FeCl3催化吲哚烯丙醇Nazarov環(huán)化合成新型稠環(huán)吲哚

谷占收, 許興珠, 錢后俊, 馮　偉, 王治明

(常州大學(xué) 石油化工學(xué)院，江蘇 常州　213164)

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·快遞論文·

FeCl3催化吲哚烯丙醇Nazarov環(huán)化合成新型稠環(huán)吲哚

谷占收, 許興珠, 錢后俊, 馮偉, 王治明*

(常州大學(xué) 石油化工學(xué)院，江蘇 常州213164)

以吲哚-2-甲醛和取代苯乙酮為原料，經(jīng)3步反應(yīng)合成了10個吲哚烯丙基醇(5a～5j)；以FeCl3·6H2O為催化劑，二氯甲烷為溶劑， 5于40 ℃經(jīng)分子內(nèi)Nazarov環(huán)化反應(yīng)，合成了10個新型稠環(huán)吲哚(6a～6j)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-ESI-MS表征。

吲哚-2-甲醛; 取代苯乙酮; 三氯化鐵催化; 吲哚烯丙醇; Nazarov環(huán)化; 稠環(huán)吲哚; 合成

吲哚類化合物是重要的苯并五元氮雜環(huán)化合物，普遍存在于天然產(chǎn)物和合成藥物中[1]。其中，含吲哚并五元碳環(huán)骨架的生物堿，如月橘烯堿[2]，蕈青霉素[3]，青霉震顫素[4]等，均有良好的生物活性。合成吲哚并五元環(huán)類化合物(A)的方法主要有以下兩種：(1)Olivier等[5]以對甲氧基苯肼和3-羧基環(huán)戊酮為原料，通過分子內(nèi)縮合和σ-遷移重排，合成A。該方法的主要缺點是：反應(yīng)底物適用范圍較窄，反應(yīng)選擇性不高。(2)Stoltz等[6]以醋酸鈀為催化劑，以吲哚母核3-位被烯烴取代的吲哚化合物為底物，經(jīng)一步法構(gòu)建五元環(huán)，合成一系列A。該方法的主要缺點是：醋酸鈀價格昂貴，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。因此，開發(fā)高效、溫和的方法合成A成為熱門研究課題[7-9]。

本文以吲哚-2-甲醛和取代苯乙酮(1a～1j)為原料，經(jīng)3步反應(yīng)合成了10個吲哚烯丙基醇(5a～5j)；以FeCl3·6H2O為催化劑，二氯甲烷為溶劑， 5于40 ℃經(jīng)分子內(nèi)Nazarov環(huán)化反應(yīng)，合成了10個新型稠環(huán)吲哚(6a～6j, Scheme 1)，其結(jié)構(gòu)經(jīng)1H NMR,13C NMR和HR-ESI-MS表征。

Scheme 1

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)；6540 UHD Q-TOF LC/MS型高分辨質(zhì)譜儀(MeOH為溶劑)。

所用試劑均為分析純，使用前未經(jīng)純化。

1.2合成

(1) 5a～5j的合成(以5a為例)

在圓底燒瓶中加入吲哚-2-甲醛150 mg(1 mmol), 苯乙酮150 mg(1.2 mmol)和乙醇2.0 mL，冰浴冷卻下滴加15%NaOH溶液0.5 mL，滴畢，于室溫反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。用稀鹽酸調(diào)至pH 7，析出黃色固體，抽濾，濾餅真空干燥后用乙醇重結(jié)晶得黃色晶體2a。

在史萊克管中加入NaH 60 mg(1.5 mmol)，抽真空置換氮氣三次，加無水DMF 2 mL，于0 ℃滴加2a 250 mg(1 mmol)的DMF(1 mL)溶液，滴畢，攪拌下于室溫反應(yīng)30 min。于0 ℃滴加TsCl 270 mg(1.4 mmol)的DMF(1 mL)溶液，滴畢，反應(yīng)過夜。加水終止反應(yīng)，用二氯甲烷(3×30 mL)萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，抽濾，濾液旋干，殘余物經(jīng)硅膠柱層析[洗脫劑A：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=5 ∶1]純化得黃色固體3a。

在史萊克管中加入3a 200 mg(0.53 mmol)和THF 4 mL，冰浴冷卻下滴加1 mol·L-1C6H5MgBr(4a) 1.0 mL(1 mmol)，滴畢，于70 ℃反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。用飽和NH4Cl溶液淬滅反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取，有機相用無水硫酸鈉干燥30 min，抽濾，濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑：A=20∶1)純化得白色固體吲哚烯丙基醇(5a)。

用類似的方法合成白色固體5b～5j。

(2) 6a～6j的合成(以6a為例)

在史萊克管中加入5a 48 mg(0.1 mmol)，F(xiàn)eCl3·6H2O 1.4 mg(5 μmol)和CH2Cl21 mL，攪拌下回流(40 ℃)反應(yīng)至終點(TLC跟蹤)。加飽和食鹽水終止反應(yīng)，用乙酸乙酯萃取，有機相用無水Na2SO4干燥30 min，抽濾，濾液濃縮后經(jīng)硅膠柱層析(洗脫劑: A=20 ∶1)純化得白色固體6a。

用類似的方法合成白色固體6b～6j。

6a: 收率92%, m.p.147.5～148.5 ℃;1H NMRδ: 8.06～8.04(d,J=4.9 Hz, 1H), 7.70～7.68(d,J=5.01 Hz, 2H), 7.25～7.23(d,J=5.2 Hz, 1H), 7.22～7.15(m, 15H), 7.05～7.04(d,J=3.3 Hz, 1H), 2.32(s, 3H);13C NMRδ: 150.1, 144.9, 144.2, 141.0, 139.6, 135.0, 134.4, 129.8, 128.5, 127.8, 126.9, 126.7, 124.1, 123.3, 122.4, 118.8, 114.9, 63.2, 21.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C30H24NO2S+{[M+H]+}462.152 2, found 462.152 0。

6b: 收率88%, m.p.129.2～129.6 ℃;1H NMRδ: 8.06～8.03(d,J=8.5 Hz, 1H), 7.70～7.68(d,J=8.3 Hz, 2H), 7.25～7.02(m, 16H), 2.32(s, 3H), 2.27(s, 3H);13C NMRδ: 150.4, 145.0, 144.3, 141.4, 139.7, 138.0, 136.8, 135.2, 134.6, 129.9, 129.3, 128.6, 127.9, 127.7, 127.1, 126.8, 124.2, 123.4, 122.3, 119.0, 115.1, 63.1, 21.7, 21.1; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C31H26NO2S+{[M+H]+}476.167 9, found 476.167 6。

6c: 收率84%, m.p.74.5～75.2 ℃;1H NMRδ: 8.06～8.03(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.71～7.68(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.27～7.01(m, 14H), 6.75～6.72(d,J=8.8 Hz, 2H), 3.67(s, 3H), 2.24(s, 3H);13C NMRδ: 157.5, 149.3, 143.8, 143.1, 140.3, 138.6, 134.0, 133.6, 131.7, 128.7, 127.9, 127.4, 126.7, 125.8, 125.6, 123.0, 122.2, 121.0, 117.8, 113.9, 112.8, 61.5, 54.2, 20.5; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C31H26NO3S+{[M+H]+}492.162 8, found 492.162 5。

6d: 收率93%, m.p.169.3～170.2 ℃;1H NMRδ: 8.07～8.04(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.71～7.68(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.25～7.10(m, 13H), 7.02～7.01(d,J=5.5 Hz, 1H), 6.91～6.85(m, 2H), 2.32(s, 3H);13C NMRδ: 161.8(d,JFC=244.29 Hz), 150.0, 144.9, 144.2, 140.8, 139.6, 136.7(d,JFC=3.2 Hz), 134.9, 134.3, 129.8, 129.4(d,JFC=7.5 Hz), 128.6, 127.8, 127.1, 126.7, 126.5, 124.1, 123.4, 122.5, 118.7, 115.3(d,JFC=21.1 Hz), 115.0, 62.5, 21.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C30H23NO2SF+{[M+H]+}480.142 8, found 480.142 6。

6e: 收率68%, m.p.125.7～126.9 ℃;1H NMRδ: 8.07～8.04(d,J=9.3 Hz, 1H), 7.71～7.68(d,J=8.2 Hz, 2H), 7.26～7.08(m, 15H), 7.01～6.99(d,J=5.5 Hz, 1H), 2.33(s, 3H);13C NMRδ: 149.7, 145.0, 144.2, 140.4, 139.9, 139.6, 134.9, 134.0, 132.7, 129.8, 129.1, 128.6, 127.8 , 127.2, 126.7, 126.4, 124.1, 123.5, 122.7, 118.6, 115.0, 62.6, 21.5; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C30H23NO2SCl+{[M+H]+}496.113 3, found 496.113 5。

6f: 收率78%, m.p.163.7～164.2 ℃;1H NMRδ: 8.07～8.04(d,J=8.2 Hz, 1H), 7.71～7.68(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.32～7.15(m, 13H), 7.05～6.99(m, 3H), 2.32(s, 3H);13C NMRδ: 149.6, 145.0, 144.2, 140.5, 140.3, 139.6, 134.8, 133.9, 131.6, 129.8, 129.5, 128.6, 127.8, 127.2, 126.7, 126.4, 124.1, 123.5, 122.7, 120.9, 118.7, 115.0, 62.7, 21.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C30H23NO2SBr+{[M+H]+}540.062 7, found 540.062 5。

6g: 收率73%, m.p.71.4～72.6 ℃;1H NMRδ: 8.01～7.98(d,J=9.3 Hz, 1H), 7.64～7.62(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.39～7.36(d,J=8.2 Hz, 2H), 7.21～7.09(m, 13H), 6.96～6.94(d,J=5.5 Hz, 1H), 2.26 (s, 3H);13C NMRδ: 149.4(q,JFC=273.3 Hz), 145.6, 145.1, 144.3, 140.0, 139.6, 134.9, 133.7, 129.8(q,JFC=32.3 Hz), 128.7, 128.0, 127.9, 127.3 , 126.7, 126.3, 125.4(q,JFC=3.7 Hz), 124.2, 123.6, 123.0, 118.6, 115.1, 63.0, 54.2, 21.5; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C31H23NO2SF3+{[M+H]+}530.139 6, found 530.139 3。

6h: 收率80%, m.p.176.5～177.2 ℃;1H NMRδ: 8.05～8.03(d,J=8.5 Hz, 1H), 7.70～7.67(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.24～6.98(m, 15H), 2.29(s, 3H), 2.26(s, 3H);13C NMRδ: 150.4, 144.9, 144.1, 139.6, 138.1, 136.6, 135.1, 134.6, 129.8, 129.2, 127.7, 126.7, 124.0, 123.2, 122.0, 118.9, 114.9, 62.6, 21.5, 21.1; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C32H28NO2S+{[M+H]+}490.183 5, found 490.183 3。

6i: 收率76%, m.p.62.6～63.5 ℃;1H NMRδ: 8.10～8.07(d,J=7.1 Hz, 1H), 7.73～7.70(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.28～7.16(m, 10H), 7.09～7.07(d,J=5.5 Hz, 1H), 6.76～6.74(d,J=5.5 Hz, 1H), 2.31(s, 3H), 1.70(s, 3H);13C NMRδ: 151.6, 144.9, 144.4, 140.7, 139.7, 135.3, 135.1, 129.9, 128.7, 126.8, 126.5, 126.4, 123.9, 123.2, 121.1, 118.7, 114.1, 53.8, 22.7, 21.6; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C25H22NO2S+{[M+H]+}400.136 6, found 400.136 2。

6j: 收率61%, m.p.78.4～79.2 ℃;1H NMRδ: 8.04～8.01(d,J=9.0 Hz, 1H), 7.63～7.60(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.35～7.02(m, 11H), 6.64～6.62(d,J=6.7 Hz, 1H), 2.23(s, 3H), 2.17～2.11(m, 2H), 0.53～0.48(t,J=14.6 Hz, 3H);13C NMRδ: 148.5, 144.3, 143.7,139.4, 138.5, 133.9, 131.7, 128.7, 127.5, 126.2, 125.8, 125.7, 122.9, 122.0, 120.9, 118.2, 114.0, 53.4, 28.7, 20.5, 8.1; HR-ESI-MSm/z: Calcd for C26H24NO2S+{[M+H]+}414.152 2, found 414.151 9。

2　結(jié)果與討論

2.1反應(yīng)條件優(yōu)化

表1　6a合成條件的優(yōu)化

為優(yōu)化6的合成條件，以6a為例，考察了催化劑、溶劑、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間對6a收率的影響，結(jié)果見表1。由表1可見，No.1～No.7為溶劑對6a收率的影響，以CH2Cl2為溶劑時，反應(yīng)最快(8 min)，收率最高(92%)。 No.3, No.8～No.13為催化劑對6a收率的影響，雖然以TsOH為催化劑(No.13)，反應(yīng)速度最快(2 min)，但收率較低(20%)，以FeCl3·6H2O為催化劑，反應(yīng)速度較快，收率較高(No.3, 92%)； No.3, No.14～No.16為反應(yīng)溫度對6a收率的影響，反應(yīng)溫度40 ℃時，收率最高(No.3, 92%)，溫度降低(No.14～No.16)，反應(yīng)速度明顯減慢，6a收率降低，且有少量不明副產(chǎn)物生成。

綜上所述，合成6a的最佳反應(yīng)條件為：CH2Cl2為溶劑，F(xiàn)eCl3·6H2O為催化劑，反應(yīng)溫度40 ℃，反應(yīng)時間8 min, 收率92%。

2.2底物拓展

在最優(yōu)合成條件下進行底物拓展，結(jié)果見Scheme 1。由Scheme 1可見，當(dāng)?shù)孜飵в形娮踊鶊F或推電子基團時，產(chǎn)物收率均較高，該反應(yīng)的底物適應(yīng)性較強。

通過FeCl3·6H2O催化吲哚烯丙基醇分子內(nèi)Nazarov環(huán)化反應(yīng)，合成了一系列新型的稠環(huán)吲哚。該方法具有操作簡單，選擇性好，反應(yīng)條件溫和，成本較低等優(yōu)點。該方法對拓展Nazarov環(huán)化反應(yīng)在有機合成中的應(yīng)用，有一定借鑒意義。

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Synthesis of Novel Polycyclic Indoles by FeCl3-Catalyzed Nazarov Cyclization of Indole Allylic Alcohols

GU Zhan-shou,XU Xing-zhu,QIAN Hou-jun,FENG Wei,WANG Zhi-ming*

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

Ten indole allylic alcohols(5a～5j) were obtained by a three-step reaction of indole-2-carboxaldehyde with substituted acetophenones. Ten novel polycyclic indoles(6a～6j)were synthesized by Nazarov cyclization of 5 at 40 ℃ , using dichloromethane as solvent and FeCl3·6H2O as catalyst. The structures were characterized by1H NMR,13C NMR and HR-ESI-MS.

indole-2-carboxaldehyde; acetophenone; FeCl3-catalysis; indole allylic alcohol; Nazarov cyclization; polycyclic indole; synthesis

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2016.06.15373

2015-11-05；

2016-04-05

國家自然科學(xué)基金資助項目(21372033)； 江蘇省高校自然科學(xué)研究重大項目(12KJA150002和14KJA150002)； 江蘇省青藍工程項目

谷占收(1987-)，男，漢族，河南濮陽人，碩士研究生，主要從事催化合成的研究。

通信聯(lián)系人：王治明，教授，碩士生導(dǎo)師， E-mail: zhiming@cczu.edu.cn

O626.13； O621.3

A