CN110143933B - 一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法 - Google Patents

一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，该方法以苄溴类化合物为反应物，二甲基亚砜为氧化剂，在溶剂和碱的作用下直接合成环氧化合物，该方法的合成路线是：将苄溴类化合物溶于反应溶剂中，得A，向A中加入氧化剂二甲基亚砜和碱，反应后得环氧化合物，该方法简单，操作简便，条件温和，反应过程易于控制，反应过程安全环保，反应试剂廉价易得，反应收率高。

Description

一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法
技术领域
本发明属于有机化学合成技术领域，涉及一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法。
背景技术
环氧官能团是广泛存在于天然产物和生物活性分子中的一种含氧三元环，例如雷公藤甲素、埃博霉素A、巴豆环氧素等均含有环氧官能团。环氧官能团通过化学转化可以合成众多的中间体，与此同时，环氧化合物在洗涤剂、润滑油、纺织品和化妆品中有广泛的应用，所以对环氧化合物的合成研究有着十分重要的意义。
目前，合成环氧化合物的方法主要是烯烃的环氧化，例如Sharpless环氧化、Jacobsen/Katsuki环氧化、史一安环氧化等。但烯烃的合成往往需要多步反应，制备过程繁琐，工艺流程长，控制过程较难，三废排放大等诸多缺点，尤其是结构较复杂的烯烃化合物的制备更为困难，收率低、纯度低。
申请号为2018102226848的中国发明专利，公开了一种环氧化物的合成方法，以过氧化氢为氧化剂、在催化剂和溶剂组成的催化体系中催化含有碳－碳双键和至少一种其它官能团的反应物合成环氧化物，催化体系中溶剂为醇与水的混合物，催化剂为金属离子改性的由MWW结构钛硅分子筛与载体组成的混合物；在该反应中虽然合成了目标环氧化物，但步骤繁琐，操作条件苛刻，并且还需使用催化剂，后处理过程难度较大。因此，研究一种制备过程简单，绿色安全的合成路线成了众多研究者研究的方向。
发明内容
为解决现有技术的不足，本发明提供一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，该方法以苄溴类化合物为反应物，二甲基亚砜为氧化剂，在溶剂和碱的作用下直接合成环氧化合物，该方法简单，操作简便，条件温和，反应试剂廉价易得，周期短，反应收率高。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，该方法以苄溴类化合物为反应物，二甲基亚砜为氧化剂，在溶剂和碱的作用下直接合成环氧化合物。
作为本发明的一种限定，该合成方法的技术路线如下：
Figure BDA0002110151470000021
作为本发明的另一种限定，该方法按照如下的步骤顺序依次进行，
(1)将苄溴类化合物溶于反应溶剂中，得A；
(2)向A中加入氧化剂二甲基亚砜和碱，反应后得环氧化合物。
作为本发明的进一步限定：
(一)所述环氧化合物中R选自烷氧基、烃基、卤素、酯基、氰基、取代苯基、芳杂环基或其它吸电子基；
优选的，R选自烷氧基时，所述烷氧基包括甲氧基、乙氧基、苄氧基或1-20碳取代的直链或支链烷氧基，所述取代基的数量为一个或者多个，且各取代基相互独立；
R选自烃基时，所述烃基包括1-20碳的直链或支链脂肪族烃基、单卤链状脂肪族烃基或多卤链状脂肪族烃基，1-10碳的环烷基、芳香烃基、单卤环烷基或多卤环烷基，所述取代基的数量为一个或者多个，且各取代基相互独立；
R选自卤素时，所述卤素包括氟、氯、溴、碘，所述取代基的数量为一个或多个，且各取代基相互独立；
R选自酯基时，所述酯基包括甲酯、乙酯、丙酯、异丙酯、丁酯、异丁酯、叔丁酯、苄基酯、1-10碳的直链或支链烃酯、苯酯、取代苯酯；
R选自取代苯基时，所述取代苯基包括苯基、被一个或多个1-4碳烷基取代的苯基、被一个或多个卤素取代的苯基、被一个或多个三氟甲基取代的苯基、被一个或多个1-20碳的直链或者支链的烷氧基取代的苯基、硝基苯基、酰基苯基，所述取代基的数量为一个或多个，且各取代基相互独立，所形成环氧化合物为联苯类或者芳香类稠环化合物；
R选自芳杂环基时，所述芳杂环基包括呋喃基、噻吩基、噻唑基、吲哚基或吡啶基，所形成的环氧化合物为联苯类或芳香类稠环化合物；
R选自其它吸电子基时，所述其它吸电子基包括硝基、酰胺基，所述取代基的数量为一个或多个，且各取代基相互独立。
(二)所述苄溴与氧化剂、碱的摩尔比为1：1–5：1–3。
(三)所述反应溶剂为二甲亚砜、二氯甲烷、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、正丙醇、甲醇、乙醇、甲苯、四氢呋喃中的一种或两种。
(四)所述碱为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢化钠、氢氧化锂、叔丁醇钾、甲醇钠、甲醇钾中的一种或两种。
(五)步骤(2)中，所述反应温度为12-60h，反应温度为10-50℃。
优选的，所述一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，包括以下具体步骤：
(1)将1mmol苄溴溶解于2mL二氯甲烷中，得A1；
(2)向A1中加入1.2mmol碳酸钾和2mmol二甲基亚砜，于25℃下反应12h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B1；
(3)向B1中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得166mg白色固体，此化合物记为(a)，化合物(a)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000031
所述化合物(a)经NMR检测后，其核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.40–7.32(m,10H),3.87(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ137.27,128.71,128.46,125.65,62.97。
由于采用上述技术方案后，所取得的技术效果如下：
1.本发明以苄溴类化合物为反应物，二甲基亚砜为氧化剂，在溶剂和碱的作用下直接合成环氧化合物，合成路线简单，操作简便，制备过程易于控制，反应过程安全环保；
2.本发明反应条件温和，反应试剂廉价易得，制备过程无需使用催化剂，合成周期短，产物易于分离，收率高。
本发明适用于合成环氧化合物。
下面将结合具体的实施方式对本发明的技术方案作进一步的详细说明。
具体实施方式
下述实施例中所用试剂，如无特殊说明，均采用现有的试剂，所用检测方法，如无特殊说明，均采用现有的检测方法。
实施例1一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(a)的方法
(11)将1mmol苄溴溶解于2mL二氯甲烷中，得A1；
(12)向A1中加入1.2mmol碳酸钾和2mmol二甲基亚砜，于25℃下反应12h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B1；
(13)向B1中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得166mg白色固体，此化合物记为(a)，产率为84％。
化合物(a)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000041
经NMR检测后，化合物(a)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.40–7.32(m,10H),3.87(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ137.27,128.71,128.46,125.65,62.97。
实施例2一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(b)的方法
(21)将1mmol 4-氯苄溴溶解于2mL乙腈中，得A2；
(22)向A2中加入1mmol碳酸钠和1mmol二甲基亚砜，于30℃下反应20h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B2；
(23)向B2中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得214.6mg白色固体，此化合物为(b)，产率为81％。
化合物(b)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000042
经NMR检测后，化合物(b)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.36(d,J＝8.6Hz,4H),7.27(d,J＝8.6Hz,4H),3.79(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ135.42,134.43,128.98,126.97,62.36。
实施例3一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(c)的方法
(31)将1mmol 3-氯苄溴溶解于2mL氯仿中，得A3；
(32)向A3中加入3mmol叔丁醇钾和2mmol二甲基亚砜，于15℃下反应25h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B3；
(33)向B3中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得209mg白色固体，此化合物为(c)，产率为79％。
化合物(c)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000051
经NMR检测后，化合物(c)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.32–7.31(m,6H),7.23–7.21(m,2H),3.81(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ138.91,134.93,130.06,128.80,125.66,123.94,62.16。
实施例4一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(d)的方法
(41)将1mmol 4-(溴甲基)苯甲酸甲酯溶解于2mL正丙醇中，得A4；
(42)向A4中加入2mmol碳酸铯和5mmol二甲基亚砜，于40℃下反应30h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B4；
(43)向B4中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得234mg白色固体，此化合物为(d)，产率为75％。
化合物(d)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000052
经NMR检测后，化合物(d)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.06(d,J＝8.2Hz,4H),7.42(d,J＝8.2Hz,4H),3.93(s,6H),3.91(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ166.81,141.79,130.45,130.08,125.63,62.65,52.36。
实施例5一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(e)的方法
(51)将1mmol 4-氰基苄溴溶解于2mL甲苯中，得A5；
(52)向A5中加入2mmol甲醇钠和1mmol二甲基亚砜，于20℃下反应60h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B5；
(53)向B5中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得148mg白色固体，此化合物为(e)，产率为60％。
化合物(e)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000061
经NMR检测后，化合物(e)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.70(d,J＝7.6Hz,4H),7.46(d,J＝7.6Hz,4H),3.88(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ141.56,132.70,126.33,118.55,112.70,62.31。
实施例6一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(f)的方法
(61)将1mmol 4-甲基-2,3,5,6-四氟-苄溴溶解于2mL甲醇中，得A6；
(62)向A6中加入3mmol氢氧化钾和5mmol二甲基亚砜，于10℃下反应48h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B6；
(63)向B6中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得235.5mg白色固体，此化合物为(f)，产率为64％。
化合物(f)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000062
经NMR检测后，化合物(f)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ4.67(s,2H),2.27(s,6H)。
实施例7一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(g)的方法
(71)将1mmol 2-甲基苄溴溶解于2mL四氢呋喃中，得A7；
(72)向A7中加入1.2mmol甲醇钠和2mmol二甲基亚砜，于20℃下反应60h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B7；
(73)向B7中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得136.6mg白色固体，此化合物为(g)，产率为61％。
化合物(g)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000071
经NMR检测后，化合物(g)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.38(s,2H),7.25–7.17(m,6H),3.90(s,2H),2.38(s,6H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ136.08,135.67,130.06,127.93,126.40,124.21,60.22,19.12。
实施例8一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(h)的方法
(81)将1mmol 3-甲基苄溴溶解于2mL乙醇中，得A8；
(82)向A8中加入2.5mmol氢化钠和3mmol二甲基亚砜，于40℃下反应30h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B8；
(83)向B8中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得179mg白色固体，此化合物为(h)，产率为80％。
化合物(h)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000072
经NMR检测后，化合物(h)的核磁数据如下：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.28–7.24(m,2H),7.15(s,4H),7.14(s,2H),3.83(s,2H),2.37(s,6H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ138.44,137.27,129.18,128.58,126.11,122.85,62.92,21.52。
实施例9一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(i)的方法
(91)将1mmol 4-甲基苄溴溶解于2mLN,N-二甲基甲酰胺中，得A9；
(92)向A9中加入1.5mmol氢氧化锂和4mmol二甲基亚砜，于50℃下反应15h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B9；
(93)向B9中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得186mg白色固体，此化合物为(i)，产率为83％。
化合物(i)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000081
经NMR检测后，化合物(i)的核磁数据：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.23–7.17(m,8H),3.81(s,2H),2.36(s,6H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ138.23,134.40,129.38,128.59,62.92,21.36。
实施例10一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(j)的方法
(101)将1mmol 3-甲氧基苄溴溶解于2mL二甲基亚砜中，得A10；
(102)向A10中加入1.2mmol氢氧化钠和2mmol二甲基亚砜，于50℃下反应12h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B10；
(103)向B10中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得199.7mg白色固体，此化合物为(j)，产率为78％。
化合物(j)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000082
经NMR检测后，化合物(j)的核磁数据：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.29(t,J＝8.2Hz,2H),6.95(d,J＝7.4Hz,2H),6.88–6.87(m,4H),3.83(s,2H),3.82(s,6H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ160.12,138.88,129.78,118.14,114.29,110.59,62.82,55.43。
实施例11一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(k)的方法
(111)将1mmol 4-叔丁基苄溴溶解于2mL混合溶剂中(氯仿和二甲基亚砜组成的混合溶剂)，得A11；
(112)向A11中加入3mmol混合碱(甲醇钾和甲醇钠组成的混合碱)和5mmol二甲基亚砜，于40℃下反应16h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B11；
(113)向B11中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得234mg白色固体，此化合物为(k)，产率为76％。
化合物(k)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000091
经NMR检测后，化合物(k)的核磁数据：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.41(d,J＝8.3Hz,4H),7.28(d,J＝8.3Hz,4H),3.85(s,2H),1.33(s,18H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ151.52,134.44,125.63,125.39,62.82,34.78,31.47。
实施例12一种由苄溴类化合物直接制备环氧化合物(l)的方法
(121)将1mmol 1-溴甲基萘溶解于2mL混合溶剂(氯仿和二氯甲烷组成的混合溶剂)中，得A12；
(122)向A12中加入1mmol混合碱(碳酸钠和氢化钠组成的混合碱)和1mmol二甲基亚砜，于10℃下反应12h,TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B12；
(123)向B12中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得171.7mg白色固体，此化合物为(l)，产率为58％。
化合物(l)的结构式如下：
Figure BDA0002110151470000101
经NMR检测后，化合物(l)的核磁数据：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.05(d,J＝8.2Hz,2H),7.95(d,J＝7.4Hz,2H),7.89(d,J＝8.2Hz,2H),7.74(d,J＝7.4Hz,2H),7.57(t,J＝7.9Hz,2H),7.53(t,J＝7.6Hz,2H),7.46(t,J＝7.3Hz,2H),4.51(s,2H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ133.51,133.39,131.49,128.94,128.50,126.59,126.18,125.85,123.12,122.19,60.77。
实施例13对比例
本实施例为一种环氧化合物(a)的合成方法，按照如下的步骤顺序进行：
(131)将1mmol苄溴溶于1.5mL的DMSO中，得A13；
(132)向A13加入1mmol Ag2O，25℃反应12h，TLC(薄层色谱)检测，原料点消失，停止反应，得B13；
(133)向B13中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，此环氧化合物为记为(a)，产率为45％。
环氧化合物(a)结构与实施例1结构相同。
在本实施例中，须使用昂贵的Ag2O，用DMSO为溶剂，底物适用范围也较窄，仅限于苯环上连有吸电子基团的苄溴，产率较低，仅为本发明实施例1产率的一半左右。
最后应说明的是：以上实施例1-12仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，其特征在于：该方法以苄溴类化合物为反应物，二甲基亚砜为氧化剂，在溶剂和碱的作用下直接合成环氧化合物，
该合成方法的合成路线如下:
Figure FDA0003756375510000011
所述环氧化合物中R选自烷氧基、烃基、卤素、酯基、氰基、取代苯基、芳杂环基或其它吸电子基；
R选自烃基时，所述烃基选自1-20碳的直链或支链脂肪族烃基、单卤链状脂肪族烃基或多卤链状脂肪族烃基；
R选自卤素时，所述卤素选自氟、氯；
R选自酯基时，所述酯基为乙酯基；
R选自取代苯基时，所述取代基的数量为一个或多个，且各取代基相互独立，所形成环氧化合物为联苯类化合物；
R选自其它吸电子基时，所述其它吸电子基为酰胺基；
所述合成方法按照如下的步骤顺序依次进行：
(1)将苄溴类化合物溶于反应溶剂中，得A；
(2)向A中加入氧化剂二甲基亚砜和碱，于10-50℃下反应12-60h，得环氧化合物；
所述苄溴类化合物与氧化剂、碱的摩尔比为1：1–5：1–3；
所述碱为碳酸钾、碳酸钠、碳酸铯、氢氧化钠、氢氧化钾、氢化钠、氢氧化锂、叔丁醇钾、甲醇钠、甲醇钾中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，其特征在于：所述R为苯基或甲氧基。
3.根据权利要求1所述的一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，其特征在于：所述反应溶剂为二甲亚砜、二氯甲烷、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、氯仿、正丙醇、甲醇、乙醇、甲苯、四氢呋喃中的一种或两种。
4.根据权利要求1所述的一种由苄溴类化合物直接合成环氧化合物的方法，其特征在于：包括以下具体步骤：
(1)将1mmol苄溴溶解于2mL二氯甲烷中，得A1；
(2)向A1中加入1.2mmol碳酸钾和2mmol二甲基亚砜，于25℃下反应12h,TLC薄层色谱检测，原料点消失，停止反应，得B1；
(3)向B1中加入20mL乙酸乙酯，水洗有机相3次，饱和氯化钠洗涤有机相一次，再经无水硫酸钠干燥，减压蒸馏回收乙酸乙酯，柱层析分离得166mg白色固体，此化合物记为(a)，化合物(a)的结构式如下：
Figure FDA0003756375510000021
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