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方法文章

离子液体介导的高立体选择性合成1,6-酮酯:一种三组分反应实现快速获取新型小分子凝胶剂

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DOI:

10.3791/53213

2015年11月27日

本文内容

摘要

离子液体(ILs)可实现快速、简便且低成本地获得高非对映选择性和良好产率的1,6-酮酯。该反应方法稳定可靠,经过简单的过滤操作即可获得克级规模的1,6-酮酯产物。此外,这些1,6-酮酯在烃类溶剂中表现出显著的凝胶化能力。

摘要

在有机化学中,离子液体(ILs)已作为安全且可循环利用的反应溶剂受到关注。在碱存在下,离子液体可发生去质子化,生成具有催化活性的N-杂环卡宾(NHCs)。本文中,我们利用离子液体作为预催化剂,催化α,β-不饱和醛与查尔酮加成,以高度立体选择性的方式生成含anti-二苯基结构单元的1,6-酮酯。该反应具有广泛的底物适用范围,多种官能团和杂芳环均可被引入酮酯骨架中,通常以良好收率获得产物,同时保持优异的立体选择性。该反应方法稳健且可放大。起始原料廉价易得,产物经简单过滤即可获得,无需耗费大量溶剂的柱色谱纯化。此外,离子液体可循环使用达5次,而催化活性未见明显下降。更重要的是,所得1,6-酮酯终产物在多种烃类溶剂中表现出强效凝胶化能力。该方法可快速获得并评估一类新型低分子量凝胶剂(LMWGs),且原料可循环、成本低廉。

引言

有机合成过程示意图;离子液体反应以克级规模形成有机凝胶。

(上方)1,6-酮酯的三组分合成:一类新型小分子凝胶剂。

离子液体(ILs)具有高稳定性、低挥发性、不可燃性,因此被视为安全的反应介质和可循环利用的理想溶剂而受到关注。1-3 二烷基咪唑鎓是一类特定的离子液体,在碱存在下可发生去质子化,生成N-杂环卡宾(NHC)。4 在有机催化领域,NHC可通过不同的反应路径发挥作用,已广泛应用于多种通用反应中。5-11

尽管如此,离子液体(ILs)与NHC催化形成碳-碳键反应之间的关联仍鲜有研究。然而,已有报道表明,由离子液体衍....

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方案

1. 克级规模合成甲基6-氧代-3,4,6-三苯基己酸酯

  1. 在旋转蒸发仪上,将乙酸-1-乙基-3-甲基咪唑(EMIMAc)置于圆底烧瓶中,在10 mBar、40 °C条件下干燥1小时。
  2. 向装有磁力搅拌子的100 ml圆底烧瓶中加入2.1 g干燥的EMIMAc和1.0 g 1,3-二苯基-2-丙烯-1-酮。
  3. 向烧瓶中加入2.019 ml甲醇和2.3 g肉桂醛。
  4. 在室温(22 °C)下,加入60 ml二氯甲烷,搅拌1分钟以溶解混合物。
  5. 随后向搅拌中的混合物(步骤1.4)中加入0.37 ml 1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯(DBU),并盖紧圆底烧瓶。
  6. 使用磁力搅拌子在室温(22 °C)下以500 rpm的速度搅拌。
  7. 通过1H NMR检测反应是否完成24。观察查尔酮双键在7.8 ppm处信号的消失。
  8. 当反应完成后,在旋转蒸发仪上于10 mBar、20 °C条件下除去挥发性物质,持续15分钟。
  9. 向残留物中加入50 ml甲醇,用磁力搅拌子搅拌以溶解EMIMAc。
  10. 以750 rpm的速度剧烈搅拌30分钟,使烧瓶壁上的固体脱落;如有必要,可用刮刀刮下残留固体。
  11. 在烧结漏斗(孔径3)上过滤该混合物。
  12. 用额外的20 ml甲醇洗涤滤饼。如需回收EMIMAc....

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结果

如上所述,EMIMAc在α,β-不饱和醛与查尔酮的正式共轭加成反应中起到预催化剂的作用。其他市售的咪唑啉类离子液体,如1-乙基-3-甲基咪唑氯化物(EMIMCl和1-丁基-3-甲基咪唑氯化物(BMIMCl)也进行了考察,但这些反应的产率较低,表明乙酸根阴离子可能对反应活性具有重要作用(表1,条目1-3)27,28*

* 目前尚不清楚该反应中阴离子的作用。有关阴离子在NHC催化中作用的研究,请参见文献27和28。

催化剂筛选表、溶剂效应、产率结果、化学结构图、反应条件

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讨论

根据酮酯3的X射线分析确定的anti构型,以及Bode及其同事提出的机理研究30,推测出以下反应路径(图5)。离子液体(IL)去质子化生成N-杂环卡宾(NHC)物种;NHC与不饱和醛反应生成Breslow中间体I。Breslow中间体与查尔酮发生交叉安息香反应,生成二烯II。中间体II通过船式过渡态(TS)发生氧杂-Cope重排,形成anti取向的立体生成中心III。经过互变异构后,酰基唑𬭩IV与甲醇反应,释放产物并再生催化剂。

化学反应机理图;互变异构过程;甲醇参与;过渡态。
图 5:NHC 催化查尔酮与肉桂醛加成反应的催化循环(R = Me, Et)。经参考文献<.......

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

我们衷心感谢瑞典研究理事会 Formas 提供的慷慨资金支持。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
乙酸-1-乙基-3-甲基咪唑𬭩Aldrich51053-100G-F由 BASF 生产,纯度≥90%,使用前在旋转蒸发仪上干燥(10 mBar,40 °C,1 小时)
CAS 号:143314-17-4
1,3-二苯基-2-丙烯-1-酮Aldrich11970-100G98.0%
CAS 号:94-41-7
反式肉桂醛 AldrichC80687-25G99%,使用前在氮气氛围下储存
CAS 号:14371-10-9
1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯Aldrich139009-25G98%
CAS 号:6674-22-2
甲醇Sigma-Aldrich32213N-2.5L特级纯,ACS 试剂,符合 ISO 标准,符合欧洲药典标准,≥99.8%(GC)
CAS 号:67-56-1
二氯甲烷Fischer ChemicalD/1852/17X分析纯试剂级,以亚胺稳定
CAS 号:9/2/1975
正庚烷Fischer ChemicalH/0160/17X分析纯试剂级
CAS 号:142-82-5

参考文献

  1. Hallett, J. P., Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids: Solvents for Synthesis and Catalysis. 2. Chem. Rev. 111, 3508-3576 (2011).
  2. Welton, T. Room-Temperature Ionic Liquids. Solvents for Synthesis and Catalysis. Chem. Rev. 99, 2071-2084 (1999).
  3. ....

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