CN113957461A - 一种1,1′-联萘类化合物的电化学合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种1,1'‑联萘类化合物的电化学合成方法,包括以下步骤:在无隔膜电解池中依次加入溶剂,电解质,萘类化合物,以及阴阳电极,室温搅拌,恒电流条件下进行反应;反应完成后,将反应液进行浓缩,有机相分离提纯得到产物1,1'‑联萘类化合物。本发明原料易得,无过渡金属和氧化剂,不会引起安全问题和重金属残留问题,操作简单,产率可观,环境友好,有良好的应用前景。本发明使用的电极为一般惰性电极,无需进行电极修饰,避免使用氧化剂和有毒、昂贵的催化剂,反应收率高,反应体系简单安全。
Description
技术领域
本发明属于电化学有机合成技术领域,涉及1,1’-联萘的合成方法,具体涉及一种1,1’- 联萘类化合物的电化学制备方法。
背景技术
1,1’-联萘是生物活性分子、染料、超分子、传感等多种功能材料分子的核心结构。1,1’- 联萘类化合物由于具有手性轴特性,其作为手性配体和手性催化剂在有机不对称合成领域有着极为广泛的应用。
传统的制备1,1’-联萘类化合物方法包括还原偶联和氧化偶联两大类。还原偶联主要是通过Kumada,Negishi,Stille,Hiyama及Suzuki偶联反应实现;氧化偶联是通过两个萘及其衍生物之间的脱氢,直接构筑出1,1’-联萘骨架。值得注意的是,过渡金属和化学计量的强氧化剂对于上述反应至关重要,从而导致成本高,原子效率低,环境问题和工业应用受限。2018 年,Waldvogel等人[B.Dahms,R.Franke and S.R.Waldvogel,ChemElectroChem,2018,5, 1249-1252]报道了一种1,1’-联萘的电化学合成方法,以2-萘酚和2-萘胺为底物,通过阳极氧化促进的直接碳氢活化的偶联方法合成了1,1’-联萘类化合物。但应当指出,此类方法的底物仅限于连接有强给电子基团的萘类化合物,使得底物受限。因此,寻找无需外源性氧化剂、无过渡金属催化剂参与的且适用范围广的的合成路线,进而降低制备成本,解决环境问题,具有重要意义。
此外,US5522982A公开了一种电化学制备4,4’-二甲基-1,1’-联萘的方法,该方法包括在乙腈、水、导电盐和至少一种另外的组分的混合物存在下,电化学氧化二聚1-甲基萘。然而,此类方法均需要额外在反应体系中加入与水不混溶或仅部分混溶的溶剂,使得反应体系和操作复杂。同时此方法的底物为1-甲基取代的萘,并不包含萘环上含有强给电子基团的底物,底物适用范围较窄。因而,开发反应体系和操作简单、适用范围广的制备1,1’-联萘合成路线十分重要。
US5767333A公开了电化学制备2,2’-二甲基-1,1’-联萘和2,7’-二甲基-1,1’-联萘的方法,在电解质存在下电化学氧化二聚2-甲基萘。但其体系中仍需含有至少一种与水不混溶或仅部分混溶的其他组分,且产物为混合物,难以满足反应的专一性和精准合成。因而,如何通过电化学有机合成手段,实现1,1’-联萘的精准合成具有重要意义。
发明内容
针对现有技术的不足,尤其是现有的制备方法存在成本高、反应体系和操作复杂、适用范围窄、原子效率低、环保不友好等问题,本发明提供一种更加绿色、环境友好及适用范围广的合成1,1’-联萘类化合物的方法。本发明采用电化学合成方法,无外源性氧化剂和无过渡金属催化C-H键活化来合成种类多样的1,1’-联萘类化合物,给生物活性分子、功能材料分子、有机催化小分子提供具有原子经济性、步骤简洁性及适用范围广的高效、绿色环保合成路线,以适应工业应用的要求。
本发明的技术方案如下:
一种1,1’-联萘类化合物的电化学合成方法,包括以下步骤:
在无隔膜电解池中依次加入溶剂,电解质,萘类化合物,以及阴阳电极,室温搅拌,恒电流条件下进行反应;反应完成后,将反应液进行浓缩,有机相分离提纯得到产物1,1’-联萘类化合物。
根据本发明,优选的,所述的萘类化合物具有式(I)所示的结构:
式(I)中,R1选自烷基,优选甲基、2-丙酸甲酯基、2-丙酸基;烷氧基,优选甲氧基;氢原子;
R2选自烷基,优选甲基、乙基;烷氧基,优选甲氧基;羟基;
根据本发明,优选的,所述的1,1’-联萘类化合物具有式(II)所示的结构:
式(II)中,R1、R2表示的含义与式(I)中相同。
根据本发明,优选的,阴极为铂片电极,阳极电极为碳棒。
根据本发明,优选的,所述的溶剂为乙腈、六氟异丙醇中的一种或任意组合。
根据本发明,优选的,所述的电解质为高氯酸锂、氟化锂、六氟磷酸钾、六氟磷酸四丁胺中的一种。
根据本发明,优选的,所述的电解质在溶剂中的摩尔浓度为0.08~0.4mol/L。浓度过大或过小将会导致产率降低。
根据本发明,优选的,所述恒电流的大小为5~10mA。电流过大或过小将会导致产率降低。
根据本发明,优选的,反应温度为25℃。温度过高将会导致产率会降低。优选的,反应在空气条件下进行。
根据本发明,优选的,反应的时间为4~12h。
根据本发明,优选的,分离提纯的方式为:旋转蒸发去除溶剂,残留物经硅胶柱层析纯化,硅胶柱的洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=1:10。
根据本发明,所述1,1’-联萘类化合物的电化学合成方法,一种优选的实施方案,包括如下步骤:
(1)于10mL三颈瓶中依次加入萘类化合物0.4mmol,高氯酸锂1.0mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,在空气条件、25℃下,以恒定电流5mA反应5h,TLC跟踪监测;
(2)待反应完成后,用旋转蒸发仪除去反应液溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化得产物,硅胶柱层析纯化采用的洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=1:3~50。
本发明的原理:
本发明的有益效果:
1、本发明采用电化学合成1,1’-联萘类化合物的方法,该方法的原料易得,无过渡金属和氧化剂,不会引起安全问题和重金属残留问题,操作简单,产率可观,环境友好,有良好的应用前景。
2、本发明使用的电极为一般惰性电极,无需进行电极修饰,避免使用氧化剂和有毒、昂贵的催化剂,反应收率高,反应体系简单安全。
3、与还原偶联制备1,1’-联萘类化合物相比,本发明不仅避免了金属催化剂的使用,也无需提前制备卤代萘及其类似物等,大大降低了反应成本,并具有操作简便的优点;
与常规的氧化偶联制备1,1’-联萘类化合物相比,本发明避免了当量的化学氧化剂的使用,既节约了成本,也避免了化学氧化剂被还原后的副产物对环境的污染;
相比于以高活性的萘胺和萘酚为原料的电化学合成方法[B.Dahms,R.Franke andS.R. Waldvogel,ChemElectroChem,2018,5,1249-1252],本发明不仅可以以高活性的萘为原料,也能以弱活化的萘(如烷基萘)为底物,此方法具有较广的适用范围,并具有较高的反应收率;
与已报道的1-甲基萘或2-甲基萘的偶联制备1,1’-联萘类化合物(US5522982A,US5767333A)相比,本发明避免了多溶剂体系的使用,从而使操作简便,且本发明具有精准合成和底物适用范围广的优点。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的4,4’-二乙基-1,1’-联萘1H NMR图。
图2为本发明实施例1制得的4,4’-二乙基-1,1’-联萘13C NMR图。
图3为本发明实施例2制得的4,4’-二甲基-1,1’-联萘1H NMR图。
图4为本发明实施例2制得的4,4’-二甲基-1,1’-联萘13C NMR图。
图5为本发明实施例3制得的4,4’-二异丙基-1,1’-联萘1H NMR图。
图6为本发明实施例3制得的4,4’-二异丙基-1,1’-联萘13C NMR图。
图7为本发明实施例4制得的3,3’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘1H NMR图。
图8为本发明实施例4制得的3,3’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘13C NMR图。
图9为本发明实施例5制得的2,2’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘1H NMR图。
图10为本发明实施例5制得的2,2’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘13C NMR图。
图11为本发明实施例6制得的4,4’,5,5’-四甲基-1,1’-联萘1H NMR图。
图12为本发明实施例6制得的4,4’,5,5’-四甲基-1,1’-联萘13C NMR图。
图13为本发明实施例7制得的2,2’-二甲氧基-6,6’-二甲基-1,1’-联萘1H NMR图。
图14为本发明实施例7制得的2,2’-二甲氧基-6,6’-二甲基-1,1’-联萘13C NMR图。
图15为本发明实施例8制得的2,2’-二甲氧基-6,6’-二(2-丙酸甲酯)基-1,1’-联萘1H NMR图。
图16为本发明实施例8制得的2,2’-二甲氧基-6,6’-二(2-丙酸甲酯)基-1,1’-联萘13C NMR 图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明内容作进一步的说明,但不是对本发明的限定。
实施例中所用原料可市场购得,也可按照现有技术制备得到。
实施例1:4,4’-二乙基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入1-乙基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应5h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率76%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.19(d,J=8.5Hz,2H),7.55-7.40(m,8H),7.30(t,J= 7.6Hz,2H),3.25(q,J=7.5Hz,4H),1.52(t,J=7.5Hz,6H);
13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ139.9,137.1,133.3,131.8,127.8,127.6,125.5,125.4, 124.4,123.9,26.0,15.1;
MS for C24H22 calcd 310,found 310.
实施例2:4,4’-二甲基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入1-甲基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应5h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率78%。
1H NMR(600MHz,Chloroform-d)δ8.11(d,J=8.4Hz,2H),7.52(t,J=7.6Hz,2H),7.47-7.43(m,4H),7.40(d,J=7.0Hz,2H),7.30(t,J=7.4Hz,2H),2.81(s,6H);
13C NMR(151MHz,Chloroform-d)δ137.0,133.9,133.0,132.5,127.6,127.3,126.1,125.5, 124.2,19.6;
MS for C22H18 calcd 282,found 282.
实施例3:4,4’-二异丙基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入1-异丙基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应5h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率73%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.22(dd,J=8.6,1.1Hz,2H),7.54-7.42(m,8H),7.25 (td,J=6.8,1.2Hz,2H),3.86(p,J=6.8Hz,2H),1.49(dd,J=9.3,6.9Hz,12H);
13C NMR(151MHz,Chloroform-d)δ144.2,136.9,133.4,131.4,127.8,127.7,125.5,125.2, 123.4,121.3,28.7,23.8;
MS for C26H26 calcd 338,found 338.
实施例4:3,3’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入1,2-二甲基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应4h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率72%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ8.19(d,J=8.5Hz,2H),7.54(t,J=7.5Hz,2H),7.46 (d,J=8.2Hz,2H),7.39(s,2H),7.29(d,J=7.8Hz,2H),2.77(s,6H),2.61(s,6H);
13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ136.4,132.9,132.7,131.8,131.1,130.9,127.3,125.6, 124.5,123.9,20.9,14.7;
MS for C24H22 calcd 310,found 310.
实施例5:2,2’,4,4’-四甲基-1,1’-联萘
于10mL三颈瓶中依次加入1,3-二甲基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应3h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率75%。
1H NMR(600MHz,Chloroform-d)δ8.06(d,J=8.4Hz,2H),7.44(t,J=7.5Hz,2H),7.38 (s,2H),7.22(t,J=7.5Hz,2H),7.11(d,J=8.4Hz,2H),2.80(s,6H),2.02(s,6H);
13C NMR(151MHz,Chloroform-d)δ132.9,132.5,132.3,132.0,130.3,128.5,125.3,124.6, 123.6,123.0,19.0,18.4;
MS for C24H22 calcd 310,found 310.
实施例6:4,4’,5,5’-四甲基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入1,8-二甲基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应4h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率76%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.34(d,J=7.2Hz,2H),7.25(d,J=7.2Hz,2H),7.21 (d,J=8.3Hz,4H),7.05(dd,J=8.5,6.8Hz,2H),3.09-2.90(m,12H);
13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ138.6,135.6,135.1,134.8,133.1,129.4,129.0,127.1, 126.4,125.0,26.3;
MS for C24H22 calcd 310,found 310.
实施例7:2,2’-二甲氧基-6,6’-二甲基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入2-甲基-6甲氧基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应4h,TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(石油醚为流动相)得到产物,产率90%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.87(d,J=9.0Hz,2H),7.62(s,2H),7.41(d,J=9.0 Hz,2H),7.07-6.98(m,4H),3.73(s,6H),2.44(s,6H);
13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ154.4,132.9,132.2,129.4,128.6,126.8,125.2,119.7, 114.5,57.0,21.4;
MS for C24H22O2 calcd 342,found 342.
实施例8:2,2’-二甲氧基-6,6’-二(2-丙酸甲酯)基-1,1’-联萘的制备
于10mL三颈瓶中依次加入2-二(2-丙酸甲酯)基-6-甲氧基萘0.4mmol,高氯酸锂0.2 mmol,乙腈5mL,以碳棒为阳极,铂片电极为阴极,25℃下,以恒定电流5mA反应6h, TLC跟踪监测;待反应完成后,用旋转蒸发仪除去溶剂,残留物经快速硅胶柱层析纯化(乙酸乙酯:石油醚=10:1为流动相)得到产物,产率67%。
1H NMR(400MHz,Chloroform-d)δ7.94(d,J=9.0Hz,2H),7.77(s,2H),7.45(d,J=9.0 Hz,2H),7.17(d,J=8.8Hz,2H),7.06(d,J=8.8Hz,2H),3.83(q,J=7.1Hz,2H),3.76(s,6H), 3.66(d,J=2.0Hz,6H),1.56(d,J=7.1Hz,6H);
13C NMR(101MHz,Chloroform-d)δ175.1,155.0,135.4,133.1,129.3,129.2,126.3,126.1, 125.7,119.4,114.4,56.9,52.0,45.3,18.6;
HRMS(ESI)for C30H31O6[M+H]+calcd 487.2115,found 487.2116。
Claims (10)
1.一种1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,包括以下步骤:
在无隔膜电解池中依次加入溶剂,电解质,萘类化合物,以及阴阳电极,室温搅拌,恒电流条件下进行反应;反应完成后,将反应液进行浓缩,有机相分离提纯得到产物1,1'-联萘类化合物。
3.根据权利要求2所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,R1中所述烷基为甲基、2-丙酸甲酯基或2-丙酸基,所述烷氧基为甲氧基;R2中所述烷基为甲基或乙基,所述烷氧基为甲氧基。
4.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,阴极为铂片电极,阳极电极为碳棒。
5.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,所述的溶剂为乙腈、六氟异丙醇中的一种或任意组合。
6.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,所述的电解质为高氯酸锂、氟化锂、六氟磷酸钾、六氟磷酸四丁胺中的一种。
7.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,所述的电解质在溶剂中的摩尔浓度为0.08~0.4mol/L。
8.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,所述恒电流的大小为5~10mA。
9.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,反应温度为25℃;
优选的,反应在空气条件下进行;
优选的,反应的时间为4~12h。
10.根据权利要求1所述的1,1'-联萘类化合物的电化学合成方法,其特征在于,分离提纯的方式为:旋转蒸发去除溶剂,残留物经硅胶柱层析纯化,硅胶柱的洗脱剂为乙酸乙酯:石油醚=1:10。
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