一种合成喹啉酮类化合物或其异构体的方法与流程

本发明属于异相光催化技术领域，尤其涉及一种合成喹啉酮类化合物或其异构体的方法。

背景技术：

(异)喹啉酮类化合物具有良好的生物和药物活性，可以抵御各种疾病(比如癌症)，因此相关研究引起广泛关注。大量的研究表明，以(异)喹啉类化合物作为原料来合成(异)喹啉酮类化合物是一条理想的路径。

为了实现高效合成，各类催化剂相继报道。如michaelp.doyle报道了利用双铑催化剂催化得到异喹啉酮，但该催化剂需要结合叔丁基过氧化氢使用，需要使用特殊的设备，操作负责且具有较高的不安全性。cn105153029a则使用双核水杨酸铜配合物作为催化剂催化生成异喹啉酮类化合物，然而该催化反应需要对反应体系进行加热，且在反应12～48h产率才能达到90％左右，反应时间长，催化效率低。又如y.-h.(j.am.chem.soc.2017,139:14237-14243)报道利用均相曙红y作为光催化剂催化喹啉盐氧化成喹啉酮，利用led灯作为光源，在24h后产率仅为85.0％。

综上，现有用于催化生成(异)喹啉酮类化合物的催化剂催化效率不高，不仅无法在常温下进行反应，而且经长时间催化反应后产率依然不高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种合成喹啉酮类化合物或其异构体的方法，能够在常温下实现喹啉盐或异喹啉盐高效氧化成喹啉酮类化合物或其异构体。

本发明提供的一种合成喹啉酮类化合物或其异构体的方法为，在含氧气氛中，将式i所示的喹啉盐或其异构体溶于溶剂中，加入光催化剂，在碱性环境和光照下反应生成如式ii所示的喹啉酮类化合物或其异构体，所述光催化剂的活性成分为孔道中限域生长有pt纳米簇的pcn-221；

式中r1、r2各自独立地代表h、ch3、no2、n、f、ch3o、c4h8、c3h7、c7h15、c6h11o2、c6h6-ch2、c6h6-cn、c9h7n-c4h8中的任意一种，x代表i或br；所述喹啉盐的异构体为异喹啉盐，所述喹啉酮类化合物的异构体为异喹啉酮类化合物。

优选地，所述光催化剂的活性成分中pt纳米簇的直径为0.9～3.0nm。

优选地，所述光催化剂的活性成分的制备方法为：在溶剂中将pcn-221与铂前驱体混合均匀，在光照下使铂还原成铂纳米粒子并扩散至pcn-221的孔道中形成pt纳米簇。

优选地，所述反应温度为20～25℃。

优选地，所述反应时间为1.5～3h。

优选地，所述碱性环境的ph为7～8。在一更优选的实施例中，所述碱性环境由碱性盐如cs2co3,k2co3,na2co3水解而形成，盐的浓度为0.15m。

优选地，所述喹啉盐或其异构体与光催化剂的活性成分的质量比(70～200)：1。

优选地，所述喹啉盐包括1-甲基喹啉碘、1-甲基-5-硝基喹啉碘、1-甲基-1,8-萘啶喹啉碘、6-甲氧基-1-甲基喹啉碘、8-氟-1-甲基喹啉碘、1-甲基苯并喹啉碘中的任意一种。

优选地，所述异喹啉盐包括2-甲基异喹啉碘、2-丙基异喹啉溴、2-庚基异喹啉碘、4-丁酸乙酯-2-异喹啉溴、2-苄基异喹啉溴、4-苄腈异喹啉溴、丁基-1,4-二异喹啉碘中的任意一种。

优选地，所述溶剂选自四氢呋喃、n,n-二甲基甲酰胺、乙腈、二甲基亚砜中的任意一种，优选四氢呋喃。

金属有机骨架(mofs)因其多孔性、良好的结晶性、可修饰位点多等优点，被广泛用于光催化领域。pcn-221是一种光活性卟啉基mof，具有两种类型的大小不同的多面体笼，其中小笼子是一个扭曲的八面体，腔体直径约为1.1nm，在笼子中赤道平面的轴向位点包括两个zr8簇和四个tcpp配体；另一个较大的笼子，是一个边长为约2.0nm的立方体，该立方体是由八个顶点处的zr8簇以及六个tcpp配体所在的平面构成。其孔开口为0.8nm。该结构特征有助于其限域超小金属纳米颗粒或者纳米簇。

本发明利用负载有pt纳米簇的pcn-221作为光催化剂的活性成分，用于光催化喹啉盐或异喹啉盐氧化成喹啉酮类化合物或异喹啉酮类化合物，在光催化氧化过程中，富电子的pt纳米簇能有效将基态o2敏化生成具有高氧化能力的单态氧(¹o2)；同时该活性成分自身结构产生的限域效应，可以加速电子转移，促进光生电子空穴对的分离；通过光生电子空穴对与¹o2的协同效应可有效提高光能转换效率，同时结合碱性环境促使喹啉盐或异喹啉盐的氧正离子中间体转变为酮类目标产物，从而实现喹啉盐或异喹啉盐高效氧化成喹啉酮类化合物或异喹啉酮类化合物。

附图说明

图1为ptx@pcn-221的tem图和粒径分布图；

图2为ptx@pcn-221(x为0.9、1.6、2.2或3.0nm)的xrd图谱；

图3为ptx@pcn-221(x为0.9、1.6、2.2或3.0nm)的edx能谱图；

图4为不同光催化剂作用下的1-甲基-2-喹啉酮产量柱状图；

图5为pt0.9@pcn-221的循环实验结果。

具体实施方式

本发明利用pcn-221封装pt纳米簇形成的光催化剂对喹啉盐或异喹啉盐进行光催化，使其在室温下即可氧化成喹啉酮类化合物或异喹啉类化合物，以下结合具体实施例对本发明的方案做进一步说明。

本发明所用光催化剂为孔道中限域生长有pt纳米簇的pcn-221，其中pt纳米簇的粒径为0.9～3.0nm。

该光催化剂的制备方法为：在溶剂中将pcn-221与铂前驱体混合均匀，在光照下使铂还原成铂纳米粒子并扩散至pcn-221的孔道中形成pt纳米簇，其中溶剂可选择四氢呋喃(thf)或thf与三乙胺(tea)的混合溶剂，铂前驱体可选择氯铂酸盐，如k2ptcl4。

具体地，把14mgpcn-221超声分散到四氢呋喃(thf)/三乙胺(tea)混合溶剂中，然后加入一定量的k2ptcl4水溶液。在磁力搅拌的条件下，使用氮气鼓泡法排除混合液中的空气。利用300wxe-灯间歇光照混合溶液一定时间，使k2ptcl4光还原成纳米簇并被封装在pcn-221的孔道里。反应结束后，将所得的溶液在10000r/min转速下离心5min，移除上清液，将所得到的沉淀用甲醇清洗3～4次，烘干后即可得到光催化剂，标记为ptx@pcn-221，其中x表示pcn-221孔道中pt纳米簇的直径(nm)。

当k2ptcl4用量为0.022mmol，光照时间为120s时，所得光催化剂的tem图以及该光催化剂中的pt纳米簇直径分布图如图1a所示。图1a反映，在pcn-221内部均匀分散着pt纳米簇，且pt纳米簇的主要直径为0.9nm，可将该光催化剂标记为pt0.9@pcn-221。

当k2ptcl4用量为0.022mmol，光照时间为360s时，所得光催化剂的tem图以及该光催化剂中的pt纳米簇直径分布图如图1b所示。图1b反映，在pcn-221内部均匀分散着pt纳米簇，且pt纳米簇的主要直径为1.6nm，可将该光催化剂标记为pt1.6@pcn-221。

当k2ptcl4用量为0.0044mmol，光照时间为120s时，所得光催化剂的tem图以及该光催化剂中的pt纳米簇直径分布图如图1c所示。图1c反映，在pcn-221内部均匀分散着pt纳米簇，且pt纳米簇的主要直径为2.2nm，可将该光催化剂标记为pt2.2@pcn-221。

当k2ptcl4用量为0.044mmmol，光照时间为360s时，所得光催化剂的tem图以及该光催化剂中的pt纳米簇直径分布图如图1d所示。图1d反映，在pcn-221内部均匀分散着pt纳米簇，且pt纳米簇的主要直径为3.0nm，可将该光催化剂标记为pt3.0@pcn-221。

pcn-221以及上述各ptx@pcn-221(x为0.9、1.6、2.2或3.0)的xrd图谱如图2所示，xrd研究表明负载pt纳米簇前后xrd基本保持一致，表明pcn-221在负载pt纳米簇后依然能够得到良好保持其框架结构，且pt纳米簇尺寸较小。同时edx能谱图(图3)的分析可以看出ptx@pcn-221含有c、o、n、pt和zr元素。

实施例1

本实施例1提供一种合成1-甲基-2-喹啉酮的方法：

在空气氛围和室温条件下，将0.4mmol1-甲基-2-喹啉碘、2mg光催化剂ptx@pcn-221(pt0.9@pcn-221、pt1.6@pcn-221、pt2.2@pcn-221或pt3.0@pcn-221)和0.6mmolcs2co3溶于4mlthf中，形成ph为7～8的混合物。用425nmled灯辐照2h使1-甲基-2-喹啉碘发生反应。反应2h结束后，用硅胶柱层析法对混合物进行分离纯化，得到产物1-甲基-2-喹啉酮。其产率分别为92.8％，83.6％，30.1％，55.3％。

上述反应过程的具体反应式为：

该产物的氢谱：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.69(d,j＝9.5hz,1h),7.58(t,j＝7.8hz,2h),7.38(d,j＝8.5hz,1h),7.24(d,j＝7.7hz,1h),6.74(d,j＝9.5hz,1h),3.74(s,3h)。

作为对比，在上述反应过程中，使用相同质量的pcn-221替代ptx@pcn-221作为光催化剂，在相同条件下催化1-甲基-2-喹啉碘氧化成1-甲基-2-喹啉酮。

作为另外的对比，在上述反应过程中，反应条件改成无光照射或无空气条件或在纯氧气氛中进行。

不同光催化剂作用下的1-甲基-2-喹啉酮产量如图4所示。根据图4可以看出，反应2h时，pcn-221催化产率仅为25.6％。相比之下，pt0.9@pcn-221、pt1.6@pcn-221、pt02.2@pcn-221或pt3.0@pcn-221的催化产率明显提高。其中pt3.0@pcn-221催化产率为55.3％，pt1.6@pcn-221的催化产率提升至83.6％，pt2.2@pcn-221的催化产率为30.1％，pt0.9@pcn-221光催化性能最高，其催化产率可达92.8％，该催化活性明显优于y.-h.(j.am.chem.soc.2017,139:14237-14243)报道的均相曙红y光催化剂，后者反应24h，其产率仅为85.0％。

此外，在无光照射或无空气条件下，均未检测到1-甲基-2-喹啉酮生成，说明光照和空气是催化进行的必要条件。同时，在纯氧气氛中的光催化产率进一步提高至95.8％，证实氧气为主要活性物种来源。

另外，在一轮反应结束后，混合物进行离心分离，回收催化剂。将催化剂清洗干燥之后继续投入下一轮催化反应中，如此循环利用10次。其中pt0.9@pcn-221的光催化氧化1-甲基-2-喹啉碘的循环实验结果如图5所示。结果表明，pt0.9@pcn-221循环利用10次后，对1-甲基-2-喹啉碘催化产率仍然保持在90％以上。

实施例2

本实施例2提供一种合成1-甲基-5-硝基喹啉酮的方法：

在空气氛围和室温条件下，将0.4mmol1-甲基-5-硝基喹啉碘、2mgpt0.9@pcn-221和0.6mmolcs2co3溶于4mlthf中，形成ph为7～8的混合物。用425nmled灯照射1.5h，反应结束后，用硅胶柱层析法对混合物进行分离纯化，得到产物2-甲基异喹啉酮，其产率为93.4％。又进行了克级实验，把3.2mmol(1.0g)1-甲基-5-硝基喹啉碘、2mgpt0.9@pcn-221和0.9mmolcs2co3溶于6mlthf中。然后，用425nmled灯照射，反应14h后，1-甲基-5-硝基喹啉酮产率为86.3％。

上述反应过程的具体反应式为：

该产物的氢谱：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.29(d,j＝10.1hz,1h),7.88–7.78(m,1h),7.73–7.61(m,2h),6.91(d,j＝10.1hz,1h),3.78(s,3h)。

实施例3

本实施例3提供一种合成2-甲基异喹啉酮的方法：

在空气氛围和室温条件下，将0.4mmol2-甲基异喹啉碘、2mg光催化剂和0.6mmolcs2co3溶于4mlthf中，形成ph为7～8的混合物。用425nmled灯照射2h，反应结束后，用硅胶柱层析法对混合物进行分离纯化，得到产物2-甲基异喹啉酮，其产率为95.3％。

上述反应过程的具体反应式为：

该产物的氢谱：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.43(d,j＝7.6hz,1h),7.67–7.58(m,1h),7.56–7.43(m,2h),7.07(d,j＝7.2hz,1h),6.48(d,j＝7.1hz,1h),3.61(s,3h)。

实施例4

本实施例4提供一种合成6-甲氧基-1-甲基喹啉酮的方法：

在空气氛围和室温条件下，将0.4mmol6-甲氧基-1-甲基喹啉碘、2mgpt0.9@pcn-221和cs2co3(0.6mmol)溶于4mlthf中，形成ph为7～8的混合物。用425nmled灯照射3h，使6-甲氧基-1-甲基喹啉碘完全反应。反应结束后，用硅胶柱层析法对混合物进行分离纯化，得到产物6-甲氧基-1-甲基喹啉酮，其产率为80.6％。

上述反应过程的具体反应式为：

该产物的氢谱：¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ7.61(d,j＝9.5,1h),7.31(d,j＝9.2,1h),7.22–7.16(m,1h),7.01(d,j＝2.8,1h),6.72(d,j＝9.5,1h),3.87(s,3h),3.71(s,3h)。

实施例5

本实施例5提供一种合成4-苄腈异喹啉酮的方法：

在空气氛围和室温条件下，将0.4mmol4-苄腈异喹啉溴、2mgpt0.9@pcn-221和0.6mmolcs2co3溶于4mlthf中，形成ph为7～8的混合物。用425nmled灯照射，使4-苄腈异喹啉溴发生反应。反应2h结束后，用硅胶柱层析法对混合物进行分离纯化，得到产物4-苄腈异喹啉酮，其产率为82.1％。

上述反应过程的具体反应式为：

该产物的¹hnmr(400mhz,cdcl3)δ8.44(d,j＝8.2,1h),7.67(t,j＝7.6,1h),7.63(d,j＝8.3,2h),7.53(d,j＝8.1,2h),7.41(d,j＝8.3,2h),7.07(d,j＝7.4,1h),6.55(d,j＝7.3,1h),5.26(s,2h)。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。