本发明属于有机化学合成领域，具体涉及一种R1和R2取代的咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物与R3取代的二芳基二硫醚在碘催化条件下，区域选择性的发生硫基化反应，制备各种硫基取代的咪唑并[1,5-a]杂环化合物。
背景技术：
咪唑并杂环类化合物是一类在生物医药、农药和光学材料领域有着广泛应用价值的含氮稠杂环化合物。而硫基取代的咪唑并杂环化合物作为药物骨架在药物合成领域同样有着巨大的应用潜能。因而近年来，对其合成方法的研究已越来越受到关注。2011年，Zhou等报道了以二苯二硫醚为原料，在碘化亚铜催化的条件下，合成硫基化的咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物。该合成方法所适应的底物都是1-芳基取代的咪唑并[1,2-a]吡啶，且需要过渡金属的参与[Tetrahedron,2011,67:3690]。2014年，Zhang等发展了一种碳酸铯促进的以咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物和二芳基二硫醚为原料合成硫基化的咪唑并[1,2-a]N-杂环类化合物。该合成方法用2倍单量的弱碱取代了过渡金属[RSC Adv.,2014,4:19891]。2015年，Hajra等用2-苯基咪唑并[1,2-a]吡啶和苯磺酰肼为原料在碘的催化条件下成功合成1-苯基咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物[Org.Biomol.Chem.,2015,13:3314]。同年，Hiebel等发现了一种符合绿色化学要求的合成硫基化的咪唑并[1,2-a]吡啶类化合物的方法。该合成方法在以1-苯基咪唑并[1,2-a]吡啶和苯硫酚为原料、以碘为催化剂、过氧化氢为氧化剂和环境友好的PEG400为溶剂的温和的条件下进行[Green Chem.,2015,17:937]。上述的合成方法都没有涉及到咪唑并[1,5-a]杂环化合物的硫化，并且所合成的硫基化的咪唑并[1,2-a]杂环化合物在其杂环1号位上的取代基大多是芳基。这些都限制了当前咪唑并含氮杂环化合物硫基化的合成进程。
技术实现要素：
本发明提供了一种硫基化咪唑并[1,5-a]N-杂环类化合物的合成方法，该方法以咪唑并[1,5-a]N-杂环为初始原料，二芳基二硫醚为硫化试剂在咪唑并[1,5-a]N-杂环的3号位上形成C-S键，合成咪唑并[1,5-a]N-杂环的硫基化产物。该项发明首例阐述了硫基化咪唑并[1,5-a]N-杂环类化合物的合成方法，具有无过渡金属的参与，反应条件温和，底物范围广，收率高等特点。
一种碘催化的咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物的硫基化方法，包括：将咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物(II)，二芳基二硫化合物(III)，单质碘，依次加入到反应管中用1-2mL的二甲基亚枫(DMSO)溶解，加热至100～120℃，反应6-10h。反应结束后冷却反应液至室温，后处理得 到3号位硫基化的咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物(I)，反应方程式如下式所示：
上式中：R1为氢、甲基、乙氧基、硝基或卤素，其中卤素为氟；R2为苯基、甲苯基、1-奈基、2-呋喃基或脂肪烃基，其中脂肪烃基为正丙基；R3为甲基、甲氧基或硝基。
其中，所使用的催化剂为单质碘；在空气气氛中进行无需添加任何氧化剂；反应溶剂为二甲基亚砜(DMSO)；反应温度为100-120℃；反应时间为6-10h。
上述反应中，优选的原料的摩尔比为：咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物(II)：二芳基二硫醚(III)∶催化剂(I2)＝1∶0.6-1∶0.1-0.2。二甲基亚砜(DMSO)为1-2mL。反应完成后，可选用的后处理过程包括：萃取，旋转蒸发，柱层析色谱进行纯化分离得到相应的硫基化的咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物。
上述合成方法中所使用的咪唑并[1,5-a]N-杂环化合物为现有的方法合成的，二芳基二硫化合物、碘和二甲基亚枫(DMSO)采用市售产品。
该项合成方法首例阐述了硫基化咪唑并[1,5-a]N-杂环类化合物的合成方法，具有无需过渡金属的参与，反应条件温和，底物范围广，收率高等特点。在制药和荧光材料领域拥有广泛的应用前景。
具体实施方式
实施例1-12
按照表1和表2的原料配比和反应条件在10mL厚壁耐压反应管中加入咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(II)、二苯二硫化合物(III)、催化剂和有机溶剂，混合搅拌均匀，按照表2的反应条件反应完成后，萃取，柱层析分离(展开剂为乙酸乙酯与石油醚的混合物，两者体积比为1:4-8)纯化得到相应的硫基化的咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I)，反应方程如下式所示：
表1
表2
表2中，I2为碘单质，DMSO为二甲基亚枫。
结构确认数据
由实施例1～12制备的3号位硫基化的咪唑并[1,5-a]]喹啉化合物的结构检测数据分别为：
由实施例1制备得到的1-苯基-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-1)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.70-7.65(m,3H),7.56-7.51(m,5H),7.37-7.33(m,1H),7.26-7.15(m,6H),7.11-7.07(m,1H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ143.1,138.0,136.6,134.2,133.0,132.4,129.7,129.6,129.4,128.8,128.8,127.8,127.2,125.6,125.5,123.5,122.5,117.4,116.5。
由实施例2制备得到的7-甲基-1-苯基-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-2)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.70-7.68(m,2H),7.54-7.52(m,4H),7.47-7.42(m,2H),7.31-7.29(m,2H),7.21(t,J＝7.6Hz,2H),7.15-7.11(m,2H),7.07-7.04(m,1H),2.41(s,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ142.8,138.1,135.3,134.1,133.1,130.4,129.8,129.5,128.9,128.8,128.7,128.7,127.1,125.6,125.5,123.4,122.3,117.2,116.4,20.8。
由实施例3制备得到的7-乙氧基-1-苯基-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-3)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.69-7.67(m,2H),7.54-7.50(m,4H),7.46(d,J＝9.3Hz,1H),7.26-7.17(m,4H),7.11-7.07(m,3H),6.80(dd,J1＝9.3Hz,J2＝2.8Hz,1H),4.07(q,J＝6.9Hz,2H),1.43(t,J＝7.0Hz,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ156.2,142.5,138.1,133.8,132.9,129.7,129.6,128.8,127.2,127.0,126.5,125.5,123.4,122.3,118.6,116.9,116.0,111.5,63.8,14.7。
由实施例4制备得到的7-氟-1-苯基-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-4)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.68-7.66(m,2H),7.60-7.51(m,5H),7.33(dd,J1＝8.5Hz,J2＝2.9Hz,1H),7.28-7.26(m,2H),7.22-7.19(m,2H),7.13-7.08(m,2H),6.97-6.92(m,1H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ160.8,158.4,143.0,137.7,133.8,132.7,129.8,129.7,129.0,128.8,127.4,127.3,125.7,123.3,122.6,122.6,119.1,119.1,117.9,115.4,115.2,113.9,113.7。
由实施例5制备得到的7-硝基-1-苯基-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-5)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ8.55-8.53(m,1H),8.07-8.02(m,1H),7.70-7.56(m,7H),7.31-7.29(m,2H),7.25-7.14(m,4H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ136.9,130.3,129.6,129.4,129.3,129.2,128.9,127.8,126.1,126.1,124.1,124.0,122.4,122.3,122.2,121.9,119.1,118.1,117.9。
由实施例6制备得到的3-苯硫基-1-对甲苯基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-6)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.66(dd,J1＝7.8Hz,J2＝1.5Hz,1H),7.62-7.52(m,4H),7.38-7.32(m,3H),7.27-7.14(m,6H),7.11-7.09(m,1H),2.47(s,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)143.3,139.6,138.1,134.1,132.5,130.1,129.6,129.5,128.8,128.0,127.7,127.1,125.6,125.5,125.5,123.4,122.3,117.4,116.5,21.5。
由实施例7制备得到的1-(2-呋喃基)-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-7)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.71-7.66(m,2H),7.55(d,J＝9.3Hz,1H),7.44-7.37(m,2H),7.25-7.18(m,6H),7.12-7.08(m,1H),6.95-6.94(m,1H),6.68-6.67(m,1H),6.67(dd,J1＝3.3Hz,J2＝1.8Hz,1H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ144.3,143.4,137.6,134.5,133.0,132.2,128.8,128.6,127.3,125.9,125.7,125.5,124.3,123.1,116.8,116.2,113.5,112.0。
由实施例8制备得到的1-(1-奈基)-3-苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-8)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ8.08(d,J＝8.2Hz,1H),7.97(d,J＝8.3Hz,1H),7.77(dd,J1＝7.0Hz,J2＝1.2Hz,1H),7.66-7.62(m,3H),7.52-7.48(m,1H),7.36-7.35(m,2H),7.31-7.29(m,2H),7.25(s,1H),7.24-7.20(m,3H),7.13-7.09(m,1H),7.01-6.93(m,2H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)141.2,138.1,133.9,133.7,132.4,132.3,130.7,130.4,129.0,128.8,128.7,128.5,128.2,127.3,127.2,126.5,125.5,125.4,125.4,125.3,123.6,122.6,116.9,116.5。
由实施例9制备得到的3-苯硫基-1-正丙基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ8.09(d,J＝8.5Hz,1H),7.60(dd,J1＝7.7Hz,J2＝1.4Hz,1H),7.51-7.47(m,1H),7.39-7.33(m,2H),7.11-7.05(m,4H),7.01-6.97(m,2H),3.32(t,J＝7.72Hz,2H),2.00-1.94(m,2H),1.05(t,J＝7.36Hz,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ143.9,137.4,133.1,132.1,127.9,127.8,127.7,127.2,125.6,124.7,124.2,121.7,119.2,115.7,115.5,33.3,19.5,12.9。
由实施例10制备得到的1-苯基-3-对甲苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-10)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.60-7.54(m,3H),7.46-7.41(m,5H),7.27-7.23(m,1H),7.14-7.10(m,3H),7.05(d,J＝9.4Hz,1H),6.93(d,J＝8.0Hz,2H),2.16(s,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ142.9,135.6,134.2,133.9,133.1,132.4,129.8,129.6,129.0, 128.8,128.8,128.5,127.9,127.8,125.6,125.5,123.4,117.4,116.6,20.9。
由实施例11制备得到的1-苯基-3-对甲氧苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-11)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ7.66-7.62(m,3H),7.57-7.49(m,5H),7.34-7.30(m,3H),7.21-7.18(m,1H),7.13(d,J＝9.3Hz,1H),6.78-6.76(m,2H),3.72(s,3H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ158.4,142.7,133.4,133.1,132.4,130.5,129.7,129.6,129.0,128.8,128.1,127.7,125.6,125.5,124.4,123.2,117.3,116.6,114.5,55.3。
由实施例12制备得到的1-苯基-3-邻硝基苯硫基咪唑并[1,5-a]喹啉化合物(I-12)的核磁共振(1H NMR和13C NMR)检测数据为：
1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ8.13(dd,J1＝8.1Hz,J2＝0.9Hz,1H),7.63-7.61(m,3H),7.54-7.41(m,5H),7.31(t,J＝7.2Hz,1H),7.25-7.11(m,4H),6.96(d,J＝8.1Hz,1H)。
13C-NMR(100MHz,CDCl3)δ144.0,143.0,138.0,134.3,132.5,131.6,131.3,128.8,128.6,128.0,127.8,127.2,127.1,124.8,124.7,124.4,124.0,123.5,119.3,116.3,114.8。