[发明专利]一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法

说明书

本发明涉及一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法，包括如下步骤：1)配制电解液：向溶剂中加入卤代芳烃、牺牲试剂、四丁基四氟硼酸铵和D₂O，混合均匀得到电解液；2)将铂电极或碳棒作为阳极，铅电极作为阴极分别插入电解液中，在搅拌条件下向电解液中通入直流电进行电化学反应，反应结束后分离得到氘代芳烃。本发明以重水作为氘源，三苯胺和三苯基膦为牺牲试剂，反应底物可以为溴代芳烃、氯代芳烃或碘代芳烃，反应在中性环境、室温下进行，无强化学氧化剂、强化学还原剂参与，反应条件温和，产率高，并且制备得到的氘代芳烃氘代率高。

技术领域

本发明属于有机化合物的电解生产技术领域，具体涉及一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法。

背景技术

氘是一种廉价的非放射性氢同位素。此外，C-D键的断裂比C-H键的断裂更为困难。由于上述特点，氘代化合物在许多领域得到了广泛的应用，如动力学同位素效应、定量分析、药物研究等。2017年，美国食品和药物管理局(FDA)批准Austedo(Deuttebrabenazine)成为首个氘化药物(C.Schmidt,Nat.Biotechnol.,2017, 35,493-494)。氘化药物改善了非氘化药物的药动学性质和毒性，具有广阔的应用前景。

几乎所有的商用药物都含有芳香环结构。因此，芳香族化合物的氘化一直是有机化学家关注的焦点。虽然直接氢同位素交换法(HIE)更具吸引力，但其选择性和官能团耐受性差，限制了应用的范围。卤代芳烃作为一种大宗化工原料，仍然是合成氘化芳香族化合物的常用选择。传统的金属卤素交换、自由基诱导和过渡金属催化等都需要苛刻的条件，如金属卤素交使用危险的烷基锂试剂，需要较低的反应温度(-78℃)，且官能团耐受性不好(H.J.Reich,J.Org.Chem.2012,77,5471–5491) 面临着操作方便问题；自由基诱导会用到剧毒的锡试剂，且需要大量昂贵的氘代四氢呋喃作为溶剂(M.Tomonobu,Tetrahedron.2011,67,1158-1165)，面临着安全、绿色和经济性的问题；过渡金属催化往往需要在贵金属作为催化剂的碱性条件下反应，且用到的氘代试剂比较昂贵且特殊(C.S.Donald,Tetrahedron Lett.,2014,55, 3305–3307)，面临着绿色和经济性的问题。近期，以重水作为氘源的光催化脱卤氘代反应(Y.Dong,ACS Nano.2019,13,10754–10760；C.Liu,Nat.Commun.2018, 9,80)被报道。然而，需要合成含有重金属的Au/CdS或CdSe材料，且使用溶剂量的重水作为氘源，面临着绿色和经济性的问题。研究更加方便、安全、绿色和经济的制备氘代芳烃的方法是很必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足，提供一种简便、经济、安全的制备氘代芳烃的方法。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

一种电化学条件下制备氘代芳烃的方法，包括如下步骤：

1)配制电解液：向溶剂中加入卤代芳烃、牺牲试剂、四丁基四氟硼酸铵和 D₂O，混合均匀得到电解液；

2)将铂电极或碳棒作为阳极，铅电极作为阴极分别插入电解液中，在搅拌条件下向电解液中通入直流电进行电化学反应，反应结束后分离得到氘代芳烃。

按上述方案，步骤1)所述溶剂为N,N-二甲基甲酰胺(DMF)。

按上述方案，步骤1)所述卤代芳烃为溴代芳烃、氯代芳烃或碘代芳烃。

按上述方案，步骤1)所述卤代芳烃为溴代芳烃或氯代芳烃时，牺牲试剂为三苯胺(NPh₃)，三苯胺与溴代芳烃或氯代芳烃的摩尔比为3～5：5；

所述卤代芳烃为碘代芳烃时，牺牲试剂为三苯基膦(PPh₃)，三苯基膦与碘代芳烃的摩尔比为1～2：1。