官能化氨基酸促进铜催化水相醇氧化制备醛或酮的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及醇类化合物的氧化，具体涉及一种官能化氨基酸促进铜催化水相醇氧 化制备醛或酮的新方法。 (二）
【背景技术】
[0002] 过渡金属催化醇的选择性氧化反应，在有机合成领域中占有非常重要 的地位。[Sheldon, R.A. ;Kochi，J.K. Metal-Catalyzed Oxidation of Organic Compounds, Academic Press, New York, 1981]。传统醇氧化反应中，大多都需要 使用化学计量的氧化剂如络酸盐[S. V. Ley, A. Madfin, Comprehensive Organic Synthesis, Vol. 7 (Eds. :B. M. Trost, I. Fleming, S. V. Ley), Pergamon, Oxford, 1991, pp. 251 - 289]、高猛酸盐[Menger, F. M. ;Lee, C. Tetrahedron Lett. 1981, 22, 1655]、高碘试 剂[Aurich,H.G. ;Hahn,K. ;Stork,K. ;Weiss,W. Tetrahedron，1977, 33, 969]等。而这些氧 化剂在使用过程中产生了大量的有毒、有害的物质，对环境和水体的污染较为严重。相比较 而言，以空气（氧气）作为终端氧化剂，不仅具有丰富、廉价易得的特点，并且最终产生的副 产物为水，同时也符合当代可持续发展和"绿色化学"的理念。
[0003] 近年来，过渡金属催化醇的有氧氧化方面的工作大量被报道，例如钌，钯，金，铂 等贵金属。然而以上金属催化剂存在着价格昂贵，并且使用的配体制备比较困难，不容易 修饰的缺陷。因此开发一类廉价易得的过渡金属催化剂（如铜），从而实现醇选择性氧化 制备羰基化合物具有重要的研宄意义和应用价值。在催化醇氧化反应中，与贵金属（如 钌、钯、金、铂）相比较，铜催化剂不仅具有高效的催化活性，而且对底物的适用性也更好， 比如底物中含有氮、硫、氧等杂原子不会与铜配位而使得催化剂失活等优点。因此铜催化 醇氧化反应，吸引了人们的广泛关注，并且在铜催化醇氧化方面人们做了大量的工作。在 这些催化体系中通常需要各种配体的辅助。如Markd首次报道氯化亚铜与邻二氮菲的 催化体系，在甲苯中实现了 一级、二级醇的氧化[1.￡.]\^^6，？.1?.6；[168，]\118111^231^，1. Chell6_Regnaut，A Gautier, S. M. Brown, C. J. Urch，Science, 1996, 274, 2044]。在 2003 年， Sheldon课题组在乙腈和水的混合体系中，利用联吡啶作为配体，溴化铜催化一级醇氧化制 备酸[P. Gamez, I. W. C. E. Arends，J. Reedi jka，R. A. Sheldon, Chem. Commun. , 2003, 2414] 〇 然后Shannon S. Stahl报道利用联吡啶作配体，高效的催化了一级醇和二级醇的氧化 [J. E. Steves, S. S. Stahl, J. Am. Chem. Soc.，2013, 135, 15742]。尽管现有大多数铜催化醇氧 化体系表现出了很好的效果，但被报道的配体大多都局限于N，N-二齿配体。最近我们课题 组发现L-proline作为N，0-二齿配体，对于促进铜催化醇氧化反应有很好的效果，但该体 系仍需在有机溶剂中进行[G. F. Zhang, X. W. Han, Y. X. Luan, Y. Wang, X. Wen, C. R. Ding, Chem. Commun.，2013, 49, 7908]。
[0004] 随着环保意识的逐渐增强，水作为廉价易得、无污染、后处理方便的反应介质受 到了广泛的关注。现有报道水相醇氧化体系大多都只是对氧化一级醇有比较好的效果。 比如，Pomberio 课题组[P. J. Figiel, A. M. Kirillov, Y. Y. Karabach, M. N. Kopylovich，A. J. L. Pomberio, J. Mol. Catal. A Chem.，2009, 305, 178]，Chen 课题组[C. Chen, B. Liu, W. Z. Chen, Synthesis, 2013, 45, 3387]报道了在水相体系中氧化一级醇制备醛的反应。由此可 见，铜催化水相二级醇的有氧氧化反应仍然是一大挑战。因此，设计制备价格低廉、合成方 便的新型官能化氨基酸作为N，0-二齿配体，实现铜催化水相醇氧化反应，特别是针对二级 醇的水相氧化仍具有十分重要的意义。 (三）
【发明内容】
[0005] 本发明旨在解决上述醇氧化体系存在的问题，提供一种成本低廉、对环境友好的 铜催化一级醇、二级醇高效有氧氧化制备羰基化合物的新方法。
[0006] 本发明采用的技术方案是：
[0007] -种官能化氨基酸促进铜催化水相醇氧化制备醛或酮的方法，所述方法为：
[0008] 将底物伯醇或仲醇、催化剂铜盐、助催化剂TEMPO(2, 2, 6, 6-四甲基哌啶氧化物）、 配体、碱性物质和溶剂水混合后，在空气中氧气的氧化作用下，回流反应0. 5?24h，反应结 束后，反应液经后处理得到产物醛或酮；即当底物为伯醇时，所得产物为醛；当底物为仲醇 时，所得产物为酮；
[0009] 其中，所述配体为N-苯基甘氨酸、N-苯基丙氨酸、N-苯基缬氨酸或N-苯基苯丙氨 酸；所述碱性物质为醋酸盐或碳酸盐；所述底物与铜盐、TEMPO、配体、碱性物质的投料物质 的量之比为 1:0. 05 ?0? 1:0. 05 ?0? 1:0. 05 ?0? 1:1 ?2。
[0010] 所述伯醇为式（I)、（II)、（III)、（IV)所示化合物，分别得到产物醛为式（I'）、 (II'）、（III'）、（IV'）所示化合物；所述仲醇为式（V)、（VI)所示化合物，分别得到产物酮 为式（V'）、（VI'）所示化合物；
【主权项】
1. 一种官能化氨基酸促进铜催化水相醇氧化制备醛或酮的方法，其特征在于，所述方 法为： 将底物伯醇或仲醇、催化剂铜盐、助催化剂TEMPO、配体、碱性物质和溶剂水混合后，在 空气中氧气的氧化作用下，回流反应〇. 5?24h，反应结束后，反应液经后处理得到产物醛 或酮；即当底物为伯醇时，所得产物为醛；当底物为仲醇时，所得产物为酮； 其中，所述配体为N-苯基甘氨酸、N-苯基丙氨酸、N-苯基缬氨酸或N-苯基苯丙氨酸； 所述碱性物质为醋酸盐或碳酸盐；所述底物与铜盐、TEMPO、配体、碱性物质的投料物质的量 之比为 1:0. 05 ?0? 1:0. 05 ?0? 1:0. 05 ?0? 1:1 ?2 ; 所述伯醇为式（I)、（II)、（III)、（IV)所示化合物，分别得到产物醛为式（I'）、（II'）、 (III'）、（IV'）所示化合物；所述仲醇为式（V)、（VI)所示化合物，分别得到产物酮为式 (V'）、（VI'）所示化合物；
式（I)、（II)、（V)、（I，）、（II，）、（V，）中， R1为氢、甲基、甲氧基、甲硫基、氰基、氟、氯、溴或硝基； R2为氢、甲基、甲氧基、苯基、三氟甲基、硝基、氟、氯或溴； R3为甲基、乙基、苯基或苯甲酰基； X为氧或硫。
2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述铜盐为溴化铜、溴化亚铜、氯化亚铜或 碘化亚铜。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述碱性物质为碳酸钠、碳酸钾、醋酸钠或 碳酸钾。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述溶剂水的体积用量以底物的质量计为 20 ?40mL/g。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述后处理的方法为：反应结束后，反应液 冷却至室温，用二氯甲烷萃取，取有机相，蒸除溶剂后所得粗产物经柱层析纯化，以正己烷： 乙酸乙酯体积比10:1的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂后干燥即 得产物。
【专利摘要】本发明公开了一种官能化氨基酸促进铜催化水相醇氧化制备醛或酮的方法：将底物伯醇或仲醇、催化剂铜盐、助催化剂TEMPO、配体、碱性物质和溶剂水混合后，在空气中氧气的氧化作用下，回流反应0.5～24h，反应结束后，反应液经后处理得到产物醛或酮；本发明的有益效果主要体现在：(1)以官能化氨基酸为新型N,O-二齿配体；(2)在该水相反应体系中，不仅能实现一级醇的氧化，而且能够高效地氧化二级醇；(3)底物适用范围广、反应速度快、操作方便；(4)成本低、反应安全。
【IPC分类】C07C47-55, C07C47-542, C07C201-12, C07C45-38, C07B41-06, C07D213-48, C07C47-575, C07C49-807, C07C45-39, C07D307-46, C07C205-44, C07C47-232, C07C253-30, C07D333-22, C07C255-56, C07D307-48
【公开号】CN104557355
【申请号】CN201410830091
【发明人】张国富, 雷杰, 丁成荣, 俞艺栋, 单尚
【申请人】浙江工业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2014年12月27日