本申请属于有机合成技术领域，具体涉及一种9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的制备方法。
背景技术：
9-氮杂环取代氧杂蒽是一类重要的化合物，例如9-咪唑取代的氧杂蒽类化合物已经被证实具有较好的除草活性(参见(1)cn87100994a，19870909)，再如9-苯并三氮唑基氧杂蒽则可以作为重要的有机合成中间体(参见(2)x-raycrystallographicevidenceforavinylogousanomericeffectinbenzotriazole-substitutedheterocycles，alanr.katritzky等，《tetrahedron》，57(2001)，3309-3314；(3)polycyclicfusedphenanthridines：analternativeapproachfrombenzotriazoles，alanr.katritzky等，《j.heterocyclicchem.》，36，927(1999))。然而，现有技术仅公开了有限的制备该类化合物的合成方法(参见(4)neuartigeoxidativec-n-verknüpfungenvonindazolenundbenzotriazolenmitcycloheptatriensowiedi-undtriphenylmethanderivaten，wolfganghanefeld等，《arch.pharm.》，326,323-329(1993)；(5)afacilegeneralsynthesisof9-positionfunctionalisedheteroniumanthracenesalts，alanr.katritzky等，《heterocycles》，vol.45，no.12，2413-2423，1997)，而这些方法也局限于有限的反应底物。因此，开发更多种9-氮杂环取代氧杂蒽类化合物仍然是十分必要的。
有机电化学合成作为有机合成中的一个重要分支，具有绿色、可持续、高效以及高选择性等优点。电化学有机合成一直是药物合成及精细有机合成领域的重要课题。在电化学反应中，有机化合物分子或氧化还原介质在“电极/溶液”两相的界面上发生电子转移，从而实现旧键的断裂以及新键的生成，因而电极材料的使用、电位和溶剂等条件的选择在电化学转化中至关重要。通过c-h键构建c-x键(x＝o，c，n，s)是非常重要和具有挑战性的课题，其技术难度主要体现在1)断裂c-h键的解离能显著地高于c-x(x为卤素)；2)c-h键的反应选择性(参见(6)c-h键选择性直接电氧化研究，马淳安等，《电化学》，第23卷第3期，第276-282页，2017年6月；(7)芳香化合物的电化学c-h键官能化研究进展，赵明等，《有机化学》，第38卷，第2590-2605页，2018；(8)recentadvancesinc-hfunctionalizationusingelectrochemicaltransitionmetalcatalysis，tian-shengmei等，《acscatal.》，第8卷，第7179-7189页，2018.)。
cheng-chuzeng等报道了一种苯乙酮类化合物α位csp3-h电化学氧化，合成α-氨基苯乙酮类的化合物的方法(参见(9)j.org.chem.，2016，81，11565-11573)，该方法使用nh4i作为氧化还原催化剂，通过α-碘化、胺的亲核取代串联反应合成机理得到目标化合物。发明人课题组之前报道了一种合成吩噻嗪/吩恶嗪类化合物的电化学合成方法(cn108863982a，20181123)，利用csp2-h的电化学官能化构建c-n键。发明人进一步深入研究，在本发明中提出一种csp3-h的电化学官能化构建c-n键，合成9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的方法。
技术实现要素：
为了丰富制备合成9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的有效途径，本发明提出了一种以氧杂蒽类化合物为原料，经选择性电化学氧化csp3-h键以构建c-n键，制备9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的合成策略，该方法具有反应条件简单、温和、环境友好、原子经济性高，反应底物适应范围广以及目标产物收率高的优点。
本发明提供的一种9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的有机电合成方法，包括如下步骤：
向干燥的、两侧瓶口分别配备有石墨棒阳极和铂板阴极的三颈瓶中，依次加入式ii所示的化合物、式iii所示的化合物、电解质、助剂和溶剂。然后将反应混合物在室温下，通恒定电流并搅拌和电解一段时间，经tlc检测反应完全后停止反应，经后处理得到式i所示的9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物。
式ii及式i中，r1-r8各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的c1-20的烷基、取代或未取代的c2-20的烯基、取代或未取代的c1-20的烷氧基、取代或未取代的c6-20的芳基、取代或未取代的c3-20的杂芳基、取代或未取代的c3-20的环烷基、硝基、-oh、-cn、-coor9、-cor10、-ocor11、-sr12；其中，r9、r10、r11、r12各自独立地选自氢、取代或未取代的c1-20的烷基、取代或未取代的c6-20的芳基、取代或未取代的c3-20的杂芳基、取代或未取代的c3-20的环烷基。或者，r1-r8中任意两个相邻的基团彼此相连，并与连接这任意两个相邻的基团的碳原子一起形成c5-c8元稠合芳环结构，该稠合芳环结构任选地被取代基取代。
y选自o、s、nr13，r13选自氢、c1-20的烷基、c6-20的芳基；
式iii及式i中，
各个r14相同或不同，彼此独立地选自氢、卤素、取代或未取代的c1-20的烷基、取代或未取代的c1-20的烷氧基、取代或未取代的c6-20的芳基、取代或未取代的c3-20的杂芳基、取代或未取代的c3-20的环烷基、-cn、-coor9、-cor10、-ocor11、-sr12；其中，r9、r10、r11、r12各自独立地选自氢、取代或未取代的c1-20的烷基、取代或未取代的c6-20的芳基、取代或未取代的c3-20的杂芳基、取代或未取代的c3-20的环烷基；
和/或，当任意两个相邻的x1-x4均选自cr14时，这两个相邻的r14相互连接，并与连接这两个r14的碳原子一起形成5-8元环状结构，该环状结构任选地被取代基取代。
作为本发明技术方案的进一步优选，式ii及式i中，r1-r8各自独立地选自氢、卤素、取代或未取代的c1-6的烷基、取代或未取代的c1-6的烷氧基、取代或未取代的c6-12的芳基、取代或未取代的c3-12的杂芳基、取代或未取代的c3-8的环烷基、硝基、-oh、-cn、-coor9、-cor10、-ocor11、-sr12；其中，r9、r10、r11、r12各自独立地选自氢、取代或未取代的c1-6的烷基、取代或未取代的c6-12的芳基、取代或未取代的c3-12的杂芳基、取代或未取代的c3-8的环烷基。或者，r1-r8中任意两个相邻的基团彼此相连，并与连接这任意两个相邻的基团的碳原子一起形成c5-c8元稠合芳环结构，该稠合芳环结构任选地被取代基取代。
y选自o、s、nr13，r13选自氢、c1-6的烷基、c6-12的芳基；
式iii及式i中，
各个r14彼此独立地选自氢、卤素、取代或未取代的c1-6的烷基、取代或未取代的c1-6的烷氧基、取代或未取代的c6-12的芳基、取代或未取代的c3-12的杂芳基、取代或未取代的c3-8的环烷基、-cn、-coor9、-cor10、-ocor11、-sr12；其中，r9、r10、r11、r12各自独立地选自氢、取代或未取代的c1-6的烷基、取代或未取代的c6-12的芳基、取代或未取代的c3-12的杂芳基、取代或未取代的c3-8的环烷基；
和/或，当任意两个相邻的x1-x4均选自cr14时，这两个相邻的r14相互连接，并与连接这两个r14的碳原子一起形成5-8元环状结构，该环状结构任选地被取代基取代。
在本发明的任意部分中，所述“取代或未取代的”、“任选地被取代基取代”这一表述中的取代基选自c1-6的烷基、c1-6的烷氧基、c1-6的酰基、卤素、-no2、-cn、-oh、c6-20的芳基、c3-12的杂芳基、c3-8的环烷基、c1-6的烷基-o-co-。对于本领域技术人员而言，可以理解的是，本文中所称的“取代或未取代的”、“任选地被取代基取代”这一表述中的取代基的个数可以为一个或多个，例如取代的苯基，其可以具有一个、两个、三个、四个或五个取代基，取代基数量的上限取决于所述基团可被取代的位点的数量。
在本文中，对于所述c1-20的烷基、c1-12的烷基、c1-6的烷基的例举，例如可以为甲基、乙基、丙基、丁基、异丙基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基、十一烷基等。
在本文中，例如c1-20的烷氧基、c1-12的烷氧基、c1-6的烷氧基等具有“烷基”部分的取代基，其中的烷基部分可以具体选自上述“c1-20的烷基、c1-12的烷基、c1-6的烷基”所例举的相应碳原子数目的烷基种类。
在本文中，作为c6-20的芳基、c6-14的芳基的例子，可以选自例如苯基、萘基、蒽基、菲基等。
在本文中，所述的c3-20的杂芳基、c3-12的杂芳基中的杂原子可以选自o、s、n，具体的杂芳基可以选自例如噻吩基、呋喃基、吡啶基、吲哚基、苯并呋喃基、喹啉基、苯并吡喃基等。
在本文中，作为c3-20的环烷基、c3-8的环烷基的例子，可以选自单环的例如环丙基、环丁基、环戊基、环已基等；双环的例如二环[2.2.2]辛烷基、二环[2，2，1]庚烷基、十氢化萘基；多环的例如金刚烷基等。
在本文中，所述“5-8元环状结构”是指成环原子的数目，而成环原子的种类选自碳原子和任选地包含杂原子。杂原子可选自本领域常见的杂原子种类，例如本文前述部分提及的o，s，n。
最优选地，式ii化合物选自如下化合物：
式iii化合物选自如下化合物：
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的电解质选自nbu4nbf4、nbu4npf6、nbu4nclo4、nh4br、liclo4中的任意一种。优选地，所述的电解质选自nbu4nbf4。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的助剂为甲磺酸或三氟甲磺酸中的任意一种，优选地，所述的助剂为甲磺酸。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的溶剂选自乙腈、四氢呋喃、n，n-二甲基甲酰胺、甲醇中的任意一种或几种的混合物；优选地，所述溶剂选自乙腈。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述恒定电流的大小为5-15ma，优选10ma。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的反应时间可以通过tlc监测式i化合物来确定，一般为1～6小时即可反应完全，优选1-3小时，最优选2小时。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，式ii化合物、式iii化合物、助剂、电解质的摩尔比为1∶(1～3)∶(10％～30％)∶(0.5～2)；优选地，式ii化合物、式iii化合物、助剂、电解质的摩尔比为1∶2∶20％∶1。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的石墨棒规格为直径＝6mm；所述的铂板规格为10mm×10mm×1mm。并且，在本发明中，所述的阳极和阴极材料也可以同时为石墨棒，以及所述的阴极材料为石墨棒板和阳极材料为铂板时，反应也可以顺利地进行。
根据本发明前述的有机电合成方法，其中，所述的后处理操作如下：反应结束后，将反应混合物用水洗涤，乙醚萃取(10mlx3)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，真空浓缩除去溶剂，将得到的残渣经硅胶柱色谱法纯化得到目标产物。
本发明的有益效果如下：
1、本发明首次提出了以式ii所示的化合物、式iii所示的化合物为原料，经选择性电化学氧化csp3-h键，制备式i所示的9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的合成策略，该方法未见现有技术报道。
2、本发明的方法丰富了制备合成9-氮杂环取代的氧杂蒽类化合物的有效途径，该方法反应条件简单、温和、环境友好、原子经济性高，反应底物适应范围广以及目标产物收率高。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细的描述。
实施例1-16反应条件优化试验
以式ii-1所示的氧杂蒽和式iii-1所示的吲唑为原料，探讨了不同有机电合成条件对于反应工艺优化结果的影响，选择出其中具有代表性的实施例1-16，结果如表一所示：
其中实施例1的典型试验条件下：
向干燥的、两侧瓶口分别配备有石墨棒阳极和铂板阴极的25ml三颈瓶中，依次加入氧杂蒽(0.25mmol)，吲唑(2equiv)，甲磺酸(25mmol％)和nbu4nbf4(1eqequiv)，随后加入乙腈(7ml)，将反应混合物在室温下以10ma的恒定电流搅拌和电解2小时，经tlc检测反应完全，将反应混合物用水洗涤，然后经乙醚(10mlx3)，合并有机相并用无水硫酸钠干燥，真空浓缩除去溶剂，将得到的残渣经硅胶柱色谱法纯化得到目标产物。产率81％。白色固体；mp144.1-147.5℃；1hnmr(500mhz，cdcl3)δ：8.03(d，j＝1.0hz，1h)，7.69-7.68(m，1h)，7.32-7.28(m，2h)，7.24-7.22(m，2h)，7.18(s，1h)，7.13-7.10(m，1h)，7.06-7.03(m，1h)，6.99-6.95(m，3h)；13cnmr(126mhz，cdcl3)δ150.85，133.37，129.67，128.87，126.32，123.55，121.13，120.77，118.83，116.80，109.73，55.58。
表一：
其中，实施例2-16的具体操作及参数除上述表一所列的变量与实施例1不相同之外，其余操作及参数均与实施例1相同。
由表一中的代表性实施例1-16可以看出，本发明最佳工艺条件为实施例1的工艺条件。在获得最佳工艺条件的基础上，发明人进一步选择不同取代基的式ii、式iii反应原料，在最佳工艺条件(实施例1)下反应以制备各种式i的目标化合物。结果如表二所示，其中，表二中涉及的原料化合物ii-1～ii-9，iii-1～iii-19与本文中前述所定义的相同结构，为节省篇幅，此处不再画出这些原料化合物的结构。
表二：
以上所述实施例仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。