一種醌催化的三氟甲基化光催化合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于光催化有機(jī)合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種醌催化的三氟甲基化光催化有機(jī)合成方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著有機(jī)氟化學(xué)的不斷發(fā)展，含氟有機(jī)化合物在醫(yī)藥、農(nóng)藥、功能材料等領(lǐng)域得到了廣泛的研究和應(yīng)用。將含氟基團(tuán)引入藥物分子中，會改變其電荷分布，增強(qiáng)其脂溶性及相鄰基團(tuán)的酸性，進(jìn)而增強(qiáng)藥物的代謝穩(wěn)定性、親和結(jié)合力和膜滲透性(Milller，K.; Faeh, C.; Diederich, F.Science2007, 317，1881-1886)。因此，發(fā)展新型高效的有機(jī)氟化學(xué)反應(yīng)，尤其是三氟甲基化反應(yīng)，長期以來一直吸引著化學(xué)研究者的興趣。
[0003]工業(yè)上三氟甲基化反應(yīng)的一種傳統(tǒng)方法是先將甲基上的氫進(jìn)行自由基引發(fā)的氯化反應(yīng)，得到三氯甲基化合物，然后通過氟氯交換的氟化反應(yīng)得到三氟甲基化合物；另一種方法是先將酸制備成相對應(yīng)的酰氟化合物，然后用HF將酰氟轉(zhuǎn)化成三氟甲基(呂翠萍，沈其龍，劉丹，過渡金屬催化的芳香化合物三氟甲基化研究進(jìn)展[J].有機(jī)化學(xué)，2012，32: 1380-1387)。但兩種方法顯著的缺點(diǎn)是只有結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定簡單的甲苯類衍生物才能夠承受反應(yīng)條件苛刻強(qiáng)烈的氟化反應(yīng)。
[0004]由于金屬d軌道和0c-F軌道的相互作用使得過渡金屬催化的C-C鍵形成較為困難，嘗試選用無金屬催化體系成為了三氟甲基化反應(yīng)的又一個(gè)突破點(diǎn)。而自然界中無處不在的醌類化合物在有機(jī)反應(yīng)中擁有良好的氧化能力，醌類化合物因其具有共軛環(huán)狀二酮的化學(xué)結(jié)構(gòu)而擁有了極強(qiáng)的得電子及奪氫能力(Wendlandt，A.E.; Stahl, S.S.Angew.Chem.1nt.Ed.2015, 54，14638-14658)。理論上講只要催化物質(zhì)或氧化劑可提供的氧化能力大于三氟甲基衍生陰離子的被激發(fā)的最低勢能(0.6eV)，就可以氧化轉(zhuǎn)化三氟甲基亞磺酸鹽。自然界中存在的最簡單常見的單環(huán)醌類的氧化電勢基本都大于0.71eV，因此，醌類化合物就是理想的氧化三氟甲基化反應(yīng)的催化劑。而且我們設(shè)計(jì)了一種二氧化錳固定床反應(yīng)器，有效克服了有機(jī)反應(yīng)中催化劑的消耗問題，完成了醌類催化劑的再生循環(huán)。
[0005]因此，研發(fā)一種低成本的溫和條件下醌類化合物光催化三氟甲基化反應(yīng)有機(jī)合成的方法具有重要的研究和應(yīng)用價(jià)值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種體系簡單、反應(yīng)條件溫和、低成本且可大量制備的三氟甲基化產(chǎn)物的光催化合成方法，擬解決工業(yè)化三氟甲基化反應(yīng)的高污染、高成本問題。本發(fā)明合成條件溫和、原料廉價(jià)易得、低環(huán)境污染、有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，以單環(huán)醌類化合物作為光催化劑，三氟甲基亞磺酸鈉作為三氟甲基源，乙腈作為溶劑，和底物混合后，在二氧化錳固定床反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行合成反應(yīng)。
[0008]單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉的摩爾比為2:1?2:7，乙腈和底物的摩爾比為3:1?3:8。
[0009]所述二氧化錳固定床反應(yīng)器其制備方法為:取50?70目二氧化錳顆粒和二氧化硅顆粒填充于玻璃管中，兩端密封以玻璃棉，制成二氧化錳固定床反應(yīng)器。
[0010]所述固定床反應(yīng)器內(nèi)二氧化錳顆粒與二氧化硅顆粒質(zhì)量比為4:1?4:11。
[0011 ]所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，具體步驟為:
將單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉混合，取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器中，再將乙腈和底物混合溶液倒入反應(yīng)器中，反應(yīng)是在空氣氣氛下，可見光照射條件下進(jìn)行的，得到均勻透明的產(chǎn)物液體。
[0012]合成選用的底物可以為簡單芳環(huán)化合物、五元/六元雜環(huán)化合物以及復(fù)雜的生物/藥物大分子化合物。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:
(1)本發(fā)明采用更加環(huán)保溫和的醌為催化劑的光催化反應(yīng)模式，只需要簡單的可見光光照就可以實(shí)現(xiàn)底物的三氟甲基化;該方法具有很好的重復(fù)性、制備過程簡單、低環(huán)境污染，有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)；
(2)本發(fā)明采用的催化劑為單環(huán)醌類有機(jī)化合物，避免了強(qiáng)酸，重金屬的污染，是整個(gè)反應(yīng)更加環(huán)保；
(3)本發(fā)明采用的三氟甲基化方法可用于多種具有藥物活性和生物活性的底物，開發(fā)價(jià)值和潛力巨大；
(4)本發(fā)明設(shè)計(jì)的二氧化錳固定床反應(yīng)器有效克服了醌類化合物在反應(yīng)中的消耗，大大地提升了催化劑的利用率。
[0014]
【附圖說明】
圖1為本發(fā)明基本反應(yīng)的質(zhì)譜圖(GC-MS);
圖2為本發(fā)明基本反應(yīng)的核磁共振19F圖譜(19F NMR);
圖3為本發(fā)明基本反應(yīng)的不同醌類電勢與產(chǎn)率關(guān)系圖(電化學(xué)工作站)；
圖4為本發(fā)明基本反應(yīng)的不同光強(qiáng)、不同波長與產(chǎn)率關(guān)系圖(光強(qiáng)計(jì)、DRS);
圖5為本發(fā)明的藥物底物拓展-反應(yīng)的質(zhì)譜圖(GC-MS);
圖6為本發(fā)明的藥物底物拓展-反應(yīng)的核磁共振19F圖譜(19F NMR);
圖7為本發(fā)明的固定床反應(yīng)器照片(含參數(shù))。
【具體實(shí)施方式】
[0015]本發(fā)明用下列實(shí)施例來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不限于下列實(shí)施例。
[0016]本發(fā)明的反應(yīng)步驟如下:
將單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉混合，二者摩爾比為2:1-2:7;取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器里，再將摩爾比為3:1?3:8的乙腈和底物的混合溶液倒入反應(yīng)器中，在空氣氣氛下，可見光照射一定時(shí)間，得到均勻透明的產(chǎn)物液體。另取50?70目不等的二氧化錳顆粒和二氧化硅顆粒填充于管中，兩種顆粒質(zhì)量比為4:1?4:11，兩端密封以玻璃棉，制成簡單的二氧化錳固定床反應(yīng)器。(產(chǎn)物液體的質(zhì)譜，核磁共振圖譜如圖1、2所示，固定床反應(yīng)器照片如圖3所示)
實(shí)施例1
將摩爾比為100: 200的單環(huán)醌類化合物(不同醌類拓展)和三氟甲基亞磺酸鈉混合;取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器里，再將15ml乙腈和1ml苯倒入反應(yīng)器中，在空氣氣氛下，SOOmW可見光照射12h，得到均勻透明的產(chǎn)物液體；(其不同醌類通過電化學(xué)工作站測得其氧化電勢，催化劑電勢與產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)系如圖4所示;產(chǎn)物液體的質(zhì)譜、核磁共振圖譜如圖1、2所示)。
[0017]實(shí)施例2
將摩爾比為100: 200的苯醌和三氟甲基亞磺酸鈉混合;取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器里，再將15ml乙腈和1ml苯倒入反應(yīng)器中，在空氣氣氛下，光強(qiáng)200-800mW不等，光波長420?780 nm不等的可見光照射10h，得到均勻透明的產(chǎn)物液體。(其通過光強(qiáng)計(jì)測得反應(yīng)光強(qiáng)，通過DRS測得醌催化劑的紫外吸收漫反射光譜。反應(yīng)光強(qiáng)、反應(yīng)波長與產(chǎn)物產(chǎn)量的關(guān)系如圖5所示;產(chǎn)物液體的質(zhì)譜、核磁共振圖譜如圖1、2所示)。
[0018]實(shí)施例3
將摩爾比為100:200的單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉，混合;取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器里，再將15ml乙腈和1ml 5，6-二甲氧基-1-茚酮(阿茲海默癥藥品(Aricept)藥物前驅(qū)體)倒入反應(yīng)器中，在空氣氣氛下，SOOmW不同波長的可見光照射15h，得到均勻透明的產(chǎn)物液體。(產(chǎn)物液體的質(zhì)譜、核磁共振圖譜如圖6、7所示)。
[0019]本發(fā)明反應(yīng)的得到的三氟甲苯的GC-MS譜圖(圖1)得到2.5 min的峰經(jīng)匹配后為三氟甲苯。同樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)后通過核磁共振，19F圖譜(圖2)分析62.68 ppm處為標(biāo)準(zhǔn)的三氟甲苯峰。以5，6_ 二甲氧基-1-茚酮(阿茲海默癥藥品(Aricept)藥物前驅(qū)體)為底物進(jìn)行的三氟甲基化反應(yīng)，我們得到了多種三氟甲基化產(chǎn)物，其中以I位取代產(chǎn)物最多(圖6所示，15.25min處峰)。同樣重復(fù)實(shí)驗(yàn)后進(jìn)行核磁共振，19F圖譜(圖7)分析55.36 ppm處為具有藥物活性的I位取代產(chǎn)物，55.88 ppm為其它三氟甲基化的副產(chǎn)物。
[0020]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:以單環(huán)醌類化合物作為光催化劑，三氟甲基亞磺酸鈉作為三氟甲基源，乙腈作為溶劑，和底物混合后，在二氧化錳固定床反應(yīng)器內(nèi)經(jīng)可見光催化反應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉的摩爾比為2:1?2:7，乙腈和底物的摩爾比為3:1?3:8。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:所述二氧化錳固定床反應(yīng)器其制備方法為:取50?70目二氧化錳顆粒和二氧化硅顆粒填充于玻璃管中，兩端密封以玻璃棉，制成二氧化錳固定床反應(yīng)器。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:所述固定床反應(yīng)器內(nèi)二氧化錳顆粒與二氧化硅顆粒質(zhì)量比為4:1?4:11。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:具體步驟為: 將單環(huán)醌類化合物和三氟甲基亞磺酸鈉混合，取混合樣品于二氧化錳固定床反應(yīng)器中，再將乙腈和底物混合溶液倒入反應(yīng)器中，反應(yīng)是在空氣氣氛下，可見光照射條件下進(jìn)行的，得到均勻透明的產(chǎn)物液體。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種醌催化的三氟甲基化光催化合成方法。本發(fā)明擬解決目前工業(yè)三氟甲基化反應(yīng)中氟化氫、四氟化硫等強(qiáng)腐蝕、劇毒氟化試劑的使用問題，同時(shí)利用無金屬催化劑，避免了工業(yè)中催化劑的重金屬污染問題，具有良好的實(shí)際應(yīng)用前景。利用最簡單廉價(jià)的苯醌及其衍生物作為光催化劑，Langlois試劑-三氟甲基亞磺酸鈉（CF3SO2Na）為三氟甲基源，在可見光的溫和條件下，實(shí)現(xiàn)了無金屬光催化三氟甲基化反應(yīng)，并且通過自制固定床反應(yīng)器得出了完整的全循環(huán)反應(yīng)。也可進(jìn)一步根據(jù)實(shí)際需要對具有生物活性、藥物活性的有機(jī)分子進(jìn)行三氟甲基修飾。本發(fā)明合成條件溫和、原料廉價(jià)易得、低環(huán)境污染、有利于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，具備顯著的經(jīng)濟(jì)和社會效益。
【IPC分類】C07C25/13, C07C17/00, B01J31/02
【公開號】CN105503510
【申請?zhí)枴緾N201610003014
【發(fā)明人】員汝勝, 常彬, 邱文朝, 邵鴻鴿, 王樂樂, 陳旬
【申請人】福州大學(xué)
【公開日】2016年4月20日
【申請日】2016年1月7日