CN1296364C - 一种相转移催化合成α，β－环氧基酮化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及α，β-环氧基酮化合物的合成，具体地说是一种相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，在相转移催化剂存在下，以三氯异氰尿酸(TCCA)为氧化剂，碱金属氢氧化物为碱性调节剂，α，β-不饱和酮为原料，在纯有机溶剂、有机溶剂-水、或水中进行反应；反应式如下：其中：取代基R1、R2可为烷基基团或者芳基基团；当R1和/或R2为芳基取代基时，其可带一个或多个给电子和/或吸电子基团；反应完成后按常规方法分离即得产品。本发明操作简便，条件温和，原料易得，选择性高，产率好，可以根据原料溶解性质选择反应溶剂。
Description
技术领域
本发明涉及α，β-环氧基酮化合物的合成，具体地说是一种相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法。
背景技术
α，β-环氧基酮化合物是有机合成中用途最广的一类中间体，羰基和环氧丙烷基团都可以进行功能化【文献：Tetrahedron：Asymmetry，2001，12，2359-2383等】。其中羰基功能化包括还原成α，β-环氧基醇，还原胺化反应，拜耳-维利格反应，梅尔魏因-庞多夫-韦莱反应等。而环氧丙烷基团受含硫、氧、卤素等亲核试剂进攻开环可以进行合成种类繁多的化合物。
α，β-环氧基酮结构砌块可以用于合成生物活性化合物，如白三烯受体拮抗剂SK&F104353【文献：J.Org.Chem.1993，58，6247-6254等】，地尔硫卓和紫杉醇Taxol支链【文献：J.Chem.Soc.，Perkin Trans.11997，3501-3507等】，半乳糖醛酸类衍生物【文献：J.Chem.Soc.，Perkin Trans.12001，149-153.等】，蛋白激酶C激动剂【文献：Tetrahedron Lett.2000，41，9569-9574等】。
目前常规合成α，β-环氧基酮化合物的方法包括α，β-不饱和酮环氧化反应，α卤代酮与醛之间的达因反应【文献：Tetrahedron Lett.1998，39，2145-2148，Tetrahedron 1999，55，6375-6386等】。α，β-不饱和酮环氧化反应是合成α，β-环氧基酮的最直接的方法。常用于α，β-不饱和酮环氧化反应的氧化剂有双氧水【文献：Tetrahedron Lett.1998，39，7563-7566等】，次氯酸钠【文献：Tetrahedron Lett.1998，39，1599-1602，等】，叔丁基过氧化氢
【文献：J.Am.Chem.Soc.1997，119，2329-2330等】等，氧气【文献：Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.1996，35，1725-1728等】。虽然这些氧化剂能成功地用于α，β-不饱和酮环氧化反应，但双氧水、次氯酸钠、次氯酸钾和叔丁基过氧化氢等氧化剂普遍存在稳定性差，易分解等缺点，而氧气作氧源，需要使用化学计量的二乙基锌助剂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反应条件温和、成本低的相转移催化α，β-不饱和酮环氧化反应合成α，β-环氧基酮化合物。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：在相转移催化剂存在下，以α，β-不饱和酮为原料，三氯异氰尿酸为氧化剂，碱金属氢氧化物无机碱作添加剂，在纯有机溶剂，有机溶剂-水，或水中进行反应；反应式如下：
其中：取代基R1可为一种烷基基团或者芳基基团；取代基R2可为一种烷基基团或者芳基基团；芳基取代基R1和/或R2可带一个或多个给电子和/或吸电子基团；芳基取代基R1和/或R2的一个或多个给电子和/或吸电子基团可位于芳环的不同取代位置；氧化剂的用量一般以所含有效氯含量等于或大于其与原料的化学计量比即可，通常三氯异氰尿酸的用量为原料的50～500％mol，碱金属氢氧化物的用量也是如此，通常为原料的200～1000％mol；催化剂通常为季铵盐或季膦盐或聚乙二醇或它们的混合物，它们的用量可为原料的0.1～20％mol；溶剂以将原料完全溶解即可，原料与溶剂的摩尔比通常为：1∶1至1∶50；反应通常在0.5～72小时即可完成；反应温度以在反应体系的凝固点以上即可，通常在-50～30℃之间；有机溶剂为一种或多种极性或非极性惰性溶剂或极性溶剂和非极性溶剂的混合物，其中极性溶剂常为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、二氯甲烷、氯仿或水等，非极性溶剂常为己烷或苯等，混合溶剂例如：甲苯/水，二甲苯/水，二氯甲烷/水，三氯甲烷/水。产物分离可采用萃取或重结晶或柱层析或简单过滤等分离方法。
所述氧化剂三氯异氰尿酸的用量为原料的50～100％mol；相转移催化剂的用量为原料的0.1～10％mol；碱金属氢氧化物的用量为原料的200～600％mol；反应温度为-20～20℃；所述芳基取代基R1和/或R2带一个或多个给电子取代基，其中取代基为甲基、甲氧基、苯基、卤素或三氟甲基；所述反应产物在分离纯化时，用于萃取的溶剂选用***、石油醚、正戊烷、正己烷或正庚烷；用于重结晶的溶剂选用60％无水乙醇的水溶液、无水乙醇、三氯甲烷或N，N-二甲基甲酰胺；柱层析时用硅胶填充柱，以正己烷/乙酸乙酯或石油醚/乙酸乙酯为洗脱液。
本发明有如下优点：
1.固体氧化剂三氯异氰尿酸性质稳定，价廉易得，是一种广泛使用的泳池消毒剂；同其它氧化剂，如次氯酸钠水溶液，次氯酸钙固体，双氧水等相比，具有稳定性高、运输贮藏方便、使用安全可靠，氧化能力强，选择性好等优点；在相转移催化剂和碱性调节剂作用下对α，β-不饱和酮表现出良好的环氧化能力。
2.反应条件温和。在相转移催化剂存在下，在极性、非极性有机溶剂，有机溶剂/水，或纯水介质下可将α，β-不饱和酮转化成α，β-环氧基酮化合物。可以根据反应物(原料)溶解性质选择反应介质(溶剂)反应；这是其它氧化剂难以比拟的优点。
3.反应选择性和转化率高。本发明在给定条件下，α，β-不饱和酮能以高产率，甚至定量转化成α，β-环氧基酮化合物，没有副产物，选择性高，产率好。
4.操作简便，反应产物易于分离。可通过萃取、重结晶、柱层析或简单过滤等分离方法加以纯化；有机溶剂可以回收利用。
总之，本发明具有操作简便，条件温和，原料易得，选择性高，产率好，可以根据原料溶解性质选择反应溶剂等优点。
具体实施方式
下面通过实施例详述本发明；但本发明并不限于下述的实施例。
实施例1固液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
在100ml圆底烧瓶中，加入查尔酮(2.08g，10mmol)，四丁基溴化铵(322mg，1mmol)及30ml甲苯，冷却至10℃，加入固体三氯异氰尿酸(2.32g，10mmol)，加入固体KOH(3.36，60mmol)。滴加完毕后10℃下继续搅拌4小时，TLC检测反应终点。升温至室温，往反应液中加入15ml***，过滤，滤液用水洗涤，无水MgSO4干燥。蒸馏除去溶剂，柱色谱分离(硅胶，洗脱液为石油醚/乙酸乙酯：50/1)，蒸馏除去溶剂，得到白色晶体，收率为92％。
实施例2固液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
将不同相转移催化剂存在下的实施例以表格形式总结如下：(反应条件和步骤同实施例1)
Table 1.不同相转移催化剂及用量对环氧化反应的影响
| 序号 | 催化剂 | 催化剂用量[％] | 碱 | 反应时间[小时] | 收率[％] |
| 12345678910 | PEG-4600PEG-400TBPBTBPCCTMABTBABSTBABTBABTBABTBAB | 10101010101010510.1 | KOHKOHKOHKOHKOHKOHKOHKOHKOHKOH | 24242424243442448 | 37717148709192914240 |
催化剂：
PEG-4600：聚乙二醇-4600(polyethylene glycol-4600)，
PEG-400：聚乙二醇-400(polyethylene glycol-400)，
TBPB：四丁基溴化膦(tetrabutyl phosphonium bromide)，
TBPC：四丁基氯化膦(tetrabutyl phosphonium chloride)，
CTMAB：十六烷基三甲基溴化铵(Cetyl trimethyl ammonium bromide)，
TBABS：四丁基硫酸氢铵(tetrabutyl ammonium bisulfate)，
TBAB：四丁基溴化铵(tetrabutyl ammonium bromide)。
实施例3固液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
将不同反应溶剂、碱的种类和用量、温度条件下的实施例以表格形式总结如下：(反应条件和步骤同实施例1)
Table 2.反应溶剂、碱的种类和用量、TCCA用量、温度对环氧化反应的影
响
| 序号 | 溶剂 | 碱/[％] | TCCA[％] | 温度[℃] | 反应时间[小时] | 收率[％] |
| 11121314151617181920212223 | 二氯甲烷二甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯甲苯 | KOH/600KOH/500KOH/600KOH/200LiOH/600NaOH/600CsOH/600KOH/600KOH/500KOH/600KOH/200KOH/600KOH/600 | 100901005090909067100100100100100 | 0000000201010-10-10-20 | 2454242424242444868 | 73789163385345679291738785 |
实施例4固液两相相转移催化合成反式取代-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
将不同反应底物的实施例以表格形式总结如下：(反应条件和步骤同实施例1)
Table 3.TBAB催化环氧化反应
| 序号 | α，β-不饱和羰基化合物 | 反应时间[小时] | 收率[％] | |
| R1 | R2 | |||
| 24252627282930313233343536373839 | C6H5C6H54-ClC6H4C6H54-NO2C6H4C6H54-ClC6H42-ClC6H44-ClC6H44-ClC6H43-ClC6H53-ClC6H54-ClC6H53-ClC6H44-CH3OC6H42-CH3OC6H4 | C6H54-CH3OC6H44-FC6H44-FC6H4C6H54-ClC6H4C6H5C6H54-ClC6H44-CH3OC6H44-PhC6H44-CF3C6H44-MeC6H43-MeC6H4C6H5C6H5 | 4435444423444455 | 888594817791939380728891938900 |
实施例5固液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-3-苯基-1-(4-甲氧基苯基)-丙-1-酮
在100ml圆底烧瓶中，加入四丁基溴化铵(322mg，1mmol)，30ml甲苯，冷却至10℃，加入固体三氯异氰尿酸(2.32g，10mmol)，加入固体KOH(3.36，60mmol)，搅拌15分钟。加入反式3-苯基-1-(4-甲氧基苯基)-丙烯酮(2.38g，10mmol)，继续搅拌5小时，TLC检测反应终点。升温至室温，往反应液中加入15ml***，过滤，滤液用水洗涤，无水MgSO4干燥。蒸馏除去溶剂，柱色谱分离(硅胶，洗脱液为石油醚/乙酸乙酯：50/1)，得到白色晶体，收率为79％。
实施例6固液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-3-苯基-1-(2-甲氧基苯基)-丙-1-酮
反式3-苯基-1-(2-甲氧基苯基)-丙烯酮(2.38g，10mmol)，实验方法和步骤同实施例5，收率为76％。
实施例7液液两相相转移催化合成反式-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
在100ml圆底烧瓶中，加入查尔酮(2.08g，10mmol)，四丁基溴化铵(322mg，1mmol)及30ml甲苯，冷却至0℃，加入固体三氯异氰尿酸(2.32g，10mmol)，滴加50％KOH水溶液(6.68g，60mmol)。滴加完毕后0℃下继续搅拌9小时，TLC检测反应终点。升温至室温，往反应液中加入15ml水，两相分离，有机相用无水MgSO4干燥。蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体，正己烷重结晶，得到白色晶体，收率为75％。
实施例8无有机溶剂相转移催化合成反式-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
20℃下，在100ml圆底烧瓶中，加入十六烷基三甲基溴化铵(0.18g，0.5mmol)，50ml水，固体三氯异氰尿酸(2.32g，10mmol)，滴加50％KOH水溶液(6.68g，60mmol)。加入查尔酮(2.08g，10mmol)，继续搅拌24小时，TLC检测反应终点。往反应液中加入30ml***，两相分离，有机相用无水MgSO4干燥。蒸馏除去溶剂，得到淡黄色固体，正己烷重结晶，得到白色晶体，收率为98％。
实施例9无有机溶剂相转移催化合成反式取代-2，3-环氧-1，3-二苯基丙-1-酮
将不同反应底物的实施例以表格形式总结如下：(反应条件和步骤同实施例8)
Table 4.CTMAB催化环氧化反应
| 序号 | α，β-不饱和羰基化合物 | 反应时间[小时] | 收率[％] | |
| R1 | R2 | |||
| 404142434445464748495051 | C6H54-ClC6H4C6H54-NO2C6H4C6H54-ClC6H42-ClC6H44-ClC6H44-ClC6H44-CH3OC6H44-CH3OC6H42-CH3OC6H4 | 4-CH3OC6H44-FC6H44-FC6H4C6H54-ClC6H4C6H5C6H54-ClC6H44-CH3OC6H4C6H44-ClC6H4C6H4 | 242424242424242424242424 | 869495869096959389908786 |
Claims (8)
1.一种相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：在相转移催化剂存在下，以三氯异氰尿酸(TCCA)为氧化剂，碱金属氢氧化物为碱性调节剂，α，β-不饱和酮为原料，在纯有机溶剂、有机溶剂-水、或水中进行反应；反应式如下：
其中：取代基R1、R2为烷基基团或者芳基基团；当R1和/或R2为芳基取代基时，其带一个或多个给电子和/或吸电子基团；反应完成后按常规方法分离即得产品。
2.按照权利要求1所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述相转移催化剂为季铵盐、季膦盐、聚乙二醇或它们的混合物。
3.按照权利要求1所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述氧化剂三氯异氰尿酸的用量为原料的50～500％mol，碱金属氢氧化物的用量为原料的200～1000％mol；相转移催化剂为原料的0.1～20％mol；原料与溶剂的摩尔比为：1∶1～1∶50；反应温度为-50～30℃；反应在0.5～72小时即可完成。
4.按照权利要求3所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述氧化剂三氯异氰尿酸的用量为原料的50～100％mol；相转移催化剂的用量为原料的0.1～10％mol；碱金属氢氧化物的用量为原料的200～600％mol；反应温度为-20～20℃。
5.按照权利要求1所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为甲苯、二甲苯、四氢呋喃、N，N’-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、氯仿、水、己烷、苯或它们的混合物。
6.按照权利要求1所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述芳基取代基R1和/或R2带一个或多个给电子取代基，其中取代基为甲基、甲氧基、苯基、卤素或三氟甲基。
7.按照权利要求1所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述产物分离采用萃取、重结晶、柱层析或过滤加以纯化。
8.按照权利要求7所述相转移催化合成α，β-环氧基酮化合物的方法，其特征在于：所述反应产物在分离纯化时，用于萃取的溶剂选用***、石油醚、正戊烷、正己烷或正庚烷；用于重结晶的溶剂选用60％无水乙醇的水溶液、无水乙醇、三氯甲烷或N，N-二甲基甲酰胺；柱层析时用硅胶填充柱，以正己烷/乙酸乙酯或石油醚/乙酸乙酯为洗脱液。
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