应中，所述化合物I的结构如式I”所示，发生的反应如下：本专利技术反应可以在室温下进行，也可以加热至40℃进行反应，这样反应更加迅速。“烷基”，是指脂肪族烷烃基团，是饱和烃基。其中，烷基可以是直链烷基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法，其特征在于，包含以下内容：在空气氛围中，通过光催化使化合物I发生如下反应得到：/n

【技术特征摘要】
1.一种4-羟基-2-氮杂环丁酮类化合物的制备方法，其特征在于，包含以下内容：在空气氛围中，通过光催化使化合物I发生如下反应得到：



R1、R2分别独立选自H、取代或非取代的烷基、取代或非取代的杂烷基，其中取代基选自烷基、杂烷基；
R3选自取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳基，其中取代基选自烷基、杂烷基、芳基、烯基；
进一步地，R3选自氮原子的保护基团。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，是将化合物I、光催化剂、还原剂、碱、溶剂混合，在光照下反应；所述光催化剂选自Ir光催化剂。


3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Ir光催化剂选自Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbpy)]PF6、(Ir[dFppy]2(bpy))PF6、[Ir(ppy)2(dtbbpy)]PF6、(Ir[dFCF3ppy]2(bpy))PF6中的一种或几种，优选Ir(dF(CF3)ppy)2(dtbpy)]PF6；
进一步地，所述化合物I：光催化剂的摩尔比为1：0.001～0.2，优选1：0.05～0.2，更优选为1：0.1。


4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述光照的光源为蓝光；进一步地，所述光源的功率为100～500W，优选300W。


5.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述还原剂选自硼氢化钠、醋酸硼氢化钠、氰基硼氢化钠、硼氢化钾中的一种或几种，优选硼氢化钠和/或醋酸硼氢化钠；
进一步地，所述化合物I：还原剂的摩尔比为1：1～2，优选1：1～1.5，更优选为1：1.2。


6.根据权利要求2所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：饶亮明，孙占奎，
申请(专利权)人：中国科学院上海营养与健康研究所，湖州中科院应用技术研究与产业化中心，
类型：发明
国别省市：上海;31