一种五元含氧杂环化合物的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种五元含氧杂环化合物的合成方法，采用环氧化物和杂累积双烯为原料，采用本发明专利技术所提出的式I的催化剂反应得到五元含氧杂环化合物。该方法所用试剂廉价易得，且为一步法即可合成产物，条件温和，整个反应体系中没有金属残留，没有副产物生成，以高选择性得到单一的产物。

【技术实现步骤摘要】
一种五元含氧杂环化合物的合成方法
本专利技术属于有机催化
，具体涉及利用环氧化物与二硫化碳或异氰酸酯发生[3+2]环化反应生产五元含氧杂环化合物的方法。
技术介绍
三元杂环化合物由于其高的环应变力在有机合成中具有重要意义。这些杂环化合物的环扩张反应，尤其是环氧化物与杂累积双烯的[3+2]环化反应被认为是合成多取代五元含氧杂环化合物的高效方法。二硫化碳、异氰酸酯这类杂累积双烯是有机合成中的重要试剂，它们中的碳原子具有高的亲电性，使得其易于被亲核进攻，这有利于与环氧化物的[3+2]环加成反应。环氧化物与杂累积双烯通过[3+2]环化反应的产物，五元含氧杂环化合物，被广泛用于医药、有机合成。芳基取代的恶唑烷酮被报道具有抗菌以及抗精神病和抗抑郁症的活性，硫代环状碳酸酯具有抗辐射活性，其都具有广泛应用。截止到目前，已经报道了大量金属离子催化剂和金属配合物催化，但是金属离子的残留问题难以避免，这限制了其在生物及医药中的应用。相较于金属催化，有机催化在该[3+2]环化反应中的报道很少。而近十年非共价作用催化，尤其是氢键催化越来越受到人们的关注，并且已经有了氢键催化[3+2]环化反应的报道。卤键是疏水的氢键类似物，被定义为卤素原子的亲电中心与路易斯碱之间形成的非共价催化作用，提供卤素原子的分子被称为“卤键供体”而路易斯碱被称为“卤键受体”。由于卤素取代基表面静电能分布的各向异性，垂直于R-X键的电子密度较高，因此，在R-X键的延长方向存在一个称为“σ-孔”的正电区域，相比于氢键，卤键具有方向性，疏水性，可调控性等特点，将卤键应用于有机催化中一直是研究者们关注的重点，并且已经有大量成功的报道。North等人分别报道了使用金属配合物催化剂高效催化环氧化物与异氰酸酯或二硫化碳的[3+2]环化反应，虽然克服了以往金属离子催化剂的高温高负载量，但是仍然没有避免有毒金属的加入。(J.Org.Chem.2010,75,6201–6207)直到2017年Toda等人报道了使用四芳基磷鎓盐催化环氧化物与异氰酸酯合成恶唑烷酮，这开启了有机催化的环氧化物与杂累积双烯[3+2]环化反应的新领域。(Org.Lett.2017,19,5786-5789)随后Rostami在2020年报道了方酰胺双氢键催化[3+2]环化反应，这是非共价催化的首例报道。与此同时，我们组根据卤键与氢键的相似性，首次提出了氮卤键催化环氧化物与二氧化碳合成环状碳酸酯的设想，并已经实现(Chemsuschem2021,14(2),738-744)，但是氮卤键的正电性存在于氮原子上，这是一种比较强的卤键，根据这个发现，我们又提出了相对较弱的碳卤键应用于该类[3+2]环化反应中。环氧化物与杂累积双烯的[3+2]环化反应不同于和二氧化碳的CCE反应。环氧化物与二氧化碳的CCE反应由于其产物环状碳酸酯的结构是中心对称的，因此只会有一种环状碳酸酯的生成。但是和异氰酸酯与二硫化碳这些杂累积双烯则会由于母核不对称而产生多种产物。环氧化物与异氰酸酯的[3+2]环化反应由于亲核阴离子进攻环氧化物的位点不同而会产生两种不同的恶唑烷酮，然而，环氧化物与二硫化碳的[3+2]环化反应非常复杂，会产生非常多的副产物，这是由于反应的中间体为二硫代碳酸酯，该中间体为高度活性的自由基中间体RAFT试剂，这会导致其中的硫与氧发生交换，因此会产生以上5种或者更多的产物。虽然环氧化物与杂累积双烯的[3+2]环化反应是合成五元含氧杂环化合物的最高效方法，但是选择性一直是该方法的最大挑战，如何高效靶向合成单一五元含氧杂环化合物一直是研究者们关注的重点。本专利技术首次提出了使用卤键供体催化剂，即2-卤代咪唑鎓盐，催化环氧化物与杂累积双烯的[3+2]环化反应。2-卤代咪唑鎓盐的制备方法有大量的报道，通过咪唑鎓盐与N-碘代琥珀酰亚胺在40℃下在二氯甲烷溶剂中反应2小时即可制得，步骤简单，产率接近100％，无需纯化(Chem.Eur.J.2018,24,3464–3473)。本专利技术从实际应用出发，根据氮卤键催化环氧化物与二氧化碳的CCE的经验，利用2-卤代咪唑鎓盐这种碳卤键供体催化合成了一系列五元含氧杂环化合物，该体系首次提出且应用于环氧化物与杂累积双烯的[3+2]环化反应，并且实现了靶向合成特定五元含氧杂环化合物。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一类基于碳卤键催化环氧化物与二硫化碳或异氰酸酯发生[3+2]环化反应生产五元含氧杂环化合物。本方法可以精确制备五元含氧杂环化合物。一种碳卤键催化合成五元含氧杂环化合物的方法，以环氧化物和二硫化碳或异氰酸酯为底物，在芳基取代的2-卤代咪唑鎓盐的催化下，得到五元含氧杂环化合物及其衍生物，所述的2-卤代咪唑鎓盐的结构如式(I)所示：O＝C＝N-R4(III)式I中的R1、R2选自2，4，6-取代的苯基、2，6-取代的苯基，所述的取代基为甲基、乙基、异丙基；式I中的X选自氯、溴。R3选自选自一氯甲基、苯氧甲基、苯基之一。R4选自对甲苯基、3，5-双三氟甲基苯基、间甲苯基之一。所述的2-卤代咪唑鎓盐的结构如下：所述的环氧化物为环氧氯丙烷、苯基缩水甘油醚、氧化苯乙烯。所述的异氰酸酯为对甲苯基异氰酸酯、3，5-双三氟甲基苯基异氰酸酯、间甲苯基异氰酸酯。优选式(II)所示的环氧化物为苯基缩水甘油醚，式(III)所示的异氰酸酯为3,5双三氟甲基苯基异氰酸酯，式(I)所示的催化剂为式4所示的催化剂。优选式(II)所示的环氧化物为环氧氯丙烷，式(III)所示的异氰酸酯为对甲苯基异氰酸酯，式(I)所示的催化剂为式5所示的催化剂。所述的式(I)所示的催化剂的制备方法为如式(IV)所示的氯化咪唑鎓盐与N-碘代琥珀酰亚胺发生取代反应生成如式(V)所示的碘代咪唑氯化物；如式(V)所示的碘代咪唑氯化物经过离子交换得到如式(VII)所示的溴代咪唑碘化物。反应的底物溶解于二氯甲烷中，在30-60℃下搅拌1-4h后通过洗涤后得到的白色固体。所述式(II)所示的环氧底物与式(I)所示的催化剂的摩尔比为20:1。所述的合成方法具体步骤为式(II)所示的环氧化物、杂累积双烯和式(I)所示的催化剂，在有机溶剂中70-80℃发生反应得到产物五元含氧杂环化合物。优选所述的有机溶剂为氯苯、DMF、甲苯或者二氧六环。优选所述的反应在80℃条件下进行反应24小时，反应液通过柱层析得到产物五元含氧杂环化合物。所述的环氧底物与催化剂的摩尔比为20:1。所述的环氧化物与二硫化碳或异氰酸酯合成五元含氧杂环化合物的方法具体步骤为环氧化物、二硫化碳或异氰酸酯和2-卤代咪唑鎓盐在溶剂条件下于70-80℃发生反应。通过柱层析得到五元含氧杂环化合物。有益效果：(1)本专利技术通过上述催化体系能够高效合成具有多样性的恶唑烷酮及硫代环状碳酸酯，相比于现有技术中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种五元含氧杂环化合物的合成方法，其特征在于，如式(II)所示的环氧化物与二硫化碳或如式(III)所示的异氰酸酯为原料，采用式(I)所示的催化剂反应得到五元杂环化合物/n

【技术特征摘要】
1.一种五元含氧杂环化合物的合成方法，其特征在于，如式(II)所示的环氧化物与二硫化碳或如式(III)所示的异氰酸酯为原料，采用式(I)所示的催化剂反应得到五元杂环化合物



其中，R1、R2选自2，4，6-取代的苯基、2，6-取代的苯基，所述的取代基为甲基、乙基、异丙基；
X选自氯、溴，
R3选自一氯甲基、苯氧甲基、苯基，
R4选自对甲苯基，3，5-双三氟甲基苯基，间甲苯基。


2.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于，式(I)所示催化剂选自如下结构：





3.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：式(II)所示的环氧化物为苯基缩水甘油醚，式(III)所示的异氰酸酯为3,5双三氟甲基苯基异氰酸酯，式(I)所示的催化剂为式4所示的催化剂。


4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：式(II)所示的环氧化物为环氧氯丙烷，式(III)所示的异氰酸酯为对甲苯基异氰酸酯，式(I)所示的催化剂为式5所示的催化剂。


5.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：



<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭凯，陈恺，李振江，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32