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CN108017580A - 一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法 - Google Patents

一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法 Download PDF

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CN108017580A
CN108017580A CN201711174689.XA CN201711174689A CN108017580A CN 108017580 A CN108017580 A CN 108017580A CN 201711174689 A CN201711174689 A CN 201711174689A CN 108017580 A CN108017580 A CN 108017580A
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  • Organic Chemistry (AREA)
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  • Low-Molecular Organic Synthesis Reactions Using Catalysts (AREA)

Abstract

本发明涉及一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4‑四氢喹啉类化合物的方法，其特征在于，在空气气氛下，将式Ⅰ所示的N‑苯基氨基酸类化合物、有机光催化剂DPZ和4Å分子筛溶于有机溶剂中，在可见光照射下于20―30℃搅拌反应至少5h，分离纯化，即得到式Ⅱ所示的四氢喹啉类化合物；式Ⅰ和式Ⅱ中，R代表氢、卤素、烷基、苯基和烷氧基中的任意一种，R1代表氢、甲基、正丙基和苯基中的任意一种,alkyl代表甲基、乙基、正丁基或苄基，aryl代表取代苯基或4‑叔丁基苯基。该方法底物简单，反应条件温和，催化剂用量少，收率高且无金属参与。

Description

一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物 的方法
技术领域
本发明属于1,2,3,4-四氢喹啉类化合物合成技术领域，具体涉及一种在可见光照射条件下，采用有机光催化剂DPZ高效催化N-苯基氨基酸类化合物脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法。
背景技术
已报道的合成四氢喹啉类化合物的方法可以分为两类，一类是直接通过多组分有机分子合成（Crousse,B. ; Be´gue´,J.P. ; Bonnet-Delpon, D. J. Org. Chem.2000,65,5009-5013; Zhang, J.H.; Li, C.J. J. Org. Chem.2002, 67, 3969-3971;Akiyama,T.; Morita, H.; Fuchibe,K. J. Am. Chem. Soc.2006,128,13070-13071;Jia,X.D.;Ren,Y.; Huo,C.D. Wang,W.J.; Chen ,X.N.;Xu,X.L.Wang,X.C. Tetrahedron Letters201051 6779–6782）；另一类是对喹啉类化合物进行加氢还原得到（Wang,W.B.;Lu,S.M.; Yang,P.Y.; Han, X.W.; Zhou,Y.G. J. Am. Chem. Soc. 2003, 125 , 10536-10537; Tianli Wang, † Lian-Gang Zhuo, ‡ Zhiwei Li, † Fei Chen, † Ziyuan Ding,† Yanmei He, † Qing-Hua Fan,* ,†Junfeng Xiang, † Zhi-Xiang Yu,* ,‡ and AlbertS. C. Chan J. Am. Chem. Soc. 2011, 133, 9878–9891; Zhenhua Zhang and HaifengDu. Org. Lett. 2015, 17, 2816−2819）。2017年6月，Takeshi Ohkuma 课题组报道了利用[Cr(bpy) 3 ](OTf) 3作为光催化剂，以亚胺与烯烃为原料，在可见光照射条件下合成四氢喹啉类化合物（Noriyoshi Arai* ,† and Takeshi Ohkuma. J. Org. Chem.2017,82,7628−7636）。以上催化体系几乎都有金属的参与，反应条件苛刻，反应温度较高，而且反应起始原料较为复杂。
近年来，可见光催化反应因其绿色、高效、温和在有机合成领域得到了广泛应用，通过可见光催化N-苯基氨基酸类化合物脱羧合成四氢喹啉类化合物也具有很大的应用前景。传统的光催化剂一般是钌和铱的络合物，以吡啶类似物配位，这类催化剂在可见光下有很强的吸收，性质稳定且有很长的生命周期，但其使用贵金属，合成成本高。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术缺陷，提供一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，该方法底物简单，反应条件温和，催化剂用量少，收率高且无金属参与。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，具体为：在空气气氛下，将式Ⅰ所示的N-苯基氨基酸类化合物、有机光催化剂DPZ和4Å分子筛溶于有机溶剂中，在可见光照射下于20―30℃搅拌反应至少5h，分离纯化，即得到式Ⅱ所示的四氢喹啉类化合物；
式Ⅰ和式Ⅱ中，R代表氢、卤素、烷基、苯基和烷氧基中的任意一种，R1代表氢、甲基、正丙基和苯基中的任意一种, alkyl（烷基）代表甲基、乙基、正丁基或苄基，aryl（芳基）代表取代苯基（如甲氧基苯基、卤苯基或4-叔丁基苯基等）。上述的有机光催化剂DPZ的结构式如上式所示。
具体的，所述有机光催化剂DPZ的加入量优选为N-苯基氨基酸类化合物摩尔量的0.2―0.4%。本发明选用的有机光催化剂DPZ相对分子质量小，容易合成，具有较高的催化效率。每mmol N-苯基氨基酸类化合物中，4Å分子筛的加入量优选为400―600mg。
进一步优选的，所述的有机溶剂可以为氯仿或二氯甲烷。所述可见光可以为波长450―455nm的可见光，如可采用两个1W蓝灯进行照射。
和现有技术相比，本发明方法的有益效果：
本发明利用空气替代氧气或其它氧化物作为氧化剂，在反应中使用无金属的DPZ光催化剂，催化剂用量极少，催化效率高，且反应条件温和，稳定高效，操作简单，环境友好，产物转化率高，选择性好。与现有合成方法相比，本发明方法最大的特点是使用无金属的DPZ光催化剂，催化剂用量少，反应条件温和，快速高效，产率高，绿色环保，极具推广应用价值。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步地详细介绍，但本发明的保护范围并不局限于此。
下述实施例中，有机光催化剂DPZ可参照文献（Yu Zhao,‡ Chenhao Zhang,‡ KekFoo Chin, Oldˇrich Pytela, Guo Wei,Hongjun Liu, Filip Bures* and ZhiyongJiang* RSC Adv., 2014, 4, 30062）制备获得。4Å分子筛购买自GENERAL-REAGENT。
实施例1
一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，其反应式如下所示。2-甲基-4-N-苯基-四氢喹啉-4-胺的具体制备步骤如下：
将溶在200μL甲苯中的有机光催化剂DPZ（0.0008mmol, 0.28mg）抽取到10mL反应瓶中，用空气泵将甲苯吹干，再加入66mg（0.4mmol）2-苯基氨基丙酸和100mg 4Å分子筛，然后加入4mL纯化干燥后的氯仿，用橡胶塞密封瓶口，并插入充有干燥空气的气球，将反应瓶置于25℃恒温箱中，在两个1W蓝光LED灯照射条件下搅拌反应15小时。待反应结束后，用旋转蒸发仪蒸去2/3溶液，直接通过柱层析分离（正己烷/乙酸乙酯60~30:1）即得到39.1mg无色油状液体2-甲基-4-N-苯基-四氢喹啉-4-胺，产率为82%。因产物结构中有两个手性碳，故得到的产物是反式和顺式的混合物，dr=3.5:1，其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300 MHz,CDCl3) δ 7.32 – 7.04 (m, 4H), 6.81 – 6.50 (m, 5H), 4.56 (s, brs, 1H), 3.88(br, NH, 2H), 3.54 – 3.36 (m, 1H), 2.23 – 2.18 (m, 1H), 1.60 – 1.52 (m, 1H),1.23 (d, J = 6.3 Hz, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.4, 144.9, 130.7,129.3, 128.5, 121.1, 117.3, 117.03, 114.5, 112.6, 48.8, 42.3, 35.0, 21.9;HRMS (ESI) m/z 239.1540 (M+H+) calc. for C16H19N2 239.1548。
在本实施例中，所用的2-苯基氨基丙酸依据下述方法制备得到：
步骤1、在放有磁子的100mL烧瓶中加入甲醇（10mL），搅拌状态下依次加入苯胺（1.82mL，20mmol）、醋酸钠（1.8g，22mmol）和2-溴丙酸甲酯（2.45mL，22mmol），80℃条件下回流18小时。反应结束后，混合液中加入100~200目硅胶1g，经减压蒸除溶剂，通过硅胶柱层析（正己烷/乙酸乙酯50~30:1）分离，得到3.5g无色油状中间体，产率为98%；
步骤2、将步骤1得到的中间体溶于甲醇（60mL）中，搅拌状态下在冰浴中缓慢滴加浓度为1M的NaOH水溶液（22mL），滴加完毕转至室温搅拌过夜，待点板检测原料反应完全，反应混合液经减压蒸除甲醇，然后加入10mL水，用乙酸乙酯萃取三次（20mL×3），合并水相，在搅拌状态下用1M盐酸缓慢滴加到水相中，待有固体析出，减缓滴加速度，使溶液pH达到2~3，抽滤，80℃真空干燥，得到3.1g白色固体，产率为95%。
实施例2
合成2,6-二甲基-N-(对甲苯基)-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用2-(对甲苯基氨基)丙酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到2,6-二甲基-N-(对甲苯基)-四氢喹啉-4-胺42.6mg，产率80%。dr=2.8:1，其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300 MHz,CDCl3) δ 7.05 – 7.02 (m, 3H), 6.92 – 6.89 (m, 1H), 6.61 (d, J = 8.2 Hz, 2H),6.51 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 4.49 (brs, 1H), 3.80 (br, NH, 2H), 3.45 – 3.40 (m,1H), 2.27 (s, 3H), 2.22 (s, 3H), 2.19 – 2.15 (m, 1H), 1.66 – 1.41 (m, 1H),1.21 (d, J = 6.3 Hz, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 144.2, 142.7, 131.1,123.0, 129.3, 126.7, 126.3, 121.5, 114.7, 112.8, 49.1, 42.5, 35.3, 22.0,20.4, 20.3; HRMS (ESI) m/z 267.1869 (M+H+), calc. for C18H23N2 267.1861。
实施例3
合成6-氯-N-(4-氯苯基)-2-甲基-1,2,3,4-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用2-[(4-氯苯基)氨基]丙酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到6-氯-N-(4-氯苯基)-2-甲基-四氢喹啉-4-胺39.9mg，产率为65%。dr=3.5:1，其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 7.17 – 7.14 (m, 3H), 7.04 – 7.00 (m, 1H), 6.62 – 6.44 (m, 3H),4.45 (brs, 1H), 3.89 (br, NH, 2H), 3.43 – 3.35 (m, 1H), 2.15 – 2.09 (m, 1H),1.53 – 1.48 (m, 1H), 1.23 (d, J = 6.3 Hz, 3H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ144.6, 143.5, 130.1, 129.2, 128.7, 122.0, 122.0, 121.7, 115.7, 113.8, 48.8,42.4, 34.6, 21.9; HRMS (ESI) m/z 307.0770 (M+H+), calc. for C16H17N2Cl2307.0769。
实施例4
合成N-(3,5-二甲基苯基)-2,5,7-三甲基-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用2 –[(3,5-二甲基苯基)氨基]丙酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到N-(3,5-二甲基苯基)-2,5,7-三甲基-四氢喹啉-4-胺45.3mg，产率为77%。dr>20:1, 其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 6.38 (d, J = 5.4 Hz, 2H), 6.27 (d, J = 5.6 Hz,3H), 4.52 (brs, 1H), 3.73 (br, NH, 2H), 3.45 – 3.39 (m, 1H), 2.26 (s, 6H),2.22 (s, 3H), 2.19 (s, 3H), 1.51 – 1.35 (m, 1H), 1.20 (d, J = 6.2 Hz, 3H); 13CNMR (75 MHz, CDCl3) δ 146.6, 145.0, 139.1, 138.8, 138.1, 120.5, 118.9, 116.8,112.8, 110.1, 46.1, 42.0, 35.6, 22.1, 21.6, 21.1, 18.5; HRMS (ESI) m/z295.2127 (M+H+), calc. for C20H27N2 295.2174.。
实施例5
合成2-乙基-3-甲基-N-苯基-1,2,3,4-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用2-(苯基氨基)丁酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到2-乙基-3-甲基-N-苯基-四氢喹啉-4-胺41.6mg，产率为78%（具有三个手性中心，核磁数据难以表征，高分辨质谱可以确定:HRMS (ESI) m/z 267.1856 (M+H+), calc. for C18H23N2 267.1861）。
实施例6
合成2-丁基-N-苯基-3-丙基-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用2-(苯基氨基)己酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到2-丁基-N-苯基-3-丙基-四氢喹啉-4-胺48.4mg，产率为75%（具有三个手性中心，核磁数据难以表征，高分辨质谱可以确定:HRMS (ESI) m/z 323.2486 (M+H+), calc. for C22H31N2 323.2487）。。
实施例7
合成2-苄基-N,-二苯基-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例1中的2-苯基氨基丙酸用3-苯基-2-(苯基氨基)丙酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例1相同，得到2-苄基-N,-二苯基-四氢喹啉-4-胺52.2mg，产率为67%（具有三个手性中心，核磁数据难以表征，高分辨质谱可以确定: HRMS (ESI) m/z 391.2179 (M+H+), calc. for C28H27N2 391.2174）。
实施例8
合成N,2-二苯基-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
将溶在200μL甲苯中的有机光催化剂DPZ（0.0008mmol, 0.56mg）抽取到10mL反应瓶中，用空气泵将甲苯吹干，再加入2-苯基-2-(苯基氨基)乙酸45.4mg（0.2mmol）和100mg 4Å分子筛，然后加入4mL纯化干燥后的氯仿，用橡胶塞密封瓶口，并插入充有干燥空气的气球，将反应瓶置于25℃的恒温箱中，在两个1W蓝光LED灯照射条件下搅拌反应2~3小时，随后将2-苯基氨基丙酸（0.3mmol，50mg）分三次加入，时间间隔为1小时。待反应结束后，用旋转蒸发仪除去2/3溶液，直接通过柱层析分离（正己烷/乙酸乙酯60~30:1）得到无色油状液体N,2-二苯基-四氢喹啉-4-胺39.1mg，其产率为65%，dr=2.3:1, 其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.49 – 7.04 (m, 11H), 6.66 (m, 3H), 4.59 (brs, 1H),4.50 – 4.46 (m, 1H), 4.17(br, NH, 2H), 2.39 – 2.34 (m, 1H), 2.03 – 1.94 (m,1H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 147.6, 144.8, 143.6, 130.6, 129.4, 128.7,128.6, 127.7, 126.9, 126.5, 123.2, 117.7, 114.7, 113.2, 56.2, 52.0, 36.3;HRMS (ESI) m/z 323.1530 (M+Na+), calc. for C21H20N2Na 323.1524。
实施例9
合成2-（4-(叔丁基)苯基）-N-苯基-四氢喹啉-4-胺的反应式如下所示。
本实施例中，将实施例7中的2-苯基-2-(苯基氨基)乙酸用2-（4-(叔丁基)苯基）-2-(苯基氨基)乙酸（其合成方法参考2-苯基氨基丙酸）替换，其它步骤与实施例8同，得到2-（4-(叔丁基)苯基）-N-苯基-四氢喹啉-4-胺44.3mg，产率为62%。dr=4:1, 其优势构型的核磁数据为：1H NMR (300 MHz, CDCl3) δ 7.42 – 7.09 (m, 8H), 6.80 – 6.55 (m, 5H),4.60 (brs, 1H), 4.46 – 4.43 (m, 1H), 4.16(br, NH, 2H), 2.39 – 2.35 (m, 1H),2.07 – 1.93 (m, 1H), 1.34 (s, 9H); 13C NMR (75 MHz, CDCl3) δ 150.7, 144.9,140.5, 130.7, 129.7, 129.3, 128.8, 127.4, 126.6, 126.0, 125.5, 117.6, 114.7,112.8, 55.8, 51.6, 36.1, 34.5, 31.3; HRMS (ESI) m/z 357.2324 (M+H+), calc.for C25H29N2 357.2331。
实施例10
放大实验（克级生产）
取一个100mL的两口圆底烧瓶，加入DPZ（0.02mmol，7.1mg）、2-苯基氨基丙酸（1.65g，10mmol）和4Å分子筛（2.0g），然后加入纯化干燥后的氯仿（60mL），用橡胶塞塞紧瓶口，另一瓶口安装一温度计实时测量温度，插入充有干燥空气的气球鼓泡，并将反应瓶置于室温，在四个1W蓝光LED灯照射条件下（温度维持在20~25℃）搅拌反应36小时。待反应结束后，用旋转蒸发仪除去溶剂，直接通过柱层析分离得到无色油状液体2-甲基-4-N-苯基-四氢喹啉930mg，其产率为78%。

Claims (4)

1.一种可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，其特征在于，在空气气氛下，将式Ⅰ所示的N-苯基氨基酸类化合物、有机光催化剂DPZ和4Å分子筛溶于有机溶剂中，在可见光照射下于20―30℃搅拌反应至少5h，分离纯化，即得到式Ⅱ所示的四氢喹啉类化合物；
式Ⅰ和式Ⅱ中，R代表氢、卤素、烷基、苯基和烷氧基中的任意一种，R1代表氢、甲基、正丙基和苯基中的任意一种, alkyl代表甲基、乙基、正丁基或苄基，aryl代表苯基或取代苯基。
2.根据权利要求1所述的可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，其特征在于，所述有机光催化剂DPZ的加入量为N-苯基氨基酸类化合物摩尔量的0.2―0.4%。
3.根据权利要求1或2所述的可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，其特征在于，每毫摩尔N-苯基氨基酸类化合物中，4Å分子筛的加入量为400―600mg。
4.根据权利要求3所述的可见光催化氨基酸脱羧合成1,2,3,4-四氢喹啉类化合物的方法，其特征在于，所述的有机溶剂为氯仿或二氯甲烷。
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