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FeBr3催化下(E)-3-苯乙烯基異香豆素的合成
添加時間:2019-02-01

  摘    要: 以CH<sub>2</sub>ClCH<sub>2</sub>Cl作溶劑, (E) -1, 4-二芳基烯炔在FeBr<sub>3</sub>催化下, 可以順利發生分子內環化反應, 得到 (E) -3-苯乙烯基異香豆素 (2a~2c) , 產率42%~60%, 其產物結構經<sup>1 </sup>H NMR、<sup>13 </sup>C NMR和GC-MS表征。

  關鍵詞: 溴化鐵; 1, 4-二芳基烯炔; 酯環化; (E) -3-苯乙烯基異香豆素;

  Abstract: FeBr<sub>3</sub>-catalyzed intramolecular cyclization reactions of (E) -1, 4-diarylenynes were carried out smoothly so as to produce 3-styrylisocoumarins in 42%~60%yields using CH<sub>2</sub>ClCH<sub>2</sub>Cl as solvent.The chemical structures were characterized by <sup>1 </sup>H NMR, <sup>13 </sup>C NMR and GC-MS.

  Keyword: ferric (Ⅲ) bromide; 1, 4-diarylenynes; cyclization; 3-styrylisocoumarins;

  (E) -3-苯乙烯基異香豆素 (學名:3-苯乙烯基-1 H-異色烯-1-酮) 廣泛分布于自然界中, 是許多具有生理活性的化合物和藥物的基本骨架, 也是一些天然產物的基本結構, 其合成受到化學專家們的關注[1,2,3,4,5]。目前, 合成 (E) -3-苯乙烯基異香豆素的方法有二類。一類是通過鄰苯二甲酸與苯基丙烯酸酯或苯基丙烯酰氯衍生物的環化縮合反應, 但反應需要200℃的高溫[6,7], 條件非常苛刻。另一類方法就是過渡金屬鈀催化[ (4-苯基丁-1, 3-二烯-2-基) 氧基]硅烷與鄰溴苯甲酸甲酯環化合成 (E) -3-苯乙烯基異香豆素[8], 這一方法的化學產率雖高, 但鈀等都是貴金屬, 價格昂貴。我們[9]曾報道了溴化鐵作為催化劑可以有效合成異香豆素。本文在溴化鐵催化下合成了 (E) -3-苯乙烯基異香豆素 (2a~2c) 。

  1 實驗部分

  1.1 儀器及試劑

  Bruker DPX-400型500MHz核磁共振儀 (內標為TMS, 溶劑為CDCl3) ;SHIMADAZU GC-MSQP2010聯用儀;Kofler型熔點儀 (溫度未經校正) 。

  試劑均為分析純, 市售。

  1.2 合成

  1.2.1 (E) -2- (4-苯基丁-3-苯-1-炔小基) 苯甲酸甲酯 (1a) 的合成

  在圓底燒瓶中, 依次加入鄰碘苯甲酸2.48g (10mmol) 、甲醇 (10mL) 、濃硫酸 (1mL) 混合, 回流3h直到底物反應完時停止反應[通過薄層色譜 (TLC) 板和氣質聯用分析]。然后反應混合物通過水洗, 飽和NaHCO3溶液洗滌, 乙醚萃取蒸發得到粗產品, 粗產品通過柱層析法[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =15∶1]分離得到鄰碘苯甲酸甲酯2.23g, 產率85%[9]。

  在干燥的反應器中, 依次加入鄰碘苯甲酸甲酯2.23g (8.5 mmol) , 三甲基硅乙炔1.00g (10.2mmol) , 二氯二 (三苯基膦) 鈀[Pd (PPh3) 2Cl2, 0.030g (0.5mol%) ], 碘化亞銅[CuI, 0.016g (1mol%) ], 三乙胺30mL混合, 氬氣保護后, 在室溫下攪拌, 利用TLC板和GC-MS監測反應至反應完全;用短硅膠柱進行粗過濾, 飽和食鹽水洗滌, 乙醚萃取 (20mL×3) , 無水硫酸鎂干燥, 減壓蒸干得粗產品;最后用硅膠層析柱[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =10∶1]提純分離得到2-三甲基硅乙炔基苯甲酸甲酯1.58g, 產率80%[10]。

FeBr3催化下(E)-3-苯乙烯基異香豆素的合成

  在干燥的圓底燒瓶中, 依次加入2-三甲基硅乙炔基苯甲酸甲酯1.58g (6.8mmol) , 二氯甲烷20mL, 甲醇20mL和20mL 1mol/L的KOH溶液, 在室溫下攪拌20h, 利用TLC板和GC-MS監測反應至反應完全;用短硅膠柱進行粗過濾, 水洗滌, 乙醚萃取3次, 無水硫酸鎂干燥, 減壓蒸干得粗產品;最后用硅膠層析柱[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =10∶1]提純分離得到2-乙炔基苯甲酸甲酯0.925g, 產率85%[10]。

  在干燥的反應器中, 依次加入2-乙炔基苯甲酸甲酯0.925g (5.78mmol) , 1, 2-二氯乙烯5.549g (57.8mmol) , Pd (PPh3) 2Cl2 0.405g (10 mol) , CuI 0.110g (10mol) , 吡啶0.913g (2equiv.) 乙醚15mL混合, 在室溫下攪拌, 利用TLC板和GC-MS監測反應至反應完全;用短硅膠柱進行粗過濾[乙醚洗滌 (10mL×3) ], 減壓蒸干得粗產品;最后用硅膠層析柱[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =10∶1]提純分離得到 (E) -2- (4-氯丁-3-烯-1-炔基) 苯甲酸甲酯1.078g, 產率85%。

  在干燥的三口瓶中, 依次加入 (E) -2- (4-氯丁-3-烯-1-炔基) 苯甲酸甲酯0.220g (1mmol) , 苯硼酸0.183g (1.5mmol) , Pd (PPh3) 40.058g (5mol) , K2CO30.276g (2equiv.) , 甲苯 (10mL) 和甲醇 (5mL) 混合后, 加熱回流攪拌, 利用薄層層析法 (TLC) 板和氣相色譜-質譜聯用儀 (GC-MS) 監測反應至反應完全;用短硅膠柱進行粗過濾[乙醚洗滌 (10mL×3) ], 減壓蒸干得到粗產品;最后用硅膠層析柱[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =10∶1]提純分離得到 (E) -2- (4-苯基丁-3-烯-1-炔-1-基) 苯甲酸甲酯 (1a) , 0.210g, 產率80%[10]。

  1.2.2 (E) -3-苯乙烯基異香豆素 (2a~2c) 的合成

  在干燥的Schlenk管中, 依次加入 (E) -2- (4-苯基丁-3-苯-1-炔小基) 苯甲酸甲酯 (1a) 0.078 6g (0.3 mmol) 、FeBr30.045 g (0.15 mmol) 和CH2ClCH2Cl 4mL, 氬氣保護后, 在80℃下攪拌, 利用 (TLC) 板和氣相色譜-質譜聯用儀 (GC-MS) 監測反應至反應完全.用短硅膠柱進行粗過濾[乙醚洗滌 (5mL×3) ], 減壓蒸干得粗產品;最后用硅膠層析柱[洗脫劑:V (正已烷) ∶V (乙酸乙酯) =4∶1]提純得到目標產物 (E) -3-苯乙烯基-1 H-異色烯-1-酮 (2a) [8]。白色固體, 產率54%。m.p.119~121℃;1 H NMR (400MHz, CDCl3) δ:8.32 (d, J=7.9Hz, 1H) , 7.71 (t, J=8.9Hz, 1H) , 7.60~7.29 (m, 8H) , 6.73 (d, J=16 Hz, 1H) , 6.49 (s, 1H) ;13C NMR (100MHz, CDCl3) δ:162.1, 152.6, 137.6, 135.8, 134.8, 132.9, 129.8, 128.8, 128.1, 127.1, 127.0, 125.7, 120.8, 119.4, 105.7;IRν:1 720cm-1;GC-MS (EI, 70eV) m/z (%) :271 (M+, 100) 。

  按照 (2a) 類似的方法合成 (E) -3- (4-甲氧基苯乙烯基) -1 H-異色烯-1-酮 (2b) :黃色固體, 產率60%。m.p.143~145℃;1 H NMR (400 MHz, CDCl3) δ:8.25 (d, J=10.4Hz, 1H) , 7.65 (t, J=10.0 Hz, 1H) , 7.46~7.36 (m, 5H) , 6.90 (d, J=11.6 Hz, 2H) , 6.55 (d, J=21.2 Hz, 1H) , 6.38 (s, 1H) , 3.83 (s, 3H) ;13C NMR (125MHz, CDCl3) δ:162.2, 160.3, 153.0, 137.8, 134.8, 132.6, 129.8, 128.6, 127.7, 125.6, 124.8, 120.7, 117.2, 114.3, 104.8, 55.4;IRν:1 722cm-1。Anal.calcd for C18H14O3:C 77.68, H 5.07, found C 77.53, H 5.01。

  按照 (2a) 類似的方法合成 (E) -3- (2-甲氧基苯乙烯基) -1 H-異色烯-1-酮 (2c) :黃色固體, 產率42%。m.p.129~131℃;1 H NMR (400 MHz, CDCl3) δ:8.30 (d, J=10.4 Hz, 1H) , 7.81~7.66 (m, 2H) , 7.56~7.40 (m, 3H) , 7.34~7.26 (m, 1H) , 7.02~6.91 (m, 2H) , 6.84 (d, J=21.6Hz, 1H) , 6.47 (s, 1H) , 3.93 (s, 3H) ;13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ:162.2, 157.8, 153.3, 137.8, 134.7, 129.9, 129.8, 128.5, 127.8, 127.8, 125.7, 124.9, 120.7, 120.3, 120.2, 111.1, 105.4, 55.4;IRν:1 890, 1 483cm-1。Anal.calcd for C18H14O3:C 77.68, H5.07, found C 77.52, H 5.00。

  2 結果與討論

  2.1 反應條件優化

  以 (E) -2- (4-苯基丁-3-烯-1-炔-1-基) 苯甲酸甲酯的環化反應為模板, 分別研究了反應溫度和催化劑溴化鐵用量對反應的影響, 結果如表1和表2所示。

  表1 反應溫度對反應的影響a Table 1 Influence of temperature on the reaction
表1 反應溫度對反應的影響a Table 1 Influence of temperature on the reaction

  aReaction conditions:1a (0.3mmol) , FeBr3 (0.15mmol) in 1, 2-dichloroethane (DCE) under argon atmosphere.

  表2 催化劑用量對反應的影響a Table 2 Influence of catalytic amount on the reaction
表2 催化劑用量對反應的影響a Table 2 Influence of catalytic amount on the reaction

  aReaction conditions:1a (0.3mmol) in DCE at 80℃temperature under argon atmosphere for 12h.

  從表1中可以看出, 在相同用量溴化鐵和溶劑條件下, 溫度太低, 不但反應轉化率低而且產率也不高 (表1, Entries 1~2) ;但是, 當反應溫度太高, 反應的化學選擇性卻降低 (表1, Entry 4) 。通過對反應溫度的考察, 發現該反應的最佳反應溫度為80℃ (表1, Entry 3) 。

  在溫度為80℃下, 考察了催化劑溴化鐵用量對反應的影響 (表2) 。實驗結果表明, 催化劑溴化鐵的用量對該反應的轉化率與產率都有很大的影響。從表2中可以看出, 催化劑溴化鐵用量太少, 反應轉化率與產率都很低 (表2, Entry 1) ;但是催化劑溴化鐵用量太多, 則產率大大降低。

  通過對上述反應條件的考察, 合成化合物2a的最佳反應條件為:反應溫度80℃, 催化劑溴化鐵用量0.50mmol。

  2.2 取代基對環化反應的影響

  在優化的反應條件下, 研究了一系列的鄰位苯乙烯乙炔基苯環上的取代基對環化反應的影響 (Eq.1) 。實驗結果表明, 在50mmol的FeBr3催化下, 分子內環化反應都能順利進行, 高立體選擇性得到目標產物。炔烴末端所連苯環上接有對位甲氧基的反應產率 (60%) 比接有鄰位甲氧基的反應產率 (42%) 高, 這可能是由于位阻效應的影響;但接有對位氰基的底物, 反應幾乎不進行, 這說明吸電子基團不有利于親核加成反應的進行。

  3 結論

  以CH2ClCH2Cl作溶劑, (E) -1, 4-二芳基烯炔在FeBr3催化下, 可以順利發生分子內環化反應得到 (E) -3-苯乙烯基異香豆素 (2a~2c) , 產率42%~60%。該方法條件簡單、催化劑溴化鐵價廉易得、不需要加入配體、反應選擇性好。

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