一种螺杂环化合物的合成方法技术

本发明专利技术提出了一种螺杂环化合物的合成方法，用以解决现有螺环化合物合成当中面临的底物合成复杂、官能团化受限、反应条件不够温和以及后期难以工业化等现实性缺陷的技术问题，具体步骤为：将3

【技术实现步骤摘要】
一种螺杂环化合物的合成方法


[0001]本专利技术属于有机合成化学的
，尤其涉及一种螺杂环化合物的合成方法。

技术介绍

[0002]C
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H键是构成有机化合物的基本结构单元，广泛存在于石油化工、生物质、天然产物、药物和有机功能材料等中，开发简单、高效、高选择性的C
‑
H键官能团化一直是化学家们努力研究的重要方向，其根本原因在于：通过减少化合物的合成步骤，节约成本，提高合成转化的原子经济性，减缓对环境的危害。因此，利用C
‑
H键活化策略构建复杂的环状化合物成为一种理想的策略。C
‑
H键高效官能团化是有机合成化学的重要研究内容，也是最具有挑战性的前沿研究领域之一，其无论对于化学基础研究，还是医药、化工、环境、能源、材料等领域的发展都有重要的意义，一度被学者们誉为“化学的圣杯”(Acta Chim.Sinica 2015,73,1223)。
[0003]螺环即两个环共用一个碳原子的一种特殊的环系，其骨架往往具有较强的刚性和较好的稳定性。同时，我们不难发现，在具有生物活性的天然产物和生物活性分子当中经常可以看到螺环骨架的存在，而且该类骨架通常是许多药物分子的核心骨架(Bioorg.Med.Chem.Lett.1999,9,2921；Chem.Rev.2007,107,1011；Nat.Chem.2018,9,1)。此外，螺环骨架在不对称催化领域(Acc.Chem.Res.2018,41,581)和光电材料领域(Chem.Rev.,2016,116,14675；Org.Electron.,2018,61,376)也表现出了优异的催化性能和光学性能。鉴于此，该类骨架的高效合成一直是合成化学家们关注的焦点所在，国内外广大科学家们借助各种合成手段实现了种类繁多的螺环分子的构筑，尤其是在过渡金属催化剂的促进下，螺环骨架的合成又迈上了一个新的台阶。现有的合成手段往往需要对底物进行预官能团化(引入卤素以及导向基团等)，增加了底物在合成上的难度，并且导向基团后期的脱除也限制了该类反应的进一步发展。同时，现有的合成手段所使用的底物一般需要多步合成，限制了所得骨架的多样性。此外，对于含有多个环系的复杂螺环，一般需要逐环构建，步骤经济性较低。因此，探索简捷、高效的合成手段一直是合成化学家们孜孜以求的目标。

技术实现思路

[0004]现有螺环化合物的合成采用螺[4.5]骨架的方法存在着底物合成复杂、官能团化受限、反应条件不够温和以及后期难以工业化等现实性缺陷的技术问题，本专利技术提出一种螺杂环化合物的合成方法，选取简单易得的3
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芳基苯并噁嗪类化合物和重氮化合物作为反应物，在茂基铑配合物的催化下的作用下，通过[4+2]和[3+3]的串联策略于一步化学转化中完成了多根化学键的断裂与重组，制备了含季碳中心螺[5.5]杂环骨架，实现了反应原料简单易得，反应条件温和，操作简单的目的。
[0005]为了达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的：
[0006]一种螺杂环化合物的合成方法，以3
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芳基苯并噁嗪类化合物和重氮化合物作为原
料，在催化剂的促进下合成了新型螺杂环类化合物，反应式如下所示：
[0007]其中，R为H、Me、F、Cl、Br中的任意一种；R1为Me、Pr、Ph中的任意一种；R2为Me、Et、
i
Pr中的任意一种；Ar为Me、OMe、F、Cl、Br、Ph、CF3中任意一个取代的苯环。
[0008]螺杂环化合物的合成方法，具体步骤为：将3
‑
芳基苯并噁嗪类化合物、重氮化合物、催化剂、添加剂加入到溶剂当中，在惰性氛围保护下进行反应，反应结束后进行提纯，得到螺杂环化合物。
[0009]所述催化剂包括铑催化剂和银盐；铑催化剂和银盐的摩尔比为1：(2
‑
4)；所述铑催化剂为二氯(五甲基环戊二烯基)合铑二聚体([Cp*RhCl2]2)、五甲基环戊二烯基醋酸铑(Cp*Rh(OAc)2)或二(六氟锑酸)三乙腈(五甲基环戊二烯基)铑(Cp*Rh(CH3CN)3(SbF6)2)中的任意一种；银盐为六氟锑酸银(AgSbF6)、双三氟甲烷磺酰亚胺银(AgNTf2)、四氟硼酸银(AgBF4)、三氟甲烷磺酸银(AgOTf)、硫酸银(Ag2SO4)、醋酸银(AgOAc)、三氟醋酸银(AgTFA)中的任意一种。
[0010]所述催化剂由二氯(五甲基环戊二烯基)合铑二聚体和六氟锑酸银组成，二氯(五甲基环戊二烯基)合铑二聚体与六氟锑酸银的摩尔比为1：4。
[0011]所述添加剂为均三甲基苯甲酸、特戊酸、醋酸、苯甲酸、脯氨酸、金刚烷甲酸、醋酸锌、碳酸钠、醋酸钾、碳酸钾中的任意一种。
[0012]所述溶剂为二氯乙烷、二氯甲烷、甲醇、乙腈、1,4
‑
二氧六环、甲苯中的任意一种。
[0013]所述3
‑
芳基苯并噁嗪类化合物：重氮化合物：催化剂：添加剂的摩尔比为1：2.2：0.02
‑
0.04：0.08
‑
0.16。
[0014]所述溶剂当中反应体系的浓度为0.05M
‑
0.2M。
[0015]所述惰性氛围为氮气氛围。
[0016]所述反应温度为30
‑
90℃，反应时间为0.5h
‑
6h。
[0017]对于该反应的反应模式，其反应原理如图35所示。首先底物1a在铑和银的共催化作用下得到五元铑杂中间体A，随后重氮试剂和中间体A进行配位得到铑卡宾中间体B，紧接着发生卡宾的迁移插入得到中间体C，然后发生金属的消除得到中间体化合物D，化合物D发生烯醇异构化，其中烯醇式的羟基对亚胺键进攻得到中间体E，中间体E和金属铑催化剂再次发生作用得到中间体F，中间体F同样快速互变为烯醇式中间体G，中间体G发生进一步的亲核进攻得到中间体H，最后中间体H发生一步加成
‑
消除反应给出最终的目标化合物4aa。
[0018]本专利技术的有益效果：本专利技术开创性地选取简单易得的噁嗪类化合物和重氮化合物作为反应物，在茂基铑配合物的催化下，通过[4+2]和[3+3]的串联策略一步实现了新型含季碳中心螺[5.5]杂环骨架的构建，为复杂螺环的构建提供了一种简单有效的合成方法，并且该方法具有反应条件温和、操作简单、原子经济、步骤经济、官能团耐受性强以及收率良好等特点。所得产物有广阔的工业应用前景，同时为医药、天然产物合成以及发光材料等领域了提供了一种新思路和新方法。
附图说明
[0019]图1是化合物4aa的核磁1H谱图；图2是化合物4aa的核磁
13
C谱图。
[0020]图3是化合物4ba的核磁1H谱图；图4是化合物4ba的核磁
13
C谱图。
[0021]图5是化合物4ca的核磁1H谱图；图6是化合物4ca的核磁
13
C谱图。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种螺杂环化合物的合成方法，其特征在于：以3
‑
芳基苯并噁嗪类化合物和重氮化合物作为原料，在催化剂的促进下合成了新型螺杂环类化合物，反应式如下所示：其中，R为H、Me、F、Cl、Br中的任意一种；R1为Me、Pr、Ph中的任意一种；R2为Me、Et、
i
Pr中的任意一种；Ar为Me、OMe、F、Cl、Br、Ph、CF3中任意一个取代的苯环。2.根据权利要求1所述的螺杂环化合物的合成方法，其特征在于，具体步骤为：将3
‑
芳基苯并噁嗪类化合物、重氮化合物、催化剂、添加剂加入到溶剂当中，在惰性氛围保护下进行反应，反应结束后进行提纯，得到螺杂环化合物。3.根据权利要求2所述的螺杂环化合物的合成方法，其特征在于：所述催化剂包括铑催化剂和银盐；铑催化剂和银盐的摩尔比为1：(2
‑
4)；所述铑催化剂为二氯(五甲基环戊二烯基)合铑二聚体、五甲基环戊二烯基醋酸铑或二(六氟锑酸)三乙腈(五甲基环戊二烯基)铑；银盐为六氟锑酸银、双三氟甲烷磺酰亚胺银、四氟硼酸银、三氟甲烷磺酸银、硫酸银、醋酸银、三氟醋酸银。4.根据权利要求3所述的螺杂环化合物的合成方法，其特征在于：所述催化剂由二氯(五甲基环戊二烯基)合铑二聚体...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨西发，李祥，樊良鑫，安世恒，
申请(专利权)人：河南农业大学，
类型：发明
国别省市：