一種間接電催化合成2-芳基吡咯類化合物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及有機(jī)化學(xué)和電化學(xué)合成兩方面領(lǐng)域，尤其涉及到一種以有機(jī)小分子 PDI作為媒介，通過間接電還原反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)吡咯及其衍生物的直接的C-2位芳基化的方法。 技術(shù)背景
[0002] 功能化的吡咯衍生物廣泛地存在于諸多具有活性的天然產(chǎn)物和合成藥物中，并且 還可作為合成中間體應(yīng)用到有機(jī)合成以及高分子材料制備中（Kern，J· C · ; Terefenko，E ·; Trybulski,E.；Berrodin,T.J.；Cohen,J.；ffinneker,R.C.；Yudt,M.R.；Zhang,Z.；Zhu,Y.； Zhang，P.Bioorg.Med.Chem.Lett. 2010,20，4816.) D因此，如何高效、快捷的合成功能化的 吡咯衍生物引起了科研工作者的廣泛關(guān)注。
[0003] 近年來，已有大量的文獻(xiàn)報(bào)道了通過吡咯C-2位的C-H活化的直接芳基化反應(yīng)來合 成功能化的吡咯及其衍生物合成方法。但是，已有方法通常都需要在過渡金屬催化劑的催 化下實(shí)現(xiàn)。常用的催化劑主要包括鈀（（a)Cho，B.S. ;Bae，H.J. ;Chung，Y.K.J Org Chem 2015，80，5302·(b)Bernhammer，J.C·;Huynh，Η·V.Organometallies 2014，33，1266·(c) Zhao，L.;Bruneau，C.;Doucet，H.ChemCatChem 2013，5，255·(d)Xu，Y.;Zhao，L·;Li，Y·; Doucet,H.Adv.Synth.Catal.2013,355,1423.(e)Islam,S.；Larrosa,I.Chem Eur J 2013, 19，15093.(f)Roy，D·;Mom，S.;Royer，S.;Lucas，D.;Hierso，J._C.;Doucet，H·ACS Catal·2012，2，1033·(g)Ghosh，D·;Lee，Η·Μ·Org. Lett·2012，14，5534·(h)Bensaid，S·; Doucet，H.ChemSusChem 2012，5，1559.(i)Sezen，B.;Sames，D.J.Am.Chem.Soc.2003，125， 5274.)，銠（（a)Ueda，K. ;Amaike，K. ;Mace iczyk,R.M.；Itami,K.；Yamaguchi, J.J.Am.Chem.Soc.2014,136,13226.(b)Ackermann,L.；Lygin,A.V.Org Lett.2011,13, 3332·)，銅（Honraedt, A·;Raux,M·-A·;Le Grognec,E.；Jacquemin,D.；Felpin,F.-X.Chem.Commun.2014,50,5236.)和鈷（Punji，B. ;Song，W. ;Shevchenko，G.A. ;Ackermann, L. Chem. -Eur · J· 2013，19，10605 ·)。僅有少數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道了不需要金屬催化劑，以強(qiáng)堿為媒介 的合成方法（（a)Vakuliuk，0. ;Koszarna，B. ;Gryko，D.T.Adv.Synth.Catal .2011,353,925. (b)Vakuliuk,0.；Koszarna,B·;Gryko,D.T. Synthesis 2011,2833.(c)Vakuliuk,0.； Gryko，D · T · Eur · J · Org · Chem· 2011，2854 ·)。然而，已報(bào)道的合成方法中大多需要在高溫 (120°C~150°C)或強(qiáng)堿條件下進(jìn)行，且反應(yīng)時(shí)間長。因此，發(fā)展一種高效且反應(yīng)條件溫和， 過程安全且環(huán)境友好的吡咯及其衍生物的直接芳基化方法具有重要的理論意義和潛在的 應(yīng)用前景。
[0004] 3,4,9,10-茈四羧酸酰亞胺(PDI，結(jié)構(gòu)如下式所示）是一類常用的熒光染料。近期 有文獻(xiàn)報(bào)道了此類化合物可以作為光催化劑用于可見光催化的芳香鹵代物的脫鹵反應(yīng)及 芳香鹵代物與吡略的C-C偶聯(lián)反應(yīng)(Ghosh, I · ;Ghosh，T. ;Bardagi，J. I · ;Konig，B. Science 2014,346,725.)。此外，對于^)1類化合物的電化學(xué)行為的研究顯示，該類型化合物通常具 有兩對可逆的氧化-還原電對，且還原電勢較低，易于被還原。而目前尚未見將roi類化合物 應(yīng)用于電催化有機(jī)合成反應(yīng)的研究報(bào)道。因此，基于間接電催化有機(jī)合成方法的高選擇性 和溫和的反應(yīng)條件的優(yōu)勢，再結(jié)合roi類化合物的電化學(xué)性質(zhì)，我們考慮將roi用作間接電 催化有機(jī)合成反應(yīng)的媒介，發(fā)明了以芳香鹵代物和吡咯及其衍生物為原料，通過間接電催 化還原反應(yīng)合成2-芳基化吡咯衍生物的合成方法。
[0005]
[0006] PDI類化合物的結(jié)構(gòu)式
[0007]本發(fā)明是在國家自然科學(xué)基金(21272282)資助下進(jìn)行的研究。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有吡咯及其衍生物的直接C-2位芳基化方法所存在的缺 點(diǎn)，提供一種反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)速度快、選擇性高、環(huán)境友好的間接電催化合成2-芳基吡 咯類化合物的方法。以芳香鹵代物和吡咯及其衍生物為原料，以有機(jī)小分子roi為媒介，以 電子為清潔的還原劑，無需使用金屬催化劑和添加堿。
[0009] 本發(fā)明是一種高效的吡咯及其衍生物c-2位直接芳基化的方法，以芳基鹵代物和 吡咯及其衍生物為反應(yīng)原料，以咪唑類離子液體為電解質(zhì)，以非質(zhì)子型極性溶劑為反應(yīng)溶 劑，在室溫條件下，以具有3,4,9，10_茈四羧酸酰亞胺結(jié)構(gòu)單元的roi類化合物為媒介，通過 恒電流或恒電勢電解的方法合成c-2位芳基化的吡咯及其衍生物。
[0010] 本發(fā)明中所涉及到的反應(yīng)可以采用以下通式來表示：
[0011]
[0012] 其中X選自氯、溴或碘;芳香鹵代物的芳香環(huán)為苯環(huán)，可以是2-取代或4-取代;心為 吸電子取代基;R2選自H、甲基或者苯基取代基。
[0013] 本發(fā)明的具體過程是:使用H-型分割電解池進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，將芳香鹵代物、反應(yīng)媒介 roi、支持電解質(zhì)、溶劑以及吡咯及其衍生物依次加入到電解池陰極室中，將Lieu支持電解 質(zhì)、溶劑以及吡咯及其衍生物依次加入陽極室中，分別插入陰極和陽極(對于恒電勢反應(yīng)， 陰極室還需插入Ag/AgN〇3(CH 3CN溶液)參比電極），室溫?cái)嚢钘l件下進(jìn)行恒電流或恒電勢電 解反應(yīng)至消耗電量lF/m〇l-10F/m 〇l;使用未分割的單池電解池進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，將芳香鹵代物、 反應(yīng)媒介roi、支持電解質(zhì)、溶劑以及吡咯及其衍生物依次加入到電解池中，插入陰極和陽 極(對于恒電勢反應(yīng)，還需插入Ag/AgN0 3(CH3CN溶液)參比電極），室溫?cái)嚢钘l件下進(jìn)行恒電 流或恒電勢電解反應(yīng)至消耗電量lF/m 〇l-10F/m〇l。電解結(jié)束后，分離反應(yīng)混合液并純化，得 到C-2芳基化的吡咯類化合物。
[0014] 下面對本發(fā)明方法進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)說明
[0015] 1)本發(fā)明所述的芳香鹵代物，可以是芳基碘代物，芳基溴代物或芳香氯代物;芳香 環(huán)取代基可以是乙?；?，酯基，氰基等吸電子取代基，但不僅僅局限于這些取代基。
[0016] 2)本發(fā)明所述的吡咯及其衍生物，可以是N-位取代的也可以是非取代的，取代基 可以是甲基或者苯基;其與芳香鹵代物的摩爾比為5:1至50:1，優(yōu)選為20:1-50:1。需要注意 的是，實(shí)際反應(yīng)時(shí)，僅有加入陰極室的吡咯參與目標(biāo)反應(yīng)，吡咯和芳基鹵代物的比值范圍是 指加入陰極室的部分。陽極室中加入吡咯是為了促使陽極室有電氧化反應(yīng)發(fā)生，只有這樣 陰極室的電還原反應(yīng)才能順利進(jìn)行，而陽極室加入吡咯的量沒有準(zhǔn)確要求。
[0017] 3)本發(fā)明所用的溶劑是非質(zhì)子型極性溶劑，可以是N，N-二甲基甲酰胺，N，N-二甲 基乙酰胺，二甲基亞砜，乙腈。
[0018] 4)本發(fā)明所用的離子液體是二取代或三取代咪唑型離子液體，可以是1，3_二烷基 取代或1，2，3-三烷基取代的咪唑雙三氟甲磺酰亞胺鹽，或者1，3-二烷基取代或1，2，3-三 烷基取代的咪唑四氟硼酸鹽。
[0019] 5)本發(fā)明所述的方法，反應(yīng)在室溫下進(jìn)行，采用間接電催化的方法，可以是恒電流 電解的方法也可以是恒電勢電解的方法;恒電流電解法的電流優(yōu)選為lmA-20mA;恒電勢電 解法以Ag/AgN0 3 (CH3CN溶液)為參比電極，電極電勢優(yōu)選為-1V至-9 V;反應(yīng)需消耗電量1F/ mol至10F/mol。
[0020] 6)本發(fā)明所述的方法，其特征在于所使用的電解池可以是未分割的單池電解池也 可以是H-型分割電解池；H-型分割電解池以G4砂芯板分割。H-型分割電解池可參考文獻(xiàn) (J.Am.Chem.Soc.2015，137,9816-9819)燒制。
[0021] 7)本發(fā)明所述的方法，在未分割的單池電解池中進(jìn)行電解反應(yīng)時(shí)，所用到的陰極 (工作電極)為玻碳電極或者鉑片電極，陽極(對電極)為石墨棒電極，鋅片電極或者鐵片電 極;在H-型分割電解池中進(jìn)行反應(yīng)時(shí)，所用到的陰極(工作電極)為玻碳電極或者鉑片電極， 陽極(對電極)為石墨棒電極。
[0022] 8)本發(fā)明所用的間接電催化的媒介為3,4,9,10-茈四羧酸酰亞胺(PDI)類化合物， 其結(jié)構(gòu)如下式所示：
[0023]
[0024] 其中R可以是非取代的也可以是取代的苯基，取代基選自單取代的甲基或者甲氧 基;R'選自直鏈或支鏈烷基、環(huán)己基或取代或非取代的苯基，取代基可以是單取代或多取 代的甲基、異丙基或者甲氧基;PDI與底物芳基鹵代物的摩爾比為1:40至1:4,優(yōu)選為1:10-1:4〇
[0025]