CN115677639B - 一种四氢-3-氧代-2h-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种四氢‑3‑氧代‑2H‑吡喃‑4‑羧酸甲酯中间体的制备方法，所述方法包括如下步骤：S1、4‑羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，得4‑(2‑乙氧基‑2‑氧代乙氧基)丁酸甲酯；S2、4‑(2‑乙氧基‑2‑氧代乙氧基)丁酸甲酯在碱的存在下发生分子内亲核取代反应，得四氢‑3‑氧代‑2H‑吡喃‑4‑羧酸甲酯；其中，所述催化剂选自Zn(OTf)2、ZnCl2、Mg(OTf)2、Cu(OTf)2、Pd(OTf)2、Cu(OAc)2、Ag2CO3中任一种。本发明的制备方法，制备工序简单，反应条件温和，无需严格的惰性气体环境；催化剂成本低廉且可回收，有利于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成的技术领域，特别是涉及一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法。
背景技术
四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯，是一种重要有机合成中间体和医药中间体，广泛用于实验室研发过程和化工生产过程中。
在四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯制备工艺中，通常由4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯在碱的存在下进行分子内亲核取代反应而制备，其反应式如下：
4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯作为四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯制备过程中的中间体，其的制备工艺也尤为重要。现有的4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯的合成中，主要以γ-丁内酯为原料，γ-丁内酯经过水解、取代，得到4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯。该合成工艺中，采用二聚醋酸铑作为催化剂，其价格非常昂贵，且不能回收重复使用，大大增加了反应成本。
发明内容
基于现有技术中的上述缺陷，本发明的目的在于提供一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，制备工序简单，反应条件温和，无需严格的惰性气体环境；催化剂成本低廉且可回收，有利于工业化生产。
为此，本发明提供如下技术方案。
本发明提供一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、4-羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，得4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯；
S2、4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯在碱的存在下发生分子内亲核取代反应，得四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯；
其中，所述催化剂选自Zn(OTf)2、ZnCl2、Mg(OTf)2、Cu(OTf)2、Pd(OTf)2、Cu(OAc)2、Ag2CO3中任一种。
优选地，所述催化剂为Zn(OTf)2。
优选地，所述催化剂的用量为5mol％-12mol％，优选为10mol％。
优选地，所述碱选自有机碱、无机碱中至少一种；所述有机碱选自叔丁醇钾、叔丁基锂、三苯基锂、叔丁醇钠、三苯基钠中至少一种，优选为叔丁醇钾；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中至少一种。
优选地，所述4-羟基丁酸甲酯与所述重氮乙酸乙酯的摩尔比为1:1.1～1:1.5，优选为1:1.2。
优选地，所述S2步骤中，反应温度小于等于100℃。
优选地，所述反应温度为81℃。
优选地，所述4-羟基丁酸甲酯通过γ-丁内酯在有机碱试剂中水解制得。
优选地，所述有机碱试剂选自三乙胺、乙二胺、异丙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、吗啉、N-甲基吗啉中至少一种。
优选地，所述γ-丁内酯与所述有机碱试剂的摩尔比为1:5～1:10。
本发明具有以下技术效果：
本发明的目的在于提供一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，通过4-羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，制得中间体Ⅰ，中间体Ⅰ为4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯；通过中间体Ⅰ发生分子内亲核取代反应，最终制得四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯，制备工序简单，反应条件温和，无需严格的惰性气体环境。此外，通过限定催化剂选自Zn(OTf)2、ZnCl2、Mg(OTf)2、Cu(OTf)2、Pd(OTf)2、Cu(OAc)2、Ag2CO3中任一种，避免使用昂贵的铑试剂的催化体系，保证良好的反应效率和收率的同时降低催化剂的成本，且催化剂可回收再利用，更环保，有利于工业化生产。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和有益效果能够更加明显易懂，下面通过列举具体实施例的方式进行详细说明。通过下面对实施例的描述，将更加有助于公众理解本发明，但不能也不应当将申请人所给出的具体的实施例视为对本发明技术方案的限制，任何对部件或技术特征的定义进行改变和/或对整体结构作形式的而非实质的变换都应视为本发明的技术方案所限定的保护范围。除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语与本申请所属的技术领域中的技术和科学术语的含义相同。
下面，结合具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
本发明提供一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，所述方法包括如下步骤：
S1、4-羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，得4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯；
S2、4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯在碱的存在下发生分子内亲核取代反应，得四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯；
其中，所述催化剂选自Zn(OTf)2、ZnCl2、Mg(OTf)2、Cu(OTf)2、Pd(OTf)2、Cu(OAc)2、Ag2CO3中任一种。
本实施例中，通过4-羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，制得中间体Ⅰ，中间体Ⅰ为4-(2-乙氧基-2-氧代乙氧基)丁酸甲酯；通过中间体Ⅰ发生分子内亲核取代反应，最终制得四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯，制备工序简单，反应条件温和，无需严格的惰性气体环境。此外，通过限定催化剂选自Zn(OTf)2、ZnCl2、Mg(OTf)2、Cu(OTf)2、Pd(OTf)2、Cu(OAc)2、Ag2CO3中任一种，避免使用昂贵的铑试剂的催化体系，保证良好的反应效率和收率的同时降低催化剂的成本，且催化剂可回收再利用，更环保。
本实施例中，4-羟基丁酸甲酯的结构式如下述式(Ⅰ)所示：
重氮乙酸乙酯的结构式如下述式(II)所示：
中间体Ⅰ的结构式如下述式(III)所示：
四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯的结构式如下述式(IV)所示：
S1步骤的反应式如下：
S2步骤的反应式如下：
进一步地，所述催化剂为三氟甲烷磺酸锌Zn(OTf)2，催化效率高。
在一实施例中，所述催化剂的用量为5mol％-12mol％，以保证较高的催化效率。其中，mol％表示摩尔百分比，表示催化剂的物质的量与4-羟基丁酸甲酯的物质的量的比值。
进一步地，所述催化剂的用量为10mol％。
在一实施例中，所述S2步骤中，所述碱选自有机碱、无机碱中至少一种；所述有机碱选自叔丁醇钾、叔丁基锂、三苯基锂、叔丁醇钠、三苯基钠中至少一种，优选为叔丁醇钾；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中至少一种。
在一实施例中，所述4-羟基丁酸甲酯与所述重氮乙酸乙酯的摩尔比为1:1.1～1:1.5。进一步地，所述4-羟基丁酸甲酯与所述重氮乙酸乙酯的摩尔比为1:1.2。
在一实施例中，所述S2步骤中，反应温度小于等于100℃，该反应温度为体系的回流温度。S2步骤的反应温度条件温和，反应体系安全性高。
进一步地，所述反应温度为81℃，有利于提高反应效率。
在一实施例中，所述4-羟基丁酸甲酯通过γ-丁内酯在有机碱试剂中水解制得，4-羟基丁酸甲酯作为中间体II，其反应式如下：
进一步地，所述有机碱试剂选自三乙胺、乙二胺、异丙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、吗啉、N-甲基吗啉中至少一种。具体地，4-羟基丁酸甲酯的制备工序简单，反应条件温和。优选地，所述有机碱试剂为三乙胺。
进一步地，所述γ-丁内酯与所述有机碱试剂的摩尔比为1:5～1:10。优选地，所述γ-丁内酯与所述有机碱试剂的摩尔比为1:6。
下面通过具体实施例对本发明的方法进行说明，应理解，这些实施例是用于说明本发明的基本原理、主要特征和优点，而本发明不受以下实施例的范围限制；实施例中采用的实施条件可以根据具体要求做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
下述实施例中1H NMR的表示方法：s＝单峰，t＝三重峰，m＝多重峰。
实施例1
中间体II的制备
向500mL反应瓶中依次加入250mL甲醇、4.3g的γ-丁内酯(50mmol)、30.4g的三乙胺(300mmol)，反应液升温至60℃并继续搅拌16h，反应完成。
降至室温，将反应液进行减压蒸馏，真空浓缩后得到5.6g的中间体Ⅱ，中间体Ⅱ的收率为96％。
1H NMR(DMSO-d4，400MHz)δ3.65-3.60(m，5H)；2.40(t，J＝7.2Hz，2H)；1.87-1.80(m，2H)。
实施例2
中间体II的制备
向500mL反应瓶中依次加入250mL甲醇、4.3g的γ-丁内酯(50mmol)、23.7g的吡啶(300mmol)。反应液升温至60℃并继续搅拌16h，反应完成。
降至室温，将反应液进行减压蒸馏，真空浓缩后得到5.1g的中间体Ⅱ，中间体Ⅱ的收率为87％。
实施例3
中间体Ⅰ的制备
向250mL反应瓶中依次加入5.6g的中间体Ⅱ(47.4mmol)、250mL的环己烷、6.5g的重氮乙酸乙酯(56.9mmol)和1.7g的Zn(OTf)2(4.7mmol)，反应液升温至回流(81℃)并继续搅拌12h。TLC监控反应，反应完全后,将反应体系过滤回收Zn(OTf)2，滤液经真空蒸馏后得到黄色油状物的粗品，粗品经柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝12/1)得到9.3g的中间体Ⅰ，中间体Ⅰ的收率为92％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ4.21-4.14(q，J＝7.2Hz，2H)；4.03(s，2H)；3.65(s，3H)；3.55(t，J＝6.2Hz，2H)；2.43(t，J＝7.4Hz，2H)；1.96-1.86(m，2H)；1.28-1.23(t，J＝7.2Hz，3H)。
本实施例中，采用Zn(OTf)2作为中间体Ⅱ与
实施例4
采用实施例3回收的Zn(OTf)2作为中间体Ⅰ制备反应中的催化剂
向250mL反应瓶中依次加入5.6g的中间体Ⅱ(47.4mmol)、250mL的环己烷、6.5g的重氮乙酸乙酯(56.9mmol)和1.7g的实施例3中回收得到的Zn(OTf)2(4.7mmol)。反应液升温至回流(81℃)并继续搅拌12h。TLC监控反应，反应完全后,将反应体系过滤回收Zn(OTf)2，滤液经真空蒸馏后得到黄色油状物的粗品，粗品经柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝12/1)得到6.0g的中间体Ⅰ，中间体Ⅰ的收率为59％。
本实施例采用实施例3回收的Zn(OTf)2作为中间体Ⅰ制备反应中的催化剂，本实施例的中间体Ⅰ的收率略低于实施例3中采用原始的Zn(OTf)2作为催化剂的中间体Ⅰ的收率，但本实施例中回收的Zn(OTf)2的用量与实施例3中Zn(OTf)2的用量相同，且本实施例的中间体Ⅰ的收率也高于50％。通过实施例3、实施例4的中间体Ⅰ的收率的对比，表明采用本发明限定的催化剂，催化剂可回收，且回收的催化剂的催化性能保持良好。
实施例5
中间体Ⅰ的制备
向250mL反应瓶中依次加入5.6g的中间体Ⅱ(47.4mmol)、250mL的环己烷、6.5g的重氮乙酸乙酯(56.9mmol)和0.64g的ZnCl2(4.7mmol)。反应液升温至回流(81℃)并继续搅拌12h。TLC监控反应，反应完全后,将反应体系过滤回收ZnCl2，滤液经真空蒸馏后得到黄色油状物的粗品，粗品经柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝12/1)得到5.6g的中间体Ⅰ，中间体Ⅰ的收率为55％。
实施例6：
中间体Ⅰ的制备
向250mL反应瓶中依次加入5.6g的中间体Ⅱ(47.4mmol)、250mL的环己烷、6.5g的重氮乙酸乙酯(56.9mmol)和1.5 2g的Mg(OTf)2(4.7mmol)。反应液升温至回流(81℃)并继续搅拌12h。TLC监控反应，反应完全后,将反应体系过滤回收Mg(OTf)2，滤液经真空蒸馏后得到黄色油状物的粗品，粗品经柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝12/1)得到7.3g的中间体Ⅰ(72％)。
实施例7：
四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯的制备
向250mL反应瓶中依次加入9.3g的中间体Ⅰ(45.5mmol)、150mL的甲苯，室温条件下，向反应体系中滴加55mL叔丁醇钾的四氢呋喃溶液(1.0M，54.6mmol)。滴加完成后，室温搅拌18h。将1M的HCl(200mL)滴加到反应体系中。分离出有机相，水相用甲基叔丁基醚萃取。合并有机相并用200mL的水和200mL的Brine洗涤，在用无水硫酸钠干燥。经真空蒸馏后得到棕色油状物的粗品，粗品经柱层析纯化(石油醚/乙酸乙酯＝15/1)，得到四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯和四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸乙酯，产物总质量为4.0g,四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯和四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸乙酯的重量比例约1：1，四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯和四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸乙酯的混合收率为56％。
1H NMR(400MHz，CDCl3)δ11.75(s，1H)；4.12(s，H)；3.79-3.76(m，5H)；2.34-2.37(m，2H)。
本发明提供一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，反应条件温和，无需严格的惰性气体环境；步骤S1中，避免使用昂贵的铑试剂的催化体系，保证良好的反应效率和收率的同时降低催化剂的成本，且催化剂可回收再利用，更环保，适合于工业化生产。
应当理解，以上实施例均为示例性的，不用于包含权利要求所包含的所有可能的实施方式。在不脱离本公开的范围的情况下，还可以在以上实施例的基础上做出各种变形和改变。同样的，也可以对以上实施例的各个技术特征进行任意组合，以形成可能没有被明确描述的本发明的另外的实施例。因此，上述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不对本发明专利的保护范围进行限制。
Claims (12)
1.一种四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯中间体的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、4-羟基丁酸甲酯在重氮乙酸乙酯和催化剂存在下发生取代反应，得4-（2-乙氧基-2-氧代乙氧基）丁酸甲酯；
S2、4-（2-乙氧基-2-氧代乙氧基）丁酸甲酯在碱的存在下发生分子内亲核取代反应，得四氢-3-氧代-2H-吡喃-4-羧酸甲酯；
其中，所述催化剂选自Zn(OTf)2。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂的用量为5 mol%-12 mol%。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述催化剂的用量为10mol%。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱选自有机碱、无机碱中至少一种；所述有机碱选自叔丁醇钾、叔丁基锂、三苯基锂、叔丁醇钠、三苯基钠中至少一种；所述无机碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠中至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述有机碱为叔丁醇钾。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述4-羟基丁酸甲酯与所述重氮乙酸乙酯的摩尔比为1:1.1~1:1.5。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述4-羟基丁酸甲酯与所述重氮乙酸乙酯的摩尔比为1:1.2。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S2步骤中，反应温度小于等于100℃。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述反应温度为81℃。
10.根据权利要求1-9任意一项所述的方法，其特征在于，所述4-羟基丁酸甲酯通过γ-丁内酯在有机碱试剂中水解制得。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述有机碱试剂选自三乙胺、乙二胺、异丙胺、吡啶、4-二甲氨基吡啶、吗啉、N-甲基吗啉中至少一种。
12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述γ-丁内酯与所述有机碱试剂的摩尔比为1:5~1:10。
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| Diastereoselectiv ity Switch in Cooperatively Catalyzed Three-Component Reactions of an Aryldiazoacet ate, an Alcohol, and a β, γ -Unsaturated r-Keto Ester;Jingjing Ji et al;The Journal of Organic Chemistry;第76卷;5821–5824 * |
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