一种制备咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物的方法
技术领域
本发明涉及一种高效、简便的化学反应，在温和的反应条件下，通过串联的插烯共轭加成、环化反应、消除反应和芳构化反应，合成咔唑类和二苯并噻吩类化合物的方法。
背景技术
咔唑存在于许多天然产物、药物和有机功能材料中，另外合成的咔唑衍生物也显示出潜在的抗癌、抗精神病、抗肺结核等药理活性。目前文献已报道了很多合成咔唑的方法(Chem.Rev.2012,112,3193-3328)，例如Fisher-Borsche合成、Graebe-Ullmann合成、Cadogan环化和铁介导合成等。然而，这些方法往往存在苛刻的反应条件、底物制备步骤繁琐和(或者)使用过渡金属等不足。吲哚是一类容易获得的原料，因此以吲哚为合成模板制备咔唑成为一种高效、方便的策略。在已发展的方法中，仍然存在着反应条件苛刻和(或者)使用过渡金属等不足(Org.Biomol.Chem.2019,17,8330-8342)。另一方面，二苯并噻吩类化合物存在于药物、染料、液晶和导电聚合物等。目前已报道的大多数合成二苯并噻吩的方法需要多步合成原料(Chem.–Eur.J 2014,20,7258-7261)。
基于咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物的重要用途以及目前合成方法上的不足之处，为了高效合成这些化合物，我们发明了一种咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物的通用合成方法。
发明内容
本发明是以碳酸钾为碱，以四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v)为溶剂，在氮气保护下，合成咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物，为咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物提供一种高效的合成方法。
根据本发明，所述的咔唑类化合物和二苯并噻吩类化合物的反应，其主要的合成步骤为：以3-硝基吲哚类化合物或者3-硝基苯并噻吩和亚烷基吖内酯为原料，在碳酸钾作用下，以四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v)为溶剂，在氮气保护下，合成目标化合物，其中，目标化合物的合成反应式为：
具体的产物结构如下：
上述反应中3-硝基吲哚类化合物或者3-硝基苯并噻吩1和(Z)-2-苯基-4-(1-苯亚乙基)噁唑-5(4H)-酮2a投料摩尔比为1:1.2，碳酸钾与3-硝基吲哚类化合物或者3-硝基苯并噻吩1投料摩尔比为2:1，四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v)为溶剂，氮气保护下，反应时间为24-36h，反应温度为40-60℃。
上述反应结束后，冷却至室温，对反应体系后处理，通过柱色谱纯化得到目标产物。
本发明的优势在于：原料容易制备、反应条件温和、操作简便和不需要使用金属催化剂。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案，并非限定本发明。
实施例1
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1a(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至60℃的油浴中继续搅拌24h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3a，收率53％。
白色固体，57.9mg，mp 214-215℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ9.85(br s,1H),8.25(d,J＝8.0Hz,1H),8.04(s,1H),7.94(br s,1H),7.63(d,J＝8.4Hz,2H),7.58-7.49(m,8H),7.38(t,J＝7.6Hz,2H),7.35(t,J＝7.8Hz,1H),7.18(d,J＝7.6Hz,1H),7.11(d,J＝8.0Hz,2H),3.02,2.28ppm.13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ167.0,145.9,144.9,139.1,138.3,138.1,135.4,134.7,134.4,132.5,132.2,129.7,129.6,129.2,128.9,128.5,127.5,127.2,126.8,126.5,125.1,119.6,118.3,112.3,108.3,25.1,21.5ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+ Calcd for C33H26N2NaO4S+ 569.1505；Found 569.1515.
实施例2
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1b(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至40℃的油浴中继续搅拌24h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3b，收率92％。
白色固体,100.5mg,mp 245-246℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ10.34(br s,1H),8.24(s,1H),8.17(d,J＝8.4Hz,1H),7.98(br s,1H),7.88(s,1H),7.66(d,J＝8.4Hz,2H),7.60-7.50(m,8H),7.42-7.38(m,2H),7.29(dd,J＝1.2,8.8Hz,1H),7.11(d,J＝8.0Hz,2H),2.51,2.28ppm.13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ166.7,146.4,144.8,138.2,137.8,136.3,134.9,134.7,133.9,132.5,132.3,129.9,129.6,129.2,128.9,128.5,127.9,127.2,126.4,126.3,123.8,118.7,117.4,114.2,108.3,21.5,21.4ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+Calcd for C33H26N2NaO4S+ 569.1505；Found 569.1508.
实施例3
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1c(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至40℃的油浴中继续搅拌24h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3c，收率43％。
白色固体,43％yield,mp 232-233℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ10.42(br s,1H),8.34-8.32(m,2H),7.99(br s,1H),7.85(s,1H),7.69(d,J＝8.4Hz,2H),7.60-7.48(m,8H),7.41-7.36(m,3H),7.16(d,J＝8.0Hz,2H),2.31ppm.13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ166.8,146.4,145.3,138.6,138.0,137.6,135.4,134.5,132.6,132.5,132.1,129.8,129.8,129.3,128.9,128.7,127.2,126.5,124.7,124.6,124.4,118.9,116.6,114.7,108.1,21.5ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+ Calcd for C32H23 35ClN2NaO4S 589.0959；Found589.0964.
实施例4
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1d(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至40℃的油浴中继续搅拌36h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3d，收率31％。
白色固体,26.1mg,mp 236-237℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ10.48(br s,1H),8.60(d,J＝7.2Hz,1H),8.10(d,J＝8.4Hz,1H),8.02(br s,1H),7.87(s,1H),7.56-7.44(m,10H),7.40(t,J＝7.8Hz,2H),2.98(s,3H),2.87(s,3H)ppm.13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ170.1,166.7,146.4,138.4,138.2,137.9,134.9,132.5,132.4,129.9,129.2,128.9,128.5,127.3,126.5,126.2,123.9,118.6,116.9,115.2,109.8,27.8ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+ Calcd for C27H20N2NaO3 + 443.1366；Found 443.1369.
实施例5
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1e(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至40℃的油浴中继续搅拌24h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3e，收率66％。
白色固体,63.2mg,mp 215-217℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ10.37(br s,1H),8.56(d,J＝7.2Hz,1H),8.23(d,J＝8.0Hz,1H),8.02(br s,1H),7.95(s,1H),7.57-7.36(m,12H),1.74(s,9H)ppm.13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ166.6,151.0,146.3,138.7,138.1,137.8,134.7,132.4,132.3,129.8,129.0,128.8,128.2,127.2,126.3,125.5,123.5,123.3,117.8,116.4,115.5,109.7,84.0,28.3ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+ Calcd forC30H26N2NaO4 + 501.1785；Found 501.1789.
实施例6
氮气保护下，向25mL干燥的反应管中加入1f(0.20mmol)、2a(0.24mmol,1.2equiv)、四氢呋喃/正己烷(1:2,v/v,4mL)和磁子。室温下搅拌，然后加入无水K2CO3(0.40mmol,2.0equiv)，移至60℃的油浴中继续搅拌36h。反应结束后，待反应液冷却至室温，向其中加入稀盐酸(1M,2mL)，继续搅拌几分钟，减压旋去其中有机溶剂。向剩余的混合液中加入H2O(10mL)，用CH2Cl2(10mL×3)萃取，合并有机相，无水Na2SO4干燥，过滤，减压旋去有机溶剂，残留物用柱色谱(DCM:PE＝1:1)分离得到产物3f，收率40％。
白色固体,31.3mg,mp 225-226℃.1H NMR(400MHz,CDCl3)δ10.44(br s,1H),8.94(d,J＝8.0Hz,1H),8.01(br s,1H),7.84(d,J＝7.2Hz,1H)7.57-7.44(m,10H),7.41-7.38(m,3H).13C{1H}NMR(100MHz,CDCl3)δ166.9,148.4,139.0,138.8,137.9,135.8,134.8,132.5,132.4,129.7,129.2,128.9,128.5,127.3,126.5,126.0,124.6,122.0,119.4,115.3ppm.HRMS(ESI-TOF)m/z:[M+Na]+ Calcd for C25H17NNaO2S+ 418.0872；Found418.0878.
需要说明的是，上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用，不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内，当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
