本发明属于光催化合成技术领域，涉及一种二硫醚作为光敏性催化剂，在可见光和分子氧作用下，使用烯烃作为1c来源制备α-羟甲基-β-二羰基化合物的方法。
技术背景
可见光诱导的反应体系为有机合成化学提供了一种绿色、可持续的策略。最常用的可见光催化剂包括金属钌或铑的联吡啶络合物(例如：ru(bpy)3cl2,fac-ir(ppy)3)以及有机染料分子(例如：曙红y，玫瑰红)。近年来，有文献报道了二硫化物催化的光反应的例子，其中二硫化物经过光裂解以催化末端炔烃的二硼化反应(chem.eur.j.2015,21,13930–13933以及碳卤键的还原(adv.synth.catal.2013,355,3522–3526)和[3+2]环加成反应(angew.chem.int.ed.2016,55,8081–8085)。在这些反应中往往需要使用紫外光来激发二硫化物的断裂形成硫自由基。2017年中科院上海高等研究院、哈佛大学以及荷兰埃因霍温理工大学的联合团队通过实验与计算的结合，利用富电子芳香二硫醚作为催化剂，氧气作为氧化剂，在可见光条件下实现了单、多取代芳香族烯烃在常温下向醛或酮的转化(angew.chem.int.ed.2017,56,832–836)。
甲基结构单元不仅在天然产物和生物活性分子中广泛存在，而且由于可以被广泛的合成转化，所以羟甲基结构在有机合成中非常重要。羟甲基化反应是c-c键形成反应的最重要类型之一，也是有机合成中重要的单碳扩展方法。然后，仅有少数几篇文章报道了β-二羰基化合物羟甲基化反应。2007年shirakawa课题组报道了使用fe(no3)3·9h2o和十二烷基苯磺酸钠作为催化剂，二羰基化合物在甲醛水溶液中实现了羟甲基化反应(chemistryletters,36(1),56-57；2007)，同年shirakawa课题组报道了茚酮羧酸酯底物在甲醛溶液中实现羟甲基化反应(synlett2007,no.20,pp3160–3164)。但是这些方法都使用金属催化剂或者甲醛作为羟甲基化试剂，具有一定毒性，并且底物类型较窄。
烯烃的氧化裂解(oco)是有机合成中广泛应用的转化，因为它可以在廉价的烯烃原料中引入含氧官能团，例如酮和醛。尽管反应很简单，但实用而温和的oco方法仍然是现代化学方法发展中长期追求的目标之一。
为寻找能够实现羰基化合物的ɑ-羟甲基化并避免使用金属催化剂，碱，低温条件和保护基团的光引发自由基，因此我们开发了一种可见光激发二苯二硫醚催化的β-二羰基化合物羟甲基化反应，反应结束后苯乙烯转化成苯甲醛衍生物，具有100％的原子经济性。反应条件温和，不需要外加金属、碱即可有效制备α-羟甲基-β-二羰基化合物和苯甲醛衍生物，操作简单，条件温和，具有良好的底物适用性以及环境友好性，成本低，适合工业规模生产。
技术实现要素：
针对现有技术的不足，本发明提供了一种二硫醚作为催化剂，在可见光的作用下使用苯乙烯和空气氧制备α-羟甲基-β-二羰基化合物(1v)的方法。
本发明的技术方案如下：
一种可见光激发二硫醚催化制备α-羟甲基-β-二羰基化合物的方法，步骤如下：在溶剂中，以二硫醚化合物作光敏催化剂，β-二羰基化合物作底物，分子氧作氧化剂，烯烃衍生物提供1c来源，可见光作激发光源进行光催化反应，制备得到α-羟甲基-二羰基化合物。
所述的二硫醚化合物如式i：
其中，r1和r2为c1-c8烷基、苯环基、五元芳杂环或六元芳杂环；r1和r2相同或不同；
烯烃衍生物ii结构如下：
其中，r1、r2和r3为氢原子、卤素、烷基或烷氧基，r1、r2和r3相同或不同；r4和r5为氢原子或烷基；r4和r5相同或不同；
β-二羰基化合物如式iii：
其中，r1、r2和r3为氢原子、卤素、烷基、烷氧基或环烷基，r1、r2和r3相同或不同；r4为烷基、烷氧基、芳香胺或脂肪胺；n取1或2；
α-羟甲基-β-二羰基化合物如下式vi：
其中，r1、r2和r3为氢原子、卤素、烷基、烷氧基或环烷基；r1、r2和r3相同或不同；r4为烷基、烷氧基、芳香胺或脂肪胺；n取1或2。
所述二硫醚化合物(式i)中r1，r2为苯环基时，如式ia：
其中，每个苯环上具有相邻于、相间于或对位于二硫键的取代基r3、r4；r3和r4为卤素、no2、氰基、c1-c8烷基或c1-c8烷氧基；r3和r4相同或不同。
进一步的，二硫醚化合物为二苯二硫醚如式(1)，烯烃衍生物为苯乙烯如式(2)，对应的光催化反应式如式(3)：
所述光催化反应的温度为-30～100℃；烯烃衍生物与β-二羰基化合物的摩尔比是0.001～5:1，二硫醚化合物与β-二羰基化合物的摩尔比是0.0001～3:1；所述可见光的波长为365nm～700nm。
进一步的，所述的光催化反应温度为20℃～40℃；所述二硫醚化合物与β-二羰基化合物的摩尔比是0.05～0.2:1；烯烃衍生物与β-二羰基化合物的摩尔比是1～2:1。
所述的溶剂为水、甲苯、对二甲苯、邻二甲苯、均三甲苯、正己烷、四氢呋喃、乙酸乙酯、乙腈、dmf、dmap、dmso、氯仿、四氯化碳、二氯甲烷、溴甲烷、二溴甲烷、1,2-二氯乙烷、1,3-二溴丙烷、二硫化碳、二氧六环、石油醚、甲醇、乙醇、四氢萘、吗啉中的一种或两种以上混合；所述的分子氧是纯氧气、空气或含有氧分子混合物。
本发明的有益效果：本发明使用商业易得，廉价稳定的二苯二硫醚作为催化剂，苯乙烯作为1c来源，空气氧作为氧源，蓝光照射下得到目标产物，收率最高可达95％。反应条件温和，不需要外加金属、碱、还原剂等即可有效制备α-羟甲基-β-二羰基化合物，操作简单，具有良好的底物适用性以及环境友好性，成本低，适合工业规模生产。
具体实施方式
下面结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
实施例1制备5-氯-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入5-氯-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为ome，0.0224g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成5-氯-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率91％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.70(d,j＝8.2hz,1h),7.51(s,1h),7.41–7.37(m,1h),4.12(d,j＝11.2hz,1h),3.90(d,j＝11.2hz,1h),3.71(s,3h),3.54(d,j＝17.5hz,1h),3.39(d,j＝17.5hz,1h),2.53(s,1h)。
实施例2制备5-溴-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1，r3为h，r2为br，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入5-溴-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为br，r4为me，0.0269g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成5-溴-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率89％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.63(s,1h),7.57(d,j＝8.0hz,1h),7.49(d,j＝8.0hz,1h),4.06(d,j＝11.2hz,1h),3.82(d,j＝11.2hz,1h),3.65(s,3h),3.48(d,j＝17.7hz,1h),3.33(d,j＝17.7hz,1h),1.57(s,1h)。
实施例3制备5-氟-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1为-f，r2r3为h，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入5-氟-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1为-f，r2r3为h，r4为ome，0.0208g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成5-氟-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率90％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.74(dd,j＝8.6,5.2hz,1h),7.13(d,j＝8.6hz,1h),7.07(td,j＝8.6,2.2hz,1h),4.09(d,j＝11.3hz,1h),3.83(d,j＝11.3hz,1h),3.68(s,2h),3.50(d,j＝17.7hz,1h),3.35(d,j＝17.8hz,1h)。
实施例4制备6-氟-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入6-氟-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为me，0.0208g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成6-氟-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率85％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.47(t,j＝8.4,4.2hz,1h),7.37(ddt,j＝16.7,8.4,4.2hz,2h),4.11(d,j＝11.3hz,1h),3.89(d,j＝11.3hz,1h),3.71(s,3h),3.51(d,j＝17.2hz,1h),3.36(d,j＝17.2hz,1h)。
实施例5制备6-甲基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1，r2为h，r3为-ch3，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入6-甲基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-ch3，r4为me，0.0204g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成6-甲基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率90％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.56(s,1h),7.45(d,j＝7.8hz,1h),7.38(d,j＝7.8hz,1h),4.11(d,j＝11.3hz,1h),3.85(d,j＝11.3hz,1h),3.70(s,3h),3.49(d,j＝17.3hz,1h),3.33(d,j＝17.3hz,1h),2.40(s,3h)。
实施例6制备5-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1，r3为h，r2为-och3，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入5-甲氧基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为-och3，r4为ome，0.0220g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成5-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率93％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ7.70(d,j＝9.2hz,1h),6.93(d,j＝7.0hz,2h),4.13(d,j＝11.2hz,1h),3.90(s,3h),3.88(d,j＝11.2hz,1h),3.71(s,3h),3.51(d,j＝17.5hz,1h),3.34(d,j＝17.5hz,1h),2.72(s,1h)。
实施例7制备4-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r2，r3为h，r1为-och3，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入4-甲氧基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r2，r3为h，r1为-och3，r4为me，0.0220g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成4-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率95％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.42–7.30(m,2h),7.06(dd,j＝6.8,1.9hz,1h),4.09(d,j＝11.3hz,1h),3.90(s,3h),3.88(d,j＝11.3hz,1h),3.69(s,3h),3.43(d,j＝17.9hz,1h),3.27(d,j＝17.9hz,1h),2.60(s,1h)。
实施例8制备5,6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式vi，其中r1为h，r2，r3为och3，r4为ome)
向4ml乙腈溶液中加入5,6-甲氧基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1为h，r2，r3为-och3，r4为me，0.0250g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成5,6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率73％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.16(s,1h),6.92(s,1h),4.14(d,j＝11.2hz,1h),3.99(s,3h),3.94–3.85(m,4h),3.72(s,3h),3.47(d,j＝17.2hz,1h),3.31(d,j＝17.2hz,1h),2.82(s,1h)。
实施例9制备5-氯-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸异丙酯(式vi，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为异丙氧基)
向4ml乙腈溶液中加入6-氟-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为me，0.0208g，0.1mmol)和,二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol)，10w蓝光照射8小时，生成5-氯-2,3-二氢-2-羟甲基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸异丙酯，收率54％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.65(d,j＝8.3hz,1h),7.46(s,1h),7.34(d,j＝8.3hz,1h),5.02(dq,j＝12.6,6.4hz,1h),4.05(d,j＝11.2hz,1h),3.78(d,j＝11.2hz,1h),3.45(d,j＝17.6hz,1h),3.32(d,j＝17.6hz,1h),2.24(s,1h)。
实施例10制备2-羟甲基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2,r3为h,r4为苯胺基)
向4ml乙腈溶液中加入1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2,r3为h,r4为苯胺基，0.0251g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟甲基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率86％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ9.30(s,1h),7.73(d,j＝7.6hz,1h),7.62(t,j＝7.3hz,1h),7.52(d,j＝7.9hz,2h),7.48(d,j＝7.9hz,1h),7.36(t,j＝7.3hz,1h),7.27(t,j＝7.8hz,3h),7.06(d,j＝7.6hz,1h),4.02(d,j＝10.9hz,1h),3.90(s,1h),3.87(d,j＝10.9hz,1h),3.21(d,j＝10.0hz,1h),1.55(d,j＝10.0hz,1h)。
实施例11制备2-羟基-1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2,r3为h,r4为异丙胺基)
向4ml乙腈溶液中加入1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2,r3为h,r4为异丙胺基，0.0231g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟甲基-1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率42％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.65(t,j＝7.5hz,1h),7.49(d,j＝7.7hz,1h),7.41(t,j＝7.5hz,1h),6.72(s,1h),3.73(d,j＝16.7hz,1h),3.10(d,j＝16.7hz,1h),1.34(s,9h)。
实施例12制备2-羟甲基-6-甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2为h,r3＝ome,r4为苯胺基)
向4ml乙腈溶液中加入6-甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2为h,r3＝ome,r4为苯胺基，0.0281g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟甲基-6-甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率74％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ9.25(s,1h),7.50(d,j＝8.0hz,2h),7.33(d,j＝8.0hz,1h),7.25(t,j＝7.4,5.8hz,3h),7.21–7.16(m,2h),7.04(t,j＝7.4hz,1h),4.00(d,j＝10.9hz,1h),3.87(d,j＝10.9hz,1h),3.79–3.73(m,3h),3.76(s,3h),3.10(d,j＝17.6hz,1h),2.47(s,2h)。
实施例13制备2-羟甲基-1-氧代-n-(邻甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2，r3为h,r4为邻甲基苯胺基)
向4ml乙腈溶液中加入1-氧代-n-(邻甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2，r3为h,r4为邻甲基苯胺基，0.0265g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟甲基-1-氧代-n-(邻甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率87％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ9.23(s,1h),7.90(d,j＝7.6hz,1h),7.73(d,j＝7.8hz,1h),7.61(t,j＝7.5hz,1h),7.47(d,j＝7.8hz,1h),7.35(t,j＝7.5hz,1h),7.11(d,j＝7.6hz,1h),6.98(t,j＝7.6hz,1h),4.03(d,j＝10.9hz,1h),3.96–3.81(m,2h),3.20(d,j＝10.9hz,1h),2.34(s,1h),2.30(s,3h)。
实施例14制备2-羟甲基-1-氧代-n-(对甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2，r3为h,r4为对甲基苯胺基)
向4ml乙腈溶液中加入1-氧代-n-(对甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2，r3为h,r4为对甲基苯胺基，0.0265g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟甲基-1-氧代-n-(对甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率83％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.73(d,j＝7.7hz,1h),7.66–7.57(m,1h),7.47(d,j＝7.7hz,1h),7.40(d,j＝8.4hz,2h),7.35(d,j＝7.5hz,1h),7.07(d,j＝8.4hz,2h),4.01(d,j＝10.9hz,1h),3.93–3.81(m,2h),3.22(d,j＝17.9hz,1h),2.26(s,3h)。
实施例15制备n-环己基-2-羟甲基-1-氧代-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式vi，其中r1，r2,r3为h,r4为环己基胺基)
向4ml乙腈溶液中加入1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1，r2,r3为h,r4为环己基，0.0257g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成n-环己基-2-羟甲基-1-氧代-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率89％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.76(d,j＝7.7hz,1h),7.66(t,j＝7.3hz,1h),7.52(d,j＝7.7hz,1h),7.41(d,j＝7.3hz,1h),7.28(s,1h),3.94(d,j＝11.0hz,1h),3.86(d,j＝11.0hz,1h),3.82(d,j＝18.0hz,1h),3.27(d,j＝18.0hz,1h),2.81(s,1h),1.99–1.92(m,1h),1.82(dd,j＝12.8,4.0hz,1h),1.72(dtd,j＝17.3,8.2,4.0hz,1h),1.60(dt,j＝12.8,4.0hz,1h),1.46–1.13(m,6h)。
实施例16制备2-(羟甲基)-2-(4-甲基哌嗪-1-羰基)-2,3-二氢-1h-茚-1-酮(式vi，其中r1，r2,r3为h,r4为甲基哌嗪胺基)
向4ml乙腈溶液中加入2-(4-甲基哌嗪-1-羰基)-2,3-二氢-1h-茚-1-酮(式iii，其中r1，r2,r3为h,r4为甲基哌嗪胺基，0.0258g，0.1mmol),二苯二硫醚(0.0011g,0.005mmol)和苯乙烯(0.0156g,0.15mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-(羟甲基)-2-(4-甲基哌嗪-1-羰基)-2,3-二氢-1h-茚-1-酮，收率78％。1hnmr(400mhz,chloroform-d)δ7.67(d,j＝7.7hz,1h),7.57(dd,j＝7.7,1.2hz,1h),7.50–7.44(m,1h),7.36–7.29(m,1h),4.06(dd,j＝7.9,3.5hz,1h),4.03–3.94(m,1h),3.81(dd,j＝17.2,3.5hz,1h),3.60(dt,j＝12.7,7.3,5.3hz,1h),3.40(ddd,j＝12.7,7.3,3.2hz,1h),3.21(dd,j＝17.2,7.9hz,1h),2.66–2.60(m,2h),2.55(dt,j＝12.7,5.3,3.2hz,1h),2.34(s,3h)。