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，在可见光激发下使用空气氧作为绿色氧化剂制备α-羟基-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)。
使用分子氧进行羰基化合物的选择性c-h羟基化已经取得了显着的进展。一般而言，实现这些化合物的关键方法涉及有害氧化剂或过渡金属或金属氧化物和添加剂(膦作为还原剂)(angew.chem.,int.ed.2014,53,548.)，这是上述方案的缺点。最近，无过渡金属和还原剂参与的羰基化合物ɑ-羟基化反应被报道，但是体系需要加入化学计量的碱(org.lett.2017,19,3628-3631)。可见光以及分子氧作为有效氧化剂的应用，可以说是其最重要的科学和技术挑战之一，因为它们具有环境友好，丰富和可持续的特性。为寻找能够实现羰基化合物的ɑ-羟基化并避免使用金属催化剂，碱，危险的膦基添加剂，低温条件和保护基团的光引发自由基，我们开发了一种通过二硫化物作为理想的催化剂的光致氧化体系。
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，无外加金属，碱，自由基引发剂和还原剂，制备α-羟基-β-二羰基化合物(ii)的方法。
本发明的技术方案：
一种可见光激发二硫醚催化制备α-羟基-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，可见光作激发光源进行光催化反应，制备得到α-羟基-β-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；
β-二羰基化合物如式ii：
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-羟基-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。
所述二硫醚化合物(式i)中r1，r2为苯环基时，如下式：
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，所述的二硫醚化合物为4-f取代的二苯二硫醚，如式ia：对应的光催化反应式如式(1)：
所述光催化反应的温度为-30～100℃；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，所述的反应温度为10℃～50℃；所述二硫醚化合物与β-二羰基化合物的摩尔比为0.005～0.5:1。
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、廉价稳定的对氟二苯二硫醚作为催化剂，蓝光照射下发生光致氧化得到目标产物，收率最高可达99％。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-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为ome)
向4mldmf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)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，定量分析显示5-氯-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯发生>99％转化，生成5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率96％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(d,j＝8.3hz,1h),7.50(s,1h),7.43(d,j＝8.2hz,1h),3.97(s,1h),3.75(s,3h),3.71(d,j＝17.5hz,1h),3.24(d,j＝17.5hz,1h)。
实施例2制备2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2，r3为h，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2，r3为h，r4为me，0.0190g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率63％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(d,j＝8.3hz,1h),7.50(s,1h),7.43(d,j＝8.2hz,1h),3.97(s,1h),3.75(s,3h),3.71(d,j＝17.5hz,1h),3.24(d,j＝17.5hz,1h)。
实施例3制备5-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为br，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入5-溴-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r3为h，r2为br，r4为me，0.0269g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成5-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率98％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.69(m,1h),7.66(d,j＝8.2hz,1h),7.59(d,j＝8.2hz,1h),3.75(s,3h),3.71(d,j＝17.4hz,1h),3.24(d,j＝17.4hz,1h)。
实施例4制备6-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为br，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入6-溴-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2为h，r3为br，r4为me，0.0269g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成6-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率98％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.93(d,j＝2.0hz,1h),7.78(dd,j＝8.2,2.0hz,1h),7.39(d,j＝8.2hz,1h),3.75(s,3h),3.67(d,j＝17.4hz,1h),3.20(d,j＝17.3hz,1h)。
实施例5制备4-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r2，r3为h，r1为br，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入4-溴-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r2，r3为h，r1为br，r4为ome，0.0269g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成4-溴-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率85％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.85(dd,j＝7.8,1.0hz,1h),7.76(dd,j＝7.8,0.9hz,1h),7.37(dt,j＝7.7,0.9hz,1h),3.97(s,1h),3.77(s,3h),3.68(d,j＝17.8hz,1h),3.19(d,j＝17.8hz,1h)。
实施例6制备6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-och3，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入6-甲氧基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2为h，r3为-och3，r4为ome，0.0220g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率63％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.39(d,j＝8.4hz,1h),7.27(dd,j＝8.4,2.6hz,1h),7.22(d,j＝2.6hz,1h),3.85(s,3h),3.75(s,3h),3.65(d,j＝16.9hz,1h),3.18(d,j＝16.9hz,1h)。
实施例7制备4-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r2，r3为h，r1为-och3，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入4-甲氧基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r2，r3为h，r1为-och3，r4为me，0.0220g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成4-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率67％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.45–7.36(m,2h),7.11(dd,j＝7.1,1.7hz,1h),3.92(s,3h),3.74(s,3h),3.66(d,j＝17.7hz,1h),3.12(d,j＝17.7hz,1h)。
实施例8制备5,6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1为h，r2，r3为och3，r4为ome)
向4mldmf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ii，其中r1为h，r2，r3为-och3，r4为me，0.0250g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成5,6-甲氧基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率51％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.20(s,1h),6.91(s,1h),4.00(s,3h),3.92(s,3h),3.75(s,3h),3.65(d,j＝16.9hz,1h),3.17(d,j＝16.9hz,1h)。
实施例9制备6-甲基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-ch3，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入6-甲基-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2为h，r3为-ch3，r4为me，0.0204g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成6-甲基-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率81％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.60(d,j＝1.8hz,1h),7.50(dd,j＝7.8,1.8hz,1h),7.38(dd,j＝7.8hz,1h),3.74(s,3h),3.68(d,j＝17.1hz,1h),3.21(d,j＝17.1hz,1h),2.42(s,3h)。
实施例10制备6-氟-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式iii，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为ome)
向4mldmf溶液中加入6-氟-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为me，0.0208g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成6-氟-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯，收率68％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.52–7.36(m,3h),3.76(s,3h),3.69(d,j＝17.1hz,1h),3.22(dj＝17.1,1h)。
实施例11制备5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸异丙酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为异丙氧基)
向4mldmf溶液中加入6-氟-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸甲酯(式ii，其中r1，r2为h，r3为-f，r4为me，0.0208g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸异丙酯，收率93％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.73(d,j＝8.2hz,1h),7.50(d,j＝1.5hz,1h),7.42(dd,j＝8.2,1.7hz,1h),5.08(hept,j＝6.2hz,1h),4.00(s,1h),3.66(d,j＝17.3hz,1h),3.22(d,j＝17.3hz,1h),1.21(d,j＝6.3hz,3h),1.14(d,j＝6.2hz,3h)。
实施例12制备5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸金刚酯(式iii，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为金刚氧基)
向4mldmf溶液中加入5-氯-2,3-二氢-1-氧代-1h-茚-2-羧酸金刚酯(式ii，其中r1，r3为h，r2为cl，r4为金刚基，0.0345g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成5-氯-2,3-二氢-2-羟基-1-氧代-1h-茚-2-羧酸金刚酯，收率92％。1hnmr(500mhz,cdcl3)δ7.74(d,j＝8.2hz,1h),7.52(s,1h),7.42(d,j＝8.2hz,1h),4.03(s,1h),3.68(d,j＝17.2hz,1h),3.28(d,j＝17.2hz,1h),1.96–1.22(m,15h)。
实施例13制备2-羟基-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)
向4mldmf溶液中加入1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1，r2,r3为h,r4为苯胺基，0.0251g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率92％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.76(s,1h),7.77(m,1h),7.65(m,1h),7.50(m,2h),7.41(m,1h),7.31–7.24(m,2h),7.10(t,j＝7.4hz,1h),3.85(d,j＝16.8hz,1h),3.17(d,j＝16.8hz,1h)。
实施例14制备2-羟基-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)
向4mldmf溶液中加入1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1，r2,r3为h,r4为异丙胺基，0.0231g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-1-氧代-n-异丙基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率83％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ7.78(d,j＝7.7hz,1h),7.65(td,j＝7.5,1.3hz,1h),7.54–7.35(m,2h),6.63(s,1h),4.07–3.90(m,1h),3.73(d,j＝16.7hz,1h),3.11(d,j＝16.7hz,1h),1.17(m,6h)。
实施例15制备2-羟基-n-苯基-1-氧代-1,2,3,4-四氢萘-2-羧酸乙酯(式iii，其中r1，r2，r3为h，n＝2,r4为苯胺基)
向4mldmf溶液中加入n-苯基-1-氧代-1,2,3,4-四氢萘-2-羧酸乙酯(式ii，其中r1，r2，r3为h，n＝2，r4为苯胺基，0.0231g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-n-苯基-1-氧代-1,2,3,4-四氢萘-2-羧酸乙酯，收率71％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.81(s,1h),8.04(d,j＝7.8hz,1h),7.54(dd,j＝13.5,7.8hz,3h),7.38–7.23(m,4h),7.10m,1h),4.84(s,1h),3.62(m,1h),3.06–2.92(m,1h),2.61(m,1h),2.33(m,1h)。
实施例15制备2-羟基-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)
向4mldmf溶液中加入1-氧代-n-(对甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1，r2，r3为h,r4为对甲基苯胺基，0.0265g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-1-氧代-n-(对甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率94％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.72(s,1h),7.74(d,j＝7.8hz,1h),7.63(dd,j＝7.5,1.2hz,1h),7.46(d,j＝7.7hz,1h),7.37(t,j＝8.0hz,3h),7.05(d,j＝8.1hz,2h),3.83(d,j＝16.7hz,1h),3.14(d,j＝16.7hz,1h),2.28(s,3h)。
实施例16制备2-羟基-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)
向4mldmf溶液中加入1-氧代-n-(邻甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1，r2，r3为h,r4为邻甲基苯胺基，0.0265g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-1-氧代-n-(邻甲苯基)-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率91％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.63(s,1h),7.91–7.78(m,1h),7.75(d,j＝7.8hz,1h),7.64(td,j＝7.6,1.2hz,1h),7.47(d,j＝7.7hz,1h),7.39(t,j＝7.5hz,1h),7.13(t,j＝7.1hz,2h),7.03(td,j＝7.3,1.3hz,1h),3.84(d,j＝16.9hz,1h),3.17(d,j＝16.9hz,1h),2.24(s,3h)。
实施例17制备5-氯-2-羟基-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)
向4mldmf溶液中加入5-氯-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1，r2，r3为h,r4为苯胺基，0.0285g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成5-氯-2-羟基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率92％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.72(s,1h),7.72(d,j＝8.2hz,1h),7.56–7.48(m,3h),7.43–7.39(m,1h),7.34–7.27(m,2h),7.20–7.05(m,1h),3.84(d,j＝17.0hz,1h),3.17(d,j＝17.0hz,1h)。
实施例17制备2-羟基-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)
向4mldmf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ii，其中r1，r2为h,r3＝ome,r4为苯胺基，0.0281g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-6-甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率73％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.79(s,1h),7.52–7.41(m,2h),7.34(d,j＝8.4hz,1h),7.29–7.20(m,3h),7.14(d,j＝2.6hz,1h),7.11–7.04(m,1h),3.79(s,3h),3.75(d,j＝16.4hz,1h),3.06(d,j＝16.4hz,1h)。
实施例17制备2-羟基-5,6-二甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式iii，其中r1＝h,r2，r3为ome，r4为苯胺基)
向4mldmf溶液中加入5,6-二甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺(式ii，其中r1＝h,r2，r3为ome，r4为苯胺基，0.0311g，0.1mmol)和对氟二苯二硫醚(0.00127g,0.005mmol),10w蓝光照射8小时，生成2-羟基-5,6-二甲氧基-1-氧代-n-苯基-2,3-二氢-1h-茚-2-甲酰胺，收率66％。1hnmr(500mhz,chloroform-d)δ8.77(s,1h),7.61–7.46(m,2h),7.34–7.24(m,2h),7.18(s,1h),7.14–7.05(m,1h),6.91(s,1h),3.99(s,3h),3.89(s,3h),3.76(d,j＝16.4hz,1h),3.10(d,j＝16.4hz,1h)。