无溶剂条件下喹喔啉衍生物碳氮双键还原反应

2018-11-01顾海宁吴政杰

浙江科技学院学报 2018年5期

顾海宁，吴政杰，吴军

(1.浙江本立科技股份有限公司，浙江台州 317016；2.浙江大学化学系，杭州 310027)

无溶剂合成法由于在反应过程中不使用有机溶剂,具有反应速度快、反应选择性好和后处理简单等优点,还可以得到一些常规液相反应得不到的产物而受到人们广泛的关注[23]。2005年,Cho[24]小组报道了无溶剂条件下以硼氢化钠为还原剂选择性还原亚胺化合物的方法,该方法适用于多种对还原剂敏感的官能团,反应时间短,条件温和,不失为一种还原亚胺的有效方法。

喹喔啉类化合物是一类有应用价值的杂环化合物,具有多种生物活性，如氯喹喔啉衍生物是一类重要的除草剂[25]。我们在生物活性分子的研究中,设计了含氯喹喔啉结构单元的希夫碱。由于此类化合物的还原反应还未见文献报道，我们尝试在室温、无溶剂条件下采用研磨法还原希夫碱,并顺利得到了还原产物,本文报道相应的研究结果。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

1H NMR和13C NMR在Bruker Advance DMX400(400M)上测定,CDCl3为溶剂,TMS为内标;高分辨质谱在HP5973GCMS气相色谱质谱联用仪上进行测定。反应进程用TLC跟踪检测,用紫外灯或者碘显色。实验所用试剂均为市售AR或CP试剂。

1.2 试验方法

1.2.1 还原剂的选择

将还原剂20 mmol和四氢呋喃20 mL加入反应瓶中,搅拌均匀后再加入化合物1a 10 mmol和5滴甲醇继续搅拌30 min。反应完成后真空旋蒸除去溶剂，加入10 mL 水和10 mL乙酸乙酯,抽滤,再用20 mL水和30 mL乙酸乙酯洗涤滤饼,有机相用饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,旋蒸除去溶剂,经乙醇重结晶得到目标产物2a，具体如表1所示。

1.2.2 无溶剂反应优化

将硼氢化钠757 mg(20 mmol)和添加剂2.27 g在研钵中研磨,研磨均匀后再加入化合物1a 10 mmol和5滴甲醇继续研磨6～10 min。反应毕，加入10 mL 水和10 mL乙酸乙酯,抽滤,再用20 mL水和30 mL乙酸乙酯洗涤滤饼,有机相用饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,旋蒸除去溶剂,经乙醇重结晶得到目标产物2a，具体如表1所示。

表1 反应条件优化Table 1 Optimization of reaction conditions

1.2.3 反应底物对还原反应的影响

将硼氢化钠757 mg(20 mmol)和硅胶2.27 g在研钵中研磨,研磨均匀后再加入化合物1a—1k10 mmol和5滴甲醇继续研磨6～10 min。反应毕，加入10 mL水和10 mL乙酸乙酯,抽滤,再用20 mL水和30 mL乙酸乙酯洗涤滤饼,有机相用饱和食盐水洗涤,无水硫酸镁干燥,旋蒸除去溶剂,经乙醇重结晶得到目标产物2a—2k，具体如表2所示。

表2 喹喔啉衍生物2a—2k的合成Table 2 Synthesis of quinoxalin derivatives 2a-2k

2a：黄色固体,产率90%;熔点197～198 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.68(s, 1H),8.05(s, 1H),7.70(d,J=8.4 Hz,1H),7.60(d,J=6.8 Hz,1H),7.38～7.32(m,2H),7.16(d,J=8.4 Hz,3H),6.92(d,J=6.4 Hz,3H),4.46(s,2H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶157.8,155.0,153.5,148.7,140.0,139.6,138.4,132.9,131.5,130.2,129.2,128.8,127.8,122.8,120.1,116.4,112.7,108.1,44.3;HRMS(EI-TOF)理论值C21H16ClN3O2(M+)377.093 1,实测值377.093 3。

2b：橘红色固体,产率82%;熔点136～137 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.65(s,1H),8.04(s,1H),7.69(d,J=9.2 Hz,1H),7.60(d,J=7.6 Hz,1H),7.29(d,J=8.0 Hz,1H),7.21～7.13(m,2H),6.88～6.83(m,2H),6.77～6.71(m,3H),4.38(s,2H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶156.8,156.0,153.5,148.8,140.0,139.6,138.4,132.9,131.1,130.2,129.2,128.9,128.8,127.8,122.8,120.1,116.4,112.7,112.6,108.1,47.6;HRMS(EI-TOF)理论值C21H16ClN3O2(M+)377.093 1,实测值377.093 0。

2c：白色固体,产率83%;熔点205～206 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶9.89(s,1H),8.79(s,1H),8.08(s,1H),7.71(s,2H),7.21(d,J=6.4 Hz,1H),7.08～7.06(m,1H),7.01(d,J=8.8 Hz,2H),6.83(d,J=8.8 Hz,1H),6.61(d,J=8.8 Hz,2H),4.19(s,2H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶158.4,147.1,147.0,145.0,144.2,140.1,139.6,138.5,132.5,131.3,129.3,128.7,127.8,127.6,123.9,123.8,123.2,112.4,48.3;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15N3O2Cl2(M+)411.054 1,实测值411.054 5。

2d：褐色固体,产率83%;熔点167～168 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ∶9.82(s,1H),8.79(s,1H),8.09(s,1H),7.72(s,2H),7.18～7.11(m,2H),7.07(dd,J=8.4,J=2.4 Hz,1H),6.78(d,J=8.8 Hz,1H),6.51～6.43(m,3H),6.37(t,J=8.0 Hz,1H),4.17(s,2H);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ∶159.2,157.0,147.1,144.9,140.5,139.8,138.4,132.7,132.0,131.3,129.6,128.8,127.8,126.7,122.9,121.2,119.0,116.5,115.8,112.6,45.9;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15Cl2N3O2(M+)411.054 1,实测值411.053 6。

2e：黄色固体,产率89%;熔点199～200 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.68(s,1H),8.15(d,J=6.4 Hz,2H),8.05(s,1H),7.68(d,J=8.8 Hz,1H),7.61～7.58(m,1H),7.19(d,J=8.8 Hz,2H),6.97～6.93(m,3H),4.57(s,2H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶162.0,157.5,154.0,150.4,141.4,140.1,139.7,138.6,132.1,131.9,130.5,129.3,127.9,127.0,124.7,124.3,115.5,110.1,109.0,105.1,41.2;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15ClN4O4(M+)422.078 2,实测值422.078 6。

2f：淡黄色固体,产率77%;熔点145～146 ℃;1H NMR(400 MHz,DMSO-d6)δ∶11.26(s,1H),8.77(s,1H),8.11～8.08(m,2H),8.02～7.99(m,1H),7.73～7.65(m,1H),7.14(t,J=8.0 Hz,1H),6.95(d,J=8.8 Hz,1H),6.53～6.44(m,4H),4.25(s,2H);13C NMR(100 MHz,DMSO-d6)δ∶158.2,157.0,147.1,144.9,142.5,139.8,138.4,132.7,132.5,131.3,129.6,128.8,127.8,126.7,122.9,121.2,119.0,116.5,115.8,112.6,46.3;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15ClN4O4(M+)422.078 2,实测值422.078 9。

2g：黄色固体,产率86%;熔点181～182 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.65(s,1H),8.05(s,1H),7.71(d,J=8.8 Hz,1H),7.59(d,J=8.8 Hz,1H),7.09(d,J=8.0 Hz,2H),6.93(s,1H),6.84(s,2H),6.77(d,J=8.0 Hz,2H),4.41(s,2H),3.91(s,3H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶157.5,146.6,145.8,144.1,143.9,140.1,139.5,138.6,132.4,130.9,128.7,127.7,124.3,122.0,121.1,119.5,114.1,109.9,55.9,44.3;HRMS(EI-TOF)理论值C22H18ClN3O3(M+)407.103 7,实测值407.103 3。

2h：灰色固体,产率69%;熔点134～135 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.62(s,1H),8.03(s,1H),7.71(d,J=9.2 Hz,1H),7.59(d,J=9.2 Hz,1H),7.21(t,J=8.0 Hz,1H),6.90～6.87(m,1H),6.80(d,J=4.8 Hz,2H),6.59(t,J=6.4 Hz,3H),6.05(s,1H),4.36(s,2H),3,87(s,3H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶158.3,155.5,146.7,145.8,144.1,142.9,140.1,139.5,137.6,132.4,130.5,128.7,127.8,124.3,122.0,121.1,119.5,114.1,109.9,57.9,45.3;HRMS(EI-TOF)理论值C22H18N3O3Cl(M+)407.103 7,实测值407.104 1。

2i：桔红色固体,产率88%;熔点171～172 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.64(s,1H),8.21(d,J=8.0 Hz,2H),8.02(s,1H),7.67(d,J=8.8 Hz,1H),7.56(d,J=8.0 Hz,3H),7.08(d,J=8.4 Hz,2H),6.64(d,J=8.4 Hz,2H),4.49(s,2H),4.32(s,1H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶157.4,147.1,147.0,145.0,144.2,140.1,139.6,138.5,132.5,130.9,129.3,128.7,127.8,127.6,123.9,122.2,113.4,47.9;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15ClN4O3(M+)406.083 3,实测值406.083 4。

2j：淡黄色固体,产率93%;熔点137～138 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.63(s,1H),8.19(d,J=8.0 Hz,2H),8.04(s,1H),7.66(d,J=9.2 Hz,1H),7.59(d,J=9.2 Hz,1H),7.53(d,J=8.4 Hz,2H),7.22(d,J=8.0 Hz,1H),6.64(d,J=8.0 Hz,1H),6.52(d,J=8.4 Hz,1H),6.46(s,1H),4.48(s,1H),4.39(s,1H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶158.4,147.4,147.0,145.0,144.2,140.1,138.6,138.5,132.7,130.9,129.3,128.2,127.8,125.6,123.9,123.8,122.2,113.4,49.4;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15ClN4O3(M+)406.083 3,实测值406.083 7。

2k：淡黄色固体,产率92%;熔点106～107 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3)δ∶8.05(s,1H),7.88(s,1H),7.71(d,J=8.8 Hz,1H),7.58(d,J=8.8 Hz,1H),7.24～7.20(m,3H),6.95(d,J=8.0 Hz,2H),6.84(d,J=8.8 Hz,3H),5.20(s,2H);13C NMR(100 MHz,CDCl3)δ∶156.2,152.1,140.3,137.5,136.0,134.2,133.1,131.1,130.1,129.3,129.1,128.4,128.3,127.7,126.8,117.2,53.1;HRMS(EI-TOF)理论值C21H15ClN3O2(M+)395.059 2,实测值395.060 5。

2 结果与讨论

2.1 还原剂的选择

首先以化合物1a为反应底物进行还原反应的探索研究。如表1所示，在四氢呋喃(THF)溶剂体系中考察了还原剂LiAlH4、KBH4和NaBH4对反应收率的影响,发现LiAlH4对反应极为不利,没有得到相应的目标产物2a;相反,用还原能力相对较弱的NaBH4以45%的收率得到了目标产物2a。

2.2 无溶剂反应优化

进一步的试验表明,在无溶剂反应条件下,以NaBH4为还原剂，不仅能使反应时间缩短,而且收率也显著提高(表1)。因此,还原反应的优化条件是：NaBH4为还原剂,无溶剂条件下研磨6 min。

2.3 反应底物对还原反应的影响

在上述最佳反应条件下,考察了各种反应底物对还原反应的影响(表2)。试验结果表明,苯环上取代基的电子效应对反应影响不大,反应均可以顺利进行,并获得相应的目标还原产物。当苯环上带有酚羟基时,除产物2h收率相对偏低外，其他的产物都有较高的收率(2a—2g)。对于苯环上不带酚羟基的底物,该反应也能获得很高的收率(2i—2k)。