氧化劑作用下8-氨基喹啉酰胺類化合物的C-5位氯化

李丹丹，蔣永帥，浮光賓

(許昌學(xué)院 化學(xué)化工學(xué)院，河南 許昌461000)

喹啉是一種非常重要的雜環(huán)結(jié)構(gòu)化合物，在許多天然產(chǎn)品、藥品、農(nóng)用化學(xué)品和功能性材料中都有發(fā)現(xiàn)[1,2].喹啉作為過渡金屬催化的合成中間體和配體，研究非常廣泛[3,4].因此，簡(jiǎn)便、有效地制備取代喹啉已經(jīng)引起廣泛關(guān)注.通過C-H官能團(tuán)化直接取代喹啉是一種很有效的方法，與相應(yīng)C-2[5.6]，C-3[7,8]，C-4[9,10]和C-8[11,12]的C-H活化方法相比，對(duì)喹啉C-5位置的替代仍是一個(gè)挑戰(zhàn).有金屬催化合成氯化8-氨基喹啉酰胺，可以利用CuCl2作為氯的來(lái)源，分別使用 Cu(OAc)2[13]和PhI(OAc)2[14]催化劑來(lái)制備；或以NaCl作為氯的來(lái)源，使用Oxone[15]或K2S2O8[16]氧化來(lái)制備，但是后兩種方法反應(yīng)溫度高、時(shí)間長(zhǎng)、利用率低，會(huì)影響工業(yè)生產(chǎn)效率.然而，無(wú)金屬催化8-氨基喹啉衍生物C-5位的氯化反應(yīng)卻少有報(bào)道.

因此，本文采用Oxone作為氧化劑，氯乙酰為氯的來(lái)源，實(shí)現(xiàn)了構(gòu)建C-Cl鍵的新方法.該方法無(wú)金屬催化劑，具有操作簡(jiǎn)單、條件溫和、底物適用性廣等優(yōu)點(diǎn).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

SHB-III型循環(huán)水式多用真空泵，2XZ型旋片式真空泵，RE52-99型鄭州長(zhǎng)城科工貿(mào)有限公司；旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)器，上海亞榮生化儀器廠；101-0型電熱鼓風(fēng)干燥箱，上海恒一；C-MAG HS7型磁力攪拌器，德國(guó)IKA；AUY220型分析電子天平，日本島津.

8-氨基喹啉，氯乙酰氯，三氯乙酰氯，丙酰氯，異丁酰氯，環(huán)丙甲酰氯，環(huán)己甲酰氯，苯乙酰氯，N,N-二甲基甲酰氯，Oxone；1,2-二氯乙烷，乙腈，甲苯，N,N-二甲基甲酰胺，三乙胺，1,4-二氧六環(huán)，乙酰氯苯甲酰氯，AR，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；98%特戊酰氯，97%二甲氨基甲酰氯，上海阿拉丁有限責(zé)任公司；二氯甲烷，無(wú)水硫酸鈉，石油醚，乙酸乙酯，AR，天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司.

1.2 8-氨基喹啉酰胺原料的制備

在100 mL圓底燒瓶中加入1.44 g 8-氨基喹啉(10 mmol)和50 mL CH2Cl2，冰水浴冷卻至0 ℃，加入三乙胺1.6 mL(12 mmol)，緩慢滴加酰氯(11 mmol)后，反應(yīng)緩慢回至室溫，通過薄層色板(TLC)跟蹤反應(yīng)進(jìn)程，待反應(yīng)結(jié)束后，加入飽和碳酸氫鈉溶液20 mL.用二氯甲烷萃取后合并有機(jī)相.用飽和食鹽水洗三次后，無(wú)水硫酸鈉干燥，真空濃縮后柱層析，得到8-氨基喹啉酰胺類的化合物.

1.3 8-氨基喹啉特戊酰胺C-5位氯化反應(yīng)條件篩選步驟

8-氨基喹啉特戊酰胺C-5位鹵化反應(yīng)方程式如圖1所示.首先將8-氨基喹啉乙酰胺 1a(56.0 mg，0.3 mmol)，氯試劑(0.315 mmol)，氧化劑(0.3 mmol)，和3 mL溶劑加入到 25 mL反應(yīng)試管中，然后將試管置于40 ℃油浴中反應(yīng)，通過TLC觀察反應(yīng)情況并在合適的時(shí)間停止.待反應(yīng)完全結(jié)束后，在反應(yīng)液中加少量硅膠，旋干，色譜柱分離純化，最后得到C-5位氯化的產(chǎn)物2a.

1.4 8-氨基喹啉酰胺類底物C-5位氯化反應(yīng)的一般步驟

8-氨基喹啉酰胺類底物C-5位氯化反應(yīng)方程式如圖2.首先將8-氨基喹啉酰胺1 (0.3 mmol)，氯乙酰 (22.5 μL， 0.315 mmol)，Oxone (184.2 mg，0.3 mmol)，以及 3 mL乙腈加入到25 mL反應(yīng)試管中，然后將試管置于40 ℃油浴中反應(yīng)，通過TLC觀察反應(yīng)情況并在合適的時(shí)間停止.待反應(yīng)完全結(jié)束后，在反應(yīng)液中加少量硅膠，旋干，色譜柱分離純化，最后得到C-5位氯化的產(chǎn)物2.

圖1 8-氨基喹啉乙酰胺C-5位氯化反應(yīng)方程式

圖2 8-氨基喹啉酰胺類底物C-5位氯化反應(yīng)方程式

2 結(jié)果與討論

2.1 8-氨基喹啉酰胺C-5位氯化反應(yīng)條件篩選

我們以8-氨基喹啉乙酰胺1a為底物，選擇不同的氧化劑、氯化試劑等，優(yōu)化反應(yīng)條件.

2.1.1 氧化劑對(duì)反應(yīng)的影響

氧化劑對(duì)反應(yīng)的影響結(jié)果如表1所示：當(dāng)使用K2S2O8為氧化劑時(shí)，以CH3COCl為氯化試劑，在40 ℃乙腈溶液中反應(yīng) 3 h后，通過柱層析分離可以得到29%的產(chǎn)物2a；若使用(NH4)2S2O8代替K2S2O8，產(chǎn)率可以提高到48%；當(dāng)使用Oxone作為氧化劑時(shí)，2a的產(chǎn)率可以提高到80%；如果氧化劑換為Ag2O和BQ時(shí)，則得不到任何產(chǎn)物.

2.1.2 氯化試劑對(duì)反應(yīng)的影響

氯化試劑對(duì)反應(yīng)的影響如表2所示，固定氧化劑為Oxone，溶劑為乙腈，以CH3COCl為氯化試劑時(shí)，反應(yīng)3 h可以得到80%的產(chǎn)率；當(dāng)氯化試劑為(CH3)3CCOCl時(shí)，產(chǎn)率降低到72%；當(dāng)氯化試劑改為NaCl或CuCl2時(shí)產(chǎn)率下降得更低，分別為53%，59%；如果無(wú)氯化試劑，該反應(yīng)不能進(jìn)行.

表1 氧化劑對(duì)反應(yīng)的影響

表2 氯化試劑對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.3 溶劑對(duì)反應(yīng)的影響

溶劑對(duì)反應(yīng)的影響如表3所示：只有使用乙腈(CH3CN)為溶劑時(shí)，可以得到80%的產(chǎn)率.當(dāng)反應(yīng)溶劑為二氯甲烷(DCM)、1,2-二氯乙烷(DCE)，反應(yīng)產(chǎn)率大大下降；而當(dāng)使用N,N-二甲基甲酰胺(DMF)以及1,4-二氧六環(huán)(1,4-dioxane)為溶劑時(shí)，幾乎沒有任何產(chǎn)物生成.

2.1.4 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

同時(shí)我們發(fā)現(xiàn)：溫度對(duì)反應(yīng)效果也有明顯影響，如表4所示.當(dāng)反應(yīng)溫度從40 ℃降為25 ℃時(shí)，最終產(chǎn)物的收率僅為12%.

表3 溶劑對(duì)反應(yīng)的影響

表4 溫度對(duì)反應(yīng)的影響

2.1.5 氧化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

氧化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響見表5.如果降低氧化劑用量為 0.15 mmol，反應(yīng)產(chǎn)率會(huì)降低到67%.同時(shí)，如果反應(yīng)中不加氧化劑Oxone，該反應(yīng)也不能進(jìn)行.

表5 氧化劑用量對(duì)反應(yīng)的影響

經(jīng)過上面一系列條件的篩選， 可以得出8-氨基喹啉乙酰胺C-5位氯化的最佳條件為： 0.315 mmol氯乙酰為氯化試劑，0.3 mmol Oxone為氧化劑，3 mL乙腈為溶劑，在40 ℃下反應(yīng) 3 h.

2.2 8-氨基喹啉酰胺C-5位氯化反應(yīng)底物拓展

在最優(yōu)反應(yīng)條件下，我們考察了反應(yīng)底物的范圍(見圖 3).無(wú)論是乙酰胺、丙酰胺、異丁酰胺或者是2,2-二甲基丁酰胺取代的8-氨基喹啉，都可以得到中等及偏上的產(chǎn)率(2b-2e).當(dāng)取代基為氯乙酰取代的8-氨基喹啉時(shí)，可以得到97%的收率(2f)；如果使用更吸電子的三氯乙酰為取代基時(shí)，仍然得到99%的產(chǎn)率(2g).然而，取代基為N,N-二甲基甲酰時(shí)，僅僅得到25%的產(chǎn)物2h；如果將取代基換做環(huán)狀的酰胺，反應(yīng)也可以順利進(jìn)行得到對(duì)應(yīng)的產(chǎn)物(2i-2j)；當(dāng)取代基為苯乙酰胺時(shí)，反應(yīng)可以得到 84%的產(chǎn)率(2k).另外我們發(fā)現(xiàn)，苯甲酰胺作為取代基也可以參與該反應(yīng)的進(jìn)行，得到相對(duì)較高的產(chǎn)率(2l).

圖3 8-氨基喹啉乙酰胺C-5位氯化的底物適用性

2.3 8-氨基喹啉酰胺C-5位氯化反應(yīng)機(jī)理

結(jié)合反應(yīng)過程和文獻(xiàn)，我們提出了可能的反應(yīng)機(jī)理，如圖4所示.首先，8-氨基喹啉酰胺1在氧化劑Oxone作用下生成中間體A，接著中間體與酰氯釋放的氯自由基反應(yīng)生成中間體B；最后，中間體B在氧化劑作用下脫除氫質(zhì)子得到最終產(chǎn)物2.

圖4 8-氨基喹啉酰胺C-5位氯化反應(yīng)機(jī)理

3 結(jié)論

在Oxone氧化劑的作用下，8-氨基喹啉酰胺作為導(dǎo)向基團(tuán)，通過C-H鍵活化構(gòu)建C-Cl鍵的反應(yīng).8-氨基喹啉酰胺類化合物在 100 mol% Oxone和 105 mol%氯化乙酰的共同作用下，選擇性地實(shí)現(xiàn)了8-氨基喹啉酰胺類化合物C-5位的氯化反應(yīng).該反應(yīng)中氯的來(lái)源廉價(jià)易得，具有操作簡(jiǎn)單、條件溫和、底物適用性廣等優(yōu)點(diǎn).