CN102964317B - 一种制备四取代呋喃化合物的新方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种1，2-二芳基乙炔直接氧化制四取代呋喃方法，该方法包括用金属钯化合物为催化剂，乙酸盐为碱性添加剂，氧气(或空气)为氧化剂在N，N-二甲基乙酰胺(DMA)和水的混合溶液中对1，2-二芳基乙炔进行氧化生成四取代呋喃化合物。本发明所涉及到催化剂易得，反应所需试剂价格低廉，反应条件温和。
Description
技术领域
本发明涉及呋喃的制备，具体地说是一种用于1，2-二芳基乙炔氧化制备呋喃的方法。
背景技术
呋喃是一类重要的五元杂环化合物，广泛存在于具有生物活性的天然产物中。呋喃又是一类非常重要的合成中间体，在有机合成中应用广泛。由于呋喃类化合物呈现出多种多样的生物功能和药物活性，因此这类化合物吸引了人们极大的研究兴趣。对于有机化学家来说，合成这类化合物是一个有价值的和具有挑战性的课题。
传统的呋喃合成方法主要有两种：一种是对已经存在的呋喃环进行结构改造；另一种则是以非环化合物为前体来构造呋喃结构单元，由于呋喃环改造的方法具有一定的局限性，所以以非环化合物为原料来制备呋喃研究的比较多，其中又以1，4-二羰基化合物在酸催化下的环化缩合反应(Paa l-Knorr synthesis)及其相关方法较为成熟。江焕峰报道了以二苯乙炔为原料，Pd(OAc)2和Zn(OTf)2为催化剂，7.6bar O2在100℃甲醇溶液中反应24h，可以得到50％-80％产率的产物(Synlett 2009，No.6,929932)。该反应是“一锅法”完成的，在反应中也是首先生成1，4-二羰基化合物，然后在路易斯酸Zn(OTf)2的作用下环化生成呋喃化合物(见式1)。反应存在反应温度高，压力大，时间长的缺点。
发明内容
本发明目的是提供用1，2-二芳基乙炔为原料金属钯化合物为催化剂，碱性添加剂乙酸盐为助催化剂，氧气(或空气)为氧化剂，催化氧化制备呋喃的新方法。
本发明所涉及的碱性添加剂乙酸盐为M(CH3COO)n(n＝1时，M＝Li，Na，K，n＝2时，M＝Mg，Ca，Ba)，优选为乙酸钠和乙酸钾。碱在反应中有很重要的作用，不加碱时，反应进行的不好。只有少量的产物生成。
本发明所涉及的金属钯化合物为PdCl2，Pd(CH3CN)2Cl2，(C6H5CN)2PdCl2。
本发明所涉及的氧气(或空气)压力为0.1-0.5Mpa。
本发明所述的1，2-二芳基乙炔的分子式为：(X，Y＝H，Cl，CH3，OCH3，Br，F，NO2)。
本发明所述的钯催化剂与乙酸盐摩尔用量的比为1∶1-1∶10，钯催化剂与底物1，2-二芳基乙炔摩尔用量的比为1∶100-10∶100。
本发明所述的反应温度为45℃-120℃。反应在液相状态下进行。
本发明所述的N，N-二甲基乙酰胺和水的质量比为40∶1-1∶10，优选20∶1-1∶2。水对反应的作用至关重要，没有水的加入反应将不能进行，没有DMA反应可以进行，但结果不好。DMA的作用是溶剂和稳定Pd催化剂。
由于上述技术的运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1、本催化体系的氧化反应，使用绿色价廉的氧气(或空气)为氧源；反应条件温和，0.1MPa的空气就可以使反应进行，提高了反应的可操作性和安全性。
2、由于氧气，催化剂和助催化剂的使用使反应条件温和，选择性高，产品易分离。同时本发明所涉及到催化剂易得，反应所需试剂价格低廉。
3、有些底物只用水作溶剂，反应也可以进行，减少了有机溶剂带来的污染问题。
具体实施方式
下面通过一些实施例详细说明本发明的具体实施步骤，不应将这些实施例当做本发明范围限制。所有氧化反应都是在带有聚四氟内衬的50mL不锈钢反应釜中进行的。
实施例1-17
表1反应条件的考察a
a反应条件：二苯乙炔(2.0mmol)，催化剂(0.1mmol)，碱(0.1mmol)溶剂(m/m质量比)：2/0.1，80℃，1atm O2，6h.
b1a tm air in 6h
c1a tm air in 12h
表1可见，催化剂对反应的作用是显而易见的，不加入金属钯催化剂反应不进行，没有产物生成。Pd催化剂以PdCl2，Pd(CH3CN)2Cl2，(C6H5CN)2PdCl2为好，考虑到价廉易得，PdCl2为好。溶剂以DMA和水的混合溶液结果最好，收率达到82％。为了得到相似的反应结果，与氧气相比空气为氧化剂时所需要的反应时间长一些。碱的作用也很重要，没有碱的加入，反应进行的不好。只有10％的产物收率。乙酸钠和乙酸钾为碱时所得到的产物收率高于其它乙酸盐。
实施例18-23
表2水的用量对反应的影响a
| 实施例 | DMA/H2O(m/m) | 收率(％) |
| 18 | 2/0.05 | 35 |
| 19 | 2/0.1 | 83 |
| 20 | 2/0.5 | 84 |
| 21 | 2/1 | 79 |
| 22 | 1/2 | 80 |
| 23 | 0/2 | 45 |
a反应条件：二苯乙炔(2.0mmol)，PdCl2(0.1mmol)，NaOAc(0.2mmol)60℃，1atm O2，12h.
从反应现象可知水的加入有助于提高反应的收率，同时还对反应有促进作用提高反应速度。但水量增加到一定程度会影响底物的溶解性，而使反应结果不好。在没有DMA加入的条件下，产物的收率只有45％。从表2的结果可知DMA和H2O的质量比以20∶1-1∶2为好。
实施例24
将1mmol 1，2-二苯基乙炔(1a)，0.05mmol PdCl2，0.2mmol NaOAc，10mL(质量比9∶1)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用空气将釜充压力至0.3MPa，80℃反应16h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入20mL水，用***萃取3次(30mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2a，收率为84％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ7.157.19(m，4H)，7.207.28(m，12H)，7.517.53(m，4H)。
实施例25
将1mmol取代二苯基乙炔1b，0.02mmol PdCl2，0.05mmol KOAc，10mL(质量比7∶3)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用氧气将釜充压力至0.1MPa，60℃反应6h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入20mL水，用***萃取3次(30mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2b，收率为75％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ2.32(s，12H)，7.04(s，8H)，7.06(d，J＝8.0Hz，4H)，7.40(d，J＝8.4Hz，4H)
实施例26
将2mmo l取代二苯基乙炔1c，0.06mmol Pd(CH3CN)2Cl2，0.6mmol KOAc，15mL(质量比8∶2)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用空气将釜充压力至0.4MPa，60℃反应5h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入30mL水，用***萃取3次(40mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2c，收率为60％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ6.96-7.00(m，8H)，7.087.11(m，4H)，7.437.47(m，4H)
实施例27
将1mmol取代二苯基乙炔1d，0.01mmol PdCl2，0.1mmol NaOAc，10mL(质量比6∶4)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用氧气将釜充压力至0.1MPa，50℃反应12h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入20mL水，用***萃取3次(30mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2d，收率为50％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ3.81(s，12H)，6.80-6.84(m，8H)，7.08(d，J＝8.4Hz，4H)，7.46(d，J＝8.8Hz，4H)
实施例28
将1mmol取代二苯基乙炔1e，0.01mmol(C6H5CN)2PdCl2，0.05mmol NaOAc，10mL(质量比5∶5)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用空气将釜充压力至0.5MPa，80℃反应12h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入20mL水，用***萃取3次(30mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2e，收率为60％。1H NMR(400MHz，CDCl3)：δ＝1.30(s，36H)，7.07(d，4H，J＝7.6Hz)，7.23(d，4H，J＝8.4Hz)，7.28(d，4H，J＝8.0Hz)，7.48(d，4H，J＝8.0Hz).
实施例29
将1mmol取代二苯基乙炔1f，0.04mmol PdCl2，0.2mmol NaOAc，10mL(质量比1∶9)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用空气将釜充压力至0.2MPa，120℃反应10h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入10mL水，用***萃取3次(20mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2e，收率为76％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ2.25(s，6H)，2.32(s，6H)，7.44(s，2H)，7.267.28(d，2H)，7.137.16(t，J＝8.0Hz，4H)，6.96-7.06(m，8H)
实施例30
将3mmol取代二苯基乙炔1g，0.27mmol PdCl2，0.9mmol NaOAc，30mL(质量比9.5∶0.5)N，N-二甲基乙酰胺和水溶液加入50mL聚四氟乙烯内衬的压力釜中，密闭反应釜，用氧气将釜充压力至0.3MPa，75℃反应8h。反应结束后冷却到室温，小心的放气降压。反应液加入30mL水，用***萃取3次(40mLx3)，***层用无水硫酸钠干燥，除去溶剂，经硅胶柱层析得到氧化产物2g，收率为63％。1H NMR(CDCl3，400MHz)δ6.93-6.99(m，4H)，7.107.14(m，4H)，7.227.31(m，6H)7.467.51(m，4H)。
Claims (6)
1.一种制备四取代呋喃的方法，其特征在于：在碱性添加剂乙酸盐的存在下，1，2-二芳基乙炔在金属钯化合物催化剂作用下，以氧气或空气为氧化剂在液相条件下，在N,N-二甲基乙酰胺(DMA)和水混合溶液中反应直接生成四取代呋喃；
1，2-二芳基乙炔的分子式为：之一，其中X,Y＝H,Cl,CH3,OCH3,Br,F,NO2；
所使用的金属钯化合物催化剂分子式为PdCl2、Pd(CH3CN)2Cl2或(C6H5CN)2PdCl2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：乙酸盐的分子式为M(CH3COO)n，n＝1时，M＝Li、Na或K,n＝2时，M＝Mg、Ca或Ba。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：钯催化剂与乙酸盐摩尔用量的比为1:1～1:10；钯催化剂与底物1,2-二芳基乙炔摩尔用量的比为1:100～10:100。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：氧气或空气的压力为0.1～0.5Mpa。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：反应温度为45℃～120℃。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：N,N-二甲基乙酰胺和水的质量比为40:1～1:10。
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| Synthesis of tetrasubstituted furans via sequential Pd(OAc)2/Zn(OTf)2-catalyzed oxidation and cyclization of aromatic alkynes with molecular oxygen;Wang, Azhong，等;《Synlett》;20090316(第6期);第929-930页 * |
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