CN106008282B - 三氟甲基磺酸酯的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种三氟甲基磺酸酯的合成方法，使用三氟甲基磺酸酐和原酸酯作为反应试剂，在温和条件下高产率的合成三氟甲磺酸酯。本发明涉及的三氟甲磺酸酯的常规合成方法不仅反应温度高，操作麻烦，而且分离纯化困难。使用本发明的方法可在非常温和条件下进行反应，可用于合成一些常规方法难以合成的不稳定的三氟甲磺酸酯。而且产品中唯一的副产物是低沸点的酯，非常容易除去。
Description
技术领域
本发明涉及三氟甲基磺酸酯的合成方法，该方法可在温和条件下高效合成多种三氟甲基磺酸酯。
背景技术
三氟甲磺酸酯是有机合成中非常有用的一类试剂，常用作烷基化试剂。由于三氟甲磺酰基的强吸电子能力，反应活性比常规的烷基化试剂，如氯代物或烷基磺酸酯高的多。这类化合物由于非常活泼，仅有三氟甲磺酸甲酯相对比较稳定，其它的三氟甲磺酸酯容易发生消除，重排等副反应，需要在温和的条件下合成和后处理。同时这类化合物沸点低，腐蚀性强，后处理比较危险。因此三氟甲磺酸酯的制备一直是一个难题。
三氟甲磺酸酯最常见的合成方法是使用三氟甲磺酸酐和醇在碱的作用下反应获得，该方法反应条件可以非常温和，但是产生的盐类副产物需要水洗萃取除去，后处理操作极为繁琐，在这个过程中产物也易分解。
以三氟甲磺酸银和碘代烷反应可以获得三氟甲磺酸酯和碘化银，滤去无机盐即可获得较为纯净的三氟甲磺酸酯，但是此方法原料昂贵(T.Gramstad,R.N.Haszeldine,Journal of the Chemical Society 1956,173-180)。
CF3SO2OAg+CH3l→ CF3SO2OCH3 +Agl
Yield：69％
1973年，Beard等人以三氟甲磺酸和硫酸二甲酯为原料合成三氟甲磺酸甲酯，该方法反应温度高且原料有剧毒(C.D.Beard,K.Baum,Grakausk.V,Journal ofOrganicChemistry 1973,38,3673-3677)。
2CF3SO2OH+(CH3O)2SO2→ CF3SO2OCH3 +H2SO4
Yield:81％
1985年，Aubert等人使用三氟甲磺酸酐和三甲基硅醚来制备三氟甲磺酸酯，该方法同样会有一半的三氟甲磺酸酐损失(C.Aubert,J.P.Begue,Synthesis-Stuttgart1985,759-760)。
Ignatyev等人以三氟甲磺酸酐(或三氟甲磺酸和苯甲酰氯)和碳酸二甲酯为原料定量的制备了三氟甲磺酸甲酯。该方法产率较高，充分利用了分子中的三氟甲基，但是一个严重的问题是反应温度高、时间长，仅能制备稳定的三氟甲磺酸酯(Ignatyev,N.；Schmidt,M.；Heider,U.；Sartori,P.；Kucheryna,,WO 2002/098844,EP1399417B1,2002)
我们发现三氟甲磺酸酐可与原酸甲酯反应，在温和条件下定量形成三氟甲磺酸甲酯，在此基础上发展出一种温和条件下三氟甲基磺酸酯的通用合成方法。
该方法使用的原酸酯价格便宜，易于制备，无毒无污染。使用该方法，在非常温和的条件下可以高产率的获得各种结构的三氟甲基磺酸酯，包括不稳定的三氟甲磺酸仲醇酯。同时，产品中唯一的副产物是稳定的羧酸酯，无需纯化就可以直接用于很多有机反应中，也可以非常容易的通过蒸馏的方法除去。
发明内容
本发明提供了一种条件温和、操作方便、通用性好的三氟甲基磺酸酯的新的路线和方法。
本发明解决了稳定性差的三氟甲磺酸的制备问题。三氟甲磺酸酐与原酸酯可在温和条件下反应，获得常规方法难以获得的不稳定的三氟甲基磺酸酯。
本发明涉及一种三氟甲基磺酸酯(I)的合成方法，其特征是以三氟甲基磺酸酐与原酸酯(II)在有机溶剂中或无溶剂的条件下反应获得三氟甲基磺酸酯(I)：
所述的三氟甲基磺酸酯(I)具有如下的结构式：
所述的原酸酯(II)具有如下的结构式：
所述的R1＝H,Me,Et,n-Pr；R2＝Me,Et,n-Pr,i-Pr(异丙基),n-Bu,i-Bu(异丁基),s-Bu(叔丁基),n-Pent(戊基),n-Hex(己基),c-Pent(环戊基),c-Hex(环己基),n-C2nH4n+1；
所述n＝5-11；
原酸酯(II)和三氟甲磺酸酐在-40℃～50℃温度下反应0.1～5小时，推荐反应0.1～0.5小时。得到三氟甲基磺酸酯(I)和羧酸酯的混合物；
所述的化合物(II)和三氟甲磺酸酐的摩尔比为1：0.95-1.05；
所述的反应可以在有机溶剂中或者无溶剂中进行，使用的有机溶剂是石油醚、正己烷、二氯甲烷、氯仿或羧酸酯等；
所述的有机溶剂羧酸酯具有如下结构式：
所述的R3＝H,Me,Et,n-Pr；R4＝C1-C6脂肪烷基；
推荐所述的化合物(II)与有机溶剂的重量与体积比例为1克：1mL～50mL。
本发明的产物可以直接使用或经过蒸馏分离纯化。所述的蒸馏反应器可以采用普通批次反应器或连续流反应器。
本发明明显优于已知常规方法：
1)原料便宜易得，无毒无污染。而且充分利用了三氟甲基。
2)反应速度快。可以在低到-40℃下进行，室温下加料完毕反应即可结束。解决了稳定性差的三氟甲磺酸酯的合成问题。
3)反应无固体和气体产生，可以用于连续流动反应器。
4)产物纯度高，唯一副产物为稳定的羧酸酯，可以直接用于串联反应或一锅煮反应。
具体实施方式
下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。
实施例1三氟甲磺酸甲酯(TfOMe)的合成一
Tf2O+HC(OMe)3→TfoMe+HCO2Me
在冰浴下，将原甲酸三甲酯(3.18g,30mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐(8.47 g,30mmol)中，转至25℃下反应，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸甲酯无色液体9.74g，产率99％。
TfOMe:b.p.47℃/42mmHg；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.21(s,3H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ118.7(q,J＝321.2Hz),61.6；19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-74.5(s,3F).
实施例2三氟甲磺酸甲酯(TfOMe)的合成二
Tf2O+MeC(OMe)3→TfoMe+MeCO2Me
在冰浴下，将原乙酸三甲酯(3.60g,30mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐(8.47g,30mmol)中，转至25℃下反应，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸甲酯无色液体9.65g，产率98％。
实施例3三氟甲磺酸乙酯(TfOEt)的合成
Tf2O+HC(OEt)3→TfOEt+HCO2Et
在冰浴下，将原甲酸三乙酯(4.44g,30mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐(8.47g,30mmol)中，转至25℃下反应，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸乙酯无色液体10.15g，产率94％。
TfOEt:b.p.42℃(42mmHg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.62(q,J＝7.1Hz,2H),1.51(t,J＝7.1Hz,3H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ118.6(q,J＝320.8Hz),74.0,15.2；19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-75.2(s,3F).
实施例4三氟甲磺酸正丁酯的合成
Tf2O+HC(OnBu)3→TfOnBu+HCOOnBu
在冰浴下，将原甲酸三正丁酯(3.70g,15mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐(2.52ml,15mmol)中，转至25℃下反应，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸正丁酯无色液体5.53g，产率89％。
TfO(n-C4H9):b.p.40℃(4mmHg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.54(t,J＝6.4Hz,2H),1.87-1.74(m,2H),1.47(dd,J＝15.0,7.5Hz,2H),0.97(t,J＝7.4Hz,3H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ118.6(q,J＝320.8Hz),77.5,31.1,18.3,13.1；19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-75.3(s,3F).
实施例5三氟甲磺酸异丙酯(TfO(i-Pr))的合成
Tf2P+HC(Oi-C3H7)3→TfOi-C3H7+HCO2i-C3H7
在冰浴下，将原甲酸三异丙酯(5.71g,30mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐 (5.0ml,30mmol)中，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸异丙酯无色液体4.32g，产率75％。
TfO(i-Pr):b.p.25℃(1mmHg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ5.25-5.19(m,1H),1.52(d,J＝6.3Hz,7H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ118.5(q,J＝320.5Hz),86.4,23.0；19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-75.9(s,3F).
实施例6三氟甲磺酸异戊酯(TfO(i-C5H11))的合成
Tf2O+HC(Oi-C5H11)3→TfOi-C5H11+HCO2i-C5H11
在冰浴下，将原甲酸三异戊酯(4.11g,15mmol)缓慢加入到三氟甲磺酸酐(2.52ml,15mmol)中，转至25℃下反应，15分钟核磁监控，反应完毕，减压蒸馏得到三氟甲磺酸异戊酯无色液体5.98g，产率90％。
TfO(i-C5H11):b.p.25℃(0.2mmHg)；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ4.57(t,J＝6.5Hz,2H),1.82-1.75(m,1H),1.72(q,J＝6.5Hz,2H),0.96(d,J＝6.4Hz,6H)；13C NMR(101MHz,CDCl3)δ118.6(q,J＝321.2Hz),76.3,37.7,24.4,22.0；19F NMR(376MHz,CDCl3)δ-75.0(s,3F)。
Claims (5)
1.一种三氟甲基磺酸酯的合成方法，其特征是以三氟甲基磺酸酐与原酸酯(II)在有机溶剂中或无溶剂的条件下得三氟甲基磺酸酯(I)：
所述的三氟甲基磺酸酯(I)具有如下的结构式：
所述的原酸酯(II)具有如下的结构式：
所述的R1＝H,Me,Et,n-Pr；R2＝Me,Et,n-Pr,i-Pr,n-Bu,i-Bu,s-Bu,n-Pent,n-Hex,环戊基,环己基,n-C2nH4n+1；
所述n＝5-11；
原酸酯(II)和三氟甲磺酸酐在-40℃～50℃温度下反应0.1～5小时，得到三氟甲基磺酸酯(I)；
所述的化合物(II)和三氟甲磺酸酐的摩尔比为1：0.95-1.05。
2.如权利要求1所述的三氟甲基磺酸酯的合成方法，其特征是反应在无溶剂中进行。
3.如权利要求1所述的三氟甲基磺酸酯的合成方法，其特征是所述的有机溶剂是石油醚、正己烷、二氯甲烷、氯仿或羧酸酯；
所述的有机溶剂羧酸酯具有如下结构式：
所述的R3＝H,Me,Et,n-Pr；R4＝C1-C6脂肪烷基。
4.如权利要求1所述的三氟甲基磺酸酯的合成方法，其特征是所述的产物经过蒸馏分离纯化。
5.如权利要求1所述的三氟甲基磺酸酯的合成方法，其特征是所述的反应是在普通批次反应器或连续流反应器中进行。
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