[发明专利]一种恶唑烷酮的合成方法

说明书

本发明公开了一种恶唑烷酮的合成方法，属于有机催化技术领域。本发明提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过五氯环丙烷与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。

技术领域

本发明属于有机催化技术领域，特别设计一种合成恶唑烷酮的方法。

背景技术

恶唑烷酮是一类在五元环中同时含有氧和氮的杂环有机化合物。该类化合物可用作手性助剂，同时也是重要的精细化学品和医药中间体。该类化合物自从1958年首次被合成出来后，经历半个多世纪发展，已经有许多新颖的方法可以高效合成恶唑烷酮，比如：1)1,2-氨基醇衍生物与CO₂的环加成(Synlett 2002,2,0307)；2)使用氨基甲酸酯衍生物的反应(JACS 2014,136,1766)氮丙啶和CO₂的环加成(ChemSusChem 2019,12,3296)；4)光气与伯胺反应(JACS 2003,125,2489)；5)烯丙胺与CO₂反应(ACIE 2016,55,10022)；6)异氰酸酯和缩水甘油的环加成。在这些方法中，缩水甘油和异氰酸酯的反应是合成4-羟甲基取代的恶唑烷酮的最直接和有效的方法之一。

缩水甘油是环氧化物的衍生物之一，与异氰酸酯一样，都是工业上易于获得的原材料。与环氧化物和异氰酸酯合成恶唑烷酮相比，具有旋光性的缩水甘油可以在温和的条件下获得恶唑烷酮，同时保留原有的手性构型。在以前的研究中，通常使用金属或碱催化剂来完成该反应，这种催化剂效率很高且用途广泛，但仍有一些缺陷需要改进，例如：1)中间体的构型翻转，在催化过程中无法维持原有构型；2)碱催化剂使缩水甘油开环后发生竞争性聚合(JACS.2000,122,2954)；3)碱催化剂攻击环氧化物的远端碳-氧键，形成六元环的恶唑烷酮(Journal of heterocyclic chemistry 1970,7,331)；4)金属催化剂残留物具有生物毒性，不适合生物医学行业的需求。

因此，我们利用中性有机催化剂，即三(二烷基氨基)环卤化丙烯(TDAC·X)，可以克服上述缺陷。在此之前，也仅有一例中性有机催化剂能够催化该反应。我们认为同时提供HBD和HBA阴阳离子对，并可以合成异氰酸酯和缩水甘油的[3+2]环加成反应，同时保持原有构型。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种合成恶唑烷酮的方法。采用全新的催化剂，催化缩水甘油与异氰酸酯实现[3+2]环加成反应，并可以得到手性恶唑烷酮化合物。催化剂可一步制备，催化反应条件温和、适应性广，以高产率得到的恶唑烷酮无金属残留，在生物医药和手性助剂等对手性有严格控制的领域具有很大的商业应用的潜力。

本发明首次提出利用氢键供体(HBD)和氢键受体(HBA)双官能催化缩水甘油与异氰酸酯生成恶唑烷酮。通过四氯环丙烯与市售的胺反应直接得到目标催化剂，步骤简单，处理方便，产率高。粗品直接通过萃取烘干即可用于催化，无需继续进行柱层析等后处理。

为了拓展恶唑烷酮在精细化学品加工、生物医药与手性助剂等领域的应用，本发明从实际的需求中发现问题并解决问题，利用不同取代基的环丙烯阴阳离子对催化合成了多种取代的恶唑烷酮。该催化体系首次提出应用于缩水甘油与异氰酸酯环加成反应，得到具有手性的恶唑烷酮。

实现上述目的的技术方案如下：

一种合成恶唑烷酮的方法，采用式Ⅱ所示的缩水甘油与式Ⅲ所示的异氰酸酯在式Ⅰ所示的催化剂的催化下生成恶唑烷酮类化合物：

其中R₁、R₂选自氢、苯基、甲基、乙基、哌啶基、吗啉基，R₁和R₂相同或不同；若为哌啶基，则同一个N原子上两个R₁为同一个哌啶基；