馬壯士+任秀麗+王珍瑜
摘 要:在鈷催化劑存在下,考察環(huán)氧化合物和N-磺?;?1,2,3-三唑類化合物作為底物的反應。通過篩選多種鈷催化劑,期望N-磺酰基-1,2,3-三唑類化合物生成鈷-卡賓中間體并與環(huán)氧化合物有效生成多取代1,4-噁嗪類衍生物。經(jīng)過對催化劑、反應溫度、反應時間的試驗和選擇,確定鈷催化劑能夠生成預期的卡賓中間體,并替代貴金屬銠催化卡賓的轉移反應。
關鍵詞:1,4-噁嗪;N-對甲苯磺?;?1,2,3-三氮唑;卡賓
1,4-噁嗪類衍生物是一種雜環(huán)化合物,它被廣泛應用于殺菌劑、殺蟲劑、農藥與藥品[1-4]。例如,1,4-噁嗪衍生物十三嗎啉具備廣譜性和內吸性的特征,它對抑制白粉病菌有較強的作用[5-6];Kourounakis小組報導了對1,4-噁嗪類衍生物在抗氧化和抗炎的研究結果[7]。但目前1,4-噁嗪類衍生物的多數(shù)合成路線反應條件比較苛刻、原料藥昂貴,導致該類化合物合成路線復雜,副反應多,收率低,成本較高[7-10]。所以開發(fā)1,4-噁嗪類衍生物的新方法和路線對含該類雜環(huán)的殺菌劑、殺蟲劑、農藥及藥品的開發(fā)和應用有明顯的價值。
最近報道以N-磺?;?1,2,3-三唑類化合物與環(huán)氧化合物為原料來構建1,4-噁嗪結構,該合成方法以雙核銠作催化劑,反應操作簡單,原料易得[11]。但貴金屬銠的使用不利于工業(yè)化生產(chǎn),而且普遍產(chǎn)率不高,反應有較大的優(yōu)化空間[12]。因此,我們考慮用廉價的鈷作為催化,期望改善反應的有效性,提高該反應的工業(yè)應用前景。
1 實驗部分
1.1 儀器與試劑
分析天平JA503;數(shù)顯恒溫磁力攪拌器JK-2010;循環(huán)水多用真空泵SHZ-D;旋轉蒸發(fā)儀R-1002VN;石油醚,乙酸乙酯,二氯乙烷,三氯甲烷,4-甲基苯乙炔,對甲苯磺酰疊氮,柱層層析硅膠,氧化苯乙烯,乙酰丙酮鈷,醋酸鈷,溴化鈷,氯化鈷,醋酸鈷,N, N′-二水楊醛乙二胺鈷。
1.2 N-對甲苯磺酰基-1,2,3-三氮唑的合成
先用自來水、蒸餾水清洗將實驗中所用到的玻璃器皿,烘干備用。然后計算各試劑的用量。將已稱好的4-戊基本乙炔放入燒瓶中加入三氯甲烷進行溶解,并在室溫條件下攪拌5-10分鐘,然后將已稱量好的對甲苯磺酰疊氮、乙酸乙酯溶液加到燒瓶中,在30-40℃水浴加熱不斷攪拌1小時,使底物完全反應。之后用二氯乙烷對反應的溶液進行柱層析,除去反應中所用到的金屬催化劑,然后用旋轉蒸發(fā)儀將所收集到的溶液進行蒸發(fā),用來除去溶液中的溶劑,既得到N-對甲苯磺?;?1,2,3-三唑的粗品。之后使用按PE:EA=10:1的比例的溶劑對粗品進行多次洗滌,得到白色的純品N-對甲苯磺?;?1,2,3-三唑用于下一步的反應。
1.3 多取代1,4-噁嗪類衍生物的合成
圖1多取代1,4-噁嗪類衍生物的合成反應
用自來水和蒸餾水清洗實驗中所用到的玻璃器皿,烘干備用。分別稱取63 mg的N-對甲苯磺?;?4-(4-甲基苯基)-1,2,3-三氮唑,36mg氧化苯乙烯、6.3 mg乙酰丙酮鈷和0.6 mL的1,2-二氯乙烷,按順序加入干燥的15mL耐壓反應管中。反應液需在充滿氮氣的情況下,90℃下恒溫水浴下不斷攪拌3h。待攪拌結束后,靜置一段時間冷卻至室溫,使液體直接過按石油醚的體積是乙酸乙酯的10倍配制而成的硅膠柱,得到目標產(chǎn)物的粗品,再進行重結晶得到純品,進行分析。
2 結果與討論
2.1 反應條件的探索
由表1可得,該過程采用相同的溫度和時長下,采用不同種類的催化劑,使得目標產(chǎn)物的產(chǎn)率不同,其中用乙酰丙酮鈷作為催化劑時產(chǎn)物的收率最高。以乙酰丙酮鈷作為催化劑且相同的反應時間,合成的初始溫度為70℃,然后按照每10℃的增加,隨著溫度的提升產(chǎn)物的收率緩緩的增長,其中當溫度為90℃的時候產(chǎn)物的收率最高,當溫度提升到100℃時產(chǎn)物的收率反而減少。乙酰丙酮鈷作為催化劑在相同的反應溫度,合成的時間依次為2小時、3小時、4小時,隨著時間延長產(chǎn)物的產(chǎn)率漸漸增加,其中底物相互作用的時長為3h時,產(chǎn)物的收率達到最高,當時間增加到4h時產(chǎn)物的收率反而減少。
2.2 反應機理
根據(jù)實驗的結果,我們提出了反應的機理。首先,N-對甲苯磺酰基-1,2,3-三唑與鈷催化劑反應生成鈷-卡賓中間體,同時放出一分子的氮氣;活性鈷-卡賓與氧化苯乙烯作用可形成氧鎓葉里德,但該中間體不穩(wěn)定,環(huán)氧的三元環(huán)開環(huán),同時伴隨鈷催化劑的離去及氨基的親核加成,即可生成最終的多取代1,4-噁嗪。由于芐基正離子的特殊穩(wěn)定性,我們分離得到的終產(chǎn)物均為高區(qū)域選擇性的 產(chǎn)品,這對該類結構藥物的合成有較好的應用價值和意義。
3 結論
在鈷催化劑存在下,我們考察了環(huán)氧化合物和N-磺?;?1,2,3-三唑類化合物作為底物的反應。在乙酰丙酮鈷的催化作用下,合成溫度為90℃,反應2-3小時,可得到期望的多取代1,4-噁嗪類衍生物。確定了鈷催化劑能夠生成預期的卡賓中間體,并替代貴金屬銠催化卡賓的轉移反應,這對卡賓化學有重要的補充;同時選擇鈷作為催化劑能大大降低成本,又有一定的應用價值。
作者簡介
馬壯士(1995-),男,漢族,河南省周口市人,本科,研究方向:從事藥物合成與應用。endprint