一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用 |
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| 申请号 | CN202311473684.2 | 申请日 | 2023-11-07 | 公开(公告)号 | CN117820286A | 公开(公告)日 | 2024-04-05 |
| 申请人 | 河南农业大学; | 发明人 | 邵志晖; 崔冰; 赵铭钦; 张晓雨; 丁佳桥; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于合成化学领域，具体涉及一种Pincer锰催化剂在催化噻吩 羧酸 类衍 生物 合成中的应用。所述Pincer锰催化剂可用于催化噻吩羧酸类衍生物的合成；所述Pincer锰催化剂为(CO)2BrPNP(或PNP(iPr)tBu)‑Mn(CO)‑Mn(CO)2Br2，BrPNP(Cy)。所述噻吩羧酸类衍生物的制备‑Mn(CO)2Br，PNP(Ph)‑Mn方法包括以下步骤：以噻吩羧酸醇或噻吩羧酸 醛 为反应原料，加入 碱 ，Pincer锰催化剂， 有机 溶剂 ，进行反应，得到噻吩羧酸类衍生物。本发明以Pincer锰催化剂催化噻吩羧酸类衍生物的合成，所述催化剂具有底物适用性广和反应效率高等优点；采用Pincer锰催化剂催化噻吩羧酸类衍生物的合成具有成本低，生物兼容性好，原料来源广泛及 原子 经济性好等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用，其特征在于，所述Pincer锰催化剂可用于催化噻吩羧酸醇或噻吩羧酸醛生成噻吩羧酸类衍生物； |
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| 说明书全文 | 一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用技术领域[0003] 本发明属于合成化学领域，具体涉及一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用。 背景技术[0004] 噻吩是稳定的五元杂环化合物，具有芳香族化合物的性质，化学性质与苯高度相似，具有更高的反应活性，但噻吩环热稳定性和芳香性比苯环差，易发生开环裂解反应。噻吩衍生物广泛应用于合成医药、农药、化学试剂及高分子助剂等。带有噻吩环的抗生素比苯基同系物具有更好的疗效，如噻布洛酸、苯噻啶等十余种疗效显著的消炎镇痛药均为噻吩类衍生物。噻吩类衍生物还用于食用香料的合成，因其具有独特的香味，留香时间长，广泛应用于食品，香水和化妆品中。如2‑乙酰基‑β‑甲基噻吩具有浓烈的咖啡味，硫架噻吩具有鲜肉气味等。含噻吩环的构建与修饰已逐渐成为合成化学的一个重要研究分支并取得了系列研究进展，涌现出诸多经典反应。 [0005] 传统的由醇合成羧酸是通过醛中间体的两步程序进行的。同时，相应的直接氧化方法主要依赖于使用强毒性氧化剂。在某些情况下，氧可以作为唯一的氧化剂，产生水作为副产物。然而，使用氧气会存在安全问题，因为它会与许多有机试剂和溶剂形成爆炸性混合物，这在高压下也是非常危险的。为了克服这个问题，grtzmacher发明了一种催化脱氢方法，在其他氢受体如酮、烯和氧化亚氮存在的情况下，将醇转化为羧酸盐。由Milstein在催化脱氢偶联反应方面的研究首创，将醇氧化为羧酸盐的理想可持续方法是与碱性水进行无受体脱氢偶联。然而，由于形成酯化和醇升级(Guerbet反应)副产物的潜在竞争性反应途径，该反应存在关键的选择性问题。因此，目前仅有几种能较好地促进这一转变的过渡金属催化剂被开发出来，而且都局限于贵金属催化剂，包括Ru、Rh、Pd、Ir和Ag。从可持续发展的角度来看，用经济、环保的地球资源丰富的金属替代贵金属催化剂是迫切需要的。因此，由非贵金属催化剂催化的醇与氢氧化物的原子经济脱氢偶联形成羧酸盐是一种理想的转化。受锰催化脱氢反应近年来取得的成就的鼓舞，我们开发了一种锰催化的通用高效醇脱氢反应，该反应使用明确的钳形锰催化剂，以高选择性和高效率提供了广泛的羧酸。例如Karl Kirchner等在《Journal of the American Chemical Society》(J.Am.Chem.Soc.2017, 139,26,8812–8815)报道了使用钳形锰催化剂是一种非常高效的催化方式。 [0006] 但是现有技术将醇类和醛类化合物合成制备噻吩羧酸类化合物时，主要以贵金属作为催化剂时，不仅成本高，而且反应效率低下。 发明内容[0007] 为解决现有技术的缺点和不足之处，本发明的目的在于提供一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用。所述Pincer锰催化剂可用于催化噻吩羧酸类衍生物的合成，能够降低反应的成本，提高反应的效率。 [0008] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案： [0009] Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物合成中的应用，所述Pincer锰催化剂可用于催化噻吩羧酸醇或噻吩羧酸醛生成噻吩羧酸类衍生物；所述Pincer锰催化剂为PNPi t(Pr)‑Mn(CO)2Br，PNP(Cy)‑Mn(CO)2Br，PNP(Ph)‑Mn(CO)2Br或PNP(Bu)‑Mn(CO)2Br；所述PNPi (Pr)‑Mn(CO)2Br的结构式如式I所示；所述PNP(Cy)‑Mn(CO)2Br的结构式如式II所示；所述t PNP(Ph)‑Mn(CO)2Br的结构式如式III所示；所述PNP(Bu)‑Mn(CO)2Br的结构式如式IV所示； [0010] [0011] 进一步地，所述噻吩羧酸类衍生物的制备方法采用以下步骤：以噻吩羧酸醇或噻吩羧酸醛为反应原料，加入碱，Pincer锰催化剂，有机溶剂，进行反应，得到所述噻吩羧酸类衍生物。 [0012] 进一步地，所述噻吩羧酸醇的结构式为以下任意一种： [0013] [0014] 所述噻吩羧酸醇合成噻吩羧酸类衍生物的过程中，所述噻吩羧酸醇的羟甲基经反应生成羧基。 [0015] 进一步地，所述噻吩羧酸醛的结构式为以下任意一种： [0016] [0017] 所述噻吩羧酸醛合成噻吩羧酸类衍生物的过程中，所述噻吩羧酸醛的醛基和/或羟甲基均经反应生成羧基。 [0018] 进一步地，所述反应的温度为140‑165℃。 [0019] 进一步地，在140‑165℃下进行反应的时间至少为6h； [0020] 优选地，反应时间为16h。 [0023] 进一步地，所述有机溶剂为二氧六环(dioxane)、甲苯(toluene)及茴香醚(anisole)中的至少一种。 [0024] 进一步地，所述噻吩羧酸醇，碱，催化剂及有机溶剂的摩尔体积比为1.000mmol：(0.800‑1.200)mmol：0.005mmol：(1.000‑2.000)mL； [0025] 所述噻吩羧酸醛，碱，催化剂及有机溶剂的摩尔体积比为1.000mmol：(0.800‑1.200)mmol：0.005mmol：(1.000‑2.000)mL。 [0026] 进一步地，所述反应结束后，还需对反应液进行柱层析分离。 [0027] 进一步地，所述PNP(iPr)‑Mn(CO)2Br的制备方法采用以下步骤：以Mn(CO)5Br及i iPNP‑Pr为反应原料，加入甲苯，于加热条件下进行反应，得到式Ⅵ所示的PNP(Pr)‑Mn(CO)i 2Br；所述PNP‑Pr的结构式如式V所示；反应路线如下式所示： [0028] [0029] 进一步地，所述Mn(CO)5Br，PNP‑iPr及甲苯的摩尔体积比为0.44mmol：0.48mmol：10.00mL；所述反应的温度为110℃，时间为4h；所述反应结束后，还需对反应液进行过滤，干i 燥，得到所述PNP(Pr)‑Mn(CO)2Br。 [0030] 有益效果 [0031] 本发明提供了一种Pincer锰催化剂在催化噻吩羧酸类衍生物中的应用；本发明以Pincer锰催化剂催化噻吩羧酸类衍生物的合成，所述催化剂具有底物适用性广和反应效率高等优点；采用Pincer锰催化剂催化噻吩羧酸类衍生物的合成具有产率高的优点；所述合成方法具有成本低，生物兼容性好，原料来源广泛及原子经济性好等优点。 具体实施方式[0033] 除非另行定义，本发明中所使用的所有专业与科学术语属于本发明的技术领域的技术人员所理解的含义相同。如无特殊说明，本发明所使用的药品或试剂均按照产品说明书使用或采用所属领域的常规使用方法。现根据说明书和具体实施方式对本发明的工艺进一步说明。 [0034] 以下结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。 [0035] 以下实施例中采用催化剂[Mn]‑I、催化剂[Mn]‑II、催化剂[Mn]‑III、催化剂[Mn]‑IV的结构如下： [0036] [0037] 其中，催化剂[Mn]‑I(PNP(Ph)‑Mn(CO)2Br催化剂)采用包括如下步骤的方法制得： [0038] 在氩气氛围下，往25mL的Schlenk瓶中，加入[Mn(CO)5Br](0.44mmol)，[PNP‑iPr](0.48mmol)和脱气toluene(10mL)，反应加热至110℃，搅拌4h。反应结束后，过滤出去残渣，抽干甲苯，加入10mL脱气正己烷，氩气过滤，滤饼真空干燥后得浅黄色固体(70％)，涉及的反应式如下： [0039] [0040] 核磁：1H NMR(400MHz,C6D6)δ3.27(d,J＝6.9Hz,2H),2.79(s,1H),2.43(d,J＝13.3Hz,2H),2.21(d,J＝7.3Hz,2H),1.98–1.84(m,2H),1.64(s,2H),1.51(dd,J＝15.1, 7.3Hz,6H),1.31(dd,J＝13.9,6.9Hz,6H),1.21(dd,J＝13.1,7.1Hz,6H),1.06(dd,J＝ 13 10.9,6.9Hz,6H),0.85(s,2H), C NMR(101MHz,C6D6)δ52.33,26.77(t,J＝9.3Hz),25.78 31 (t,J＝9.3Hz),24.10(d,J＝9.5Hz),19.88(d,J＝16.5Hz),18.51,18.05. P NMR(162MHz,C6D6)δ81.23(s). [0041] 高分辨：HR‑MS(ESI)called for C18H37MnNO2P2[M]+:416.1674；found:416.1675. [0042] 红外：3180,2915,2870,1901,1809,1458,1367,1251,1054,956,827,653,626,‑1599cm . [0043] 所采用的催化剂[Mn]‑II、催化剂[Mn]‑III、催化剂[Mn]‑IV参考文献(Chem.Sci.2017,8,3576；J.Am.Chem.Soc.2017,139,11941；.)中的方法合成。 [0044] 实施例1 [0045] 在手套箱中，往15mL带有搅拌子的耐压管中依次加入化合物a(2‑噻吩甲醇)(1mmol)，氢氧化钾(1mmol)，催化剂[Mn]‑I(0.005mmol)和二氧六环(2mL)。拧紧瓶盖，将耐压管放入到金属模块中在165℃条件下，反应16h。反应结束后，冰水浴冷却，小心打开瓶盖，对反应产物通过气相色谱进行(GC)定量分析，并计算反应产物产率(yiled)为94％。 [0046] 反应路线为： [0047] [0048] 核磁：1H NMR(400MHz,DMSO)δ13.11(s,1H),7.90(dd,J＝5.0,1.4Hz,1H),7.74(dd,J＝3.7,1.3Hz,1H),7.20(dd,J＝5.0,3.6Hz,1H).13C NMR(101MHz,DMSO)δ163.42(s),135.12(s),133.74(d,J＝7.0Hz),128.72(s).。 [0049] 实施例2‑3 [0050] 在实施例1的基础上，实施例2‑3分别将催化剂[Mn]‑I替换为催化剂[Mn]‑II及[Mn]‑III，其它条件相同，实施例2‑3的产率分别为85％及77％。 [0051] 实施例4 [0052] 在手套箱中，往15mL带有搅拌子的耐压管中依次加入化合物a(2‑噻吩甲醇)(1mmol)，催化剂[Mn]‑I(0.005mmol)，二氧六环(1mL)和氢氧化钾(分别为0.8mmol、1.0mmol和1.2mmol)。拧紧瓶盖，将耐压管放入到金属模块中在165℃条件下，反应16h。反应结束后，冰水浴冷却，小心打开瓶盖，对反应产物通过气相色谱进行(GC)定量分析，并计算反应产物产率(yiled)分别为76％，79％，96％。 [0053] 实施例5‑17 [0054] 在实施例1的基础上分别使用化合物b‑n替换化合物a，其它步骤与实施例1相同，实施例5‑17采用的化合物，产物及产率如下表所示： [0055] [0056] 实施例5‑17所得产物的核磁检测结果为： [0057] 实施例5：1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.27(dd,J＝3.0,1.3Hz,1H),7.62(dd,J＝5.1,13 3.0Hz,1H),7.44(dd,J＝5.0,1.3Hz,1H). CNMR(101MHz,DMSO)δ164.07(s),134.78(s), 133.79(s),128.22(s),127.76(s). [0058] 实施例6：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.55(d,J＝3.6Hz,1H),6.90(dd,J＝3.7,1.1Hz,13 1H),2.49(d,J＝1.0Hz,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ163.32(s),147.87(s),134.04(s), 132.44(s),127.37(s),15.81(s). [0059] 实施例7：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.56(d,J＝1.5Hz,1H),7.49–7.45(m,1H),2.2313 (s,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ163.45(s),138.73(s),135.46(s),134.62(s),129.10(s), 15.64(s). [0060] 实施例8：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.71(dd,J＝5.1,1.4Hz,1H),7.03(d,J＝5.0Hz,13 1H),2.47(s,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ164.14(s),145.48(s),132.49(s),131.20(s), 127.87(s),15.96(s). [0061] 实施例9：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.40(d,J＝1.4Hz,1H),2.39(s,3H),2.13(d,J＝13 1.1Hz,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ [0062] 164.26(s),144.85(s),139.58(s),127.93(s),126.92(s),15.03(s),13.90(s).[0063] 实施例10：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.57(d,J＝3.7Hz,1H),6.93(dd,J＝3.7,13 1.0Hz,1H),2.85(qd,J＝7.5,1.0Hz,2H),1.25(t,J＝7.5Hz,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ 163.37(s),155.17(s),133.87(s),132.04(s),125.62(s),23.56(s),16.03(s).[0064] 实施例11：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.48(d,J＝4.2Hz,1H),6.41(d,J＝4.2Hz,1H), 13 3.93(s,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ [0065] 171.64(s),163.47(s),133.48(s),119.78(s),106.19(s),60.89(s).[0066] 实施例12：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.52(t,J＝4.1Hz,1H),6.88(dd,J＝4.3,1 1.8Hz,1H).H NMR(400MHz,DMSO)δ7.52(t,J＝4.1Hz,1H),6.88(dd,J＝4.3,1.8Hz,1H).[0067] 实施例13：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.62(dd,J＝4.0,2.0Hz,1H),7.24(td,J＝4.0, 13 1.2Hz,1H). C NMR(101MHz,DMSO)δ [0068] 162.35(s),135.34(s),134.07–133.55(m),128.95(d,J＝2.8Hz). [0069] 实施例14：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.56(dd,J＝4.0,1.1Hz,1H),7.38–7.29(m,13 1H). C NMR(101MHz,DMSO)δ162.28(s),136.60(s),134.39(s),132.37(s),119.38(s).[0070] 实施例15：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.29(q,J＝5.4Hz,2H),2.67(s,3H).1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.29(q,J＝5.4Hz,2H),2.67(s,3H). [0071] 实施例16：1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.01(d,J＝1.3Hz,1H),7.13(s,1H),2.45(d,J13 ＝0.7Hz,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ [0072] 163.99(s),140.79(s),134.38(s),131.80(s),126.19(s),15.24(s).[0073] 实施例17：1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.22(d,J＝3.3Hz,1H),7.24(dd,J＝3.2,13 0.8Hz,1H),2.38(d,J＝0.5Hz,3H). C NMR(101MHz,DMSO)δ164.59(s),138.61(s),135.19(s),132.89(s),123.93(s),16.46(s). [0074] 由上述实施例可以看出，以醇类为起始原料能够在[Mn]‑I催化条件下实现原位条件下合成噻吩羧酸类衍生物，其中，噻吩羧酸类衍生物的苯环上带有不同电子效应以及位阻效应的取代基均能很好的兼容。 [0075] 实施例18 [0076] 在手套箱中，往15mL带有搅拌子的耐压管中依次加入化合物o(噻吩醛)(1mmol)，氢氧化钾(1mmol)，催化剂[Mn]‑I(0.005mmol)和二氧六环(2mL)。拧紧瓶盖，将耐压管放入到金属模块中在165℃条件下反应16h。反应结束后，冰水浴冷却，小心打开瓶盖，对反应产物通过气相色谱进行(GC)定量分析，并计算反应产物产率为88％。 [0077] 实施例19‑26 [0078] 在实施例18的基础上，分别使用化合物p‑w替换化合物o，其它步骤与实施例18相同。 [0079] 实施例18‑26采用的化合物，产物及产率如下表所示： [0080] [0081] 实施例23的核磁检测结果为：1H NMR(400MHz,DMSO)δ7.73(d,J＝2.2Hz,2H).13C NMR(101MHz,DMSO)δ162.91(s),140.25(s),133.69(d,J＝2.1Hz). [0082] 实施例26的核磁检测结果为：1H NMR(400MHz,DMSO)δ8.18(s,2H).13C NMR(101MHz,DMSO)δ164.96(s),134.05(d,J＝11.7Hz). [0083] 实施例27 [0084] 在实施例1的基础上，将催化剂[Mn]‑I替换为催化剂[Mn]‑IV，其它条件相同，产率为36％。 [0085] 实施例28‑30 [0086] 在实施例1的基础上，分别将氢氧化钾替换为NaOH，tBuOK及K2CO3，其它步骤均与实施例1相同，实施例28‑30所得产物的产率分别为86％，27％及11％。 [0087] 实施例31 [0088] 在实施例1的基础上，将165℃替换为140℃，其它步骤均与实施例1相同，实施例31所得产物的产率为79％。 [0089] 实施例32 [0090] 在实施例1的基础上，将氢氧化钾的用量1mmol替换为1.2mmol，其它步骤均与实施例1相同，实施例32所得产物的产率为96％。 [0091] 实施例33 [0092] 在实施例1的基础上，将氢氧化钾的用量1mmol替换为0.8mmol，其它步骤均与实施例1相同，实施例33所得产物的产率为76％。 [0093] 实施例34 [0094] 在实施例1的基础上，将二氧六环替换为甲苯，其它步骤均与实施例1相同，实施例34所得产物的产率为84％。 [0095] 实施例35 [0096] 在实施例1的基础上，将二氧六环替换为茴香醚，其它步骤均与实施例1相同，实施例35所得产物的产率为86％。 [0097] 实施例36 [0098] 在实施例1的基础上，将二氧六环的用量2mL替换为1mL，其它步骤均与实施例1相同，实施例36所得产物的产率为87％。 [0099] 对比例1‑3 [0100] 实施例1‑2分别在实施例1的基础上将催化剂更换为相同摩尔量的Mn(CO)5Br及MnCl2，实施例3不添加催化剂，其它步骤均与实施例1相同，对比例1‑3所得产物的产率均小于5％。 [0101] 性能测试 [0102] 所有样品由12名专家组成的评析小组进行香气评价。所有样品于评析室进行3次平行评价，一次评析样品量不超过15个，评析间隔休息10分钟后再进行下一次评析。对化合物进行嗅香鉴定，香气特征描述参考GB/T 14454.2‑2008香料香气评定法，具体评价指标参照表1，香韵和香气强度评分标度见表2。 [0103] 嗅闻期间逐个记录样品的气味特征与香气强度，根据实际感受填写样品香韵标度值。嗅闻评价结束后，专家小组经讨论商议确定样品的香气强度与香气特征描述。 [0104] 表1香原料质量评价表 [0105] [0106] 表2香韵和香气强度评分标度 [0107] [0108] 通过对实施例制备的化合物进行嗅香鉴定试验，结果显示，实施例1主要具有膏香、酸香和酸甜香香韵，实施例6具有干草香、坚果香和酸甜香香韵；实施例7具有清甜香、果香和酸甜香香韵；实施例8具有酒香、酸香和酸甜香香韵；实施例26具有树脂香、酸香和酸甜香香韵。以上化合物均具有优异的留香效果，表现出与原料明显不同的香气，具体内容详见表3。 [0109] 表3化合物的嗅香鉴定 [0110] [0111] 使用本发明实施例制备的化合物进行卷烟加香应用实验，结果表明，添加本发明制备的化合物对单料烟的香气特征、烟气特征和口感特征产生一定程度的影响，能有效提高烟气的细腻柔和程度，使烟气变得柔和、圆润。对降低刺激性，减轻干燥感、增加回甜感有显著效果，并使余味干净舒适。 |
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