CN107033006B - 一种二芳基酮的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二芳基酮的制备方法。该方法是将取代硝基苯与芳乙酸酯溶于有机溶剂中，加入碱，在10‑60oC下于空气或氧气氛围反应0.5‑24小时，得到二芳基酮；所述取代硝基苯与芳乙酸酯的摩尔比为0.5:1~5:1，所述碱与芳乙酸酯的摩尔比为1:1~5:1。该方法克服了现有技术中需要采用强酸或昂贵金属试剂或强氧化剂等不足，具有以下优点：1）以空气为氧化剂，避免了使用强或昂贵的化学氧化剂；2）无过渡金属催化剂，避免了重金属离子残留在产品中；3）无需诱导基团，避免了引入诱导基团和除去诱导基团的多余步骤；4）直接实现对硝基芳烃的邻位或对位的酰基化，这是经典付‑克酰化方法无法实现的。本发明公开的合成方法将在制备二芳基酮，特别是硝基芳烃邻位或对位酰基化产物的工业化生产中发挥重要作用。
Description
技术领域
本发明涉及一种二芳基酮的制备方法，具体地说，涉及一种取代硝基苯与芳乙酸酯在碱作用下于空气或氧气氛围发生多步转化制备二芳基酮的方法。
背景技术
二芳基酮是一类重要的分子砌块，广泛用于医药、天然产物、功能材料和农用化学品等。芳基酮的制备方法主要包括Friedel-Crafts酰化法（G. A. Olah, Friedel-Crafts Chemistry, Wiley, New York, 1973; G. Sartori, R. Maggi, Advances in Friedel- Crafts Acylation Reactions, CRC Press, Boca Raton, FL, 2010），过渡金属催化偶联法（Xiao, et al, Eur. J. Org. Chem., 2015, 36, 7919-7925及引用的文献），一氧化碳插入法（László Kollár, Modern Carbonylation Methods, Wiley, Weinheim, 2008; H.M. Colquhoun, D. J. Thompson and M. V. Twigg, Carbonylation: Direct Synthesis of Carbonyl Compounds, Springer, New York, 1991），仲醇氧化法（M. Hudlicky,Oxidations in Organic Chemistry, American Chemical Society, Washington, DC,1990; M. Fernandez, G. Tojo, Oxidation of Alcohols to Aldehydes and Ketones:A Guide to Current Common Practice,Springer, New York, 2006）和二芳基甲烷氧化法（Shen, et al, Tetrahedron, 2015, 71, 6733-6739及引用的文献）。其中，Friedel-Crafts酰化法需要使用过量的酰氯和Lewis酸，对设备易造成腐蚀，对设备要求高，同时产生严重的三废；过度金属催化偶联法通常需要在偶联组分引入导向基团，且需使用毒性较大或（且）昂贵的金属催化剂，容易造成金属离子残留；一氧化碳插入法不仅需要使用贵金属催化剂，而且需要在高压操作，因而对设设备要求高，且安全性差；仲醇氧化法和二芳基甲烷氧化法则常需要使用当量甚至过量的化学氧化剂，产生大量三废，即使有使用氧气或空气的方法报道，但一般需要金属催化剂或催化量的化学氧化剂。
发明内容
本发明的目的是提供一种原料易得、工艺简单的二芳基酮制备方法。
本发明所提供的二芳基酮的合成方法，是将取代硝基苯与芳乙酸酯溶于有机溶剂中，加入碱，在0-60oC下于空气或氧气氛围反应0.5-24 小时，得到二芳基酮；所述取代硝基苯与芳乙酸酯的摩尔比为0.5:1~5:1，所述碱与芳乙酸酯的摩尔比为1:1~5:1。
在上述方法中，所述的取代硝基苯如式II所示，所述的芳乙酸酯如式III所示：
其中， R1~R5为氢，烷基，烷氧基，卤素，酯基，硝基，氰基，其中R1或R5与R3 至少一个为硝基；
Ar为取代芳基；所述取代芳基的取代基选自：卤素，烷基，烷氧基，氰基，三氟甲基；
R6为C1~C4直链或支链烷基。
上述方法中的有机溶剂是指烷基砜、低级叔酰胺、醚、羧酸酯、烷基腈、卤代烃，通常是指二甲基亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、二氯甲烷，优选二甲基亚砜。
上述方法中加入的碱是指低级醇的碱金属盐、氢氧碱、氢化碱，通常是指叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢氧化钠、氢氧化钾、氢化钠，优选叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠。
本发明的特点是：以易得的硝基芳烃（式II所示化合物）与芳乙酸酯（式III所示化合物）在碱的作用下于空气或氧气氛围中发生交叉偶联，一步即得目标物（式I所示化合物），克服了现有技术中的一些不足，如酰氯/Lewis酸体系：有毒、易水解和强腐蚀；一氧化碳/金属催化体系：高压、安全性低和重金属残留；醛/金属催化体系：原料易氧化、需导向基团和重金属残留。
下面结合具体实例对本发明做进一步详细说明。
具体实施方式
下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
实施例1、用硝基苯与苯乙酸甲酯的偶联制备（4-硝基苯基）苯基甲酮为例说明反应操作并检测不同溶剂对偶联反应的影响（以式所示I-1化合物为例）
将硝基苯(0.4 mmol) 、苯乙酸甲酯(0.2 mmol)、不同反应溶剂（0.5 mL）（二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，四氢呋喃，乙酸乙酯，乙腈，二氯甲烷）和叔丁醇钠(0.4 mmol)依次加入反应瓶内，敞口于45℃反应8小时。往反应液中依次加入水、稀盐酸，乙酸乙酯萃取，硅胶柱层析分离出偶联产物，计算分离收率如表1所示，其中，在二甲基亚砜中目标产物酮的收率获得最高值，为80%，将最佳溶剂定为二甲基亚砜。
黄色固体, mp132-134℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.34 (d, J = 8.6 Hz, 2H), 7.94 (d, J = 8.6Hz, 2H), 7.80 (d, J = 7.7 Hz, 2H), 7.66 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.53 (t, J = 7.7Hz, 2H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 194.82, 149.84, 142.90, 136.30, 133.49,130.71 (2C), 130.11 (2C), 128.70 (2C), 123.56 (2C)。
表1 不同反应溶剂对偶联反应的影响
| 反应溶剂 | 二甲基亚砜 | N，N-二甲基甲酰胺 | 四氢呋喃 | 乙酸乙酯 | 乙腈 | 二氯甲烷 |
| 分离收率（%） | 80 | 35 | 40 | 10 | 25 | 10 |
实施例2、反应温度对本发明的偶联反应的影响
除反应温度不同（10℃、15℃、25℃、35℃、45℃、60℃）外，其他反应条件均与实施例1相同，检测反应温度对偶联反应收率的影响。反应结束后，目标酮的分离收率测定结果如表2所示，表明随着反应温度的变化，偶联反应的收率存在一个最佳值，将最佳反应温度定为45℃。
表2 不同温度对脱氢偶联反应的影响
| 反应温度（oC） | 10 | 15 | 25 | 35 | 45 | 60 |
| 分离收率（%） | 50 | 65 | 70 | 77 | 80 | 80 |
实施例3、不同碱对本发明的偶联反应的影响
除反应碱不同（叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠、氢氧化钾、氢氧化钠、碳酸钾、DBU）外，其他反应条件均与实施例1相同，检测碱的种类对偶联反应收率的影响。反应结束后，目标酮的分离收率测定结果如表3所示，表明较强的碱都能促进偶联反应，所测试的碱中叔丁醇碱和氢化碱最好，尤以叔丁醇钠最佳。
表3 不同碱对脱氢偶联反应的影响
| 碱 | 叔丁醇钠 | 叔丁醇钾 | 氢化钠 | 氢氧化钾 | 氢氧化钠 | 碳酸钾或DBU |
| 分离收率（%） | 80 | 75 | 65 | 20 | 50 | 0 |
实施例4、硝基苯与苯乙酸甲酯的比例对本发明的偶联反应的影响
除硝基苯与苯乙酸甲酯的摩尔比例不同（1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 10；1）外，其他反应条件均与实施例1相同，检测硝基苯与苯乙酸甲酯的摩尔比例对偶联反应收率的影响。反应结束后，目标酮的分离收率测定结果如表4所示，表明随着硝基苯与苯乙酸甲酯的摩尔比例的变化，偶联反应的收率存在一个最佳值，将硝基苯与苯乙酸甲酯的最佳摩尔比例定为2:1。
表4 硝基苯/苯乙酸甲酯摩尔比对偶联反应的影响
| 硝基苯与苯乙酸甲酯比（mol/mol） | 0.5 | 1 | 2 | 3 | 5 |
| 分离收率（%） | 30 | 45 | 80 | 80 | 79 |
实施例5、碱与苯乙酸甲酯的比例对本发明的偶联反应的影响
除碱与苯乙酸甲酯的摩尔比例不同（1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 10；1）外，其他反应条件均与实施例1相同，检测碱与苯乙酸甲酯的摩尔比例对偶联反应收率的影响。反应结束后，目标酮的分离收率测定结果如表4所示，表明随着碱与苯乙酸甲酯的摩尔比例的变化，偶联反应的收率存在一个最佳值，将碱与苯乙酸甲酯的最佳摩尔比例定为2:1。
表5 碱/苯乙酸甲酯摩尔比对偶联反应的影响
| 碱与苯乙酸甲酯比（mol/mol） | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| 分离收率（%） | 50 | 80 | 80 | 73 | 70 |
实施例6、式所示I-2化合物的合成
将硝基苯(0.4 mmol) 、间甲氧基苯乙酸甲酯(0.2 mmol)、二甲基亚砜（0.5 mL）和叔丁醇钠(0.4 mmol)依次加入反应瓶内，敞口于45℃反应8小时。往反应液中依次加入水、稀盐酸，乙酸乙酯萃取，硅胶柱层析分离出偶联产物，收率43%，黄色固体， mp75-76℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.34 (d, J = 8.3 Hz, 1H), 7.94 (d, J = 8.3Hz, 1H), 7.42 (t, J = 7.9 Hz, 1H), 7.37 (s, 1H), 7.31 (d, J = 7.5 Hz, 1H),7.20 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 3.88 (s, 2H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 194.64,159.86, 149.83, 142.95, 137.55, 130.70 (2C), 129.63, 123.53 (2C), 122.94,119.91, 114.28, 55.56.
实施例7、式所示I-3化合物的合成
除芳乙酸酯为邻甲氧基苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率41%。
黄色固体，mp 88-90 ℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.28 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 7.92 (d, J = 8.2Hz, 1H), 7.55 (t, J = 7.9 Hz, 1H), 7.48 (d, J = 7.5 Hz, 1H), 7.10 (t, J = 7.5Hz, 1H), 7.01 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 3.69 (s, 1H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ194.84, 157.68, 149.98, 143.16, 133.36, 130.29 (2C), 127.39, 123.43(2C),120.99, 111.56, 55.50.
实施例8、式所示I-4化合物的合成
除芳乙酸酯为对甲基苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率37%。
黄色固体，mp122-123℃
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ8.34 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.91 (d, J = 8.4Hz, 2H), 7.71 (d, J = 7.9 Hz, 2H), 7.32 (d, J = 7.9 Hz, 2H), 2.47 (s, 3H). 13CNMR (101 MHz, CDCl3) δ 194.56, 149.69, 144.61, 143.34, 133.64, 130.58 (2C),130.35 (2C), 129.40 (2C), 123.51 (2C), 21.78.
实施例9、式所示I-5化合物的合成
除芳乙酸酯为邻甲基苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率38%。
黄色液体。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.31 (d, J = 8.5 Hz, 2H), 7.95 (d, J = 8.5Hz, 2H), 7.46 (t, J = 7.2 Hz, 1H), 7.35 – 7.28 (m, 3H), 2.38 (s, 3H).
实施例10、式所示I-6化合物的合成
除芳乙酸酯为对三氟甲基苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率38%。
白色固体，mp114-115℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.72−7.75 (m, 2H), 7.83-7.91 (m, 4H), 8.28-8.31 (m,
2H).
实施例11、式所示I-7化合物的合成
除芳乙酸酯为邻氯苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率63%。
黄色固体，mp83-85℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.31 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.96 (d, J = 8.3Hz, 2H), 7.54 – 7.48 (m, 2H), 7.47 – 7.40 (m, 3H).
实施例12、式所示I-8化合物的合成
除芳乙酸酯为对氯苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率55%。
白色固体，mp112-114℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.35 (d, J = 8.3 Hz, 2H), 7.92 (d, J = 8.3Hz, 2H), 7.76 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.51 (d, J = 8.1 Hz, 2H)。
实施例13、式所示I-9化合物的合成
除取代硝基苯为间氯硝基苯、芳乙酸酯为苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率90%。
黄色固体，mp93-94℃。
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.36 (s, 1H), 8.25 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.79(d, J = 8.0 Hz, 2H), 7.67 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 7.57 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.51(t, J = 7.6 Hz, 2H)。
实施例14、式所示I-10化合物的合成
除取代硝基苯为间氯硝基苯、芳乙酸酯为对三氟基苯乙酸甲酯外，其他反应条件均与实施例6相同，收率69%。
黄色固体，mp98-100℃
1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 8.38 (s, 1H), 8.29 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 7.91(d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.78 (d, J = 8.1 Hz, 2H), 7.60 (d, J = 8.4 Hz, 1H). 13CNMR (101 MHz, CDCl3) δ 192.39, 149.22, 143.46, 138.00, 135.80, 135.47,132.65, 130.19, 129.85, 126.08 (q. J = 14.8 Hz, CF3), 125.48, 124.70, 122.17.
Claims (7)
1.一种制备式I所示化合物的方法，是将取代硝基苯与芳乙酸酯溶于有机溶剂中，加入碱，在10-60℃下于空气或氧气氛围反应0.5-24小时，得到二芳基酮；所述取代硝基苯与芳乙酸酯的摩尔比为0.5:1～5:1，所述碱与芳乙酸酯的摩尔比为1:1～5:1；
其中，所述的取代硝基苯为式II所示化合物，所述的芳乙酸酯为式III所示化合物；
Ar为取代芳基或苯基；
R1～R5为氢，烷基，烷氧基，卤素，酯基，硝基，氰基，其中R1或R5与R3至少一个为硝基；
R6为C1～C4直链或支链烷基；
所述取代芳基的取代基选自：卤素，烷基，烷氧基，氰基，三氟甲基；
所述的有机溶剂是二甲基亚砜，N，N-二甲基甲酰胺，四氢呋喃，乙酸乙酯，乙腈，二氯甲烷。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中所述的碱是叔丁醇钠，叔丁醇钾，氢氧化钠，氢氧化钾，氢化钠。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中Ar为由甲基、甲氧基、卤素、三氟甲基、氰基取代的苯基。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中R6为甲基，乙基，异丙基，叔丁基。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其中Ar为对甲基苯基、邻甲基苯基，邻甲氧基苯基，间甲氧基苯基，对甲氧基苯基，3,4-二甲氧基苯基，邻氯苯基，间氯苯基，对氯苯基，4-氰基苯基，4-三氟甲基苯基。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述取代硝基苯为硝基苯，邻氯硝基苯，间氯硝基苯，对氯硝基苯，对甲氧基硝基苯，邻乙氧基硝基苯，间甲基硝基苯，对氰基硝基苯，间二硝基苯，对乙基硝基苯，邻硝基苯甲酸甲酯，邻溴硝基苯。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述芳乙酸酯为苯乙酸甲酯，苯乙酸乙酯，苯乙酸异丙酯，苯乙酸叔丁酯，对甲基苯乙酸甲酯、邻甲基苯乙酸甲酯，邻甲氧基苯乙酸甲酯，间甲氧基苯乙酸甲酯，对甲氧基苯乙酸甲酯，3,4-二甲氧基苯乙酸甲酯，邻氯苯乙酸甲酯，间氯苯乙酸甲酯，对氯苯乙酸甲酯，4-氰基苯乙酸甲酯，4-三氟甲基苯乙酸甲酯。
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