一种不对称催化合成γ-硝基吡唑酰胺化合物的方法

摘要

一种不对称催化合成γ-硝基吡唑酰胺化合物的方法，采用硝基烷烃和α,β-不饱和吡唑酰胺为原料，手性氧化胺与稀土金属化合物形成的络合物为催化剂，

说明书

技术领域

本发明涉及手性氧化胺-稀土金属络合物催化α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的不对称Michael加成反应合成γ-硝基吡唑酰胺的方法。

背景技术

γ-硝基吡唑酰胺化合物在有机合成中占有很重要的地位，它不但可以在碱的催化下与甲醇发生甲酯化反应，操作简单，合成效率高，还可以通过简单的化学反应转化为γ-氨基酸、2-吡啶酮以及2-吡咯烷酮等具有生物活性的化合物。目前已有一些不对称催化合成γ-硝基吡唑酰胺的报道。

Carlos F.Barbas III等利用硫脲衍生物XIV为手性催化剂，氯仿为溶剂，在-20℃下实现了下列硝基烯与吡唑酰胺的不对称Michael加成反应，产物可获得34％-99％的收率、10:1->20:1的d.r值(d.r值：含有两个及以上手性中心的化合物的非对映选择性)和78％-97％的ee值(Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,5381)。

Long Lu等利用硫脲衍生物2d为手性催化剂，甲苯为溶剂，在室温下实现了下列硝基烷烃与三氟甲基取代的吡唑酰胺的不对称Michael加成反应，产物可获得71％-91％的收率、4.4:1–9.9:1的d.r值(d.r值：含有两个及以上手性中心的化合物的非对映选择性)和80％-93％的ee值(ACS Catal.2013,3,502)。

Shuji Kanemasa等利用R,R-DBFOX/Ph_*Ni(ClO₄)_2*3H₂O(A)和2,2,6,6-tetramethylpiperidine(TMP)作为组合催化剂，硝基甲烷与四氢呋喃(v/v＝1/1)为混合溶剂，在-20℃至室温下实现了下列硝基甲烷对不饱和吡唑酰胺的不对称Michael加成反应，产物可获得39％-97％的收率和77％-97％的ee值(J.Am.Chem.Soc.2002,124,13394)。

综上所述，Carlos F.Barbas III的催化反应体系中，反应须在-20℃进行，会耗费很多能量；Long Lu的催化反应体系中，α,β-不饱和酰胺扩展的底物都是端位有三氟甲基取代的，限制比较大；Shuji Kanemasa的催化反应体系中，反应前需要在-78℃活化，并且扩展的16个底物中，有11个底物的反应温度为-20℃，3个底物需要0℃，仅仅只有两个底物可以在室温下反应，有11个底物的反应时间需要96h，其中有6个底物反应时间需要168h，并且收率也并不理想，反应完成后需先用饱和氯化铵洗涤产品后才柱层析分离纯化，反应条件苛刻，操作复杂，硝基甲烷的用量太大(0.1mmolα,β-不饱和吡唑酰胺化合物需要用9.1mmol硝基甲烷)，最重要的是所得的反应结果并不好。所以一种高效、操作简单、节约能源并利于环境的方法亟需被发展。

发明内容

本发明的目的是发展不对称催化α,β-不饱和吡唑酰胺化合物与硝基烷烃的Michael加成反应，提供一种高效、操作简单、节约能源并利于环境的合成γ-硝基吡唑酰胺化合物的方法。

本发明的方案是：一种不对称催化合成γ-硝基吡唑酰胺化合物的方法，其特征在于以硝基烷烃和α,β-不饱和吡唑酰胺为原料，手性氧化胺与稀土金属化合物形成的络合物为催化剂，分子筛为添加剂，得手性γ-硝基吡唑酰胺化合物，其中：

硝基烷烃的结构为RCH₂NO₂，R＝H,CH₃,Et,Bn；

α,β-不饱和吡唑酰胺化合物的结构为：

R¹＝C₆H₅,4-FC₆H₄,4-ClC₆H₄,4-BrC₆H₄,4-MeC₆H₄,4-MeOC₆H₄,3-BrC₆H₄,3-MeC₆H₄,2-BrC₆H₄,2-MeOC₆H₄,3,4–Cl₂C₆H₃,3,4-(MeO)₂C₆H₃,2-Furyl,2-Thienyl,CH₃,Pr,Pent,ⁱBu,EtO,EtOOC；R²＝CH₃,Ph；R³＝H,Cl,Br,I；

γ-硝基吡唑酰胺化合物具有如下结构：

其中R，R¹，R²，R³的定义与上文定义相同。

手性氧化胺配体的结构为：

n＝1,2；R＝Ph-,2,6-Me₂C₆H₃-,2,6-Et₂C₆H₃-,2,6-iPr₂C₆H₃-,Ph₂CH-；

所述的反应溶剂选自烷烃类，如戊烷、己烷、庚烷等；卤代烃类，如二氯乙烷、氯仿等；芳烃类，如甲苯、乙苯、异丙苯；醚类，如四氢呋喃、甲基叔丁基醚、2-甲基四氢呋喃等，酯类，如乙酸乙酯、乙酸异丙酯等。

优选的，反应温度为25-50℃。

优选的，本发明的方案是：一种不对称催化合成γ-硝基吡唑酰胺化合物的方法，其特征在于以硝基烷烃和α,β-不饱和吡唑酰胺为原料，手性氧化胺与稀土金属化合物形成的络合物为催化剂，分子筛为添加剂，二氯甲烷为溶剂，于25-50℃，常压下反应12-120h，得手性γ-硝基吡唑酰胺化合物。

上述方法TLC检测反应终点，利用硅胶柱层析分离得到手性γ-硝基吡唑酰胺化合物。

稀土金属化合物为：三氟甲磺酸钆[Gd(OTf)₃]、三氟甲磺酸钪[Sc(OTf)₃]、三氟甲磺酸钬[Ho(OTf)₃]、三氟甲磺酸镱[Yb(OTf)₃]、三氟甲磺酸铒[Er(OTf)₃]、三氟甲磺酸钇[Y(OTf)₃]；

硝基烷烃与α,β-不饱和吡唑酰胺化合物的摩尔比是1.86:1-55.8:1,最佳摩尔比是9.3:1。

反应的最佳催化剂是手性氧化胺L6(n＝2，R＝2,6-iPr₂C₆H₃-)与三氟甲磺酸钆[Gd(OTf)₃]形成的络合物，手性氧化胺与稀土金属化合物的摩尔比为0.8:1.0-1.5:1.0,最佳摩尔比是1.2:1.0；

分子筛450℃下活化3小时，0.1mmol的α,β-不饱和吡唑酰胺对应的分子筛量为10-100mg；

二氯甲烷经GaH₂回流干燥处理，0.1mmol的α,β-不饱和吡唑酰胺对应的量为6.2mmol；

反应温度为30℃；

反应时间为72-96h。

进一步地，经上述方法制备得到的γ-硝基吡唑酰胺化合物在有机碱存在下与甲醇反应得到酯化产物。

所述的酯化产物具有如下结构：

其中R，R¹的定义与前文相同。

所述有机碱选自三乙胺，二异丙基乙胺，三甲胺，三正丙胺，三正丁胺，二甲基苯胺，二乙基苯胺，二甲基苄胺，二乙基苄胺，1,8-二氮杂环[5,4,0]十一烯-7(DBU)。

与背景技术相比，本发明具有如下突出优势：

1.操作简便，催化剂不需要活化，产物易与催化剂、添加剂、原料分离。

2.反应转化率和对映选择性高，反应收率高达99％，对映选择性高达99％ee。

3.反应体系简单清洁，无需酸、碱添加剂。

4.反应条件温和，常压30℃下反应。

5.硝基烷烃的用量较少，节约原料。

具体实施方式

实施例1：手性氧化胺与稀土金属络合物催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的Michael加成反应

在反应容器中加入稀土金属化合物(序号1-11:0.01mmol,序号12-16:0.0075mmol)、手性氧化胺配体(序号1-11:0.012mmol,序号12-16:0.009mmol)、α,β-不饱和吡唑酰胺1a(0.1mmol)、分子筛30mg、搅拌子，置换氮气3次后加入二氯甲烷(6.2mmol)、硝基甲烷(序号1-11:5.6mmol,序号12-16:0.93mmol)，于25-50℃搅拌12-120h。TLC监测反应。柱层析分离纯化，产物的对映体过量用高效液相色谱(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝90：10，流速1.0mL/min)测定，见表1。反应式和手性氧化胺配体结构如下：

表一.手性氧化胺与稀土金属络合物催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺和硝基甲烷的不对称Michael加成反应条件优化(n.d.：未检测)

实施例2：手性氧化胺L6-Gd(OTf)₃络合物催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的Michael加成反应

在反应容器中加入Gd(OTf)₃(序号1-16,20-23,25-27:0.0075mmol,序号17-19,24:0.01mmol)、手性氧化胺L6(序号1-16,20-23,25-27:0.009mmol,序号17-19,24:0.012mmol)(手性氧化胺L6与三氟甲磺酸钆(Gd(OTf)₃)的摩尔比为1.2:1.0)、α,β-不饱和酰胺(0.1mmol)、分子筛(序号1-16,20-27:30mg,序号18:100mg,序号17,19:60mg)、搅拌子，置换氮气3次后加入6.2mmol二氯甲烷和0.93mmol硝基烷烃，30℃下搅拌72h。柱层析分离纯化，产物的对映体过量用手性高效液相色谱测定，反应式如下：

反应结果见表2：(d.r:含有两个及以上手性中心的化合物的非对映选择性)

表2.手性氧化胺L6-Gd(OTf)₃络合物催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的Michael加成反应

序号R,R1,R2,R3收率(％)对映选择性(％ee)1H,C₆H₅,CH₃,H99992H,4-FC₆H₄,CH₃,H99993H,4-ClC₆H₄,CH₃,H98984H,4-BrC₆H₄,CH₃,H96985H,4-MeC₆H₄,CH₃,H95996H,4-MeOC₆H₄,CH₃,H89997H,3-BrC₆H₄,CH₃,H98988H,3-MeC₆H₄,CH₃,H96999H,2-BrC₆H₄,CH₃,H999910H,2-MeOC₆H₄,CH₃,H999911H,3,4–Cl₂C₆H₃,CH₃,H969912H,3,4-(MeO)₂C₆H₃,CH₃,H839913H,2-Furyl,CH₃,H569714H,2-Thienyl,CH₃,H589815H,CH₃,CH₃,H699816H,Pr,CH₃,H879817H,Pent,CH₃,H659818H,ⁱBu,CH₃,H779819H,EtO,CH₃,H539520H,EtOOC,CH₃,H679521H,4-ClC₆H₄,CH₃,Cl949922H,4-ClC₆H₄,CH₃,Br969923H,4-ClC₆H₄,CH₃,I9799

24H,4-ClC₆H₄,C₆H₅,H398125CH₃,4-ClC₆H₄,CH₃,H9498/98(d.r.1.6/1)26Et,4-ClC₆H₄,CH₃,H8799/98(d.r.1.2/1)27PhCH₂,4-ClC₆H₄,CH₃,H9899/98(d.r.1.1/1)

实施例3：手性氧化胺与稀土金属络合物催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的Michael加成反应

在反应容器中加入稀土金属化合物(序号1-11:0.01mmol,序号12-16:0.0075mmol)、手性氧化胺配体(序号1-11:0.012mmol,序号12-16:0.009mmol)、α,β-不饱和吡唑酰胺1a(0.1mmol)、分子筛30mg、搅拌子，置换氮气3次后加入二氯甲烷(6.2mmol)、硝基甲烷(序号1-11:5.6mmol,序号12-16:0.93mmol)，于25-50℃搅拌12-120h。TLC监测反应。柱层析分离纯化，产物的对映体过量用高效液相色谱(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝90：10，流速1.0mL/min)测定，见表1。反应式和手性氧化胺配体结构如下：

表3.手性氧化胺L6-Gd(OTf)₃络合物在不同溶剂和温度下催化不对称α,β-不饱和吡唑酰胺与硝基烷烃的Michael加成反应

实施例4：放大量实验1

在装有磁力搅拌装置的圆底烧瓶中，加入氧化胺配体L6(0.24mmol)、三氟甲磺酸钆(0.2mmol)、序号2中不饱和酰胺(0.976g，4mmol)、分子筛1.2g，抽换氮气3次，然后加入186mmol二氯甲烷、37.2mmol硝基甲烷，30℃下搅拌96h。硅胶柱层析分离，得到催化产物为白色固体，1.217g，收率：99％；利用高效液相色谱(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝90：10，流速1.0mL/min)测定，得到产物的对映选择性ee值99％。

实施例5：放大量实验2

在装有磁力搅拌装置的圆底烧瓶中，加入氧化胺配体L6(0.36mmol)、三氟甲磺酸钆(0.3mmol)、序号3中不饱和酰胺(1.04g，4mmol)、分子筛1.2g，抽换氮气3次，然后加入186mmol二氯甲烷、37.2mmol硝基甲烷，30℃下搅拌72h。硅胶柱层析分离，得到催化产物为白色固体，1.278g，收率：99％；利用高效液相色谱(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝90：10，流速1.0mL/min)测定，得到产物的对映选择性ee值98％。

实施例6：放大量实验3

在装有磁力搅拌装置的圆底烧瓶中，加入氧化胺配体L6(0.72mmol)、三氟甲磺酸钆(0.6mmol)、序号18中不饱和酰胺(1.236g，6mmol)、分子筛6.5g，抽换氮气3次，然后加入325.5mmol二氯甲烷、55.8mmol硝基甲烷，30℃下搅拌72h。硅胶柱层析分离，得到催化产物为无色液体，1.34g，收率：83％；利用高效液相色谱(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝90：10，流速1.0mL/min)测定，得到产物的对映选择性ee值99％。

γ-硝基吡唑酰胺化合物在合成中的应用：

实施例7：催化产物的酯化反应

催化反应完成后(起始α,β-不饱和吡唑酰胺为0.1mmol)，往盛有3b和3a反应液的试管中分别加入DBU(0.067mmol)和甲醇(2.5mmol),在室温下搅拌过夜。柱层析分离纯化，利用高效液相色谱分析(3a:Daicel chiralcel IB，V_正己烷:V_异丙醇＝90:10，流速1.0mL/min)、(3b:Daicel>正己烷:V_异丙醇＝95:5，流速0.8mL/min)。结果如下：

5a和5b可以按照文献报道的方法合成药物分子，巴氯芬和帕罗西汀(Org.Lett.2012,14,1516)。

催化反应完成后(起始α,β-不饱和吡唑酰胺为0.1mmol)，往盛有3b反应液的试管中分别加入三乙胺(0.067mmol)和甲醇(2.5mmol),在室温下搅拌过夜。柱层析分离纯化，利用高效液相色谱分析(3a:Daicel chiralcel IB，V_正己烷:V_异丙醇＝90:10，流速1.0mL/min)、(3b:Daicel>正己烷:V_异丙醇＝95:5，流速0.8mL/min)，得到(S)-5b，94.2％收率，99％ee。

催化反应完成后(起始α,β-不饱和吡唑酰胺为0.1mmol)，往盛有3a反应液的试管中分别加入二甲基苯胺(0.08mmol)和甲醇(2.5mmol),在室温下搅拌过夜。柱层析分离纯化，利用高效液相色谱分析(3a:Daicel chiralcel IB，V_正己烷:V_异丙醇＝90:10，流速1.0mL/min)、(3b:Daicel>正己烷:V_异丙醇＝95:5，流速0.8mL/min)，得到(S)-5a，92％收率，98.6％ee。

由于脂肪类的酯类化合物不便于检测和分离纯化，所以采取了分步的方式来完成酯化的过程：在反应容器中加入3t(46.2mg,0.173mmol，98％ee，)，然后依次加入7.8mmol二氯甲烷、DBU(0.1mmol)、甲醇(3.72mmol)，室温下搅拌5h。柱层析分离纯化，利用高效液相色谱分析(Daicel chiralcel IE，V_正己烷:V_异丙醇＝95:5，流速1.0mL/min)，产物收率95％，对映体选择性98％ee。结果如下：

实施例8：普瑞巴林的合成

中国科学院成都有机化学有限公司公布了消旋的5c转化为消旋的6c的方法。他们用的是雷尼镍-H₂作为氢化试剂对5c进行了还原关环，以97％的收率得到6c，虽然结果很好，但是操作复杂，并且过程中用到雷尼镍、氢气这些危险的试剂(CN>

在这里我们提供了下列由5c合成6c的方法：该法反应条件温和、操作简单、反应高效

在装有磁力搅拌装置的圆底烧瓶中，加入5c(68.82mg,0.34mmol)、NiCl₂·6H₂O(80.6mg,0.34mmol)、EtOH(33.9mmol)，然后置于冰浴中5分钟，然后慢慢加入NaBH₄(140.9mg,3.74mmol)，反应溶液继续在冰浴下搅拌2小时。然后加入1mL乙醇淬灭反应，回到室温，往反应液中加入1mL>正己烷:V_异丙醇＝96：4，流速1.0mL/min)，得到产物的对映选择性ee值97％。

化合物6c按照文献的报道(Tetrahedron,2011,67,636)，在6mol/L盐酸中，100℃下回流10小时，便可以以95％的收率拿到普瑞巴林的盐酸盐并且ee值得到保持。