[发明专利]一种邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷及其衍生物的制备方法

说明书

本发明公开了一种邻‑碳硼烷取代的氧杂环丁烷及其衍生物的制备方法，以1‑肉桂醇‑邻‑碳硼烷及其衍生物为原料在催化剂、有机溶剂以及N‑溴代丁二酰亚胺(NBS)存在下实现分子内串联环化得到邻‑碳硼烷取代的氧杂环丁烷。本发明以廉价的N‑溴代丁二酰亚胺(NBS)作为溴源，在铜盐的催化下可实现邻‑碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物的高效构建，本发明设计的邻‑碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物的制备方法具有原料廉价易得、合成条件简单、反应产率高、反应普适性好等特点；本发明设计的邻‑碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物的制备方法为探索其在医药、材料等领域的应用提供了物质和技术基础。

技术领域

本发明属于有机合成化学技术领域，涉及一种邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷及其衍生物的制备方法。

背景技术

邻-碳硼烷是一种由两个碳原子、十个硼原子和十二个氢原子组成的具有三维芳香性的正二十面体分子簇合物。因其特殊的几何构形、成键方式、超高的硼含量以及高度缺电子等性质，邻-碳硼烷及其衍生物被广泛应用于硼中子俘获治疗(BNCT)、药物开发、超分子自组装、配位化学、催化、储能、有机光电材料等领域。因此，开展邻-碳硼烷衍生物的合成方法学研究对推进碳硼烷化学的发展及其在相关领域的应用具有重要意义。

氧杂环丁烷是一类含有四元环醚结构的化合物，不仅是重要的有机合成中间体，也是天然和合成的具有抗癌、抗HIV、抑制谷氨酰胺合成酶等多种生物或药物活性分子结构中的重要活性单元。由于氧杂环丁烷属于含能杂环化合物，因而在含能粘合剂、火药、生物农药等领域也具有较多的应用。因此，开展氧杂环丁烷衍生物的多样化合成具有重要的学术意义和应用价值。

氧杂环丁烷作为含氧的饱和四元杂环，氧原子上的孤对电子使其可以作为路易斯碱和氢键受体。基于这个特点，氧杂环丁烷常作为偕二甲基和羰基的生物电子等排体，用于改善药物分子的物理化学和药代动力学性质。现有技术利用肉桂醇制备芳基氧杂环丁烷主要采用双(2,4,6-三甲基吡啶)溴代六氟磷酸盐作为溴源形成鎓离子，从而诱导分子内开环重排形成氧杂环丁烷，此种溴盐不仅价格昂贵而且储存条件极为苛刻，不具备工业放大的潜力和优势。

研究结果表明，将药物分子中的芳香环用具有三维芳香性的邻-碳硼烷代替后，不仅可以提高药物分子的生物活性，还能够发现诸多未知的新的特点；且以此合成的新化合物可能在医药、材料等领域具有全新的应用价值。然而，目前尚未见有关邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷的合成方法。因此，开展邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷的多样化合成具有重要意义。

发明内容

针对邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷在医药和材料等领域的重要应用前景，本发明的目的在于提供一种操作简单、合成条件温和、适用范围广、低成本的邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷及其衍生物的制备方法。

为了实现本发明的这些目的，提供了一种邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物，其特征在于，结构通式为：

其中，取代基R₁为氢原子、甲基、苯基以及4-甲基苯基中的任意一种；R₂为取代苯基或氢原子；R₃为卤素、硝基、氢原子中的任意一种。

本发明还提供一种如上所述的邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物的制备方法，包括：

以为原料，在催化剂、有机溶剂以及N-溴代丁二酰亚胺存在下进行反应，实现分子内串联环化得到邻-碳硼烷取代的氧杂环丁烷衍生物，即

取代基R₁为氢原子、甲基、苯基以及4-甲基苯基中的任意一种；R₂为取代苯基或氢原子；R₃为卤素、硝基、氢原子中的任意一种。

优选的是，所述催化剂为三氟甲磺酸铜；所述有机溶剂为1,2-二氯乙烷、四氢呋喃或乙腈中的任意一种；所述反应的温度为80～90℃；所述反应的气氛为氩气。