CuBr2和BF3·OEt2联合催化二硫缩烯酮与二苯甲醇的偶联反应

巴哈尔古丽·别克吐尔逊,王 芒,刘 群

(1.东北师范大学化学学院,吉林长春130024;

2.伊犁师范学院化学系,新疆伊犁835000)

CuBr2和BF3·OEt2联合催化二硫缩烯酮与二苯甲醇的偶联反应

巴哈尔古丽·别克吐尔逊1,2,王 芒1,刘 群1

(1.东北师范大学化学学院,吉林长春130024;

2.伊犁师范学院化学系,新疆伊犁835000)

采用CuBr2及BF3·OEt2联合催化的方法,实现了官能化二硫缩烯酮(1)与二苯甲醇的偶联反应,偶联产率可达53%～98%.采用核磁共振光谱、红外光谱及质谱对所得新的偶联产物进行了表征.实现了一种高效、催化的碳碳键偶联反应.

二硫缩烯酮;二苯甲醇;偶联反应

0 引言

碳碳键的形成是构筑有机分子碳骨架的重要途径,由碳亲核体(R1H)直接取代醇分子(R2OH)中的羟基,这是一种环境友好、简捷的碳碳键形成方法,近年来受到广泛关注[1-2].官能化二硫缩烯酮化合物1(EWG为吸电子取代基团)在有机合成中的应用十分广泛,我们曾利用二硫缩烯酮的α位C原子的强亲核性,针对其α-官能化反应开展了系列研究工作,以期扩展二硫缩烯酮在合成中的应用[3-9].前期工作表明,在 TiCl4促进下,化合物1可以和醛、酮发生加成反应[5-6].近期,我们又在过渡金属催化活化二硫缩烯酮的α位 H原子方面进行了细致研究,成功地实现了受CuBr2活化的二硫缩烯酮与亲电试剂的加成反应[7-8].在研究其与苄醇类化合物的反应时,又发现在等摩尔浓度的BF3·OEt2作用下,该碳碳偶联可顺利进行[9].为提高如上反应的实用价值,本文采用双催化活化策略,探索了CuB r2催化活化的二硫缩烯酮与BF3·OEt2催化活化的二苯甲醇的偶联反应.实验结果表明,以乙腈为溶剂,在室温下,CuBr2(摩尔分数为10%)和BF3·OEt2(摩尔分数为10%)的联合催化下,上述反应可高产率地制备偶联产物2,其反应式见图1.

图1 CuBr2和BF3·OEt2联合催化的二硫缩烯酮与二苯甲醇的偶联反应式

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

仪器:INOVA-500核磁共振仪;MA GNA-560显微红外光谱仪;A GIL IEN T-1100质谱仪;VARIO

试剂:实验中所用试剂均为分析纯;官能化二硫缩烯酮1按照文献[5-9]方法制备.

1.2 二苯甲醇的合成

在250 m L的圆底烧瓶中加入9.10 g二苯甲酮(50 mmol),用50 mL无水乙醇溶解,在冰水浴冷却下,向瓶中分3次加入0.57 g硼氢化钠(15 mmol).常温搅拌30 min,TLC监测反应直至完成.将反应液倾入盛有300 m L冰蒸馏水的烧杯中,充分搅拌,析出大量白色固体.抽滤、水洗,晾干得二苯甲醇,产率为99%.

1.3 官能化二硫缩烯酮1与二苯甲醇的偶联反应

以化合物1a的反应为例:向25 m L的圆底烧瓶中加入184 mg二苯甲醇(1.0 mmol)和222 mgα-苯甲酰基二硫缩烯酮1a(1.0 mmol),并用4.0 m L乙腈溶解.搅拌下加入22.4 g CuBr2(0.1 mmol)和0.01 mL BF3·OEt2(0.1 mmol).TLC监测反应至完毕后,将反应液倒入冰蒸馏水中,加入适量饱和的NaHCO3溶液调p H值为中性.以二氯甲烷分2次萃取(20 m L/次),用饱和食盐水洗涤有机相后,加入无水硫酸镁干燥.减压蒸除溶剂得粗产品,经硅胶柱层析(V(石油醚)/V(乙醚)=3∶1)分离得偶联产物2a,产率为98%.

用相同的方法实施了其他化合物1与二苯甲醇的偶联反应,结果列于表1.

表1 官能化二硫缩烯酮1与二苯甲醇的偶联反应

2 结果与讨论

2.1 合成化合物的结构表征

化合物 2a为白色晶体,熔点为 154℃～156℃.1H NM R(500 M Hz,CDCl3),δ:3.22～3.26(m,4H),5.60(s,1H),7.17(s,2H),7.18～7.28(m,7H),7.30～7.33(m,3H),7.41～7.44(m,1H),7.55～7.56(m,2H).13C NMR(125 M Hz,CDCl3),δ:195.2,140.9,138.8,131.5,129.4(4C),128.5(2C),128.2(2C),128.1(2C),128.0(4C),127.1,126.3(2C),56.4,38.6,37.4.ES-M S(m/Z):389.1[(M+1)]+.

化合物2e为白色晶体,熔点为148℃～150℃.1H NMR(500 M Hz,CDCl3),δ:1.12(t,J=7.0 Hz,3H),1.24(t,J=7.0 Hz,3H),2.65(t,J=7.0 Hz,2H),2.79(t,J=7.0 Hz,2H),5.98(s,1H),7.04～7.07(m,2H),7.13～7.15(m,3H),7.19～7.29(m,7H),7.32～7.35(m,1H),7.53～7.55(m,2H).13C NMR(125 M Hz,CDCl3),δ:196.6,149.9,141.4,137.6,133.2(2C),132.3,129.7(4C),128.9(2C),128.0(4C),127.8(2C),126.4(2C),56.2,28.7,27.1,15.5,14.4.ES-MS(m/Z):419.1[(M+1)]+.

化合物 2f为淡黄色晶体,熔点为150℃～152℃.1H NMR(500 M Hz,CDCl3),δ:2.08(s,3H),2.25(s,3H),5.95(s,1H),7.08～7.11(m,2H),7.16～7.19(m,4H),7.23～7.30(m,2H),7.35～7.37(m,4H),7.58～7.60(m,1H),7.59(d,J=7.0 Hz,2H).13C NM R(125 M Hz,CDCl3),δ:196.2,147.9,141.0,137.4,135.9,132.3(2C),129.6(4C),128.8(2C),128.0(4C),127.8(2C),126.5(2C),55.8,17.5,16.3.ES-M S(m/Z):391.1[(M+1)]+.

化合物2g为淡黄色晶体,熔点为134℃～136℃.1H NM R(500 M Hz,CDCl3),δ:1.08(t,J=7.0 Hz,3H),1.25(t,J=7.0 Hz,3H),1.77(s,3H),2.68～2.78(m,4H),5.87(s,1H),7.18～7.23(m,2H),7.26～7.34(m,8H).13C NMR(125 M Hz,CDCl3),δ:204.5,154.2,141.4,129.5(4C),128.3(4C),126.6(2C),126.5(2C),55.1,32.8,28.2,27.0,15.0,14.6.ES-M S(m/Z):357.1[(M+1)]+.

化合物2i为淡黄色晶体,熔点为 157℃～159℃.1H NMR(500 M Hz,CDCl3),δ:1.18(t,J=7.0 Hz,3H),1.23(t,J=17.0 Hz,3H),2.72～2.81(m,4H),5.98(s,1H),6.39(d,J=16.5 Hz,1H),7.03(d,J=16.5 Hz,1H),7.11～7.14(m,2H),7.21～7.25(m,4H),7.30～7.38(m,9H).13C NM R(125 M Hz,CDCl3),δ:196.0,151.7,143.1,141.5,134.7,133.0,130.1,129.6(4C),128.7(2C),128.4(2C),128.2(4C),128.1(2C),126.6(2C),55.8,28.5,27.2,15.3,14.8.ES-M S(m/Z):445.1[(M+1)]+.

化合物2j为淡黄色晶体,熔点为153℃～155℃.1H NMR(500 M Hz,CDCl3),δ:2.22～2.25(m,6H),5.89(s,1H),6.45(d,J=15.0 Hz,1H),7.06(d,J=15.0 Hz,1H),7.13～7.15(m,2H),7.14～7.23(m,13H).13C NM R(125 M Hz,CDCl3),δ:195.5,149.7,142.6,141.2,136.1,134.7,130.0,129.5(4C),128.7(2C),128.2(4C),128.1(2C),127.9(2C),126.6(2C),55.4,17.8,16.3.ES-M S(m/Z):417.1[(M+1)]+.

化合物2k为白色晶体,熔点为87℃～89℃.1H NM R(500 M Hz,CDCl3),δ:3.36～3.37(m,2H),3.39～3.40(m,2H),3.77(s,3H),3.95(s,2H),6.78(d,J=8.5 Hz,2H),6.98(d,J=8.0 Hz,2H),7.26～7.33(m,2H),7.40～7.44(m,3H).13C NMR(125 M Hz,CDCl3),δ:193.6,157.9,139.7,130.6,130.5,129.0(3C),128.0(2C),127.6(2C),123.2,113.8(2C),55.2,39.5,39.1,36.3.ES-MS(m/Z):343.1[(M+1)]+.

2.2 反应条件的优化和反应的适用范围

实验证明,催化剂的用量以及溶剂都对反应效率产生影响.首先,我们选用了α-苯甲酰基二硫缩烯酮1a和二苯甲醇的反应为模型反应,进行了反应条件的优化.从实验结果上看,使用CuBr2摩尔分数为10%和BF3·OEt2摩尔分数为10%联合催化时,该偶联反应的产率最好,而只用CuBr2为催化剂时,反应的效率很低.室温下几乎不发生反应,在加热条件下虽然有产物生成,但产率仅为26%.根据实验结果,我们选择在室温下,在乙腈溶剂中,以1a与二苯甲醇的物质的量比为1∶1投料,以CuB r2和BF3·OEt2做联合催化剂,反应6.0 h,偶联产物2a的产率可达98%.另外,在考察溶剂对反应的影响时发现,二氯甲烷和四氢呋喃做溶剂时,反应效率很低.

在上述优化的反应条件下,选择具各种不同结构的二硫缩烯酮1,如表1中的α-EWG取代基为酰基、腈基、烯酰基等任意吸电子基团,烷硫基为环状的和开链式的取代基团,研究了化合物1与二苯甲醇的偶联反应的适用范围.从表1中可知,所有待考察的反应都高产率地生产偶联产物2(见表1).当选用活性相对较弱的对甲氧基苄醇做亲电试剂与1a反应时,相同条件下该偶联反应也可发生,但产率相对较差,仅为53%(见图2).

图2 二硫缩烯酮1a与对甲氧基苄醇的偶联反应

总之,本文使用联合催化的方法使二硫缩烯酮1与二苯甲醇的偶联反应在催化量的催化剂存在下能有效地进行,从而提供了一种高效、经济的碳碳成键方法.

[1] MARCH J.Advanced organic chemistry[M].New York:Wiley,1992:1-140.

[2] TROST B M.The atom economy:a search for synthetic efficiency[J],Science,1991,254:1471-1477.

[3] 王芒,刘群,赵梅欣,等.α-羰基烯酮二硫代缩醛化学研究进展(Ⅵ)[J].东北师大学报:自然科学版,1999(4):48-55.

[4] JUNJAPPA H,ILa H,ASOKAN C V.α-Oxoketene-S,S-,N,S-and N,N-acetals:versatile intermediates in organic synthesis[J].Tetrahedron,1990,46:5423-5506.

[5] YIN Y,WANG M,L IU Q,et al.A C—C bond formation reaction at the-carbon atom ofα-oxo ketene dithioacetals via the Baylis-Hillman type reaction[J].Tetrahedron Lett,2005,46:4399-4402.

[6] ZHANGQ,L IU Y,WANGM,et al.Highly efficient C C bond-fo rming reaction of-cyanoketene dithioacetalw ith aldehydes and ketones[J].Synthesis,2006:3009-3014.

[7] YUAN H J,WANG M,LIU YJ,et al.Copper(Ⅱ)-catalyzed C—C bond-forming reactionsofα-electron-withdrawing group-substituted ketene S,S-acetalswith carbonyl compounds and a facile synthesisof coumarins[J].Adv Synth Catal,2009,351:112-116.

[8] LIU Y J,WANG M,YUAN H J,et al.Copper(Ⅱ)bromide/boron trifluoride etherate-cocatalyzed cyclization of ketene dithioacetals and p-quinones:amild and general approach to polyfunctionalized benzofurans[J].Adv Synth Catal,2010,351:884-892.

[9] ZHANGQ,SUN S,HU J,et al.BF3·Et2O-catalyzed direct carbon-carbon bond formation of-EWG ketene-(S,S)-acetals and alcohols and synthesis of unsymmetrical biaryls[J].JOrg Chem,2007,72:139-143.

CuBr2and BF3·OEt2co-catalyzed carbon-carbon coupling reaction of ketene dithioacetalsand diphenylmethanol

BEKTURHUM Bahargul1,2,WANGM ang1,L IU Qun1
(1.Faculty of Chemistry,Northeast Normal University,Changchun 130024,China;
2.Department of Chemistry,Yili Normal University,Yili 835000,China)

A highly efficient CuBr2and BF3·OEt2-cocatalyzed C—C coup ling reaction between readily available-EWG ketene dithioacetals and diphenylmethanol has been developed.In the p resence of 10%equivalent of CuBr2and 10%equivalent of BF3·OEt2,a series of coup ling p roducts were p repared in high yields from-EWG ketene dithioacetals and diphenylmethanol.A ll new coup ling p roducts were characterized by NMR,IR and M S.

ketene dithioacetals;cup ric brom ide;diphenylmethanol

O621.2

150·20

A

1000-1832(2010)03-0086-04

2010-05-15

教育部归国留学人员科研启动基金资助项目(2008).

巴哈尔古丽·别克吐尔逊(1970—),女,硕士研究生;王芒(1970—),女,博士,副教授,主要从事有机合成化学研究.ELCHNS-O型全自动元素分析仪;WRS-A数字熔点仪.

(责任编辑石绍庆)