一种炔基官能化硅杂四元化合物及其制备方法与应用

本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种炔基官能化硅杂四元化合物及其制备方法与应用。

背景技术：

1、有机硅环状化合物是农用化学品、气味剂、药物、先进材料和工业化学品中的重要成分。同时，硅杂环已被广泛探索为各种有机转化中有价值的取代基。目前，科研工作者提供了硅杂环的开环或扩环反应作为一种原子经济的新策略，以引入更为复杂的结构和构建更加丰富立体选择性。其中，硅杂四元环凭借其固有的环张力与路易斯酸性，为其在不对称合成化学与新的官能化研究提供了更加多样的反应可能性。

2、在过去的十几年中，随着过渡金属催化体系的蓬勃发展，硅杂四元环与各类底物发生开环扩环的反应体系也日趋完善。那么，如何在原本结构上进一步引入更多的杂原子，通过不同的反应条件再转化为同时含硅、氧、氮等多个杂原子的杂环化合物，是值得深入进行探索的路径。这样的杂环在合成化学、生物化学和药物化学中作为关键的结构单元或基本骨架，在各种生物活性分子、药物和天然产物的产生中也能够发挥重要作用。

技术实现思路

1、本发明的第一个目的在于针对现有技术的不足，提供一种炔基官能化硅杂四元化合物。的制备方法与应用。与已有的合成方法相比，本发明所需原料成本低易得，合成工艺简单，具有良好的产率，以及非常广泛的底物范围，可以引入更加复杂、丰富的药物分子和功能分子片段，为后续不对称转化的多样性奠定了基础。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种炔基官能化硅杂四元化合物，结构如式(i)所示：

4、

5、式中，*代表手性硅原子；

6、r1为氢、单取代的卤原子、c1-4烷基、甲氧基、苯基中的一种；

7、r2为c1-4烷基、c3-6环烷基、c4-10芳基或为被氢、c1-4烷基、c1-2烷氧基、c4-6芳基、羰基、氰基、酯基、苄氧基、卤代烷基或卤素取代的苯基中的一种；

8、r3为c1-2烷基、环丙基、乙烯基、苯基中的一种；

9、x为o或nr4，r4为苄基、对甲苯磺酰基中的一种。

10、进一步地，所述化合物的结构式选自下式(ia)至(iai)：

11、

12、

13、本发明的第二个目的是提供上述炔基官能化硅杂四元化合物的制备方法，包括方法a、方法b和方法c；具体地，方法a包括以下步骤：

14、

15、其中，r1选自氢、单取代的卤原子、c1-4烷基、甲氧基、苯基中的一种；

16、r2选自c1-4烷基、c3-6环烷基、c4-10芳基或为被氢、c1-4烷基、c1-2烷氧基、c4-6芳基、羰基、氰基、酯基、苄氧基、卤代烷基或卤素取代的苯基中的一种；

17、x选自o或nr4，r4为苄基、对甲苯磺酰基中的一种；

18、步骤(1)、将化合物s1、化合物s2、三苯基膦pph3和四氢呋喃thf溶液混合，在搅拌下加入偶氮二甲酸二异丙酯diad，然后在室温下搅拌过夜得到化合物s3；

19、步骤(2)、在n2氛围下，在0℃下将异丙基氯化镁氯化锂络合物加入到化合物s3的thf溶液中，0℃下搅拌反应；同时将化合物s4溶于thf溶液得到溶液a，再将镁、部分溶液a和活化剂加热引发格氏反应，加入剩余溶液a，回流4小时，冷却至室温得到1-氯-1-甲基硅烷；在0℃下，向化合物s3的thf溶液中滴加1-氯-1-甲基硅烷，搅拌过夜得到式(i)所示化合物；

20、进一步地，步骤(1)中，化合物s2、三苯基膦pph3、化合物s1和偶氮二甲酸二异丙酯diad的摩尔比为1：1.1：1：1.1。

21、进一步地，步骤(2)中，异丙基氯化镁氯化锂络合物、化合物s3、镁和化合物s4的摩尔比为1.3：1：1.5：1。

22、方法b包括以下步骤：

23、

24、其中，r2选自c1-4烷基、c3-6环烷基、c4-10芳基或为被氢、c1-4烷基、c1-2烷氧基、c4-6芳基、羰基、氰基、酯基、苄氧基、卤代烷基或卤素取代的苯基中的一种；

25、步骤(1)、将化合物s4溶于thf溶液得到溶液a；将镁、部分溶液a和活化剂加热引发格氏反应，加入剩余溶液a，并回流4小时，然后将反应混合物冷却至室温；将化合物s5溶于thf中，然后加入反应混合物中，反应得到化合物s6；

26、步骤(2)、将化合物s6溶于meoh溶液中，加入对甲苯磺酸水合物，室温下反应得到化合物s7；

27、步骤(3)、将化合物s7、化合物s1、三苯基膦pph3和四氢呋喃thf溶液混合，在搅拌下，滴加偶氮二甲酸二异丙酯diad，然后在室温下反应得到式(i)所示化合物。

28、进一步地，步骤(1)中，镁、化合物s4和化合物s5的摩尔比为3：1：1.2。

29、进一步地，步骤(2)中，化合物s6和对甲苯磺酸水合物的摩尔比为1：0.1。

30、进一步地，步骤(3)中，化合物s7、三苯基膦pph3、化合物s1和偶氮二甲酸二异丙酯diad的摩尔比为1：1.1：1：1.1。

31、方法c包括以下步骤：

32、

33、其中，r1为氢、单取代的卤原子、c1-4烷基、甲氧基、苯基中的一种；

34、r2为c1-4烷基、c3-6环烷基、c4-10芳基或为被氢、c1-4烷基、c1-2烷氧基、c4-6芳基、羰基、氰基、酯基、苄氧基、卤代烷基或卤素取代的苯基中的一种；

35、r3为c1-2烷基、环丙基、乙烯基、苯基中的一种；

36、x为o或nr4，r4为苄基、对甲苯磺酰基中的一种。

37、在n2氛围下，在0℃下将异丙基氯化镁氯化锂络合物加入到化合物s3的thf溶液中反应，然后在0℃下加入化合物s8的thf溶液进行反应；在0℃下加入其他格氏试剂(r3-mgbr)，室温下进行反应得到式(i)所示化合物。

38、进一步地，异丙基氯化镁氯化锂络合物、化合物s3、化合物s8和其他格氏试剂(r3-mgbr)的摩尔比为1.3：1：1：1。

39、本发明的第三个目的是提供上述炔基官能化硅杂四元环化合物在过渡金属催化转化方面的应用。具体地，上述炔基官能化硅杂四元环化合物经过过渡金属催化可以实现分子环重组合成式(ii)所示的含硅手性中心的新骨架硅杂苯并杂环化合物。反应过程如下：

40、

41、式(ii)中r1、r2、r3和x的定义与式(i)中相同。

42、因此，本发明公开了上述炔基官能化硅杂四元化合物在后续过渡金属催化转化方面的应用，经过grubbs催化剂将其引入到复杂的药物活性分子或功能分子当中。式(ii)化合物具有广泛用途，例如，当结构式如(iia)所示可引入至以下多种分子片段：

43、

44、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

45、本发明提供了三种简便快捷的炔基官能化硅杂四元化合物的合成方法及其应用。合成方法上：在上述方法a和c上，从廉价易得的3-氯丙基甲基二氯硅烷或3-氯丙基甲基三氯硅烷出发，通过格氏试剂反应实现一氯硅四元环或二氯硅四元环的合成。再通过格氏试剂与卤素交换的方式，得到不同取代的炔基官能化的格氏试剂，与氯硅四元环反应最终合成炔基官能化的硅杂四元化合物。在上述方法b上，先合成硅四元环修饰的苯酚类化合物，在与易合成的炔丙醇衍生物进行mitsunobu反应，得到相应炔基官能化的硅杂四元化合物。产物范围上，现有的类似底物中制备较为复杂的炔基硅杂环丁烷底物较为困难，这些方法的构建也意味着，可以在结构中引入更丰富更复杂的官能团，极大程度上拓宽了产物的范围，为之后的应用转化奠定了基础。同时，该骨架属于首次合成。