CN117126044B - 一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：向微波反应管中加入催化剂NaH和有机溶剂，使催化剂NaH溶于有机溶剂，然后再加入催化剂三甲基碘化亚砜和单取代环氧乙烷类化合物，在微波加热的条件下反应30分钟，反应完成后进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，分离得到无色油状化合物。本发明采用上述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，不需要使用结构复杂的催化剂，操作简便，反应时间短，底物适用范围广，可适用于合成烷基甲基酮、烯基甲基酮和芳基甲基酮。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，特别是涉及一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法。
背景技术
Meinwald重排反应是环氧乙烷类化合物的一种常见的重排反应方式。根据反应物的结构特征以及环氧α-位取代基的电子效应和空间效应，通常端基环氧在酸催化下会生成醛。与酸催化的Meinwald重排不同的是，目前也有少量关于端基环氧重排为相应甲基酮的报道，少数含有Fe，Ru，Co，Rh或Pd的过渡金属催化剂可以催化单取代环氧在一些例子中重排生成甲基酮。
例如现有技术中，Umlagerung aliphatischer terminaler Epoxide zuMethylketonen durch Eisenalkyl-Reagenzien statt durch Co2(CO)8oderEdelmetallkatalysatoren.报道了使用四甲基铁锂Me4FeLi2作为催化剂，可以实现单取代烷基环氧乙烷重排为相应甲基酮，同时，反应过程中还伴随多种醇的生成。Isomerizationof Epoxides to Ketones by Pentacyanocobalt Complex.Chem.报道了单取代环氧乙烷在HCo(CN)5 3-催化剂的作用下重排生成甲基酮的例子，但是这个反应还有环氧开环形成仲醇的竞争反应发生，并且形成醇的反应是主反应，反应的选择性差。
以上过渡金属催化的单取代环氧乙烷生成甲基酮的反应都是发生在烷基取代环氧的重排过程中，且大多是偶然的个别例子，通常还伴有其他副反应发生，反应选择性差，很少有进行***深入的研究。
除上述过渡金属催化剂催化的端基环氧到甲基酮的重排反应外，还有一类由Lewis酸和亲核性金属配合物共同催化得到甲基酮的重排反应。例如，SelectiveRearrangement OfTerminal Epoxides into Methylketones Catalysed by aNucleophilic Rhodium–NHC–Pincer Complex.和Selective Rearrangement Of TerminalEpoxides into Methylketones Catalysed by a Nucleophilic Rhodium–NHC–PincerComplex.中分别报道了使用Lewis酸和亲核性过渡金属配合物共同作用催化烷基环氧重排为甲基酮的反应。但是这些反应都存在一定缺陷，比如底物适用范围窄，对于2-芳基环氧乙烷的反应选择性差等。
Regio-and Chemoselective Rearrangement ofTerminal Epoxides intoMethyl Alkyl and Aryl Ketones.中对催化剂进行了改进，提高了2-芳基环氧乙烷向甲基酮重排的选择性，但是仍然伴随有醛的生成并，不能像烷基环氧乙烷一样专一地重排成甲基酮，同时反应过程中使用的过渡金属催化剂结构复杂不易制备并且价格高不经济。
申请人之前的研究：Nucleophilic Organic Base DABCO-MediatedChemospecific Meinwald Rearrangement of Terminal Epoxides into Methyl Ketones中由DABCO作为催化剂实现的亲核性有机碱催化的单取代环氧化合物到甲基酮的重排反应，适用于芳香基取代的环氧化合物，反应使用的催化剂价格低廉且可直接购买，产率高。但此方法反应温度高，反应时间长。可配合路易斯酸使用，可降低反应温度，但产率有所降低。
综上，现有技术中，使用DABCO(三乙烯二胺)作为催化剂生成甲基酮类化合物的方法产率高，操作简便，但该方法只适用于合成苯乙烯基甲基酮和芳基甲基酮，不适用于烷基甲基酮，且反应时间长，温度高，安全性较低。Lewis酸和亲核性过渡金属配合物共同作用催化的反应可由烷基环氧乙烷制得烷基甲基酮，但对于芳基环氧乙烷效果不好，且反应催化剂结构复杂，成本高。当反应为铑催化时，还需使用苯作为溶剂环保性低，当催化剂为钴金属配合物时反应时间长。因此，本发明提出一种新的甲基酮类化合物的合成方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，不需要使用结构复杂的催化剂，操作简便，反应时间短，底物适用范围广，可适用于合成烷基基甲基酮、烯基甲基酮和芳基甲基酮，解决了现有技术中催化剂结构复杂、反应时间长、由环氧化合物到甲基酮的转化大多只适用于合成烷基甲基酮或芳基甲基酮中的一种的问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，包括以下步骤：向微波反应管中加入催化剂NaH和有机溶剂，使催化剂NaH溶于有机溶剂，然后再加入催化剂三甲基碘化亚砜和单取代环氧乙烷类化合物，在微波加热的条件下反应30分钟，反应完成后进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，分离得到无色油状化合物；
反应方程式为：
R为苯基、苯乙烯基、氯苯基、对甲基苯基、2-溴苯基苄基中的一种。
优选的，单取代环氧乙烷类化合物包括苯乙烯基环氧乙烷、苯基环氧乙烷、对氯苯基环氧乙烷、对甲基苯基环氧乙烷、2-溴苯基苄基环氧乙烷中的一种。
优选的，有机溶剂为无水二甲基亚砜，有机溶剂的用量为1-5mL。
优选的，有机溶剂的用量为3mL。
优选的，催化剂NaH为60％的NaH，其用量为1-3mmol。
优选的，催化剂NaH的用量为2mmol。
优选的，催化剂三甲基碘化亚砜的用量为0.05-0.2mmol，单取代环氧乙烷类化合物的用量为0.1-1mmol。
优选的，催化剂三甲基碘化亚砜的用量0.1mmol，单取代环氧乙烷类化合物的用量为0.5mmol。
优选的，层析柱洗脱的洗脱剂PE/EA＝(50-100)：1。
优选的，微波反应管的容积为10mL，微波加热的温度为110℃。
本发明的有益效果：
本发明使用NaH和三甲基碘化亚砜作为催化剂，催化剂结构简单，操作简单，反应时间短，底物适用范围广，可适用于合成烷基基甲基酮、烯基甲基酮和芳基甲基酮。提供的合成方法反应条件温和，易于控制。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步描述，实施例中所用各种化学品和试剂如无特别说明均为市售购买。
单取代环氧乙烷类化合物通过购买或由Corey-Chaykovsky反应制备得到。
实施例1
苯乙烯基甲基酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol苯乙烯基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂为PE/EA＝100:1，分离得到无色油状化合物58mg，收率为80％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.55–7.47(m,3H),7.42–7.35(m,3H),6.72(d,J＝16.3Hz,1H),2.38(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ198.4,143.5,134.3,130.5,128.9,128.2,127.0,27.5.
实施例2
苯乙酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol苯基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离得到无色油状化合物42mg，收率为70％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.00–7.91(m,2H),7.57(t,J＝7.7Hz,1H),7.47(dd,J＝7.67.6,Hz,2H),2.601(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ198.1,137.0,133.1,128.7,128.2,26.4.
实施例3
对氯苯乙酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol对氯苯基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离得到无色油状化合物58mg，产率75％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.88(d,J＝8.8Hz,2H),7.36(d,J＝8.4Hz,2H),2.59(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ196.7,139.5,135.4,129.8,128.8,26.5.
实施例4
对甲基苯乙酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol对甲基苯基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离得到无色油状化合物48mg，产率72％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.86(d,J＝8.1Hz,2H),7.26(d,J＝7.9Hz,2H),2.58(s,3H),2.41(s,3H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ197.8,143.9,134.7,129.2,128.4,26.5,21.6.
实施例5
2-溴苯基丙酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol 2-溴苄基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离得到无色油状化合物64mg，产率60％。
1H NMR(300MHz,Chloroform-d)δ7.78–7.46(m,1H),7.42–6.85(m,3H),3.86(s,2H),2.21(s,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ205.0,134.8,132.9,131.6,128.9,127.7,125.0,50.8,29.8.
实施例6
2-氯苯基丙酮的合成
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol 2-氯苄基环氧乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应30分钟。反应方程式如下：
反应完成后使用二氯甲烷和水进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离得到无色油状化合物55mg，产率65％。
1H NMR(300MHz,Chloroform-d)δ7.50–7.37(m,1H),7.27(q,J＝5.1,4.7Hz,3H),3.88(s,2H),2.24(s,3H).13C NMR(75MHz,CDCl3)δ205.0,134.4,132.9,131.6,129.6,128.7,127.0,48.4,29.7.
对比例1
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol苯基氧化乙烷，在微波加热至40摄氏度，反应30分钟。未反应。
对比例2
在10mL微波反应管中，加入2mmol 60％的NaH，溶于3mL无水DMSO，再加入0.1mmol三甲基碘化亚砜和0.5mmol苯基氧化乙烷，在微波加热至110摄氏度，反应10分钟。反应完成后使用水进行萃取，萃取后使用三乙胺碱化的硅胶进行柱分离，洗脱剂PE/EA＝50:1，分离可得苯基甲基酮，产率20％。
对比例3
在25mL烧瓶中，加入1.6mmol 60％的NaH，溶于10mL无水DMSO，再加入1.6mmol三甲基碘化亚砜常温反应1小时，再加入1mmol苯基氧化乙烷，70℃反应1天，产物为苯基氧杂环丁烷，产率40％。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。
Claims (6)
1.一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：向微波反应管中加入催化剂NaH和有机溶剂，使催化剂NaH溶于有机溶剂，然后再加入催化剂三甲基碘化亚砜和单取代环氧乙烷类化合物，在微波加热的条件下反应30分钟，反应完成后进行萃取，萃取后使用层析柱洗脱分离，分离得到无色油状化合物；
其中，单取代环氧乙烷类化合物为苯乙烯基环氧乙烷、苯基环氧乙烷、对氯苯基环氧乙烷、对甲基苯基环氧乙烷、2-溴苯基苄基环氧乙烷中的一种；
催化剂NaH为60％的NaH，其用量为1-3mmol；
催化剂三甲基碘化亚砜的用量为0.05-0.2mmol，单取代环氧乙烷类化合物的用量为0.1-1mmol；
微波反应管的容积为10mL，微波加热的温度为110℃。
2.根据权利要求1所述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于：有机溶剂为无水二甲基亚砜，有机溶剂的用量为1-5mL。
3.根据权利要求1所述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于：有机溶剂的用量为3mL。
4.根据权利要求1所述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于：催化剂NaH的用量为2mmol。
5.根据权利要求1所述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于：催化剂三甲基碘化亚砜的用量0.1mmol，单取代环氧乙烷类化合物的用量为0.5mmol。
6.根据权利要求1所述的一种微波辅助的甲基酮类化合物的合成方法，其特征在于：层析柱洗脱的洗脱剂PE/EA＝50-100：1。
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