【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于催化合成技术和精细化学品合成领域，具体涉及一种铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法。
技术介绍
1、酚类化合物不仅广泛存在于药物分子和天然产物中，而且是有机合成中非常重要的中间体。例如，扑热息痛，属于乙酰苯胺类解热镇痛药，此外，它还可用于药物扑炎痛的合成，以及作为有机合成中间体、照相用化学药品和过氧化氢的稳定剂等。柳氨酚为酚类衍生物，临床适用于胆囊炎、胆道炎、胆石症及胆囊术后综合征。丁香酚天然存在于丁香油、丁香罗勒油以及肉桂油等精油中。此外，苯酚本身是最重要的大宗化学品之一，每年由苯通过三步异丙苯工艺生产数百万吨，但是该工艺具有缺点，如低收率、作为副产物的丙酮的生成以及高能耗等。因此基于芳香化合物c-h键直接羟基化的合成方法具有重要的意义。
2、在目前的芳香化合物c-h键羟基化中仍然存在一些挑战，例如，虽然过渡金属催化剂已经被开发用于芳烃的直接碳氢羟基化，但该方法通常需要预先安装导向基团，并且仅限于邻位羟基化(z.iqbal,a.joshi,s.ranjan de,adv.synth.catal.2020,362,5301-5351.)。非导向方法也有报道，例如采用铁催化与氨基酸配体作用(l.cheng,h.wang,h.cai,j.zhang,x.gong,w.han,science,2021,374,77-81.)或者在无金属条件下使用化学计量的危险过氧化物的方法(l.tanwar,j.t.ritter,j.am.chem.soc.2019,141,17983-17988.)，以及使用溶剂
技术实现思路
1、专利技术目的：针对现有技术存在的问题，本专利技术提供一种铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，本专利技术是一种铁催化氧气氧化芳香化合物c-h键羟基化的方法，本专利技术的方法不仅为酚类化合物的合成提供了一种经济和适用的新方法，而且解决了现有芳香族化合物的c-h键羟基化反应存在的一系列问题，如反应条件苛刻、需要预先安装导向基团、需要使用危险过氧化物、需要使用溶剂量的苯作为底物且底物范围有限以及存在过度氧化的产物等的问题。
2、本专利技术的方法只需要一步反应，同时具有催化剂来源广泛、廉价和环保的特点；使用廉价环保且更安全的氧气作为氧化剂；底物来源广泛且仅需1当量的苯作为底物即可得到羟基化的产物；反应条件温和，避免了产物过度氧化的问题，选择性好和产率高；底物官能团相容性好且底物的适用范围广；药物分子以及药物分子衍生物可兼容，能很好的实现芳香环的c-h键羟基化。
3、技术方案：为了实现上述目的，本专利技术所述一种铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，包括如下步骤：在溶剂中，氧气作为氧化剂，铁为催化剂，氨基酸或其衍生物为配体，在还原剂的作用下，催化氧化芳香化合物合成酚类化合物；
4、反应通式表示如下：
5、
6、式中：ar表示取代或非取代的芳基或者取代或非取代的杂芳基；所述芳基或者杂芳基含有1-4个芳环，所述杂芳基含有n原子为杂原子。
7、其中，所述芳基为苯基、芘基或者联苯基；所述杂芳基为含氮杂芳基。
8、其中，所述杂芳基为苯并噻吩基、吡啶基或者吲哚基。
9、其中，所述取代的芳基或者取代的杂芳基中的取代基，选自甲基，异丙基，甲氧基，芳基，酯基，氟，氯，溴，碘，羰基，羧基，酯基，氰基，硝基，三氟甲基，醛基，硼酸基，羟基或者乙酰基保护的氨基或者n-叔丁氧羰基保护的氨基。
10、其中，所述杂芳基为苯并噻吩基、吡啶基或者吲哚基。
11、其中，所述铁选自醋酸亚铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸铁、草酸亚铁、草酸铁、氟化亚铁、氟化铁、溴化亚铁、溴化铁、碘化亚铁、碘化铁、三氯化铁、高氯酸铁(iii)水合物、1,1'-双(二苯基膦)二茂铁、酞菁亚铁、硝酸铁、氧化铁、四氧化三铁、三氟甲磺酸亚铁、三氟甲磺酸铁、氯化亚铁、乙酰丙酮亚铁、乙酰丙酮铁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮亚铁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮铁、1,3-二苯基丙二酮亚铁、1,3-二苯基丙二酮铁、苯甲酰丙酮亚铁、苯甲酰丙酮铁、铁氰化亚铁、铁氰化铁中的任意一种或者多种。
12、其中，所述配体选自l-丝氨酸、l-胱氨酸、天冬氨酸、d-精氨酸、异丝氨酸、l-苏氨酸、l-酪氨酸、boc-l-脯氨酸、boc-甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸、2-烯丙基-n-fmoc-l-甘氨酸、boc-d-苯丙氨酸、l-半胱氨酸、d-丝氨酸、β-硫基缬氨酸、d-脯氨酸、d-缬氨酸、l-脯氨酸、l-苯丙氨酸、n-boc-n'-三苯甲基-l-组氨酸、l-色氨酸、n-boc-l-亮氨酸、l-组氨酸、boc-l-谷氨酸、l-胱氨酸、l-高胱氨酸、s-乙酰胺基甲基-n-叔丁氧羰基-l-半胱氨酸、n-乙酰-l-半胱氨酸、n,n'-双(叔丁氧羰基)-l-胱氨酸中的任意一种或者多种。
13、其中，所述还原剂选自抗坏血酸钠、抗坏血酸、甲酸、甲酸钠、苯甲醛、谷胱甘肽、尿嘧啶、葡萄糖、甲酸锂、d-葡萄糖醛酸、2-巯基乙酸钠、抗坏血酸钙中的任意一种或者多种。
14、其中，所述溶剂为有机溶剂、水或有机溶剂的水溶液，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、甘油、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、三氟乙醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲氧基丁醇、叔戊醇、4-甲基-2-戊醇、异戊醇、2-戊醇、环戊醇、正戊醇、乙腈、苯腈、甲苯、丙酮、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲亚砜、n,n-二甲酰胺、n,n-二乙酰胺、乙酸乙酯、1,4-二氧六环或四氢呋喃；所述溶剂为有机溶剂的水溶液时，所述有机溶剂与水的体积比为1:(0.1～5)。
15、其中，所述芳香化合物、还原剂、氨基酸或其衍生物、铁催化剂的摩尔比为1:(1～10):(0.002～20):(0.001～10)。
16、其中，所述反应的温度为25～100℃、时间为1-24小时。
17、本专利技术的方法中的铁催化剂具有天然丰度大、价格低廉和毒性很小的特点，使用了特定氨基酸类配体与铁催化剂进行配位，形成了高活性催化物种，这种催化物种和还原剂、氧气、溶剂等共同作用，具有高的活性和选择性。此外，本专利技术的方法中使用常压氧气这一环保且更安全的氧化剂，避免了危险过氧化物的使用；反应直接进攻芳香环，无需预功能化，且仅需1当量的苯作为反应底物，避免了溶剂量的苯的使用，原子经济性高；铁为催化剂，不使用贵金属，并且效果显著；反应条件温和，避免了过度氧化的问题。本专利技术方法具有催化剂来源广泛、廉价和环保的优势；氧化剂环保无污染；反应条件温和、选择性好；底物官能团相容性好且底物的适用范围广。在优化的反应条件之下，目标产品分离后产率可以达到95％。
18、本专利技术首先在酸性条件下氧气将低价铁氧化成高价铁，同时生成羟基自由基，羟基自由基与芳环发生亲电加本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：在溶剂中，氧气作为氧化剂，铁为催化剂，氨基酸或其衍生物为配体，在还原剂的作用下，催化氧化芳香化合物合成酚类化合物；
2.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述芳基为苯基、芘基或者联苯基；所述杂芳基为含氮杂芳基。
3.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述杂芳基优选为苯并噻吩基、吡啶基或者吲哚基。
4.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述取代的芳基或者取代的杂芳基中的取代基，选自甲基，异丙基，甲氧基，芳基，酯基，氟，氯，溴，碘，羰基，羧基，酯基，氰基，硝基，三氟甲基，醛基，硼酸基，羟基或乙酰基保护的氨基或N-叔丁氧羰基保护的氨基。
5.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述铁选自醋酸亚铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸铁、草酸亚铁、草酸铁、氟化亚铁、氟化铁、溴化亚铁、溴化铁、
6.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述配体选自L-丝氨酸、L-胱氨酸、天冬氨酸、D-精氨酸、异丝氨酸、L-苏氨酸、L-酪氨酸、BOC-L-脯氨酸、BOC-甘氨酸-甘氨酸-甘氨酸、2-烯丙基-N-FMOC-L-甘氨酸、BOC-D-苯丙氨酸、L-半胱氨酸、D-丝氨酸、β-硫基缬氨酸、D-脯氨酸、D-缬氨酸、L-脯氨酸、L-苯丙氨酸、N-BOC-N'-三苯甲基-L-组氨酸、L-色氨酸、N-BOC-L-亮氨酸、L-组氨酸、BOC-L-谷氨酸、L-胱氨酸、L-高胱氨酸、S-乙酰胺基甲基-N-叔丁氧羰基-L-半胱氨酸、N-乙酰-L-半胱氨酸、N,N'-双(叔丁氧羰基)-L-胱氨酸中的任意一种或者多种。
7.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述还原剂选自抗坏血酸钠、抗坏血酸、甲酸、甲酸钠、苯甲醛、谷胱甘肽、尿嘧啶、葡萄糖、甲酸锂、D-葡萄糖醛酸、2-巯基乙酸钠、抗坏血酸钙中的任意一种或者多种。
8.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述溶剂为有机溶剂、水或有机溶剂的水溶液，所述有机溶剂选自甲醇、乙醇、甘油、正丁醇、异丁醇、叔丁醇、三氟乙醇、2-甲基-2-丁醇、3-甲氧基丁醇、叔戊醇、4-甲基-2-戊醇、异戊醇、2-戊醇、环戊醇、正戊醇、乙腈、苯腈、甲苯、丙酮、二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、二甲亚砜、N,N-二甲酰胺、N,N-二乙酰胺、乙酸乙酯、1,4-二氧六环或四氢呋喃；所述溶剂为有机溶剂的水溶液时，所述有机溶剂与水的体积比为1:(0.1～5)。
9.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述芳香化合物、还原剂、氨基酸或其衍生物、铁催化剂的摩尔比为1:(1～10):(0.002～20):(0.001～10)。
10.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述反应的温度为25～100℃、时间为1-24小时。
...【技术特征摘要】
1.一种铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：在溶剂中，氧气作为氧化剂，铁为催化剂，氨基酸或其衍生物为配体，在还原剂的作用下，催化氧化芳香化合物合成酚类化合物；
2.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述芳基为苯基、芘基或者联苯基；所述杂芳基为含氮杂芳基。
3.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述杂芳基优选为苯并噻吩基、吡啶基或者吲哚基。
4.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述取代的芳基或者取代的杂芳基中的取代基，选自甲基，异丙基，甲氧基，芳基，酯基，氟，氯，溴，碘，羰基，羧基，酯基，氰基，硝基，三氟甲基，醛基，硼酸基，羟基或乙酰基保护的氨基或n-叔丁氧羰基保护的氨基。
5.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述铁选自醋酸亚铁、硫酸亚铁、硫酸亚铁铵、硫酸铁、草酸亚铁、草酸铁、氟化亚铁、氟化铁、溴化亚铁、溴化铁、碘化亚铁、碘化铁、三氯化铁、高氯酸铁(iii)水合物、1,1'-双(二苯基膦)二茂铁、酞菁亚铁、硝酸铁、氧化铁、四氧化三铁、三氟甲磺酸亚铁、三氟甲磺酸铁、氯化亚铁、乙酰丙酮亚铁、乙酰丙酮铁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮亚铁、2,2,6,6-四甲基-3,5-庚二酮铁、1,3-二苯基丙二酮亚铁、1,3-二苯基丙二酮铁、苯甲酰丙酮亚铁、苯甲酰丙酮铁、铁氰化亚铁、铁氰化铁中的任意一种或者多种。
6.根据权利要求1所述的铁催化芳香化合物羟基化反应合成酚类化合物的方法，其特征在于，所述配体选自l-丝氨酸、l-胱氨酸、天冬氨酸、d-精氨酸、异丝氨酸、l-苏氨酸、l-酪氨酸、boc-l-脯氨...
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