鄰炔基苯基環(huán)丁酮類化合物的高效合成及其開環(huán)-環(huán)化反應(yīng)

蔡潤達(dá), 高繼強(qiáng), 劉永盛, 郭梓騰, 王宇超, 劉 宇

(長春工業(yè)大學(xué) 化學(xué)與生命科學(xué)院, 長春 130012)

0 引 言

環(huán)丁酮作為一類重要的小環(huán)化合物, 其合成及轉(zhuǎn)化具有重要意義[1-7]. 近年來已經(jīng)得到了許多有關(guān)不飽和化合物參與的環(huán)丁酮開環(huán)-環(huán)化反應(yīng)[8-9], 其中炔基取代的環(huán)丁酮類化合物具有獨特的反應(yīng)活性, 可以制備多種環(huán)狀化合物. 如Deng等[10]通過“cut and sew”變換[11]實現(xiàn)了環(huán)丁酮與炔烴的分子內(nèi)反應(yīng)形成稠環(huán)-環(huán)己烯酮, 該反應(yīng)中的炔基環(huán)丁酮類原料由鄰炔基苯甲醇制備, 鄰炔基苯甲醇由經(jīng)典的Sonogashira反應(yīng)[12]制備. Matsuda等[13]用炔烴取代環(huán)丁酮的擴(kuò)環(huán)反應(yīng)合成了苯并七元環(huán)酮類化合物, 該反應(yīng)中的α-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物可用鄰溴苯基環(huán)丁酮與末端炔烴經(jīng)Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)高效制備. 由于β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物難以通過類似方法合成, 因此限制了該類反應(yīng)的研究進(jìn)程. 錢艷艷等[14]將無銅參與的鈀催化Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)用于上述化合物合成, 并進(jìn)一步實現(xiàn)了Lewis酸催化的β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物的開環(huán)-復(fù)分解反應(yīng), 用一步法制備了一系列雙芳基酮類化合物(圖1(A))[15]. 在此基礎(chǔ)上, 本文對該Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)體系進(jìn)行優(yōu)化, 得到更佳的反應(yīng)條件, 反應(yīng)產(chǎn)率更高, 底物普適性更好(圖1(B))， 利用銅類催化劑可實現(xiàn)該反應(yīng)產(chǎn)物的開環(huán)-復(fù)分解反應(yīng), 制備出一系列萘酮類化合物.

圖1 β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物的制備及其開環(huán)-復(fù)分解反應(yīng)Fig.1 Preparation and ring-opening-metathesis reactions of β-(2-alkynylphenyl)cyclobutanone compounds

1 實 驗

1.1 試劑和儀器

4-甲氧基苯乙炔、4-甲基苯乙炔、苯乙炔、1-己炔、4-硝基苯乙炔等購自阿拉丁試劑(上海)有限公司; 碳酸鉀、三氟乙酸鈀(Pd(TFA)2)、三氟甲磺酸銅(Cu(OTf)2)等購自薩恩化學(xué)技術(shù)(上海)有限公司; 鄰溴芳基環(huán)丁酮等底物根據(jù)文獻(xiàn)[16-17]制備, 所用溶劑為超干溶劑或經(jīng)除水處理.

RCTBS025型磁力攪拌器(德國IKA公司); 核磁共振波譜儀(AV-400型, 瑞士Bruker公司); 高分辨質(zhì)譜儀(HRMS, 瑞士Bruker公司).

1.2 β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物的合成

先在干燥的封管中加入Pd(TFA)2(0.005 mmol), DPEphos(雙(2-二苯基膦)苯醚， 0.01 mmol)和K2CO3(0.1 mmol), 再對體系進(jìn)行氬氣保護(hù). 將鄰溴芳基環(huán)丁酮1(0.2 mmol)和末端炔烴2(0.3 mmol)溶于2 mL 1,4-二氧六環(huán)中, 用注射器將其加入封管中并將封管密封. 將封管置于90 ℃油浴鍋中攪拌12 h, 通過薄層色譜分析(TLC)檢測反應(yīng), 待原料反應(yīng)完全后將其冷卻至室溫, 加入5 mL 2 mol/L的稀鹽酸, 攪拌3 min后加入5 mL乙酸乙酯萃取, 有機(jī)相用5 mL飽和氯化鈉溶液洗滌, 無水硫酸鈉干燥. 減壓濃縮后用層析色譜柱分離(200～300目硅膠,V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=20∶1～2∶1), 得到鄰炔基芳基環(huán)丁酮產(chǎn)物3, 反應(yīng)路線如圖2所示.

圖2 β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮的合成Fig.2 Synthesis of β-(2-alkynylphenyl)cyclobutanones

1.3 炔基化茚滿酮(4gk)的合成

用1.2的合成方法將Pd(TFA)2(0.005 mmol), DPEphos(0.01 mmol)和K2CO3(0.1 mmol), 鄰溴芳基環(huán)丁酮1g(0.2 mmol)和末端炔烴2k(0.3 mmol)反應(yīng)后, 用層析色譜柱分離(200～300目硅膠,V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=2∶1), 得到鄰炔基芳基環(huán)丁酮產(chǎn)物3gk和炔基化茚滿酮4gk, 反應(yīng)路線如圖3所示.

圖3 炔基茚滿酮(4gk)的合成Fig.3 Synthesis of alkynyl indanone (4gk)

1.4 三氟甲磺酸銅催化萘酮類化合物的合成

在干燥的封管中加入Cu(OTf)2(0.03 mmol), 對體系進(jìn)行氬氣保護(hù). 將鄰炔基芳基環(huán)丁酮3(0.15 mmol)溶于2 mL三氯甲烷中, 用注射器將其加入封管中并將封管密封. 將封管置于在65 ℃油浴鍋中攪拌18 h, 通過TLC檢測反應(yīng), 待原料反應(yīng)完全后, 將反應(yīng)液直接減壓濃縮后用層析色譜柱分離(200～300目硅膠,V(石油醚)∶V(乙酸乙酯)=20∶1), 得到萘酮產(chǎn)物5， 反應(yīng)路線如圖4所示.

圖4 萘酮類化合物的合成Fig.4 Synthesis of naphthone compounds

1.5 產(chǎn)物的表征

產(chǎn)物的1H NMR和13C NMR核磁數(shù)據(jù)由Bruker 400 MHz核磁共振儀檢測, CDCl3為溶劑, 四甲基硅烷(TMS)為內(nèi)標(biāo).

3-(2-(苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3aa).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.56(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.53～7.48(m, 2H), 7.38～7.31(m, 5H), 7.27～7.22(m, 1H), 4.09(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.59～3.48(m, 2H), 3.43～3.33(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.7,144.6,132.9,131.4,128.7,128.51,128.46,126.6,125.5,123.1,122.7,94.5,87.8,53.6,27.7. HRMS(C18H14O, [M]+, 理論值): 246.103 8(246.103 9).

3-(2-(4-甲基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ab).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.55(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.40(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.33(d,J=3.9 Hz, 2H), 7.27～7.22(m, 1H), 7.16(d,J=7.9 Hz, 2H), 4.08(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.60～3.48(m, 2H), 3.45～3.34(m, 2H), 2.37(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.7,144.5,138.7,132.8,131.3,129.2,128.4,126.6,125.5,122.9,120.0,94.7,87.2,53.6,27.8,21.5. HRMS(C19H16O, [M]+, 理論值): 260.119 3(260.119 6).

3-(2-(4-甲氧基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ac).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.55(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.45(d,J=8.7 Hz, 2H), 7.33(d,J=4.0 Hz, 2H), 7.27～7.21(m, 1H), 6.89(d,J=8.7 Hz, 2H), 4.13～4.01(m, 1H), 3.82(s, 3H), 3.59～3.48(m, 2H), 3.46～3.34(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.0,159.8,144.3,132.8,132.7,128.3,126.6,125.5,122.9,115.1,114.1,94.5,86.5,55.3,53.6,27.7. HRMS(C19H16O2, [M]+, 理論值): 276.114 9(276.114 5).

3-(2-(4-硝基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁烷-1-酮(3af).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.24(d,J=8.7 Hz, 2H), 7.63(dd,J=19.2, 8.1 Hz, 3H), 7.47～7.37(m, 2H), 7.34～7.25(m, 1H), 4.19～4.03(m, 1H), 3.63～3.52(m, 2H), 3.49～3.37(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.6,166.4,144.8,133.1,131.3,129.6,129.2,127.6,126.7,125.6,122.1,93.6,90.7,53.7,27.7. HRMS(C18H13NO3, [M]+, 理論值): 291.088 8(291.089 0).

3-(2-(環(huán)丙基乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ag).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.41(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.27(d,J=4.1 Hz, 2H), 7.21～7.14(m, 1H), 3.96(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.53～3.41(m, 2H), 3.39～3.27(m, 2H), 1.47(ddd,J=13.1,8.4,5.1 Hz, 1H), 0.93～0.86(m, 2H), 0.83～0.76(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,144.4,132.8,127.7,126.4,125.4,123.2,98.7,74.3,53.5,27.6,8.6,0.3. HRMS(C15H14O, [M]+, 理論值): 210.103 6(210.103 9).

3-(2-(己炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ah).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.43(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.28(d,J=3.6 Hz, 2H), 7.22～7.15(m, 1H), 4.06～3.93(m, 1H), 3.54～3.41(m, 2H), 3.40～3.28(m, 2H), 2.44(t,J=7.0 Hz, 2H), 1.65～1.56(m, 2H), 1.53～1.43(m, 2H), 0.95(t,J=7.3 Hz, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,144.3,132.9,127.8,126.5,125.4,123.5,95.8,79.1,53.6,30.8,27.6,22.1,19.3,13.6. HRMS(C16H18O, [M]+, 理論值): 226.135 4(226.135 2).

3-(2-(壬炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ai).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.43(d,J=7.4 Hz, 1H), 7.34～7.24(m, 2H), 7.23～7.16(m, 1H), 4.09～3.93(m, 1H), 3.57～3.41(m, 2H), 3.39～3.29(m, 2H), 2.43(t,J=7.1 Hz, 2H), 1.68～1.55(m, 2H), 1.5～1.4(m, 2H), 1.38～1.26(m, 6H), 0.92～0.86(m, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,144.3,132.8,127.8,126.4,125.3,123.5,95.8,79.1,53.6,31.7,29.0,28.8,28.7,27.6,22.6,19.6,14.0. HRMS(C19H24O, [M]+, 理論值): 268.182 3(268.182 2).

3-(2-(三甲基硅基乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3aj).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.50(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.36～7.25(m, 2H), 7.23～7.18(m, 1H), 4.00(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.55～3.44(m, 2H), 3.40～3.31(m, 2H), 0.26(s, 9H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.8,144.9,133.2,128.8,126.5,125.4,122.5,103.5,99.8,53.4,27.6,-0.2. HRMS(C15H18OSi, [M]+, 理論值): 242.112 4(242.112 1).

3-(2-(3-噻吩基乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3al).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.58～7.48(m, 2H), 7.39～7.29(m, 3H), 7.25(t,J=7.9 Hz, 1H), 7.18(d,J=4.8 Hz, 1H), 4.06(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.61～3.47(m, 2H), 3.47～3.33(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,144.6,132.9,129.7,128.8,128.7,126.7,125.8,125.7,122.6,122.1,89.8,87.4,53.8,27.9. HRMS(C16H12OS, [M]+, 理論值): 252.060 3(252.060 8).

3-(2-(4-氯苯乙炔基)-4-甲基苯基)環(huán)丁-1-酮(3bd).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.46～7.37(m, 3H), 7.33(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.26～7.21(m, 1H), 7.17(d,J=7.8 Hz, 1H), 4.10～3.95(m, 1H), 3.60～3.46(m, 2H), 3.43～3.28(m, 2H), 2.34(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.9,141.7,136.4,134.5,133.4,132.6,129.7,128.8,125.6,122.0,121.6,92.9,89.0,53.8,27.4,20.7. HRMS(C19H15ClO, [M]+, 理論值):294.080 5(294.080 6).

3-(4-甲基-2-(三甲基硅基乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3bj).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.25(s, 1H), 7.07(dd,J=19.1,7.9 Hz, 2H), 3.88(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.45～3.33(m, 2H), 3.30～3.19(m, 2H), 2.23(s, 3H), 0.17(s, 9H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,142.0,136.1,133.7,129.6,125.4,122.2,103.7,99.2,53.4,27.3,20.6,-0.2. HRMS(C16H20OSi, [M]+, 理論值): 256.127 4(256.127 8).

3-(4-甲氧基-2-(苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ca).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.51(dd,J=6.5,3.0 Hz, 2H), 7.35(dd,J=4.9,1.7 Hz, 3H), 7.22(d,J=8.6 Hz, 1H), 7.10(d,J=2.6 Hz, 1H), 6.89(dd,J=8.6,2.6 Hz, 1H), 4.07～3.96(m, 1H), 3.81(s, 3H), 3.56～3.45(m, 2H), 3.41～3.27(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.8,158.0,136.9,131.4,128.5,128.4,126.6,123.4,122.9,117.5,115.1,94.2,87.8,55.4,53.8,27.0. HRMS(C19H16O2, [M]+, 理論值): 276.114 8(276.114 5).

3-(4-甲氧基-2-(4-甲苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3cb).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.40(d,J=7.9 Hz, 2H), 7.22(d,J=8.6 Hz, 1H), 7.17(d,J=7.8 Hz, 2H), 7.09(d,J=2.6 Hz, 1H), 6.93～6.85(m, 1H), 4.01(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.81(s, 3H), 3.56～3.46(m, 2H), 3.40～3.29(m, 2H), 2.37(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.2,158.0,138.8,136.8,131.3,129.2,126.6,123.6,119.8,117.3,114.9,94.4,87.1,55.4,53.7,27.0,21.5. HRMS(C20H18O2, [M]+, 理論值): 290.130 5(290.130 1).

3-(2-(4-氟苯乙炔基)-4-甲氧基苯基)環(huán)丁-1-酮(3ce).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.49(dd,J=8.6,5.4 Hz, 2H), 7.27～7.22(m, 1H), 7.11～7.03(m, 3H), 6.91(dd,J=8.6,2.6 Hz, 1H), 4.05～3.95(m, 1H), 3.83(s, 3H), 3.57～3.46(m, 2H), 3.41～3.31(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,162.7(d,J=250.4 Hz), 158.0,136.9,133.3(d,J=8.4 Hz), 126.8,123.2,119.0(d,J=3.6 Hz), 117.5,115.9,115.7,115.1,93.1,87.5(d,J=1.2 Hz), 55.4,53.8,27.1;19F NMR(376 MHz, CDCl3)δ: -110.28. HRMS(C19H15FO2, [M]+, 理論值): 294.105 0(294.105 1).

3-(5-甲基-2-(苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3da).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.54～7.44(m, 3H), 7.39～7.32(m,J=5.6 Hz, 3H), 7.15(s, 1H), 7.07(d,J=7.7 Hz, 1H), 4.06(p,J=8.3 Hz, 1H), 3.60～3.48(m, 2H), 3.44～3.35(m, 2H), 2.39(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.1,144.4,138.8,132.8,131.3,128.4,128.3,127.4,126.4,123.2,119.6,93.7,88.0,53.6,27.6,21.6. HRMS(C19H16O, [M]+, 理論值): 260.119 8(260.119 6).

3-(5-甲基-2-(2,4,5-三甲氧基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁烷-1-酮(3dk).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.46(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.14(s, 1H), 7.05(d,J=7.6 Hz, 1H), 6.96(s, 1H), 6.51(s, 1H), 4.16～4.03(m, 1H), 4.00～3.81(m, 9H), 3.63～3.49(m, 2H), 3.49～3.36(m, 2H), 2.38(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.4,155.4,150.4,144.0,142.9,138.2,132.4,127.2,126.3,120.1,115.5,103.3,97.0,90.7,90.4,56.5,56.0,53.4,27.7,21.6. HRMS(C22H22O4, [M]+, 理論值): 350.151 9(350.151 3).

3-(5-甲氧基-2-(苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3ea).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.52～7.46(m, 3H), 7.36～7.30(m, 3H), 6.87(d,J=2.1 Hz, 1H), 6.78(dd,J=8.5, 2.3 Hz, 1H), 4.11～4.00(m, 1H), 3.83(s, 3H), 3.58～3.48(m, 2H), 3.43～3.33(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.5,160.0,146.4,134.4,131.3,128.4,128.2,123.5,114.9,112.3,111.6,93.0,87.9,55.4,53.6,27.9. HRMS(C19H16O2, [M]+, 理論值):276.114 5(276.114 5).

3-甲基-3-(2-(4-甲基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3fb).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.56(d,J=7.1 Hz, 1H), 7.37(d,J=7.9 Hz, 2H), 7.34～7.21(m, 3H), 7.16(d,J=7.7 Hz, 2H), 3.72～3.57(m, 2H), 3.28～3.17(m, 2H), 2.37(s, 3H), 1.71(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 207.3,149.3,138.7,133.6,131.0,129.2,128.3,126.5,126.1,121.5,120.1,94.8,87.9,59.1,34.9,28.8,21.5. HRMS(C20H18O, [M]+, 理論值): 274.135 3(274.135 2).

3-(2-(4-甲氧基苯乙炔基)苯基)-3-苯基環(huán)丁-1-酮(3gc).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.51(dd,J=17.6, 7.6 Hz, 2H), 7.41～7.14(m, 9H), 6.83(d,J=14.9 Hz, 2H), 4.05～3.94(m, 2H), 3.87～3.72(m, 5H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.3,159.8,147.6,146.0,133.8,132.5,128.4,128.0,127.4,126.9,126.3,122.9,115.1,114.1,95.5,87.5,60.4,55.3,42.3. HRMS(C25H20O2, [M]+, 理論值): 352.146 2(352.145 8).

3-苯基-3-(2-(2,4,5-三甲氧基苯乙炔基)苯基)環(huán)丁-1-酮(3gk).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.57(d,J=7.5 Hz, 1H), 7.49(d,J=7.7 Hz, 1H), 7.42(d,J=7.6 Hz, 2H), 7.36(t,J=7.5 Hz, 1H), 7.29～7.22(m, 3H), 7.19～7.13(m, 1H), 6.68(s, 1H), 6.50(s, 1H), 4.10～3.99(m, 2H), 3.96～3.78(m, 11H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.9,155.4,150.6,147.6,146.3,142.9,134.0,128.3,123.0,127.4,126.7,126.5,126.1,123.0,115.7,103.2,97.1,92.3,91.3,60.6,56.5,56.4,56.0,42.4. HRMS(C27H24O4, [M]+, 理論值): 412.166 8(412.166 9).

3-(1-(苯乙炔基)-2-萘基)環(huán)丁-1-酮(3ha).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.46(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.91～7.80(m, 2H), 7.69～7.56(m, 3H), 7.56～7.46(m, 2H), 7.46～7.31(m, 3H), 4.39(p,J=8.4 Hz, 1H), 3.71～3.54(m, 2H), 3.54～3.37(m, 2H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 206.8,143.4,133.7,132.1,131.6,129.1,128.7,128.6,128.2,127.4,126.3,126.2,123.3,123.2,119.5,100.1,86.0,54.4,28.1. HRMS(C22H16O, [M]+, 理論值): 296.119 6(296.119 8).

3-苯基-3-(3-(2,4,5-三甲氧基苯基)丙-2-炔-1-基)-2,3-二氫-1H-茚-1-酮(4gk).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.81(d,J=7.6 Hz, 1H), 7.63(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.50～7.42(m, 2H), 7.35～7.22(m, 5H), 6.56(s, 1H), 6.39(s, 1H), 3.85(s, 3H), 3.79(s, 3H), 3.73(s, 3H), 3.46～3.27(m, 3H), 3.01～2.94(m, 1H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 205.0,159.6,155.2,149.9,145.5,142.8,137.1,134.9,128.5,128.1,126.7,126.6,126.2,123.0,116.0,97.4,88.8,79.8,56.6,56.4,56.0,53.1,49.9,31.9.(C27H24O4, [M]+, 理論值): 412.166 7(412.166 9).

2-甲基-1-萘基苯甲酮(5aa).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.81(d,J=8.4 Hz, 4H), 7.55～7.45(m, 2H), 7.41～7.30(m, 5H), 2.27(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 199.9,137.6,136.0,133.6,132.1,131.6,130.6,129.5,128.8,128.7,128.4,128.0,126.6,125.3,124.8,19.6. HRMS(C18H14O, [M]+, 理論值): 246.103 8(246.103 9).

(2-甲基-1-萘基)4-甲基苯甲酮(5ab).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.82(d,J=8.4 Hz, 2H), 7.71(d,J=7.8 Hz, 2H), 7.49(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.42～7.30(m, 3H), 7.20(d,J=7.9 Hz, 2H), 2.37(s, 3H), 2.30(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 199.7,144.7,136.2,135.2,132.0,131.6,130.7,129.8,129.5,128.8,128.4,128.0,126.6,125.3,124.9,21.7,19.6. HRMS(C19H16O, [M]+, 理論值): 260.119 9(260.119 6).

(2-甲基-1-萘基)3-噻吩甲酮(5al).1H NMR(500 MHz, CDCl3)δ: 7.83(dd,J=8.2,3.1 Hz, 2H), 7.71～7.65(m, 1H), 7.59(d,J=4.7 Hz, 1H), 7.55(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.44～7.31(m, 4H), 2.35(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 193.7,143.5,136.7,135.6,131.9,131.7,130.4,128.9,128.5,128.0,127.1,126.8,126.6,125.4,124.9,19.6. HRMS(C18H12OS, [M]+, 理論值): 252.060 3(252.060 6).

(7-甲氧基-2-甲基-1-萘基)4-甲基苯甲酮(5cb).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.80～7.69(m, 4H), 7.23(d,J=7.6 Hz, 3H), 7.08(d,J=8.9 Hz, 1H), 6.76(s, 1H), 3.67(s, 3H), 2.40(s, 3H), 2.27(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 200.1,158.1,144.7,135.2,135.1,132.7,131.8,129.8,129.54,129.48,128.6,127.2,126.2,118.0,103.5,55.2,21.7,19.8. HRMS(C20H18O2, [M]+, 理論值): 290.130 1(290.130 1).

(2,6-二甲基-1-萘基)苯甲酮(5da).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.81(d,J=7.5 Hz, 2H), 7.76(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.61(s, 1H), 7.57(t,J=7.3 Hz, 1H), 7.46～7.31(m, 4H), 7.19(d,J=8.5 Hz, 1H), 2.47(s, 3H), 2.29(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 200.3,137.6,135.8,135.0,133.7,131.9,131.2,129.7,128.9,128.8,128.5,128.3,127.0,124.7,21.5,19.6. HRMS(C19H16O, [M]+, 理論值):260.119 7(260.119 6).

(2,4-二甲基-1-萘基)4-甲苯甲酮(5fb).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.00(d,J=8.4 Hz, 1H), 7.71(d,J=7.7 Hz, 2H), 7.50(d,J=8.3 Hz, 1H), 7.44(t,J=7.6 Hz, 1H), 7.37～7.31(m, 1H), 7.25～7.17(m, 3H), 2.71(s, 3H), 2.40(s, 3H), 2.26(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 200.1,144.6,135.4,135.3,134.6,131.7,130.9,130.8,129.9,129.5,129.2,126.3,125.6,125.2,124.2,21.7,19.6,19.4. HRMS(C20H18O, [M]+, 理論值): 274.135 7(274.135 2).

(2-甲基-4-苯基-1-萘基)4-甲氧基苯甲酮(5gc).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 7.93～7.83(m,J=10.9,7.8 Hz, 3H), 7.59～7.42(m, 6H), 7.40～7.29(m, 3H), 6.92(d,J=8.4 Hz, 2H), 3.85(s, 3H), 2.34(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 198.7,164.2,141.0,140.3,135.9,132.2,131.4,131.1,130.8,130.0,129.5,128.3,127.4,126.4,126.2,125.4,125.3,114.1,55.5,19.6. HRMS(C25H20O2, [M]+, 理論值):352.145 7(352.145 8).

3-甲基-4-菲基苯甲酮(5ha).1H NMR(400 MHz, CDCl3)δ: 8.33(d,J=8.6 Hz, 1H), 7.90(d,J=8.1 Hz, 1H), 7.81(d,J=6.9 Hz, 3H), 7.73(dd,J=19.0,8.8 Hz, 2H), 7.50(dd,J=6.9,4.8 Hz, 2H), 7.43(t,J=7.4 Hz, 1H), 7.34(t,J=7.7 Hz, 2H), 7.30～7.23(m, 1H), 2.34(s, 3H);13C NMR(101 MHz, CDCl3)δ: 202.3,137.5,136.5,133.9,133.6,133.4,131.3,129.7,129.5,129.2,129.1,128.8,128.8,128.0,127.3,127.2,127.0,126.4,126.1,20.3. HRMS(C22H16O, [M]+, 理論值): 296.124 5(296.124 0).

2 結(jié)果與討論

2.1 反應(yīng)條件優(yōu)化

首先, 用3-(2-溴苯基)環(huán)丁烷-1-酮1a和苯乙炔2a為模板底物對鈀催化的Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng)條件進(jìn)行系統(tǒng)研究(表1), 其合成路線如圖5所示.

表1 反應(yīng)條件優(yōu)化

圖5 化合物3aa的合成Fig.5 Synthesis of compound 3aa

在Pd(TFA)2為催化劑, 1,1′-雙(二苯基膦)二茂鐵(dppf)為配體, K2CO3為堿, 1,4-二氧六環(huán)作為溶劑的條件下, 以83%的核磁產(chǎn)率得到了產(chǎn)物3aa(序號 1), 比文獻(xiàn)[14]的產(chǎn)率(71%)有較大提升. 分別將1,4-雙(二苯基膦)丁烷(dppb)、三氟拉嗪(TFP)、2-(二環(huán)己基膦基)聯(lián)苯(CyJohnphos)、DPEphos作為配體進(jìn)行實驗， 序號為2～5. 當(dāng)DPEphos為配體時, 產(chǎn)率可提高到90%且以83%的分離產(chǎn)率得到產(chǎn)物3aa(序號 5). 因此以DPEphos為最優(yōu)配體進(jìn)行下一步篩選. 當(dāng)催化劑的量降為0.005 mmol, 配體的量降為0.01 mmol時, 產(chǎn)物3aa的產(chǎn)率未明顯變化(序號 6). 再對K2CO3的量以及其他堿進(jìn)行篩選(序號 7～11), 當(dāng)K2CO3的量降到0.1 mmol時, 能以85.3%的分離產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物, 當(dāng)降至0.05 mmol時, 只有31%的產(chǎn)率. 使用不同堿的反應(yīng)效果有較明顯的區(qū)別: 用Cs2CO3做堿時產(chǎn)率可達(dá)89%; 使用堿性較弱的K3PO4時, 反應(yīng)產(chǎn)率明顯降低; 有機(jī)堿三乙烯二胺(DABCO)參與反應(yīng)時, 產(chǎn)率大幅度下降. 最后, 對鈀催化劑以及溶劑的篩選表明， 其對反應(yīng)結(jié)果的影響較小. 通過對配體、催化劑、堿、溶劑及其量的篩選, 確定了最優(yōu)反應(yīng)條件(序號7).

2.2 反應(yīng)底物擴(kuò)展

確定最優(yōu)反應(yīng)條件后, 對底物官能團(tuán)的兼容性考察結(jié)果如圖6所示. 首先, 考察3-(2′-溴苯基)環(huán)丁烷-1-酮1a與各類末端炔烴的反應(yīng), 供電子基團(tuán)甲基和甲氧基取代的苯乙炔化合物均以較高的產(chǎn)率得到目標(biāo)產(chǎn)物3ab,3ac. 但當(dāng)苯乙炔底物中引入強(qiáng)吸電子的硝基時, 反應(yīng)僅以26%的產(chǎn)率得到偶聯(lián)產(chǎn)物3af. 此外， 烷基末端炔烴底物也可參與反應(yīng), 環(huán)狀或直鏈脂肪末端炔烴均以較高的產(chǎn)率得到目標(biāo)化合物(3ag～3aj), 噻吩基團(tuán)也可在該體系中以60%的收率獲得相應(yīng)的產(chǎn)物(3al).

圖6 反應(yīng)底物擴(kuò)展及產(chǎn)率Fig.6 Substrate expansion and yield of reaction

再將含有不同取代基的鄰溴芳基環(huán)丁酮與末端炔烴用于單鈀催化的Sonogashira偶聯(lián)反應(yīng), 當(dāng)在溴原子的間位引入甲基或甲氧基時, 以較高的產(chǎn)率得到產(chǎn)物3bj，3ca，3cb, 但苯乙炔的對位被鹵素Cl或F取代時, 反應(yīng)僅得到中等的產(chǎn)率(3bd，3ce). 溴的對位被甲基或甲氧基取代時, 產(chǎn)物3da，3dk，3ea的產(chǎn)率較低. 當(dāng)環(huán)丁酮的β位被Me或Ph取代時, 底物也可完成反應(yīng), 以較高的產(chǎn)率得到相應(yīng)的偶聯(lián)產(chǎn)物(3fb，3gc). 此外, 含萘環(huán)結(jié)構(gòu)底物也適應(yīng)該反應(yīng), 但產(chǎn)率偏低(3ha, 35%).

環(huán)丁酮1g與2,4,5-三甲氧基苯乙炔2k在標(biāo)準(zhǔn)條件下反應(yīng)時, 除生成Sonogashira偶聯(lián)產(chǎn)物3gk外, 同時得到串聯(lián)C—C鍵活化/Sonogashira型的交叉偶聯(lián)產(chǎn)物炔基化茚滿酮4gk[18], 如圖3所示.

2.3 炔基環(huán)丁酮類化合物的開環(huán)-復(fù)分解反應(yīng)

文獻(xiàn)[15]研究了銀催化的β-(2-乙炔基苯基)環(huán)丁酮類化合物的開環(huán)-復(fù)分解過程, 并提出了相應(yīng)機(jī)理. 本文以此為基礎(chǔ), 進(jìn)一步探索廉價金屬催化劑在上述反應(yīng)中的催化性能. 將偶聯(lián)產(chǎn)物3aa作為原料, 以廉價Lewis酸Cu(OTf)2為催化劑, 三氯甲烷為溶劑, 水為氫源, 以63%的產(chǎn)率得到了萘酮產(chǎn)物5aa. 然后對其他底物進(jìn)行嘗試, 當(dāng)甲基和甲氧基取代的原料參與反應(yīng)時，也能以中等到較高的產(chǎn)率(55%～80%)得到相應(yīng)的萘酮類化合物5ab，5cb. 噻吩基底物3al也適應(yīng)于該反應(yīng)體系. 進(jìn)一步嘗試在環(huán)丁酮的β位引入甲基或苯基的鄰炔基芳基環(huán)丁酮, 分別能以73%和63%得到目標(biāo)產(chǎn)物5fb，5gc. 最后, 進(jìn)行稠碳環(huán)類化合物的合成, 雖然底物3ha的反應(yīng)活性較低, 但仍以23%的產(chǎn)率得到稠碳環(huán)產(chǎn)物5ha. 其底物擴(kuò)展及產(chǎn)率如圖7所示.

圖7 制備萘酮化合物的底物擴(kuò)展及產(chǎn)率Fig.7 Substrate expansion and yield of preparation of naphthone compounds

綜上所述, 本文優(yōu)化了鈀催化的無銅Sonogashira反應(yīng)體系, 通過對配體、催化劑、堿、溶劑及其量的篩選, 以更高的產(chǎn)率和更廣泛的底物普適性制備了一系列不同取代基的鄰炔基苯基環(huán)丁酮類化合物, 良好的官能團(tuán)耐受性為復(fù)雜目標(biāo)分子的構(gòu)建提供了潛在的轉(zhuǎn)化途徑. 此外, 實現(xiàn)了銅催化下該類炔基環(huán)丁酮類化合物的開環(huán)-復(fù)分解反應(yīng), 以較高的產(chǎn)率制備了一系列萘酮類化合物.