FeCl3催化合成新型烯丙基醚類化合物

許興珠， 谷占收， 李正義， 孫小強， 王治明

(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州　213164)

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FeCl3催化合成新型烯丙基醚類化合物

許興珠， 谷占收， 李正義， 孫小強， 王治明

(常州大學 石油化工學院，江蘇 常州213164)

摘要：以烯丙基醇類化合物(1a~1i)和乙醇為起始原料，F(xiàn)eCl3為催化劑，經(jīng)分子間親核取代反應合成了9個烯丙基醚類化合物(2a~2i，其中2c, 2e~2i為新化合物)，收率80%~95%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-ESI-MS表征。研究了催化劑，溶劑，反應溫度和反應時間對2a產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明：在最優(yōu)反應條件[1a 0.5 mmol, FeCl34 mg, EtOH 2.5 mmol, CH2Cl2為溶劑，于室溫反應0.8 h]下，2a收率95%。

關(guān)鍵詞：烯丙基醇； 親核取代反應； 烯丙基醚； 催化合成

含烯丙基醚結(jié)構(gòu)的化合物具有異構(gòu)化、結(jié)合氫及易聚合等特性，常用于保護基、聚合物單體、交聯(lián)劑、涂料和阻燃樹脂等領(lǐng)域[1-6]。由于烯丙基醚類化合物的合成過程往往涉及使用強酸或貴金屬催化劑，其應用受到極大限制。如Namy J L等[7]以烯丙基酮類化合物和甲醇為原料，經(jīng)兩步法合成了烯丙基醚類化合物，但反應過程仍需使用濃HCl，對反應裝置要求較高，限制了其工業(yè)化應用。Ohshima T等[8]以查爾醇和乙醇為原料，三氟甲磺酸鋁為催化劑，合成了一系列烯丙基醚類化合物，產(chǎn)率較高，但所用金屬催化劑價格較為昂貴。尋找簡單高效的方法合成烯丙基醚類化合物成為科研工作者關(guān)注的熱點。

FeCl3作為一種廉價低毒的路易斯酸催化劑，已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注[9-10]。本課題組[11]曾報道了一種使用FeCl3催化鄰氨基查爾醇，經(jīng)分子內(nèi)親核取代反應合成喹啉類化合物的新方法。Jana等[12]發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)eCl3催化的炔烴與羰基化合物的復分解反應是合成苯并六/七元含氮雜環(huán)的有效方法之一。

鑒于此，本文以烯丙基醇類化合物(1a~ 1i)和乙醇為起始原料，F(xiàn)eCl3為催化劑，經(jīng)分子間親核取代反應合成了9個烯丙基醚類化合物(2a~2i；其中2c, 2e~2i為新化合物, Scheme 1)，收率80%~95%，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR，13C NMR和HR-ESI-MS表征。以2a的合成為模板反應，研究了催化劑，溶劑，反應溫度和反應時間對2a產(chǎn)率的影響。并以2a和2f為例，初步研究了烯丙基醚類化合物在烯丙基胺和二氫喹啉類化合物合成上的應用(Scheme 2)。

Scheme 1

Scheme 2

1實驗部分

1.1儀器與試劑

SGW X-4型顯微熔點儀；Bruker ARX-300/400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標)；Agilent 6540型高分辨質(zhì)譜儀。

1a~1i按文獻[13]方法合成；其余所用試劑均為分析純；THF使用前經(jīng)金屬鈉回流除水后蒸餾。

1.2合成

(1)2a~2i的合成(以2a為例)

在Schlenk管中加入1a 110 mg(0.5 mmol)，F(xiàn)eCl34 mg和EtOH 115 mg(2.5 mmol)，攪拌下滴加CH2Cl22 mL，滴畢，于室溫反應0.8 h(TLC檢測)。反應液經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=10 ∶1]純化得無色油狀液體2a[7]；1H NMRδ: 7.35~7.42(m, 5H), 7.20~7.32(m, 5H), 6.59(d,J=15.8 Hz, 1H), 6.33(dd,J=6.9 Hz, 16.0 Hz, 1H), 4.91(d,J=6.6 Hz, 1H), 3.42~3.63(m, 2H), 1.26(t,J=6.9 Hz, 3H);13C NMRδ: 141.6, 136.7, 131.2, 130.7, 128.6, 127.7, 127.7, 126.9, 126.6, 125.9, 82.6, 64.1, 15.4。

用類似的方法合成無色油狀液體2b, 2c和白色固體2d~2i。

2b[15]:1H NMRδ: 7.22~7.34(m, 8H), 6.55(d,J=15.0 Hz 1H), 6.17~6.25(m, 1H), 4.85~4.88(m, 1H), 3.39~3.60(m, 2H), 1.26(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 140.3, 139.8, 134.9, 133.4, 131.5, 130.8, 130.2, 128.7, 128.2, 127.8, 81.7, 64.2, 15.3。

2c：1H NMRδ: 6.83~7.29(m, 8H), 6.57(d,J=15.0 Hz, 1H), 6.21~6.28(m, 1H), 4.88(d,J=7.0 Hz, 1H), 3.35~3.60(m, 2H), 2.35(s, 6H), 1.21~1.26(m, 3H);13C NMRδ: 141.3, 138.6, 134.6, 133.9, 130.9, 129.7, 129.2, 128.7, 128.4, 127.3, 82.5, 63.8, 23.1, 21.3, 15.4； HR-ESI-MSm/z: Calcd for C19H22O{[M+H]+}267.174 3, found 267.174 0。

2d[11]： m.p.81.1~82.8 ℃；1H NMRδ: 8.73(s, 1H), 7.62~7.68(m, 3H), 7.21~7.33(m, 6H), 6.96~7.08(m, 4H), 6.35(d,J=15.6 Hz, 1H), 6.01~6.08(dd,J=6.0 Hz, 1H), 4.86(d,J=6.0 Hz, 1H), 3.42~3.61(m, 2H), 2.47(s, 3H), 1.31(t,J=6.9 Hz, 3H);13C NMRδ: 143.5, 136.6, 136.1, 136.0, 131.8, 129.4, 129.1, 128.9, 128.5, 128.2, 127.9, 127.6, 127.2, 126.7, 123.1, 119.1, 83.1, 64.7, 21.5, 15.2。

2e： m.p.84.5~86.1 ℃；1H NMRδ: 8.68(s, 1H), 7.62~7.67(m, 3H), 7.21~7.28(m, 3H), 7.13~7.16(m, 2H), 6.98~7.08(m, 4H), 6.31~6.36(dd,J=1.1 Hz, 16.0 Hz, 1H), 6.01~6.08(dd,J=5.6 Hz, 15.9 Hz, 1H), 4.87~4.89(d,J=16.0 Hz, 1H), 3.44~3.57(m, 2H), 2.27(s, 3H), 1.31(t,J=6.9 Hz, 3H);13C NMRδ: 143.6, 136.8, 136.2, 134.6, 133.6, 130.4, 129.5, 129.2, 129.1, 128.7, 128.5, 128.0, 127.9, 127.2, 123.8, 119.6, 83.0, 64.8, 21.5, 15.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C24H24NO3SCl{[M+H]+}442.123 8, found 442.123 9。

2f： m.p.80.3~82.0 ℃；1H NMRδ: 8.73(s, 1H), 7.62~7.66(m, 3H), 7.14~7.24(m, 3H), 6.99~7.08(m, 4H), 6.82~6.84(m, 2H), 6.34(d,J=15.0 Hz, 1H), 5.88~5.95(m, 1H), 4.81~4.84(m, 1H), 3.42~3.58(m, 2H), 2.33(s, 3H), 2.28(s, 3H), 1.34(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 143.5, 136.7, 136.2, 133.3, 132.0, 129.5, 129.2, 129.1, 128.9, 128.5, 127.2, 126.7, 126.6, 126.5, 123.8, 119.7, 83.2, 64.8, 58.5, 21.5, 15.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C25H27NO3S{[M+H]+} 422.178 4, found 422.178 5。

2g： m.p.84.0~85.5 ℃；1H NMRδ: 8.71(s, 1H), 7.63~7.69(m, 3H), 7.19~7.36(m, 5H), 6.99~7.09(m, 4H), 6.77(dd,J=1.0 Hz, 16.0 Hz, 1H), 6.07(m, 1H), 4.90(m, 1H), 3.86(m, 2H), 2.27(s, 3H), 1.34(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 143.5, 136.4, 136.1, 134.2, 133.3, 130.3, 129.7, 129.5, 129.1, 129.0, 128.4, 128.3, 127.1, 127.0, 126.8, 124.0, 120.2, 119.3, 83.1, 64.8, 21.5, 15.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C24H24NO3SCl{[M+H]+}442.123 8, found 442.123 7。

2h： m.p.83.5~85.2 ℃；1H NMRδ: 8.73(s, 1H), 7.62~7.66(m, 3H), 7.14~7.24(m, 3H), 6.99~7.08(m, 4H), 6.82~6.84(m, 2H), 6.34(d,J=15.0 Hz, 1H), 5.88~5.95(m, 1H), 4.81~4.84(m, 1H), 3.81(s, 3H), 3.42~3.58(m, 2H), 2.28(s, 3H), 1.34(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 159.5, 143.5, 136.8, 136.2, 131.6, 129.5, 129.1, 128.9, 128.8, 128.6, 128.0, 127.3, 125.3, 123.7, 119.7, 113.9, 83.3, 64.6, 55.4, 21.6, 15.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C25H27NO4S{[M+H]+} 438.173 4, found 438.173 6。

2i： m.p.86.8~87.5 ℃；1H NMRδ: 8.59(s, 1H), 8.10~8.12(m, 2H), 7.45~7.68(m, 5H), 6.99~7.12(m, 5H), 6.45~6.50(m, 1H), 6.22~6.29(m, 1H), 4.96~4.98(m, 1H), 3.47~3.59(m, 2H), 2.23(s, 3H), 1.34(t,J=7.0 Hz, 3H);13C NMRδ: 148.5, 143.7, 138.0, 136.8, 136.3, 132.6, 131.2, 129.5, 129.5, 129.3, 129.0, 127.5, 127.2, 123.9, 122.5, 121.2, 120.6, 119.6, 82.6, 65.0, 21.4, 15.2; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C24H24N2O5S{[M+H]+}453.147 9, found 453.147 6。

(2) 3的合成

在Schlenk管中加入1a 0.21 g(1 mmol)， TsNH20.19 g(1.1 mmol)和FeCl380 mg，攪拌下滴加MeNO33.5 mL，滴畢，于20 ℃反應至終點(TLC跟蹤)。加入適量水，用乙酸乙酯萃取，有機相用無水Na2SO4干燥30 min。抽濾，濾液旋除乙酸乙酯后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A)純化得亮黃色固體3，收率60%， m.p.133~135 ℃；1H NMRδ: 7.64~7.66(m, 2H), 7.12~7.27(m, 12H), 6.34(d,J=15.6 Hz, 1H), 6.07(dd,J=6.6 Hz, 15.8 Hz, 1H), 5.04~5.15(m, 2H), 2.31(s, 3H);13C NMRδ: 143.1, 139.5, 137.6, 135.9, 132.0, 129.3, 128.6, 128.3, 128.0, 127.8, 127.7, 127.2, 126.9, 126.4, 59.6, 21.3。

(3) 4的合成

在Schlenk管中加入1f 0.2 g(0.5 mmol)和FeCl32 mg，攪拌下滴加CH2Cl22 mL，滴畢，于20 ℃反應至終點(TLC跟蹤)。反應液直接經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A)純化得白色固體4，收率86%；1H NMRδ: 7.63(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.33(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.18~7.23(m, 3H), 7.08~7.14(m, 3H), 7.04(d,J=8.0 Hz, 2H), 6.96(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.26(d,J=9.6 Hz, 1H), 5.98(d,J=6.0 Hz, 1H), 5.87(dd,J=9.6 Hz, 6.0 Hz, 1H), 2.35(s, 3H), 2.26(s, 3H);13C NMRδ: 143.3, 137.7, 136.2, 135.3, 132.9, 129.2, 129.1, 128.7, 128.2, 127.7, 127.4, 127.3, 126.7, 126.4, 126.2, 125.4, 56.8, 21.6, 21.1。

2結(jié)果與討論

2.1反應條件優(yōu)化(以2a為例)

以2a的合成為模板反應，研究了催化劑，溶劑，反應溫度和反應時間對2a產(chǎn)率的影響,結(jié)果見表1。

表12a合成條件的優(yōu)化

Table 1Optimization of the synthesizing 2a

No.催化劑溶劑溫度/℃時間/h產(chǎn)率/%1FeCl3tolrt12652FeCl3benzenert12683FeCl3CH2Cl2rt0.8954FeCl3CHCl3rt1855FeCl3THFrt4606FeCl3DMSOrt12307FeCl3DMFrt12358CuCl2CH2Cl2rt2559FeBr3CH2Cl2rt17610AcOHCH2Cl2rt246111HClCH2Cl2rt247212CF3CO2HCH2Cl2rt47013TsOHCH2Cl2rt66514FeCl3CH2Cl20248515FeCl3CH2Cl2300.68916FeCl3CH2Cl2400.585

在相同的反應條件下，溶劑對2a收率的影響見表1中的No.1~No.7。從中可見，F(xiàn)eCl3為催化劑時，取代反應能在非極性溶劑(苯，甲苯)和極性溶劑(氯仿，THF，DMSO和DMF)中均能順利進行，在CH2Cl2中反應最快(0.8 h)，收率較高(95%， No.3)； 以CH2Cl2為溶劑，催化劑對2a收率的影響見表1的No.3和No.8~No.13，從中可見，路易斯酸(FeCl3，CuCl2和FeBr3)為催化劑時，反應速度較快(No.3, No.8和No.9)，但CuCl2和FeBr3的催化效果不如FeCl3，以質(zhì)子酸(HCl，CF3CO2H和TsOH)為催化劑，反應速度較慢，產(chǎn)率較低(No.10~No.13); No.3和No.14~No.16主要考察了溫度對合成2a的影響，室溫時，反應產(chǎn)率最高(No.3)，溫度升高(No.15和No.16)，雖然反應速度略微加快，但2a產(chǎn)率降低，且有少量不明副產(chǎn)物生成，反應溫度為0℃時，反應不發(fā)生。

綜上，合成2a的最佳反應條件為：FeCl3為催化劑，CH2Cl2為溶劑，于室溫反應0.8 h。

2.2反應拓展

為進一步考察產(chǎn)物的拓展反應，以2a和2f為例，研究了烯丙基醚類化合物在烯丙基胺和二氫喹啉類化合物合成上的應用(Scheme 2)。結(jié)果表明：以2a和對甲苯磺酰胺為起始原料，在FeCl3催化下，可通過分子間的親核取代反應以較高的產(chǎn)率生成烯丙基胺類化合物(3)；以2f為起始原料，在FeCl3催化下，可以通過分子內(nèi)的親核取代反應以較高的產(chǎn)率生成二氫喹啉類化合物(4)。上述反應的收率均優(yōu)于文獻值[11,14]。

3結(jié)論

報道了一種合成烯丙基醚類化合物的新方法。該方法具有原料簡單易得,催化劑廉價以及反應條件較為溫和等特點。此外，將合成的部分烯丙基醚類化合物應用于合成烯丙基胺和二氫喹啉類化合物，收率較高，為烯丙基醚、烯丙基胺和二氫喹啉類化合物的合成提供了新思路。

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Synthesis of Novel Allylic Ether Compounds Catalysed by FeCl3

XU Xing-zhu,GU Zhan-shou,LI Zheng-yi,SUN Xiao-qiang,WANG Zhi-ming

(School of Petrochemical Engineering, Changzhou University, Changzhou 213164, China)

Abstract：Nine allylic ether compounds(2a~2i; 2c, 2e~2i were novel compounds) were synthesized by intermolecular nucleophilic substitution reaction, using allylic alcohols(1a~1i) and ethanol as starting materials, FeCl3as catalyst. The yields of 2a~2i were 80%~95%. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-ESI-MS. Effects of catalyst, solvent, reaction temperature and time on yield of 2a were investigated. The results showed that the yield of 2a was 95% under the optimized reaction conditions[1a 0.5 mmol, FeCl34 mg, EtOH 2.5 mmol, CH2Cl2as solvent， reacted at rt for 0.8 h].

Keywords：allylic alcohol; nucleophilic substitution reaction; allylic ether; catalytic synthesis

通信作者：王治明，教授，碩士生導師， E-mail: zhiming@cczu.edu.cn

作者簡介：許興珠(1989-)，男，漢族，江蘇南京人，碩士研究生，主要從事有機合成的研究。

基金項目：國家自然科學基金資助項目(21372033)； 江蘇省高校自然科學研究重大項目(12KJA150002， 14KJA150002)； 江蘇省青藍工程資助項目

收稿日期：2015-03-17;

修訂日期：2015-12-17

中圖分類號：O623.412

文獻標志碼：A

DOI：10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.02.15084