[发明专利]一种通过胺催化空气氧化绿色合成5-羟基-5-烃基二取代巴比妥酸衍生物的方法

说明书

本发明涉及氧化合成领域，特别是涉及一种通过胺催化空气氧化绿色合成的5‑羟基‑5‑烃基二取代巴比妥酸衍生物及其方法。本发明研究了胺催化5‑取代1,3‑二甲基巴比妥酸衍生物的氧化反应，通过对反应催化剂、溶剂进行了筛选，发现在不同的条件下催化反应可以实现对5‑芳基或苄基取代的巴比妥酸类化合物的α‑C‑H的羟基化。这种方法具有以下特点：(1)空气作为羟基官能团的来源，符合绿色发展的要求；(2)容易获得的廉价碱R₃N而不是昂贵的金属催化剂；(3)避免使用化学计量的有害膦化合物作为添加剂和还原剂。

技术领域

本发明涉及氧化合成领域，特别是涉及一种通过胺催化空气氧化绿色合成的5-羟基-5-烃基二取代巴比妥酸衍生物及其方法。

背景技术

氧化反应是有机合成中比较重要的一种反应，通过此反应，烃可被转化为有价值的含氧产物，作为化学和制药工业的原料。在这些氧化过程中，α-取代羰基化合物的α-C-H羟基化，以获得季碳α-羟基羰基化合物，这类反应在合成化学中获得了越来越多的关注，因为具有季碳α-羟基官能团是天然产物和一些药物分子的中心基元。此外，这类季碳α-羟基羰基化合物在涂料工业中用作有效的光引发剂，其中巴比妥酸的羟基衍生物负责改善偏光板的耐久性。尽管在各种氧化剂源存在下通过催化/非催化方法氧化C-H键已经有了很大的进展，避免使用昂贵的金属催化剂、危险的化学计量氧化剂和还原剂，对更环保的方法的需求日益增加。

经过研究发现许多试剂已被用在1,3-二羰基化合物的2-位引入羟基官能团，例如乙酸铅(IV)，MoOPH，过氧羧酸，乙酸锰(II)，氯化铈(III)，氯化钴(II)，硝酸铈铵(IV)(CAN)，和铯盐。广泛存在空气中的分子氧是一种绿色的能源，但是空气氧与其他氧化剂(重金属氧化剂、有机过氧化物、氮杂氧杂环丙烷等) 相比活性较低，且可控性较差，因此采用空气中的分子氧去活化羰基化合物中的C-H键，定向可控进行氧化反应，从而实现羰基化合物的α-羟基化，是化学家们一直寻求的理想氧化方式，也是一个巨大的挑战。

Ritter课题组在2011年报道了使用双核Pd₂hpp₄络合物为催化剂、hppH为助催化剂，合成季碳α-羟基羰基化合物。β-二羰基化合物、α-烯基(苯基) 酮、甚至是一些α-H反应活性较低的α-烷烃取代的单羰基化合物都可以在该条件下反应，产物是具有99％的收率。为了尽量减少金属的使用，2014年Jiao课题组开发了一种优良的用Cs₂CO₃催化的C-H羟基化方法，但是需要一种膦还原剂。 2015年Zhao课题组报道了在强碱和膦还原剂的存在下使用二聚的金鸡纳生物碱衍生物可以实现对映选择性C-H羟基化。2016年Schoenebeck等人通过实验和计算研究开发并阐明了金属氧化物(Cu₂O)与特殊碱(hppH)一起用于C-H羟基化和C-C裂解。一般而言，实现这些化合物合成的关键方法涉及有害氧化剂或过渡金属或金属氧化物和添加剂(膦作为还原剂)，这是上述方案的缺点。尽管它们在过渡金属催化的羰基化合物的α-羟基化方面取得了成功，但在制药工业中需要α-羟基化的无过渡金属的方法，其可以消除最终产物中的重金属污染。因此，需要开发一种新的实验方案，使得C-H羟基化易于合成季碳α-羟基羰基化合物，并避免使用昂贵的金属催化剂，特殊碱，有害的膦基添加剂，超长的反应时间，低温条件和保护基团等。进行文献调研发现，仅有一篇这样的文献报道了较为绿色环保的方法实现羰基化合物的C-H羟基化。2017年， Gnanaprakasam课题组报道了无过渡金属和不含还原剂的羰基化合物的α -C(sp3)-H羟基化。此方法是在室温下由市售廉价的KO-t-Bu和空气氧作为氧化剂催化，以24-99％的收率获得相应的α-羟基类化合物，此方法中关于巴比妥酸类化合物的研究较少，在此，我们报道在简单反应条件下，R₃N作为碱，不使用任何添加剂和还原剂，进行各种5-取代的巴比妥酸类化合物的有氧C-H羟基化。

发明内容