(1.浙江工業(yè)大學 藥學院,浙江 杭州 310014;2.浙江工業(yè)大學 化學工程學院,浙江 杭州 310014)
交叉脫氫偶聯(lián)(CDC)[1]反應是直接采用非功能基化的底物,通過碳—氫鍵活化來有效構(gòu)建碳—碳鍵的方法[2]。該方法由于避免了底物的預先官能化,使得總的合成步驟減少,提高了反應的原子經(jīng)濟性,因此CDC反應引起了化學工作者極大的興趣,并已取得非常可喜的成果[3]。然而,過渡金屬催化的CDC反應往往會導致最終產(chǎn)品存在過渡金屬殘留的問題,在制藥行業(yè),重金屬殘留是非常致命的問題。因此,開發(fā)更多有效的非金屬催化的CDC反應來實現(xiàn)碳—碳鍵的構(gòu)建還是非常有必要的。
DDQ[4-6]作為一種有效的氧化劑,廣泛應用于脫氫芳構(gòu)化[7]、芐醚的脫保護[8]、醇的氧化[9]、氧化偶聯(lián)[10]和氧化成環(huán)[11]等各類氧化反應。在這些氧化反應中,DDQ表現(xiàn)出優(yōu)良的氧化性能,然而超化學計量DDQ的使用引起了分離純化困難、原子經(jīng)濟性低下等問題。為解決這一問題,文獻報道了以二氧化錳[12]、醋酸錳[13]、三氯化鐵[14]等過渡金屬鹽為終端氧化劑構(gòu)建的DDQ催化氧化體系,但是這些催化氧化體系均需要使用多倍化學計量的過渡金屬鹽[15-16]。近年來,文獻報道了以氧氣作為終端氧化劑構(gòu)建的DDQ綠色催化體系,然而由于自旋禁阻作用,基態(tài)為三重態(tài)的氧氣分子不能直接氧化基態(tài)為單重態(tài)的DDQH2(DDQ的氧化產(chǎn)物),因此要實現(xiàn)DDQ/O2的循環(huán)催化必須要使用合適的電子轉(zhuǎn)移媒介。2008年,Zhang等[17]首次報道了以NaNO2為電子轉(zhuǎn)移媒介的DDQ/O2催化體系,成功應用于二氫芳烴的脫氫芳構(gòu)化反應,其中NaNO2產(chǎn)生的NO與氧氣結(jié)合形成了具有強氧化性的NO2,從而實現(xiàn)了DDQH2/DDQ的循環(huán)。高爽課題組報道了DDQ/NaNO2/O2催化氧化體系用于芐醇、烯丙醇的氧化[18]。Shen等[19]報道了以亞硝酸叔丁酯作為電子轉(zhuǎn)移媒介構(gòu)建的DDQ/O2催化氧化體系,應用于芐醇的氧化、芐醚的脫保護反應。筆者課題組報道了通過利用DDQ/NaNO2/O2催化氧化體系,在甲酸的作用下實現(xiàn)了1,3-二芳基丙烯和活性亞甲基化合物的交叉脫氫偶聯(lián)反應[20]。然而,電子轉(zhuǎn)移媒介NaNO2具有一定的毒性。Katsina等[21]報道了以HNO3作為電子轉(zhuǎn)移媒介的DDQ/O2催化氧化體系,用于芐醇、烯丙醇的氧化以及芐醚的脫保護。文獻調(diào)研顯示:目前報道的DDQ/O2催化氧化體系多數(shù)是集中于單分子化合物的氧化[22-24],對于雙分子化合物的CDC反應研究甚少[25-27]。基于筆者課題組對DDQ在氧化偶聯(lián)及成環(huán)反應中的應用研究[7,11,28-32],將DDQ/HNO3/O2催化體系用于1,3-二羰基化合物和1,3-二芳基丙烯的CDC反應。
主要儀器:Bruker Magnet System 400’54 Ascend核磁共振儀,德國Bruker集團;Bruker AVANCE Ⅲ 500 MHz核磁共振儀,瑞士Bruker集團;ESI-TOF(Agilent 6210 TOF LC//MS)質(zhì)譜分析儀,德國安捷倫;SWG X-4顯微熔點儀,上海精密科學儀器有限公司。
主要試劑:硝酸,華東醫(yī)藥股份有限公司;1,2-二氯乙烷,成都市科隆化學品有限公司;四氫呋喃,成都市科隆化學品有限公司;1,4-二氧六環(huán),上海凌峰化學試劑有限公司;三氯甲烷,上海凌峰化學試劑有限公司;硝基甲烷,山東寶源化工股份有限公司;乙腈,天津市永大化學試劑有限公司;N,N-二甲基甲酰胺,成都市科隆化學品有限公司;DMSO,西隴化學試劑等。另外,筆者在實驗過程中使用的所有試劑均為市售且無需純化,所有反應溶劑均為分析純且無需進一步純化即可使用。
1,3-二羰基化合物與1,3-二芳基丙烯交叉脫氫偶聯(lián)反應的操作步驟:向10 mL圓底燒瓶中加入1,3-二羰基化合物Ⅰ(0.5 mmol),1,3-二芳基丙烯Ⅱ(0.5 mmol)和DCE(3 mL),再加入DDQ(0.1 mmol)和HNO3(1 mmol),連通氧氣球,將反應混合物室溫攪拌10 min后補加0.5 mmol 1,3-二芳基丙烯Ⅱ并繼續(xù)在室溫條件下攪拌至反應結(jié)束,用薄層色譜(TLC)追蹤反應。反應結(jié)束后,用飽和碳酸氫鈉淬滅,二氯甲烷(DCM)萃取3次,合并有機相,飽和氯化鈉洗滌,無水硫酸鈉干燥,旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀除去溶劑,洗脫劑以V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)為10∶1~35∶1進行柱色譜分離,得到純的偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲaa~Ⅲpa。
為了確定最佳反應條件,以1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa和1,3-二苯基丙烯Ⅱa作為模型底物,分別考察了溶劑、溫度和DDQ用量對反應的影響。1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮和1,3-二苯基丙烯的偶聯(lián)反應為
首先,選擇1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa和1,3-二苯基丙烯Ⅱa為底物,1,2-二氯乙烷(DCE)為溶劑,DDQ為催化劑,HNO3為添加劑,連通氧氣球,室溫反應。反應4 h,以37%的收率得到了目標產(chǎn)物Ⅲa(表1,序號1)。接下來對不同的溶劑進行篩選(表1,序號2~8),發(fā)現(xiàn)以氯仿(CHCl3)、硝基甲烷(CH3NO2)、乙腈(CH3CN)為溶劑進行反應都能得到目標產(chǎn)物,其中DCE效果最好,以四氫呋喃(THF)或者1,4-二氧六環(huán)(1,4-二氧六環(huán))為溶劑,兩者所得收率均低于10%(表1,序號2~3),而以二甲基亞砜(DMSO)或N,N-二甲基甲酰胺(DMF)為溶劑時,不能得到目標產(chǎn)物(表1,序號7~8)。其次,考察不同溫度對反應收率的影響(表1,序號9~10),結(jié)果顯示反應收率隨溫度的升高而降低,當反應溫度升至70 ℃時,沒有得到反應產(chǎn)物。最后,考察HNO3和DDQ的用量對反應收率的影響(表1,序號11~14),在使用2當量HNO3和0.2當量DDQ時,反應收率為68%。通過上述一系列反應條件優(yōu)化后,得到了最佳反應條件,即以0.5 mmol 1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa,1 mmol 1,3-二苯基丙烯Ⅱa,1 mmol HNO3,0.1 mmol DDQ,3 mL DCE,連通氧氣球室溫反應4 h。
表1 反應條件優(yōu)化Table 1 Optimization of the reaction conditions
在確定了最佳反應條件之后,對1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa和1,3-二芳基丙烯Ⅱ底物的適用范圍進行了考察。1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮和1,3-二芳基丙烯的偶聯(lián)反應為
當1,3-二芳基丙烯Ⅱ在苯環(huán)的對位上取代基為鹵素基團時,反應得到相應的偶聯(lián)產(chǎn)物,收率為41%~78%(表2,序號2~4)。當甲基取代的1,3-二芳基丙烯Ⅱe與1,3-二羰基化合物Ⅰa反應時,以32%的收率獲得目標產(chǎn)物Ⅲae(表2,序號5)。然而,當甲氧基取代的1,3-二芳基丙烯Ⅱf作為反應底物時,反應無法分離得到相應的產(chǎn)物(表2,序號6)。整體而言,含有吸電子基團的1,3-二芳基丙烯的反應收率優(yōu)于含有給電子基團的底物。在實驗中,TLC爬板情況顯示:當苯環(huán)上含有給電子取代基的1,3-二芳基丙烯為底物時,該底物很快就消耗完,而且形成了較多的副產(chǎn)物,這可能是由于給電子基增大了苯環(huán)的電子云密度,使得1,3-二芳基丙烯反應活性大,易于被氧化形成副產(chǎn)物。以0.5 mmol 1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮,1 mmol 1,3-二芳基丙烯,1 mmol HNO3,0.1 mmol DDQ,3 mL DCE,連通氧氣球,室溫反應,結(jié)果如表2所示。
表2 1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa與1,3-二芳基丙烯Ⅱ的偶聯(lián)反應
不同基團取代的1,3-二芳基丙烯底物拓展所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征如下:
2-[(2E)-1,3-二苯基-2-丙烯基]-1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮(Ⅲaa):反應時間4.5 h,141.6mg,產(chǎn)率68%。白色固體,熔點128~130 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.16~8.04(m,2H),7.91~7.84(m,2H),7.57(t,J=7.4 Hz,1H),7.52~7.44(m,3H),7.43~7.33(m,4H),7.29~7.12(m,8H),6.49~6.23(m,2H),6.03(d,J=10.5 Hz,1H),4.87(dd,J=10.4,6.4 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.4,193.8,141.0,137.4,136.9,133.5,133.2,131.9,130.0,128.9,128.8,128.7,128.6,128.5,128.35,128.32,127.4,126.9,126.3,62.7,50.1;HRMS(ESI):C30H24O2[M+Na]+,計算值為439.166 9,測定值439.165 6。
2-[1,3-雙-(4-氯-苯基)-烯丙基]-1,3-二苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲab):反應時間2 h,189.3 mg,產(chǎn)率78%。白色固體,熔點125~127 ℃;1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ為8.09~8.05(m,2H),7.96~7.92(m,2H), 7.56(t,J=7.4 Hz,1H),7.51~7.45(m,4H),7.39(t,J=7.8 Hz,2H),7.34~7.32(m,1H),7.26~7.23(m,1H),7.21~7.16(m,2H),7.12~7.08(m,3H),6.72(d,J=15.7 Hz,1H),6.46(dd,J=15.8,8.5 Hz,1H),6.27(d,J=9.8 Hz,1H),5.20~5.24(m,1H);13C NMR(126 MHz,CDCl3),δ為194.6,193.8,138.1,137.2,136.6,135.1,133.7,133.5,133.4,132.9,130.8,130.3,130.2,129.4,129.2,128.9,128.8,128.7,128.6,128.4,128.2,127.1,127.0,126.6,60.5,47.3;HRMS(ESI):C30H22O2Cl2[M+Na]+,計算值為507.088 9,測定值為507.089 6。
2-[1,3-雙-(4-溴-苯基)-烯丙基]-1,3-二苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲac):反應時間3 h,215.4 mg,產(chǎn)率75%。白色固體,熔點186~187 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.05(d,J=7.5 Hz,2H),7.85(d,J=7.5 Hz,2H),7.59(t,J=7.3 Hz,1H),7.53~7.46(m,3H),7.39~7.23(m,8H),6.95(d,J=8.4 Hz,2H),6.31~6.21(m,2H),5.92(d,J=10.5 Hz,1H),4.80~4.75(m,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.2,193.4,139.8,137.1,136.6,135.6,133.7,133.5,131.8,131.5,131.2,130.1,130.0,129.0,128.8,128.7,128.5,127.8,121.3,120.9,62.4,49.4;HRMS(ESI):C30H22O2Br2
[M+Na]+,計算值為594.987 9,測定值為596.984 1。
2-[1,3-雙-(4-氟-苯基)-烯丙基]-1,3-二苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲad):反應時間4 h,92.8 mg,產(chǎn)率41%。白色固體,熔點141~143 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.08~8.03(m,2H),7.88~7.81(m,2H),7.58(t,J=7.4 Hz,1H),7.52~7.45(m,3H),7.39~7.29(m,4H),7.10~7.04(m,2H),6.97~6.86(m,4H),6.31(d,J=15.8 Hz,1H),6.22(dd,J=15.7,8.0 Hz,1H),5.93(d,J=10.5 Hz,1H),4.81(dd,J=10.4,8.0 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.2,193.6,162.2(d,J=247.7 Hz),161.6(d,J=246.6 Hz),137.2,136.8,136.6(d,J=3.3 Hz),133.6,133.4,132.9(d,J=3.3 Hz),130.9,129.8(d,J=8.0 Hz),129.5,129.47,128.9,128.8,128.7,128.5,127.7(d,J=8.0 Hz),115.5(d,J=25.4 Hz),115.3(d,J=25.8 Hz),62.8,49.2;HRMS(ESI):C30H22O2F2[M+Na]+,計算值為475.148 0,測定值為475.147 1。
2-(1,3-二對甲苯基-烯丙基)-1,3-二苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲae):反應時間2 h,71.1 mg,產(chǎn)率32%。白色固體,熔點152~154 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.07(d,J=7.4 Hz,2H),7.87(d,J=7.4 Hz,2H),7.58(t,J=7.4 Hz,1H),7.51~7.45(m,3H),7.36(t,J=7.7 Hz,2H),7.31~7.22(m,2H),7.06(d,J=7.8 Hz,2H),7.03~6.96(m,4H),6.40~6.15(m,2H),5.99(d,J=10.6 Hz,1H),4.79(dd,J=10.5,7.5 Hz,1H),2.28(s,3H),2.26(s,3H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.6,193.8,138.1,137.3,137.1,136.9,136.4,134.2,133.4,133.2,131.5,129.3,129.05,129.0,128.9,128.8,128.6,128.59,128.1,126.2,62.8,49.7,21.2,21.0;HRMS(ESI):C32H28O2[M+Na]+,計算值為467.198 2,測定值為467.196 5。
考察不同取代的1,3-二羰基化合物Ⅰ在該反應中的適用情況,1,3-二羰基化合物與1,3-二苯丙烯偶聯(lián)反應為
0.5 mmol 1,3-二羰基化合物,1 mmol 1,3-二苯丙烯,1 mmol HNO3,0.1 mmol DDQ,3 mL DCE,連通氧氣球,室溫反應。反應結(jié)果表明:苯環(huán)上含有給電子基團或吸電子基團的1,3-二羰基化合物Ⅰ與1,3-二苯丙烯Ⅱb均能反應,以中等至良好的收率得到相應的目標產(chǎn)物Ⅲ(表3,序號1~12),沒有表現(xiàn)出明顯的電子效應和空間位阻效應。值得一提的是,苯環(huán)上含有對三氟甲基的底物也能很好地適用于此反應體系,得到了57%收率的目標產(chǎn)物Ⅲha(表3,序號7)。3,4-二氯和3,5-二氟取代的底物,收率分別為57%和60%(表3,序號13~14)。將苯基換成了萘基,反應能得到68%收率的偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲpa(表3,序號15)。
表3 1,3-二羰基化合物Ⅰ與1,3-二苯丙烯Ⅱa的偶聯(lián)反應
不同基團取代的1,3-二羰基化合物底物拓展所得產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)表征如下:
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-苯基-3-對甲苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲba):反應時間4.5 h,194.8 mg,產(chǎn)率78%。白色固體,熔點169~171 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.07~7.93(m,2H),7.88~7.74(m,2H),7.59~7.45(m,2H),7.38~7.15(m,9H),7.02(d,J=8.5 Hz,2H),6.36~6.17(m,2H),5.91(d,J=10.5 Hz,1H),4.79(dd,J=10.3,6.1 Hz,1H),2.41(s,0.59×3H),2.36(s,0.41×3H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.3,193.7,193.5,192.9,144.8,144.6,139.4,139.36,137.1,136.6,135.2,135.1,134.5,134.0,133.7,133.5,133.1,133.08,132.7,130.9,130.88,130.2,130.1,129.72,129.7,129.5,128.99,128.97,128.8,128.78,128.7,128.52,128.5,127.5,127.47,62.2,49.33,49.3,21.7,21.67;HRMS(ESI):C31H24O2Cl2[M+Na]+,計算值為521.104 6,測定值為521.104 6。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(4-甲氧基-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲca):反應時間3 h,175.2 mg,產(chǎn)率68%。白色固體,熔點110~112 ℃;1H NMR (500 MHz,CDCl3),δ為8.07~8.05(m,2H),7.86(t,J=7.3 Hz,2H),7.56(t,J=7.4 Hz,0.53×1H),7.50~7.43(m,1H+0.47×1H),7.37~7.25(m,3H),7.22(d,J=8.1 Hz,2H),7.15(d,J=8.4 Hz,2H),7.03~7.01(m,2H),6.93(d,J=8.8 Hz,1H),6.83(d,J=8.8 Hz,1H),6.32~6.22(m,2H),5.88(d,J=10.6 Hz,1H),4.80(dd,J=10.5,3.6 Hz,1H),3.84(s,0.53×3H),3.80(s,0.47×3H);13C NMR(126 MHz,CDCl3),δ為194.4,193.7,192.4,191.6,164.0,163.8,139.5,139.4,137.1,136.7,135.2,135.19,133.5,133.3,133.1,133.0,132.6,131.2,131.0,130.9,130.8,130.3,130.26,130.0,129.7,129.6,129.58,128.9,128.8,128.75,128.7,128.65,128.5,127.44,127.42,114.2,113.9,62.38,62.36,55.5,55.4,49.24,49.2;HRMS(ESI):C31H24O3Cl2[M+Na]+,計算值為537.099 5,測定值為537.099 2。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(4-氯苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲda):反應時間2.5 h,182.0 mg,產(chǎn)率70%。白色固體,熔點97~98 ℃;1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ為8.09~8.05(m,1H),8.03~7.98(m,1H),7.96~7.91(m,1H),7.90~7.86(m,1H),7.60~7.50(m,1H),7.49~7.37(m,4H),7.37~7.32(m,2H),7.29~7.23(m,1H),7.23~7.14(m,2H),7.14~7.06(m,3H),6.73(dd,J=15.8,15.8 Hz,1H),6.49~6.42(m,1H),6.20(dd,J=9.8,9.5 Hz,1H),5.25~5.21(m,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.0,193.3,193.0,192.3,140.3,140.1,139.1,139.0,137.0,136.6,135.3,135.1,135.0,134.9,133.8,133.6,133.3,133.26,132.9,132.86,131.2,130.1,129.9,129.8,129.77,129.6,129.59,129.3,129.1,129.0,128.9,128.87,128.8,128.7,128.6,128.54,128.5,127.4,63.1,62.9,49.2;HRMS(ESI):C30H21O2Cl3[M+Na]+,計算值為541.049 9,測定值為541.050 1。
2-[1,3-雙-(4-氯-苯基)-烯丙基]-1-(4-溴-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲea):反應時間2 h,189.0 mg,產(chǎn)率67%。白色固體,熔點95~97 ℃;1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ為8.09~8.02(m, 1H),7.95~7.89(m,2H),7.82~7.77(m,1H),7.61~7.50(m,3H),7.49~7.43(m,2H),7.40(t,J=7.8 Hz,1H),7.34~7.32(m,1H),7.29~7.15(m,3H),7.14~7.06(m,3H),6.72(dd,J=15.7,15.7 Hz,1H),6.49~6.37(m,1H),6.22~6.14(m,1H),5.23~5.19(m,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.0,193.3,193.2,192.5,139.1,139.0,136.9,136.4,135.7,135.2,135.0,134.96,133.9,133.7,133.3,133.2,132.9,132.8,132.3,132.1,131.2,130.2,130.0,129.8,129.7,129.6,129.59,129.14,129.1,129.0,128.9,128.8,128.78,128.6,128.55,128.5,127.5,62.8,62.6,49.3;HRMS(ESI):C30H21O2Cl2Br[M+Na]+,計算值為584.999 4,測定值為585.001 3。
2-[1,3-雙-(4-氯-苯基)-烯丙基]-1-(4-氟-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲfa):反應時間3.5 h,173.7 mg,產(chǎn)率69%。白色固體,熔點161~162 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.15~8.03(m,2H),7.94~7.83 (m,2H),7.62~7.47(m,2H),7.41~7.35(m,1H),7.33~7.11(m,7H),7.09~6.99(m,3H),6.35~6.20(m,2H),5.91~5.87(m,1H),4.86~4.73(m,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.1,193.5,192.6,191.9,166.0(d,J=257.8 Hz),165.9(d,J=257.5 Hz),139.2(d,J=8.9 Hz),137.0,136.6,135.1(d,J=2.3 Hz),133.8,133.6,133.5,133.45,133.3(d,J=6.1 Hz),133.1,133.07,132.85,132.8,131.5(d,J=9.5 Hz),131.3,131.2,131.16,129.9(d,J=4.7 Hz),129.6(d,J=3.5 Hz),129.04,129.0,128.9,128.87,128.8,128.76,128.6,128.54,128.52,127.5,116.3,116.0,115.8,63.0,62.8,49.3,49.28;HRMS(ESI):C30H21O2FCl2[M+Na]+,計算值為525.079 5,測定值為525.077 1。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(4-碘代-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲga):反應時間7.0 h,131.4 mg,產(chǎn)率43%。白色固體,熔點182~184 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.03(d,J=7.4 Hz,0.5×1H),7.83(d,J=8.3 Hz,3H),7.76~7.71(m,2H),7.63~7.45(m,2H),7.39(t,J=7.7 Hz,1+0.5×1H),7.30~7.15(m,6H),7.00~7.06(m,2H),6.31~6.17(m,2H),5.82(dd,J=10.5,10.4 Hz,1H),4.79~4.75(dd,J=10.4,7.0 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為193.9,193.5,193.3,192.8,139.1,139.0,138.3,138.1,136.9,136.5,136.3,135.9,135.05,135.0,133.8,133.6,133.3,133.25,132.9,132.85,131.2,130.0,129.8,129.6,129.58,129.1,128.9,128.88,128.8,128.75,128.6,128.54,128.5,127.5,101.9,101.8,62.9,62.7,49.2;HRMS(ESI):C30H21O2Cl2I[M+Na]+,計算值為632.985 6,測定值為632.982 2。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-苯基-3-(4-三氟甲基-苯基)-丙烷-1,3-二酮(Ⅲha):反應時間5 h,157.7 mg,產(chǎn)率57%。白色固體,熔點160~162 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.12(d,J=8.2 Hz,0.22×2H),8.08~8.02(m,0.78×2H),7.93(d,J=8.2 Hz,0.78×2H),7.85(d,J=7.3 Hz,0.22×2H),7.72(d,J=8.3 Hz,0.22×2H),7.65~7.46(m,1+0.78×2H+0.78×2H),7.40(m,0.22×2H),7.37~7.08(m,6H),7.06~6.99(m,2H),6.34~6.17(m,2H),5.91~5.87(m,1H),4.79(dd,J=10.5,7.8 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為193.9,193.5,193.2,192.7,139.6,139.2,139.0,138.8,136.8,136.3,134.9,134.8,134.5,134.1,133.9,133.4,133.3,133.0,132.9,131.34,131.3,129.6,129.55,129.5,129.49,129.2,129.05,129.0,128.9(d,J=2.7 Hz),128.8(d,J=3.4 Hz),128.6,128.56,127.5,126.1,125.8(d,J=3.7 Hz),124.7,122.0,63.1,62.8,49.3;HRMS(ESI):C31H21O2F3Cl2[M+Na]+,計算值為575.076 3,測定值為575.074 5。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-苯基-3-間甲苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲia):反應時間9 h,194.8 mg,產(chǎn)率78%。白色固體,熔點135~137 ℃;1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ為8.15~8.01(m, 1H),7.96~7.91(m,1H),7.90~7.81(m,1H),7.79~7.71(m,1H),7.58~7.44(m,3H),7.41~7.28(m,4H),7.26~7.15(m,3H),7.13~7.07(m,3H),6.72(dd,J=15.7,15.7 Hz,1H),6.51~6.43(m,1H),6.25(dd,J=9.7,9.7 Hz,1H),5.24~5.19(m,1H),2.36(s,0.49×3H),2.33,(s,0.51×3H);13C NMR(126 MHz,CDCl3),δ為194.8,194.7,193.9,193.87,138.8,138.6,138.2,138.15,137.2,136.6,136.55,135.1,134.3,134.2,133.8,133.7,133.5,133.3,132.9,130.9,130.89,130.2,129.5,129.4,129.3,129.1,129.09,128.9,128.8,128.7,128.67,128.5,128.4,128.1,127.03,127.0,126.6,126.58,126.0,125.7,60.6,47.2,21.3,21.26;HRMS(ESI):C31H24O2Cl2[M+Na]+,計算值為521.104 6,測定值為521.106 8。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(3-氯苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲja):反應時間2 h,163.8 mg,產(chǎn)率63%。白色固體,熔點163~165 ℃;1H NMR(500 MHz,CDCl3),δ為8.06(d,J=7.5 Hz,1H),8.00(s,0.5×1H),7.94(m,1H+0.5×1H),7.88(s,0.5×1H),7.82(d,J=7.8 Hz,0.5×1H),7.60~7.45(m,4H),7.44~7.05(m,9H),6.73(dd,J=15.8,15.8 Hz,1H),6.51~6.42(m,1H),6.20(dd,J=9.8,9.6 Hz,1H),5.24~5.19(m,1H);13C NMR(126 MHz,CDCl3),δ為194.2,193.6,193.4,192.7,138.6,138.0,137.8,137.0,136.4,135.3,135.1,135.0,134.9,133.7,133.65,133.6,133.4,133.3,132.9,130.5,130.47,130.3,130.26,130.2,130.14,130.0,129.5,129.43,129.4,129.3,129.0,128.9,128.8,128.77,128.6,128.57,128.5,128.3,128.29,127.1,127.09,126.9,126.8,126.7,126.6,126.5,60.8,60.7,47.2;HRMS(ESI):C30H21O2Cl3[M+Na]+,計算值為541.049 9,測定值為541.050 3。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(3-甲氧基-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲka):反應時間7 h,216.5 mg,產(chǎn)率84%。白色固體,熔點143~145 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.07(d,J=7.4 Hz,1H),7.86(d,J=7.4 Hz,1H),7.69(d,J=7.7 Hz,0.5×1H),7.61~7.57(m,0.5×1H),7.54~7.45(m,2H+0.5×1H),7.44~7.09(m,9H),7.09~6.98(m,2H+0.5×1H),6.38~6.20(m,2H),5.95(dd,J=10.5,10.4 Hz,1H),4.79(dd,J=10.4,6.6 Hz,1H),3.76(s,0.50×3H),3.73(s,0.50×3H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為194.2,194.0,193.4,193.1,160.1,159.9,139.4,139.3,138.5,138.0,137.1,136.7,135.2,135.16,133.7,133.5,133.2,132.8,131.1,131.0,130.1,130.07,129.9,129.7,129.6,129.0,128.94,128.83,128.8,128.7,128.5,127.5,127.45,121.2,120.9,120.3,113.0,112.7,62.5,62.4,55.4,55.3,49.4,49.35;HRMS(ESI):C31H24O3Cl2[M+Na]+,計算值為537.099 5,測定值為537.098 1。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-苯基-3-鄰甲苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲla):反應時間6 h,152.3 mg,產(chǎn)率61%。白色固體,熔點136~138 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.00(d,J=7.5 Hz,1H),7.86~7.80(m,1H+0.45×1H),7.58~7.29(m,8H+0.55×1H),7.22~7.09(m,5H),7.00(d,J=8.4 Hz,1H),6.40~6.20(m,2H),5.92(dd,J=10.7,10.6 Hz,1H),4.84~4.73(m,1H),2.27(s,0.45×3H),2.12(s,0.55×3H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為196.9,196.4,194.4,193.6,139.5,139.2,139.1,138.8,138.1,137.9,137.3,136.8,135.1,133.7,133.5,133.2,133.1,132.8,132.7,132.3,132.0,131.8,131.6,131.1,130.9,130.1,129.9,129.8,129.7,128.95,128.92,128.9,128.8,128.7,128.6,128.5,128.46,127.9,127.5,127.47,125.9,125.6,64.9,64.7,49.5,49.48,20.9,20.4;HRMS(ESI):C31H24O2Cl2[M+Na]+,計算值為521.104 6,測定值為521.103 5。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(2-甲氧基-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲma):反應時間4.5 h,190.7 mg,產(chǎn)率74%。白色固體,熔點111~113 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.04(d,J=7.4 Hz,1H),7.82(d,J=7.5 Hz,1H),7.59~7.53(m,1H),7.52~7.14(m,9H),7.12~7.09(m,2H),6.96~6.82(m,3H),6.45(dd,J=15.8,15.8 Hz,0.46×1H),6.34(d,J=15.8 Hz,0.46×1H),6.27~6.15(m,1H+0.54×1H+0.54×1H),4.72~4.60(m,1H),3.67(s,0.46×3H),3.50(s,0.54×3H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為195.9,195.24,195.2,194.4,157.9,157.7,140.0,139.6,137.8,137.0,135.5,135.2,134.2,134.0,133.1,133.0,132.96,132.95,132.5,132.4,131.1,130.9,130.7,130.6,130.57,130.4,129.8,129.6,128.8,128.7,128.68,128.67,128.6,128.5,128.47,128.4,128.2,127.9,127.5,127.4,121.3,121.1,111.5,111.2,64.6,64.2,55.3,54.9,49.85,49.8;HRMS(ESI):C31H24O3Cl2[M+Na]+,計算值為537.099 5,測定值為537.098 7。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(3,4-二氯苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲna):反應時間5.5 h,158.0 mg,產(chǎn)率57%。白色固體,熔點185~187 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.08~8.02(m, 2H),7.91(d,J=1.2 Hz,1H),7.87~7.82(m,0.35×1H),7.70~7.37(m,4H+0.65×1H),7.30~7.16(m,5H+0.65×1H),7.09(d,J=8.4 Hz,0.35×1H),7.01(d,J=8.3 Hz,2H),6.34~6.17(m,2H),5.82~5.77(m,1H),4.76(dd,J=10.3,8.0 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為193.7,191.4,139.0,138.3,136.9,136.0,135.0,133.9,133.6,133.3,133.0,131.4,130.8,130.5,129.6,129.55,129.1,129.0,128.9,128.86,128.7,128.65,128.6,128.5,127.4,127.3,63.0,49.3;HRMS(ESI):C30H20O2Cl4[M+Na]+,計算值為575.011 0,測定值為575.009 5。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-(3,5-二氟-苯基)-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲoa):反應時間4.5 h,156.4 mg,產(chǎn)率60%。白色固體,熔點173~175 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.14~7.96(m,0.78×2H),7.91~7.76(m,0.22×2H),7.62(t,J=7.4 Hz,0.78×1H),7.57~7.48(m,2H+0.22×1H),7.46~7.06(m,7H+0.22×2H),7.06~6.92(m,2H+0.78×2H),6.32~6.26(m,1H),6.20(dd,J=15.7,15.7 Hz,1H),5.80~5.75(m,1H),4.76(dd,J=10.5,7.9 Hz,1H);13C NMR(101 MHz,CDCl3),δ為193.5,193.0,191.8,191.2,163.0(d,J=252.7 Hz),162.9(d,J=252.7 Hz),139.5,139.4,138.9,138.7,136.8,136.4,134.9,134.87,134.0,133.8,133.5,133.3,133.1,133.0,131.5,131.4,129.6,129.5,129.45,129.4,129.1(d,J=14.8 Hz),128.9(d,J=3.4 Hz),128.7,128.66,128.6,128.5,127.4,111.8,111.6,111.5,111.4,111.3,109.1,108.8,108.6,63.2,62.9,49.3;HRMS(ESI):C30H20O2F2Cl2[M+Na]+,計算值為543.070 1,測定值為543.069 0。
2-[1,3-雙-(4-氯苯基)-烯丙基]-1-萘-2-基-3-苯基-丙烷-1,3-二酮(Ⅲpa):反應時間3.5 h,182.1 mg,產(chǎn)率68%。白色固體,熔點186~187 ℃;1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ為8.61(s,0.25×1H),8.43(s,0.75×1H),8.15~8.04(m,1H+0.75H),7.96~7.79(m,4H),7.67~6.96(m,13+0.25H),6.33~6.27(m,2H),6.10(dd,J=10.5,10.4 Hz,0.75×1H),5.97(d,J=10.5 Hz,0.25×1H),4.91~4.79(m,1H);13C NMR(151 MHz,CDCl3),δ為194.4,194.2,194.0,193.6,193.5,193.3,139.4,139.36,139.3,137.2,137.1,136.7,136.6,135.7,135.6,135.2,135.15,135.1,134.4,134.0,133.7,133.5,133.2,133.1,132.8,132.76,132.5,132.3,131.13,131.1,130.8,130.6,130.2,130.1,130.07,129.8,129.7,129.1,129.03,129.02,129.0,128.9,128.89,128.87,128.8,128.79,128.78,128.76,128.75,128.6,128.5,128.49,127.8,127.76,127.5,127.48,127.46,127.1,127.0,124.2,124.0,62.8,62.7,62.4,49.4,49.36,49.3;HRMS(ESI):C34H24O2Cl2[M+Na]+,計算值為557.104 5,測定值為557.102 9。
為探索反應機理,筆者開展了一系列對照實驗。用氮氣替代氧氣時,1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa和1,3-二苯基丙烯Ⅱa的反應僅以24%的收率獲得偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲa,其反應式為
在沒有DDQ存在的條件下,該反應不能得到偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲa,其反應式為
在沒有HNO3存在的條件下,Ⅲa的收率從78%降低至24%,其反應式為
在反應條件優(yōu)化實驗中,得到了最佳反應條件,收率為68%,在最佳反應條件下,將2,2,6,6-四甲基哌啶氧化物(TEMPO,3當量)自由基捕獲劑添加到反應體系中,反應不能得到偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲa;將2,6-二叔丁基對甲酚(BHT,3當量)自由基捕獲劑加到反應體系中,收率僅為21%,表明此反應很有可能涉及到自由基歷程,其反應式為
基于上述對照實驗的研究結(jié)果并結(jié)合文獻[33-34],筆者提出了一種可能的反應途徑。該途徑涉及兩個催化循環(huán),以DDQ為偶聯(lián)的氧化劑,HNO3為NO的來源,以NO和氧氣反應生成的NO2實現(xiàn)DDQH2的再生。1,3-二苯基丙烯Ⅱa和DDQ反應,經(jīng)過單電子轉(zhuǎn)移(SET)和氫轉(zhuǎn)移,形成離子對II,然后1,3-二苯基丙烷-1,3-二酮Ⅰa親核進攻離子對II中的烯丙基陽離子,生成最終偶聯(lián)產(chǎn)物Ⅲa。DDQ/HNO3/O2催化體系用于1,3-二羰基化合物和1,3-二芳基丙烯的CDC反應的反應機理為
以DDQ為催化劑,硝酸為電子轉(zhuǎn)移媒介,氧氣為終端氧化劑構(gòu)建催化氧化體系,實現(xiàn)了1,3-二芳基丙烯和1,3-二羰基化合物的交叉脫氫偶聯(lián)反應。主要考察了溶劑的類型、硝酸的用量、溫度等因素對反應速率的影響,以及不同取代基的1,3-二芳基丙烯和1,3-二羰基化合物在該偶聯(lián)反應中的適用情況,探討了可能的反應機理。該方法用催化量的DDQ促進交叉脫氫偶聯(lián)反應,減輕了后處理副產(chǎn)物DDQH2帶來的問題,為1,3-二羰基化合物的烯丙基化提供了一種溫和、可行的方法。