一种恶唑烷酮的合成方法技术

本发明专利技术公开了一种恶唑烷酮的合成方法，属于有机催化技术领域。本发明专利技术提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过五氯环丙烷与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。

【技术实现步骤摘要】
一种恶唑烷酮的合成方法
本专利技术属于有机催化
，特别设计一种合成恶唑烷酮的方法。
技术介绍
恶唑烷酮是一类在五元环中同时含有氧和氮的杂环有机化合物。该类化合物可用作手性助剂，同时也是重要的精细化学品和医药中间体。该类化合物自从1958年首次被合成出来后，经历半个多世纪发展，已经有许多新颖的方法可以高效合成恶唑烷酮，比如：1)1，2-氨基醇衍生物与CO2的环加成(Synlett2002，2，0307)；2)使用氨基甲酸酯衍生物的反应(JACS2014，136，1766)氮丙啶和CO2的环加成(ChemSusChem2019，12，3296)；4)光气与伯胺反应(JACS2003，125，2489)；5)烯丙胺与CO2反应(ACIE2016，55，10022)；6)异氰酸酯和缩水甘油的环加成。在这些方法中，缩水甘油和异氰酸酯的反应是合成4-羟甲基取代的恶唑烷酮的最直接和有效的方法之一。缩水甘油是环氧化物的衍生物之一，与异氰酸酯一样，都是工业上易于获得的原材料。与环氧化物和异氰酸酯合成恶唑烷酮相比，具有旋光性的缩水甘油可以在温和的条件下获得恶唑烷酮，同时保留原有的手性构型。在以前的研究中，通常使用金属或碱催化剂来完成该反应，这种催化剂效率很高且用途广泛，但仍有一些缺陷需要改进，例如：1)中间体的构型翻转，在催化过程中无法维持原有构型；2)碱催化剂使缩水甘油开环后发生竞争性聚合(JACS.2000，122，2954)；3)碱催化剂攻击环氧化物的远端碳-氧键，形成六元环的恶唑烷酮(Journalofheterocyclicchemistry1970，7，331)；4)金属催化剂残留物具有生物毒性，不适合生物医学行业的需求。因此，我们利用中性有机催化剂，即三(二烷基氨基)环卤化丙烯(TDAC·X)，可以克服上述缺陷。在此之前，也仅有一例中性有机催化剂能够催化该反应。我们认为同时提供HBD和HBA阴阳离子对，并可以合成异氰酸酯和缩水甘油的[3+2]环加成反应，同时保持原有构型。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种合成恶唑烷酮的方法。采用全新的催化剂，催化缩水甘油与异氰酸酯实现[3+2]环加成反应，并可以得到手性恶唑烷酮化合物。催化剂可一步制备，催化反应条件温和、适应性广，以高产率得到的恶唑烷酮无金属残留，在生物医药和手性助剂等对手性有严格控制的领域具有很大的商业应用的潜力。本专利技术首次提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过五氯环丙烷与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。为了拓展恶唑烷酮在精细化学品加工、生物医药与手性助剂等领域的应用，本专利技术从实际的需求中发现问题并解决问题，利用不同取代基的环丙烯阴阳离子对催化合成了多种取代的恶唑烷酮。该催化体系首次提出应用于缩水甘油与异氰酸酯环加成反应，得到具有手性的恶唑烷酮。实现上述目的的技术方案如下：一种合成恶唑烷酮的方法，采用式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯在式I所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：其中R1、R2选自氢、苯基、甲基、乙基、哌啶基、吗啉基，R1和R2相同或不同；若为哌啶基，则同一个N原子上两个R1为同一个哌啶基；R3选自对甲苯基，间甲苯基，邻甲苯基，对甲氧基苯基，对硝基苯基，对甲苯璜酰基，对氟苯基，对氯苯基，对溴苯基，间氯苯基，萘基，3，5-双三氟甲基苯基，对三氟甲基苯基；X选自卤素，为Cl、Br、I；优选的，式I所示的催化剂选自如下结构：优选的，式II所示的缩水甘油为外消旋缩水甘油和内消旋缩水甘油。优选的，式III所示的异氰酸酯选自对甲苯基异氰酸酯，间甲苯基异氰酸酯，邻甲苯基异氰酸酯，对甲氧基苯基异氰酸酯，对硝基苯基异氰酸酯，对甲苯璜酰基异氰酸酯，对氟苯基异氰酸酯，对氯苯基异氰酸酯，对溴苯基异氰酸酯，间氯苯基异氰酸酯，萘基异氰酸酯，3，5-双三氟甲基苯基异氰酸酯，对三氟甲基苯基异氰酸酯。异氰酸酯的结构如下表所示：优选的，式I所示的催化剂与式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯的摩尔比范围为1∶20∶30-1∶90∶100。优选的，式I所示的催化剂与式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯的摩尔比为1∶50∶60。优选的，在惰性气体或氮气保护下将式I所示的催化剂加入反应器，加入氯苯，催化剂与溶剂氯苯的摩尔币为1∶3-1∶10，式II所示的缩水甘油以及式III所示的异氰酸酯，在惰气氛围下加热至60℃-100℃之间，反应6-12小时后得到含产物。优选的，所述合成恶唑烷酮的具体方法为：在惰性气体或氮气保护下将式I所示的催化剂加入反应器，加入1.5mL氯苯，式II所示的有旋光性或外消旋的缩水甘油以及式III所示的异氰酸酯依次加入反应器，在惰气氛围下加热至80℃，反应8h后得到含产物的溶液。优选的，将反应后的溶液经过冷却、柱层析后，干燥得到产物。优选的，其所用的式I所示的催化剂的合成方法为：将对应的胺的有机溶液在冰浴搅拌条件下缓慢加入五氯环丙烷的有机溶剂，加入完毕后，室温反应24小时，萃取后干燥得到产物。优选的，所属对应的胺的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯，所述五氯环丙烷的有机溶液中的溶剂为二氯甲烷、四氢呋喃、甲苯或苯。有益效果采用本专利技术的技术方案至少可以达到如下有益效果之一：(1)本专利技术通过上述催化体系能够高效合成具有高附加值的恶唑烷酮，相比于现有技术中利用金属催化剂、碱催化剂合成的恶唑烷酮，具有产率高、无金属残留、应用广泛等特点。(2)本专利技术中使用的催化体系，能够催化具有手性缩水甘油与异氰酸酯[3+2]环加成合成恶唑烷酮，产物仍能保持手性。在生物医药和手性助剂等对金属残留和手性构型要求严格的领域具有很大的商业应用的潜力。(3)本专利技术催化体系通过氢键供体(HBD)/氢键受体(HBA)双活化作用催化缩水甘油与异氰酸酯[3+2]环加成合成恶唑烷酮。目前尚无HBD/HBA双活化催化合成恶唑烷酮的报道。相比于其他高温、反应时间长、催化剂负载量高等条件下合成恶唑烷酮，本专利技术的反应条件相对温和。(4)本专利技术中使用的催化体系容易制备，且使用该催化剂的催化效率高、反应时间短、转化率高，具有高效的特点。综上所述，本专利技术相比与现有的其他催化体系具有温和、高效、易制备、不含金属等明显优势。附图说明结合附图来详细说明本专利技术的实施例，其中图1：实施例1催化剂11HNMR图谱图2：实施例1催化剂113CNMR图谱图3：实施例3催化剂31HNMR图谱图4：实施例4催化剂41HNMR图谱图5：实施例4催化剂413CNMR图谱图6：实施例5催化剂51HNMR图谱图7：实施例5催化剂513CNM本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种合成恶唑烷酮的方法，其特征在于：采用式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯在式I所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：/n

【技术特征摘要】
1.一种合成恶唑烷酮的方法，其特征在于：采用式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯在式I所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：



其中R1、R2选自氢、苯基、甲基、乙基、哌啶基、吗啉基，R1和R2相同或不同；若为哌啶基，则同一个N原子上两个R1为同一个哌啶基；
R3选自对甲苯基，间甲苯基，邻甲苯基，对甲氧基苯基，对硝基苯基，对甲苯璜酰基，对氟苯基，对氯苯基，对溴苯基，间氯苯基，萘基，3，5-双三氟甲基苯基，对三氟甲基苯基；
X选自卤素，为Cl、Br、I。


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

。


3.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述的式II所示的缩水甘油为外消旋缩水甘油和内消旋缩水甘油。


4.根据权利要求1所述的合成方法，其特征在于：式I所示的催化剂与式II所示的缩水甘油与式III所示的异氰酸酯的摩尔比范围为1∶20∶30-1∶90∶100。


5.根据权利要求4所述的合成方法，其特征在于：式I所示的催化剂与式II所示的缩水甘...

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