張金相 ，王 琳 ，武可書 ，劉 鯤 ，王 斌

（1.天津師范大學(xué)化學(xué)學(xué)院，天津300387；2.天津師范大學(xué)無(wú)機(jī)-有機(jī)雜化功能材料化學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387；3.天津師范大學(xué)天津市功能分子結(jié)構(gòu)與性能重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津300387）

喹啉和異喹啉類化合物是很多有生物活性的天然產(chǎn)物和藥物的基本骨架，廣泛應(yīng)用于治療瘧疾、抗癌藥物等的生產(chǎn)[1-3].因此，合成含有各種取代基的喹啉和異喹啉類化合物對(duì)于新藥研發(fā)有重大意義[4-7]，也逐漸成為有機(jī)化學(xué)研究的前沿領(lǐng)域之一[8-10].近年來(lái)，可見(jiàn)光誘導(dǎo)下的金屬催化有機(jī)反應(yīng)備受關(guān)注，相對(duì)于傳統(tǒng)的有機(jī)催化化學(xué)反應(yīng)（如加熱方法），可見(jiàn)光誘導(dǎo)的反應(yīng)能量來(lái)源清潔廉價(jià)，裝置簡(jiǎn)便，反應(yīng)條件溫和可控，能夠滿足化學(xué)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)中對(duì)于環(huán)境友好型和可持續(xù)利用的要求[11-14].如Condie等[1]報(bào)道了一種氧化偶聯(lián)方法，通過(guò)可見(jiàn)光作用實(shí)現(xiàn)了芳基叔胺和硝基烷烴的反應(yīng).在催化劑使用方面，相對(duì)于傳統(tǒng)貴金屬（如：銠，釕，鈀，銥等）化合物催化劑，金屬銅配合物具有價(jià)格低廉、毒性低、來(lái)源豐富等優(yōu)點(diǎn)[15-17]，近年來(lái)被廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成領(lǐng)域.

為了探究可見(jiàn)光誘導(dǎo)下的金屬銅配合物催化有機(jī)反應(yīng)方法在喹啉和異喹啉類化合物合成上的應(yīng)用，本研究使用 2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-鄰菲啰啉碳硼烷雙二苯基膦一價(jià)銅配合物（Cu1）和質(zhì)子酸作為雙催化劑，在可見(jiàn)光誘導(dǎo)下，成功催化了2-甲基喹啉類化合物和N-苯基四氫異喹啉類化合物的交叉脫氫偶聯(lián)反應(yīng).為了得到較高收率，本研究對(duì)Cu1的用量、酸的種類及用量、溶劑的種類及用量、反應(yīng)時(shí)間等條件進(jìn)行了篩選，為喹啉和異喹啉類的偶聯(lián)反應(yīng)合成新型化合物提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù).

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 儀器與試劑

儀器：Mercury400MHz型核磁共振儀，美國(guó)Varian公司；Yanaco-241型顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀，北京世紀(jì)科信儀器公司.

試劑：1，2-二碳十硼烷，梯希愛(ài)（上海）化成工業(yè)發(fā)展有限公司；二苯基氯化膦，天津希恩思生化科技有限公司；2-甲基喹啉類化合物，薩恩化學(xué)技術(shù)（上海）有限公司.所有試劑均為分析純.

光催化劑 2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-鄰菲啰啉碳硼烷雙二苯基膦一價(jià)銅配合物（Cu1）按照文獻(xiàn)[18]的方法合成，四氫異喹啉類原料按照文獻(xiàn)[19]的方法制備.

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 2-甲基喹啉和四氫異喹啉合成反應(yīng)條件的篩選

2-甲基喹啉和四氫異喹啉偶聯(lián)反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)步驟：在50 mL的Schlenk瓶中加入一定量的光催化劑Cu1、間甲基苯甲酸（或其他酸類）、2-甲基喹啉或其衍生物、N-苯基四氫異喹啉或其衍生物、溶劑（甲醇與乙腈或二氯甲烷混合物）.反應(yīng)體系充滿氧氣，距離反應(yīng)瓶2 cm處放置3.5 W的LED白光燈帶.反應(yīng)完成后將溶劑去除，通過(guò)硅膠柱層析色譜方法進(jìn)行分離，獲得相應(yīng)的脫氫偶聯(lián)產(chǎn)物.2-甲基喹啉和N-苯基四氫異喹啉脫氫偶聯(lián)反應(yīng)方程式如圖1所示.反應(yīng)體系中，2-甲基喹啉的物質(zhì)的量為0.4 mmol，N-苯基四氫異喹啉為0.2 mmol，對(duì)Cu1的用量、溶劑的種類及用量、酸的種類及用量以及反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行篩選，最終得出最佳反應(yīng)條件.

圖1 2-甲基喹啉與對(duì)N-苯基四氫異喹啉的化學(xué)反應(yīng)方程式Fig.1 Chemical reaction formula of 2-methylquinoline with N-phenyl-tetrahydroisoquinoline

另外，在其他條件不變的情況下，一方面以空氣為反應(yīng)氣體環(huán)境，考察氣體環(huán)境對(duì)該反應(yīng)的影響；另一方面，在避光環(huán)境下進(jìn)行反應(yīng)，考察光照對(duì)該反應(yīng)的影響.

1.2.2 實(shí)驗(yàn)底物的擴(kuò)展

選用2-甲基喹啉及衍生物和N-苯基四氫異喹啉及衍生物為底物，使用Cu1和質(zhì)子酸作為雙催化劑，在1.2.1中得到的最佳條件下催化脫氫偶聯(lián)反應(yīng)，得到不同種類的脫氫偶聯(lián)產(chǎn)物.化學(xué)反應(yīng)通式如圖2所示.

圖2 2-甲基喹啉和N-苯基四氫異喹啉脫氫偶聯(lián)反應(yīng)通式Fig.2 General dehydrogenation coupling reaction formula of 2-methylquinoline with N-phenyl-tetrahydroisoquinoline

1.2.3 對(duì)產(chǎn)物的表征

使用顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀與核磁共振儀分別對(duì)15種反應(yīng)產(chǎn)物的熔點(diǎn)和1H NMR進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)對(duì)表征數(shù)據(jù)的分析確定產(chǎn)物結(jié)構(gòu).

2 結(jié)果與分析

2.1 Cu1光催化2-甲基喹啉與N-苯基四氫異喹啉偶聯(lián)反應(yīng)條件的篩選

反應(yīng)體系中，2-甲基喹啉固定為0.4 mmol，N-苯基四氫異喹啉為0.2 mmol，用氧氣作為氣體氛圍，對(duì)Cu1的用量、酸的種類及用量、溶劑的種類及用量以及反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行篩選，不同條件下產(chǎn)物的產(chǎn)率如表1所示.

表1 不同條件下2-甲基喹啉與N-苯基四氫異喹啉反應(yīng)的產(chǎn)率Tab.1 Yield of 2-methylquinolinereacted with N-phenyltetrahydroisoquinoline under different conditions

由表1可以看出，最佳條件：Cu1的物質(zhì)的量為3.0 μmol，酸的種類為間甲基苯甲酸（MTA），其用量為6.0 μmol，溶劑為甲醇（MeOH）與乙腈（MeCN）的等體積混合物（各1.0mL），在氧氣氛圍下，3.5W的LED白光燈光照35 h，產(chǎn)物的產(chǎn)率最大，為91%.

在反應(yīng)氣體環(huán)境的對(duì)照實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)其他反應(yīng)條件相同、氣體環(huán)境為氧氣時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率為60.9%，而氣體環(huán)境為空氣時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)率僅為5.1%，因此氧氣環(huán)境有利于反應(yīng)進(jìn)行.反應(yīng)在避光環(huán)境中進(jìn)行時(shí)，產(chǎn)率僅為20%，因此認(rèn)為，該反應(yīng)中可見(jiàn)光源是必不可少的.

2.2 Cu1光催化不同取代基的2-甲基喹啉與N-苯基四氫異喹啉反應(yīng)

在最優(yōu)條件下，以不同取代基的2-甲基喹啉和N-苯基四氫異喹啉作為反應(yīng)底物，最終合成了15種化合物，產(chǎn)率如表2所示.

表2 帶有不同取代基的2-甲基喹啉與N-苯基四氫異喹啉反應(yīng)及產(chǎn)率Tab.2 Products and yield of reactions of 2-methylquinoline with N-phenyl-tetrahydroisoquinoline having different substituents

在連有不同取代基的2-甲基喹啉與N-苯基四氫異喹啉反應(yīng)結(jié)果中，當(dāng)R1為供電子基團(tuán)時(shí)（甲基和甲氧基）產(chǎn)率分別為71%與64%（分別對(duì)應(yīng)產(chǎn)物b和e），當(dāng)R1為受電子基團(tuán)時(shí)（硝基和溴）產(chǎn)率均為57%（分別對(duì)應(yīng)產(chǎn)物c和d），因此當(dāng)R1為供電子基團(tuán)時(shí)有利于反應(yīng)進(jìn)行.當(dāng)R2分別為甲基、氟、氯、溴時(shí)，相應(yīng)的產(chǎn)率分別為77%、58%、77%和66%（對(duì)應(yīng)產(chǎn)物分別為g、o、k和j），即R2為甲基和氯時(shí)反應(yīng)產(chǎn)率較高.

化合物a：白色固體.m.p.119～121℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.14 （d，J=8.3 Hz，1H），7.95（d，J=8.3 Hz，1H），7.78（m，2H），7.51（t，J=7.6 Hz，1H），7.16（m，4H），7.08（d，J=8.0 Hz，1H），7.01（m，1H），6.95（d，J=8.0 Hz，2H），6.88（d，J=7.5 Hz，1H），6.67（t，J=7.2 Hz，1H），5.47（t，J=6.9 Hz，1H），3.82（m，1H），3.72（m，1H），3.36（m，1H），3.15（m，1H），2.95（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物b：白色固體.m.p.123～125℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.06（d，J=8.5 Hz，1H），7.88（d，J=8.3 Hz，1H），7.58（m，2H），7.20（m，4H），7.05（m，2H），6.96（d，J=8.3 Hz，2H），6.88（d，J=7.5 Hz，1H），6.68（t，J=7.1 Hz，1H），5.47（t，J=6.9 Hz，1H），3.84（m，1H），3.72（m，2H），3.36（m，1H），3.18（m，1H），2.96（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物c：白色固體.m.p.131～133℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.02 （d，J=8.9 Hz，1H），7.91 （d，J=2.1 Hz，1H），7.85 （d，J=8.4 Hz，1H），7.78（d，J=8.9 Hz，1H），7.18（m，4H），7.08（d，J=8.4 Hz，1H），7.01（m，1H），6.91（d，J=8.1 Hz，2H），6.84（d，J=7.6 Hz，1H），6.69（t，J=7.2 Hz，1H），5.43（t，J=7.0 Hz，1H），3.81（m，1H），3.71（m，2H），3.38（m，1H），3.16（m，1H），2.95（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物d：黃色固體.m.p.156～158℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.72（s，1H），8.49（d，J=9.2 Hz，1H），8.25（d，J=9.2 Hz，1H），8.11（d，J=8.4 Hz，1H），7.21 （m，5H），7.05 （m，1H），6.92（m，3H），6.70（t，J=7.2 Hz，1H），5.50（t，J=7.0 Hz，1H），3.82（m，1H），3.73（m，2H），3.41（m，1H），3.17（m，1H），2.97（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物 e：白色固體.m.p.52～54℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.44（s，1H），8.14（d，J=8.3 Hz，1H），8.06（d，J=8.0 Hz，1H），7.78（m，2H），7.18（m，4H），7.07（m，1H），6.92（m，3H），6.70（t，J=7.2 Hz，1H），5.43（t，J=7.0 Hz，1H），3.83（m，1H），3.71（m，2H），3.41（m，1H），3.15（m，1H），2.94（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物f：白色固體.m.p.121～123℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.05（d，J=9.2 Hz，1H），7.86（d，J=8.4 Hz，1H），7.38（m，1H），7.16（m，4H），7.04（m，3H），6.93（d，J=8.3 Hz，2H），6.87（d，J=7.6 Hz，1H），6.68（t，J=7.2 Hz，1H），5.42（t，J=7.0 Hz，1H），3.92（m，3H），3.82（m，1H），3.72（m，2H），3.33（m，1H），3.16（m，1H），2.95（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物g：白色固體.m.p.105～106℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.14（d，J=8.4 Hz，1H），7.97（d，J=8.3 Hz，1H），7.77（m，2H），7.52（t，J=7.3 Hz，1H），7.14（m，3H），7.03（m，1H），6.97（d，J=8.4 Hz，2H），6.91（d，J=7.6 Hz，1H），6.84（d，J=8.4 Hz，2H），5.41（t，J=7.0 Hz，1H），3.79（m，1H），3.71（m，2H），3.37（m，1H），3.15（m，1H），2.89（m，1H），2.19（s，3H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物h：白色固體.m.p.105～107℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.03（d，J=8.5 Hz，1H），7.88（d，J=8.4 Hz，1H），7.56（m，2H），7.14（m，2H），7.07（d，J=8.4 Hz，1H），7.03（m，3H），6.89（d，J=7.6 Hz，1H），6.83（d，J=8.6 Hz，2H），5.38（t，J=7.1 Hz，1H），3.80（m，1H），3.70（m，2H），3.35（m，1H），3.15（m，1H），2.89（m，1H），2.53（s，3H），2.19（s，3H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[10]中一致.

化合物 i：白色固體.m.p.106～109℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.06（d，J=9.0 Hz，1H），7.97（m，1H），7.91（s，1H），7.87（d，J=8.4 Hz，1H），7.79 （d，J=8.9 Hz，1H），7.14 （d，J=3.5 Hz，2H），7.04（m，1H），6.94（t，J=8.0 Hz，3H），6.79（d，J=8.6 Hz，2H），5.38（t，J=7.0 Hz，1H），3.79（m，1H），3.70（m，2H），3.39（m，1H），3.14（m，1H），2.87（m，1H），2.18（s，3H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[10]中一致.

化合物 j：白色固體.m.p.155～157℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.16（d，J=8.4 Hz，1H），7.96（d，J=8.3 Hz，1H），7.77（m，2H），7.53（t，J=7.8 Hz，1H），7.20（m，4H），7.04（d，J=8.3 Hz，2H），6.90 （d，J=7.5 Hz，1H），6.81 （d，J=8.9 Hz，2H），5.44（t，J=7.0 Hz，1H），3.78（m，1H），3.65（m，1H），3.36（m，1H），3.13（m，1H），2.96（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物k：白色固體.m.p.158～160℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.19（d，J=8.3 Hz，1H），7.99（d，J=8.3 Hz，1H），7.80（m，2H），7.55（t，J=7.2 Hz，1H），7.19（d，J=2.8 Hz，2H），7.10（m，4H），6.93（m，3H），5.46（t，J=6.8 Hz，1H），3.81（m，1H），3.66（m，2H），3.39（m，1H），3.17（m，1H），2.97（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

化合物 l：白色固體.m.p.174～175℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.03 （d，J=8.5 Hz，1H），7.87（d，J=8.3 Hz，1H），7.57（m，2H），7.16（m，2H），7.07（m，4H），6.88（d，J=7.6 Hz，1H），6.84（d，J=9.0 Hz，2H），5.40（t，J=7.0 Hz，1H），3.78（m，1H），3.65（m，2H），3.34（m，1H），3.16（m，1H），2.95（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[10]中一致.

化合物m：白色固體.m.p.146～147℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.01 （d，J=8.9 Hz，1H），7.91（d，J=2.1 Hz，1H），7.86（d，J=8.4 Hz，1H），7.80（m，1H），7.17（m，2H），7.08（m，4H），6.86（d，J=7.6 Hz，1H），6.82（d，J=9.0 Hz，2H），5.39（t，J=7.0 Hz，1H），3.77（m，1H），3.64（m，2H），3.33（m，1H），3.12（m，1H），2.95（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[10]中一致.

化合物n：黃色固體.m.p.173～174℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.72（s，1H），8.49（d，J=9.2 Hz，1H），8.23 （d，J=9.2 Hz，1H），8.11 （d，J=8.4 Hz，1H），7.18（m，3H），7.07（m，3H），6.86（m，3H），5.44（t，J=7.0 Hz，1H），3.77（m，1H），3.68（m，2H），3.38（m，1H），3.16（m，1H），2.97（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[10]中一致.

化合物o：白色固體.m.p.154～156℃.1H NMR（400 MHz，CDCl3，TMS）δ8.14（d，J=8.4 Hz，1H），7.98（d，J=8.3 Hz，1H），7.79（m，2H），7.54（t，J=7.6 Hz，1H），7.17（d，J=4.0 Hz，2H），7.09（m，2H），6.92（d，J=7.6 Hz，1H），6.86（m，4H），5.40（t，J=6.9 Hz，1H），3.81（m，1H），3.65（m，2H），3.37（m，1H），3.14（m，1H），2.93（m，1H）.表征結(jié)果與文獻(xiàn)[9]中一致.

3 討論與結(jié)論

本研究以可見(jiàn)光為能量來(lái)源，以廉價(jià)易得且對(duì)環(huán)境友好的金屬銅配合物（2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-鄰菲啰啉碳硼烷雙二苯基膦一價(jià)銅配合物，Cu1）和間甲基苯甲酸為雙催化劑，催化喹啉類和異喹啉類的C—H交叉脫氫偶聯(lián)反應(yīng).根據(jù)文獻(xiàn)[9-10，20]的報(bào)道，推斷本研究的反應(yīng)機(jī)理為：在可見(jiàn)光條件下，Cu1與間甲基苯甲酸組成的雙催化劑促使異喹啉類物質(zhì)與喹啉類物質(zhì)形成C（sp3）—C（sp3）鍵，其中，間甲基苯甲酸將喹啉類物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楦佑H核的烯胺，Cu1在氧氣存在下使異喹啉類物質(zhì)變?yōu)橛H電子的亞胺離子，二者發(fā)生偶聯(lián)反應(yīng)，生成新的化合物.本研究首先以一種喹啉類（2-甲基喹啉）和一種異喹啉類（N-苯基四氫異喹啉）為底物，篩選出最優(yōu)反應(yīng)條件.在此條件下，選用帶有不同取代基的2-甲基喹啉和N-苯基四氫異喹啉作為反應(yīng)底物，成功合成了15種化合物.與文獻(xiàn)[9-10]相比，本研究以可見(jiàn)光代替?zhèn)鹘y(tǒng)的加熱方法，以Cu1和間甲基苯甲酸取代氧代哌啶銨鹽為催化劑，反應(yīng)條件溫和可控，能源和催化劑成本低廉，同樣獲得了較高的收率.