一种醌催化的三氟甲基化光催化合成方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光催化有机合成技术领域，具体涉及一种醌催化的三氟甲基化光催化有机合成方法。
【背景技术】
[0002]近年来，随着有机氟化学的不断发展，含氟有机化合物在医药、农药、功能材料等领域得到了广泛的研究和应用。将含氟基团引入药物分子中，会改变其电荷分布，增强其脂溶性及相邻基团的酸性，进而增强药物的代谢稳定性、亲和结合力和膜渗透性(Milller，K.; Faeh, C.; Diederich, F.Science2007, 317，1881-1886)。因此，发展新型高效的有机氟化学反应，尤其是三氟甲基化反应，长期以来一直吸引着化学研究者的兴趣。
[0003]工业上三氟甲基化反应的一种传统方法是先将甲基上的氢进行自由基引发的氯化反应，得到三氯甲基化合物，然后通过氟氯交换的氟化反应得到三氟甲基化合物；另一种方法是先将酸制备成相对应的酰氟化合物，然后用HF将酰氟转化成三氟甲基(吕翠萍，沈其龙，刘丹，过渡金属催化的芳香化合物三氟甲基化研究进展[J].有机化学，2012，32: 1380-1387)。但两种方法显著的缺点是只有结构比较稳定简单的甲苯类衍生物才能够承受反应条件苛刻强烈的氟化反应。
[0004]由于金属d轨道和0c-F轨道的相互作用使得过渡金属催化的C-C键形成较为困难，尝试选用无金属催化体系成为了三氟甲基化反应的又一个突破点。而自然界中无处不在的醌类化合物在有机反应中拥有良好的氧化能力，醌类化合物因其具有共轭环状二酮的化学结构而拥有了极强的得电子及夺氢能力(Wendlandt，A.E.; Stahl, S.S.Angew.Chem.1nt.Ed.2015, 54，14638-14658)。理论上讲只要催化物质或氧化剂可提供的氧化能力大于三氟甲基衍生阴离子的被激发的最低势能(0.6eV)，就可以氧化转化三氟甲基亚磺酸盐。自然界中存在的最简单常见的单环醌类的氧化电势基本都大于0.71eV，因此，醌类化合物就是理想的氧化三氟甲基化反应的催化剂。而且我们设计了一种二氧化锰固定床反应器，有效克服了有机反应中催化剂的消耗问题，完成了醌类催化剂的再生循环。
[0005]因此，研发一种低成本的温和条件下醌类化合物光催化三氟甲基化反应有机合成的方法具有重要的研究和应用价值。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种体系简单、反应条件温和、低成本且可大量制备的三氟甲基化产物的光催化合成方法，拟解决工业化三氟甲基化反应的高污染、高成本问题。本发明合成条件温和、原料廉价易得、低环境污染、有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
[0007]为实现上述目的，本发明采用如下技术方案:
一种醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，以单环醌类化合物作为光催化剂，三氟甲基亚磺酸钠作为三氟甲基源，乙腈作为溶剂，和底物混合后，在二氧化锰固定床反应器内进行合成反应。
[0008]单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠的摩尔比为2:1?2:7，乙腈和底物的摩尔比为3:1?3:8。
[0009]所述二氧化锰固定床反应器其制备方法为:取50?70目二氧化锰颗粒和二氧化硅颗粒填充于玻璃管中，两端密封以玻璃棉，制成二氧化锰固定床反应器。
[0010]所述固定床反应器内二氧化锰颗粒与二氧化硅颗粒质量比为4:1?4:11。
[0011 ]所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，具体步骤为:
将单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠混合，取混合样品于二氧化锰固定床反应器中，再将乙腈和底物混合溶液倒入反应器中，反应是在空气气氛下，可见光照射条件下进行的，得到均匀透明的产物液体。
[0012]合成选用的底物可以为简单芳环化合物、五元/六元杂环化合物以及复杂的生物/药物大分子化合物。
[0013]本发明的有益效果在于:
(1)本发明采用更加环保温和的醌为催化剂的光催化反应模式，只需要简单的可见光光照就可以实现底物的三氟甲基化;该方法具有很好的重复性、制备过程简单、低环境污染，有利于大规模的工业生产；
(2)本发明采用的催化剂为单环醌类有机化合物，避免了强酸，重金属的污染，是整个反应更加环保；
(3)本发明采用的三氟甲基化方法可用于多种具有药物活性和生物活性的底物，开发价值和潜力巨大；
(4)本发明设计的二氧化锰固定床反应器有效克服了醌类化合物在反应中的消耗，大大地提升了催化剂的利用率。
[0014]
【附图说明】
图1为本发明基本反应的质谱图(GC-MS);
图2为本发明基本反应的核磁共振19F图谱(19F NMR);
图3为本发明基本反应的不同醌类电势与产率关系图(电化学工作站)；
图4为本发明基本反应的不同光强、不同波长与产率关系图(光强计、DRS);
图5为本发明的药物底物拓展-反应的质谱图(GC-MS);
图6为本发明的药物底物拓展-反应的核磁共振19F图谱(19F NMR);
图7为本发明的固定床反应器照片(含参数)。
【具体实施方式】
[0015]本发明用下列实施例来进一步说明本发明，但本发明的保护范围并不限于下列实施例。
[0016]本发明的反应步骤如下:
将单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠混合，二者摩尔比为2:1-2:7;取混合样品于二氧化锰固定床反应器里，再将摩尔比为3:1?3:8的乙腈和底物的混合溶液倒入反应器中，在空气气氛下，可见光照射一定时间，得到均匀透明的产物液体。另取50?70目不等的二氧化锰颗粒和二氧化硅颗粒填充于管中，两种颗粒质量比为4:1?4:11，两端密封以玻璃棉，制成简单的二氧化锰固定床反应器。(产物液体的质谱，核磁共振图谱如图1、2所示，固定床反应器照片如图3所示)
实施例1
将摩尔比为100: 200的单环醌类化合物(不同醌类拓展)和三氟甲基亚磺酸钠混合;取混合样品于二氧化锰固定床反应器里，再将15ml乙腈和1ml苯倒入反应器中，在空气气氛下，SOOmW可见光照射12h，得到均匀透明的产物液体；(其不同醌类通过电化学工作站测得其氧化电势，催化剂电势与产物产量的关系如图4所示;产物液体的质谱、核磁共振图谱如图1、2所示)。
[0017]实施例2
将摩尔比为100: 200的苯醌和三氟甲基亚磺酸钠混合;取混合样品于二氧化锰固定床反应器里，再将15ml乙腈和1ml苯倒入反应器中，在空气气氛下，光强200-800mW不等，光波长420?780 nm不等的可见光照射10h，得到均匀透明的产物液体。(其通过光强计测得反应光强，通过DRS测得醌催化剂的紫外吸收漫反射光谱。反应光强、反应波长与产物产量的关系如图5所示;产物液体的质谱、核磁共振图谱如图1、2所示)。
[0018]实施例3
将摩尔比为100:200的单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠，混合;取混合样品于二氧化锰固定床反应器里，再将15ml乙腈和1ml 5，6-二甲氧基-1-茚酮(阿兹海默症药品(Aricept)药物前驱体)倒入反应器中，在空气气氛下，SOOmW不同波长的可见光照射15h，得到均匀透明的产物液体。(产物液体的质谱、核磁共振图谱如图6、7所示)。
[0019]本发明反应的得到的三氟甲苯的GC-MS谱图(图1)得到2.5 min的峰经匹配后为三氟甲苯。同样重复实验后通过核磁共振，19F图谱(图2)分析62.68 ppm处为标准的三氟甲苯峰。以5，6_ 二甲氧基-1-茚酮(阿兹海默症药品(Aricept)药物前驱体)为底物进行的三氟甲基化反应，我们得到了多种三氟甲基化产物，其中以I位取代产物最多(图6所示，15.25min处峰)。同样重复实验后进行核磁共振，19F图谱(图7)分析55.36 ppm处为具有药物活性的I位取代产物，55.88 ppm为其它三氟甲基化的副产物。
[0020]以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
【主权项】
1.一种醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:以单环醌类化合物作为光催化剂，三氟甲基亚磺酸钠作为三氟甲基源，乙腈作为溶剂，和底物混合后，在二氧化锰固定床反应器内经可见光催化反应。2.根据权利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠的摩尔比为2:1?2:7，乙腈和底物的摩尔比为3:1?3:8。3.根据权利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:所述二氧化锰固定床反应器其制备方法为:取50?70目二氧化锰颗粒和二氧化硅颗粒填充于玻璃管中，两端密封以玻璃棉，制成二氧化锰固定床反应器。4.根据权利要求3所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:所述固定床反应器内二氧化锰颗粒与二氧化硅颗粒质量比为4:1?4:11。5.根据权利要求1所述醌催化的三氟甲基化光催化合成方法，其特征在于:具体步骤为: 将单环醌类化合物和三氟甲基亚磺酸钠混合，取混合样品于二氧化锰固定床反应器中，再将乙腈和底物混合溶液倒入反应器中，反应是在空气气氛下，可见光照射条件下进行的，得到均匀透明的产物液体。
【专利摘要】本发明公开了一种醌催化的三氟甲基化光催化合成方法。本发明拟解决目前工业三氟甲基化反应中氟化氢、四氟化硫等强腐蚀、剧毒氟化试剂的使用问题，同时利用无金属催化剂，避免了工业中催化剂的重金属污染问题，具有良好的实际应用前景。利用最简单廉价的苯醌及其衍生物作为光催化剂，Langlois试剂-三氟甲基亚磺酸钠（CF3SO2Na）为三氟甲基源，在可见光的温和条件下，实现了无金属光催化三氟甲基化反应，并且通过自制固定床反应器得出了完整的全循环反应。也可进一步根据实际需要对具有生物活性、药物活性的有机分子进行三氟甲基修饰。本发明合成条件温和、原料廉价易得、低环境污染、有利于大规模的工业生产，具备显著的经济和社会效益。
【IPC分类】C07C25/13, C07C17/00, B01J31/02
【公开号】CN105503510
【申请号】CN201610003014
【发明人】员汝胜, 常彬, 邱文朝, 邵鸿鸽, 王乐乐, 陈旬
【申请人】福州大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月7日