本申請(qǐng)屬于有機(jī)合成領(lǐng)域，具體涉及一種惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵的官能化方法。
背景技術(shù)：
：C-H鍵活化是當(dāng)代有機(jī)合成領(lǐng)域中的“圣杯”，是當(dāng)代有機(jī)合成中最為活躍的研究領(lǐng)域，體現(xiàn)出高效、高原子經(jīng)濟(jì)性和環(huán)境友好的現(xiàn)代合成理念。隨著過(guò)渡金屬在C-H鍵活化領(lǐng)域中的靈活運(yùn)用，各種C-H鍵的直接官能化均有報(bào)道。與傳統(tǒng)的活潑官能化反應(yīng)相比，惰性C-H鍵的直接轉(zhuǎn)化減少了原料的預(yù)先官能化，使得有機(jī)反應(yīng)更加高效和綠色。惰性C(sp3)-H鍵的直接官能化研究不多，因此存在很大的研究空間。2015年，Wang課題組報(bào)道了銅/錳共催化下烯烴與酮類化合物C(sp3)-H鍵的官能化反應(yīng)(式一)(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)1：“UnactivatedC(sp3)-HBondFunctionalizationofAlkylNitrileswithVinylarenesandMechanisticStudies”，Nai-XingWang等，《Org.Lett.》，DOI：10.1021/acs.orglett.6b02692)。2016年，Wang課題組發(fā)展了氧化體系下烯烴與腈類化合物C(sp3)-H鍵的官能化反應(yīng)(式二)(現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)2：“Copper/ManganeseCocatalyzedOxidativeCouplingofVinylareneswithketones”，Nai-XingWang等，《Org.Lett.》，DOI：10.1021/acs.orglett.502116)。從以上可知，雖然現(xiàn)有技術(shù)中烯烴與惰性C(sp3)-H鍵的直接官能化反應(yīng)已經(jīng)有不少報(bào)道，但烯烴與惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵的直接官能化反應(yīng)尚未見文獻(xiàn)報(bào)道。由于惰性環(huán)烷烴的C(sp3)-H鍵沒有空的低能量軌道和填充的高能量軌道，不容易與金屬原子軌道相互作用，使得惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵直接官能化的研究更具挑戰(zhàn)性。本發(fā)明提供了一種在氧化體系下經(jīng)過(guò)自由基過(guò)程的烯烴與惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵的直接官能化方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種在催化氧化體系下取代苯乙烯與惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵的直接官能化方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明的目的，本發(fā)明是通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：式Ia所示的取代苯乙烯與式IIa所示的環(huán)烷烴在催化氧化條件下反應(yīng)，得到式I所示的目標(biāo)產(chǎn)物(式三)。上述反應(yīng)式中，R1表示所連接苯環(huán)上的一個(gè)取代基，選自H、C1-6的烷基、鹵素、C1-6烷氧基、-NO2、-CF3；n＝1、2、3，表示式IIa中括號(hào)內(nèi)的亞甲基重復(fù)單元個(gè)數(shù)；所述方法具體操作如下：在干燥的反應(yīng)瓶中加入式1a所示的取代苯乙烯，催化劑氯化亞鐵，氧化劑和堿，再加入式IIa所示的環(huán)烷烴，然后將反應(yīng)瓶置于100～120℃條件下反應(yīng)12-24小時(shí)，反應(yīng)完畢后，反應(yīng)液通過(guò)裝有硅胺的玻璃滴管過(guò)濾，乙酸乙酯沖洗后，濾液旋干，柱層析分離，得到式I所示的目標(biāo)產(chǎn)物。其中，所述式Ia的取代苯乙烯∶催化劑氯化亞鐵∶氧化劑∶堿的摩爾比為1∶(0.05-0.1)∶(3-5)∶(1-3)。優(yōu)選地、所述的氧化劑為TBHP。優(yōu)選地、所述的堿為碳酸鉀、碳酸鈉中的任意一種。優(yōu)選地、所述式Ia的取代苯乙烯∶催化劑氯化亞鐵∶氧化劑∶堿的摩爾比為1∶0.1∶4∶2。本發(fā)明的上述方法中，所述IIa所示的環(huán)烷烴同時(shí)作為反應(yīng)的溶劑，其加入量可按本領(lǐng)域常規(guī)的反應(yīng)溶劑加入量加入。優(yōu)選地、所述的反應(yīng)溫度優(yōu)選為100℃，所述的反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為24小時(shí)。在本發(fā)明中，如無(wú)特別說(shuō)明，所述原料Ia、IIa和試劑均可以通過(guò)市售獲得。本發(fā)明的有益效果是：提出了一種在催化氧化體系下取代苯乙烯與惰性環(huán)烷烴C(sp3)-H鍵的直接官能化方法，具有反應(yīng)體系價(jià)格便宜、綠色環(huán)保、反應(yīng)條件溫和、目標(biāo)產(chǎn)物收率高的優(yōu)點(diǎn)。具體實(shí)施方式以下結(jié)合具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例1-12反應(yīng)條件優(yōu)化以苯乙烯、環(huán)已烷為反應(yīng)原料，探索了各種不同的催化劑、氧化劑、堿及溫度條件對(duì)反應(yīng)的影響(式四)，選擇出其中具有代表性的實(shí)施例1-12，結(jié)果如表一所示：表一：實(shí)施例催化劑(10mol％)氧化劑(4equiv)堿(2equiv)溫度(℃)產(chǎn)率(％)1-TBHPK2CO310002CuCl2TBHPK2CO3100383CoCl2TBHPK2CO3100trace4FeCl2TBHPK2CO3100865FeCl3TBHPK2CO3100426FeCl2DTBPK2CO310007FeCl2TBHPNa2CO3100708FeCl2TBHPEt3N100trace9FeCl2TBHPDBU1002810FeCl2TBHP-100011FeCl2TBHPK2CO3802212FeCl2TBHPK2CO311084反應(yīng)條件：苯乙烯0.4mmol，環(huán)已烷2mL。由上述條件優(yōu)化實(shí)施例可以看出，在不加入過(guò)渡金屬催化劑的條件下，反應(yīng)不能夠進(jìn)行(實(shí)施例1)；對(duì)于各種過(guò)渡金屬催化劑，以氯化亞鐵催化效果最好，可達(dá)到86％的收率(實(shí)施例2-5)；當(dāng)替換氧化劑為類似的DTBP時(shí)，無(wú)法得到目標(biāo)產(chǎn)物(實(shí)施例6)；對(duì)于堿的選擇，碳酸鈉也可以取得較好的效果，但其它的堿例如三乙胺、DBU均只能取得很低的收率或僅能通過(guò)GC檢測(cè)到痕量的產(chǎn)物，在不加堿的情況下，反應(yīng)不能夠進(jìn)行(實(shí)施例7-10)；對(duì)于反應(yīng)溫度，反應(yīng)溫度在80℃時(shí)僅能夠獲得22％的收率，而在110℃時(shí)收率與實(shí)施例4相當(dāng)(參見實(shí)施例11-12、實(shí)施例4)。其中實(shí)施例4的具體操作如下：在干燥的10mLschlenk瓶中加入苯乙烯41.6mg(0.4mmol)、氯化亞鐵5.1mg(0.04mmol)、過(guò)氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸鉀110.4mg(0.8mmol)、環(huán)己烷(2mL)，反應(yīng)瓶在100℃下攪拌24h。反應(yīng)完畢后，反應(yīng)液通過(guò)含硅膠的玻璃滴管過(guò)濾，乙酸乙酯沖洗后，濾液旋干，柱層析分離，得到目標(biāo)產(chǎn)物，無(wú)色油狀液體，產(chǎn)率86％。1HNMR(300MHz，CDCl3)δ：7.96(d，J＝6.3Hz，2H)，7.59-7.56(m，1H)，7.50-7.46(m，2H)，2.86(d，J＝5.1Hz，2H)，2.01-1.98(m，1H)，1.80-1.71(m，4H)，1.34-1.29(m，6H)；13CNMR(75MHz，CDCl3)δ：200.2，136.8，133.2，128.9，128.7，48.1，33.2，29.3，26.1，25.6.實(shí)施例13在干燥的10mLschlenk瓶中加入苯乙烯41.6mg(0.4mmol)、氯化亞鐵5.1mg(0.04mmol)、過(guò)氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸鉀110.4mg(0.8mmol)、環(huán)庚烷(2mL)，反應(yīng)瓶在100℃下攪拌24h。反應(yīng)完畢后，反應(yīng)液通過(guò)含硅膠的玻璃滴管過(guò)濾，乙酸乙酯沖洗后，濾液旋干，柱層析分離，得到目標(biāo)產(chǎn)物，無(wú)色油狀液體，產(chǎn)率61％。實(shí)施例14在干燥的10mLschlenk瓶中加入對(duì)氯苯乙烯55.2mg(0.4mmol)、氯化亞鐵5.1mg(0.04mmol)、過(guò)氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸鉀110.4mg(0.8mmol)、環(huán)己烷(2mL)，反應(yīng)瓶在100℃下攪拌24h。反應(yīng)完畢后，反應(yīng)液通過(guò)含硅膠的玻璃滴管過(guò)濾，乙酸乙酯沖洗后，濾液旋干，柱層析分離，得到目標(biāo)產(chǎn)物，無(wú)色油狀液體，產(chǎn)率71％。實(shí)施例15在干燥的10mLschlenk瓶中加入對(duì)甲氧基苯乙烯53.6mg(0.4mmol)、氯化亞鐵5.1mg(0.04mmol)、過(guò)氧化叔丁醇144.0mg(1.6mmol)、碳酸鉀110.4mg(0.8mmol)、環(huán)己烷(2mL)，反應(yīng)瓶在100℃下攪拌24h。反應(yīng)完畢后，反應(yīng)液通過(guò)含硅膠的玻璃滴管過(guò)濾，乙酸乙酯沖洗后，濾液旋干，柱層析分離，得到目標(biāo)產(chǎn)物，無(wú)色油狀液體，產(chǎn)率77％。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3