环保的烯烃水合反应制造技术

本发明专利技术提供了用于合成有机叠氮化物的方法、用于其生产的中间体以及与之相关的组合物。物。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】环保的烯烃水合反应
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2018年6月29日提交的美国临时申请62/692,227的权益。该申请的全部内容通过引用方式合并于本文。


[0003]本专利技术提供了用于合成有机叠氮化物的方法、用于其生产的中间体以及与之相关的组合物。

技术介绍

[0004]氮原子是小分子药物和其他生物材料的常见成分。尽管通过官能团转化将氮引入分子的方法已经使用了数十年，但是那些以廉价烃类作为起始原料的直接官能化方法并不常见。避免使用有毒过渡金属的烃类氮官能化方法更为罕见。在合成打算用于生物系统的化合物时，必须去除或完全避免重金属污染。此外，由于使用化学计量水平的试剂，许多得到确认用于将氮引入分子中的方法都不环保。
[0005]显然需要更有效、更原子经济且环保的方法用于合成含氮分子。
[0006]还需要用于含氮分子合成且不使用重金属的方法。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了在有机促进剂存在下，通过烯烃、甲硅烷基叠氮化物和氢键供体的反应合成有机叠氮化物或叠氮化物官能化的低聚物或聚合物的方法，该方法在不需要使用金属催化的环保和原子经济方式的条件下完成。本文提供的有机叠氮化物可以用于产生广泛的含氮有机分子，其包括具有药用和生物学意义的有机分子。该方法还可用于制备含氮的工业有机化合物。
[0008]特别地，本专利技术方法允许由廉价的烯烃原料代替通常需要多次转化和纯化以获得所需产物的更昂贵的预官能化材料来合成有机叠氮化物。与以前产生化学计量水平副产物的叠氮化物合成方法相比，本专利技术的方法具有更明显的原子经济性。本文所述的方法还允许在不使用重金属，而是使用有机促进剂来介导转化的情况下，来直接合成水合反应产物。现有技术的金属介导或催化的转化通常需要大量额外的纯化步骤，以从最终产物中除去金属污染物。这在金属污染经常具有有害毒性的制药和生物应用中尤其必要。另外，重金属的缺乏避免了易爆的金属叠氮化物副产物意外形成的风险。本方法对于操作者也更安全，因为它们避免高挥发性，有毒且易爆的试剂叠氮酸的化学计量使用，取而代之为使用市售且易处理的甲硅烷基叠氮化物试剂。另外，当前公开的方法为氧化还原中性，避免了化学计量的氧化剂、化学计量的还原剂或能量密集的电化学方法的使用来促进转化，这是对先前报道的许多叠氮化方法的改进。当前公开的方法基于自由基的机理，从简单的烯烃到产生有机叠氮化物。
[0009]根据现有技术，通常通过用叠氮化钠亲核取代例如卤素或磺酸盐的离去基团，来
制备烷基叠氮化物。很少有报道涉及跨双键加成的水合反应。据报道，叠氮酸(HN3)的Markovnikov加成反应发生在有限的应变性和反应性烯烃的子集，最有可能发生在稳定的叔碳和苄碳的中间体之前(参见Hassner,A.等人Journal of Organic Chemistry 1984，49，4237；和Breton,G.W.等人Journal of Organic Chemistry 1992，57，6646)。Erick Carreira和他的同事报道了使用亲电磺酰叠氮化物进行钴催化的Markovnikov水合反应(参见Waser,J.等人Journal of the American Chemical Society 2005，127，8294；和Waser,J.等人Journal of the American Chemical Society 2006，128，11693)。Dale Boger及其同事类似地报道了使用叠氮化钠的铁介导的Markovnikov水合反应(参见Leggans,E.K.等人Organic Letters 2012，14，1428)。
[0010]迄今为止，非官能化烯烃的反Markovnikov水合反应还相对落后。多步化学计量方法更为普遍。四步硼氢化-氧化-甲磺酰化-叠氮化序列引起烯烃的正式反Markovnikov水合反应(例如，参见Yang,Y等人Organic Letters 2014，16，6216)。Phillipe Renaud及其同事报道了两步水合反应方案，其中通过反Markovnikov烯烃硼氢化反应形成化学计量的中间体有机硼烷，随后在第二步中使有机硼烷与磺酰叠氮化物在自由基引发剂存在下反应以提供有机叠氮化物(参见Kapat,A.等人Journal of the American Chemical Society 2011，133，13890；以及Meyer D.和Renaud,P.Angewandte Chemie International Edition 2017，56，10858)。Shunsuke Chiba、Fabien Gagosz及其同事描述了一种反Markovnikov水合反应，该反应要求底物中存在苄基，以便可以用作氢供体(参见Lonca,G.H.等人Angewandte Chemie International Edition 2017，56，11440-11444)。
[0011]Hao Xu及其同事已经报道了烯烃的铁催化的重氮化反应，该反应使用化学计量的苯并碘氧杂戊环或有机过氧化物氧化剂(参见Yuan,Y.-A.等人Angewandte Chemie International Edition 2016，55，534；Zhu,H.-T.等人Organic Process Research&Development 2017，21，2068；以及Shen,S.-J.等人ACS Catalysis 2018，8，4473)。尽管这种反应方案提高了现有技术，但它仍然包括金属催化的使用。
[0012]在本专利技术中，叠氮化物通常以跨双键的反Markovnikov取向加入。因此，该方法提供了以环保的方式获得反Markovnikov含氮加成产物的方法。
[0013]在一个方面，提供了一种用于合成有机叠氮化物的方法，该方法包括将烯烃、甲硅烷基叠氮化物、氢键供体和有机促进剂混合以形成有机叠氮化物。在另一方面，提供了一种用于合成式III的有机叠氮化物的方法，该方法包括混合式I的烯烃、式II的甲硅烷基叠氮化物、氢键供体，以及有机促进剂，以形成式III的有机叠氮化物。在另一方面，提供了如方案1所示的合成有机叠氮化物的方法：
[0014]方案1
[0015][0016]其中：
[0017]R1和R2独立地选自氢、烷基、环烷基、杂烷基和杂环烷基，其中R1和R2中非氢的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基不会对所需反应产生不利影
响，例如选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；
[0018]其中R1和R2中的至少一者并非氢；
[0019]R3选自氢、烷基、环烷基本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于制备式III的有机叠氮化物的方法，所述方法包括混合式I的烯烃、式II的甲硅烷基叠氮化物、氢键供体和有机促进剂：其中：R1和R2独立地选自氢、烷基、环烷基、杂烷基和杂环烷基，其中R1和R2中非氢的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；其中R1和R2中的至少一者并非氢；R3选自氢、烷基、环烷基、杂烷基和杂环烷基，其中除氢以外的R3可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R1和R2或者R2和R3与其所附接的碳一起形成环烷基环或杂环烷基环，其中每一个环烷基环或杂环烷基环可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；R4在每次出现时独立地选自烷基和环烷基；所述有机促进剂选自：R5独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；m为1、2、3或4；Z为I；R6和R6'独立地选自-O(C＝O)R7、-O(SO2)(R7)、羟基和叠氮基；R7在每次出现时独立地选自氢、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、环烷基、杂环烷基和三烷基甲硅烷基，其中所述R7中除氢以外的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；或者两个R7基团可与其所附接的原子合在一起形成环烷基环、杂环烷基环、芳基环或杂芳基
环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；R8和R
8'
独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R8和R
8'
可与其所附接的碳合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R8和R
8'
合在一起形成氧代基团或亚氨基团；R9为芳基或杂芳基，其中R9可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；并且所述氢键供体为水和可选的第二氢键供体。2.一种用于制备式V的低聚物或聚合物的方法，所述方法包括混合式IV的烯烃、式II的甲硅烷基叠氮化物、有机促进剂和氢键供体：其中：R
10
、R
11
和R
12
独立地选自氢、卤素、氰基、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、烷基、环烷基、杂烷基、杂环烷基、芳基或杂芳基，其中R
10
、R
11
和R
12
中除氢、卤素或氰基以外的每一者可以可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基不会对所需反应产生不利影响，例如选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7的取代基；或者R
11
和R
12
可与其所附接的碳合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环烷基环或杂环烷基环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；R
13
选自氰基、硝基、-(C＝O)R
7a
、-(C＝O)OR
7a
和-(C＝O)N(R
7a
)(R
7b
)；R
7a
和R
7b
在每次出现时独立地选自氢、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、环烷基、杂环烷基和三烷基甲硅烷基，其中R
7a
和R
7b
中除氢以外的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰
氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；或者R
7a
和R
7b
可与其所附接的原子合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；或者R
10
和R
7a
可与其所附接的原子合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；R4在每次出现时独立地选自烷基和环烷基；所述有机促进剂选自：R5独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；R6和R6'独立地选自-O(C＝O)R7、-O(SO2)(R7)、羟基和叠氮基；R7在每次出现时独立地选自氢、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、环烷基、杂环烷基和三烷基甲硅烷基，其中所述R7中除氢以外的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；或者两个R7基团可与其所附接的原子合在一起形成环烷基环、杂环烷基环、芳基环或杂芳基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；R8和R
8'
独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R8和R
8'
可与其所附接的碳合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者
R8和R
8'
合在一起形成氧代基团或亚氨基团；R9为芳基或杂芳基，其中R9可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；Z为I；m为1、2、3或4；n为1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21、22、23、24或25；并且所述氢键供体为水和可选的第二氢键供体。3.一种用于制备式VI的有机叠氮化物的方法，所述方法包括混合式I的烯烃、式II的甲硅烷基叠氮化物、氘键供体和有机促进剂；其中：R1和R2独立地选自氢、烷基、环烷基、杂烷基和杂环烷基，其中R1和R2中非氢的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；其中R1和R2中的至少一者并非氢；R3选自氢、烷基、环烷基、杂烷基和杂环烷基，其中除氢以外的R3可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R1和R2或者R2和R3与其所附接的碳一起形成环烷基环或杂环烷基环，其中每一个环烷基环或杂环烷基环可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；R4在每次出现时独立地选自烷基和环烷基；所述有机促进剂选自：R5独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；
Z为I；m为1、2、3或4；R6和R6'独立地选自-O(C＝O)R7、-O(SO2)(R7)、羟基和叠氮基；R7在每次出现时独立地选自氢、烷基、芳基、杂烷基、杂芳基、环烷基、杂环烷基和三烷基甲硅烷基，其中所述R7中除氢以外的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；或者两个R7基团可与其所附接的原子合在一起形成环烷基环、杂环烷基环、芳基环或杂芳基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自烷基、杂烷基、环烷基、杂环烷基、芳基、杂芳基、烷氧基、芳氧基、氨基、烷基氨基、二烷基氨基、羟基、卤代基、酰基氨基、氨基酰基、氰基、硝基、叠氮基、酰基、酰氧基、羧基、羧基酯、烷酰基、甲酰胺、卤代烷基和卤代烷氧基；R8和R
8'
独立地选自氢、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R8和R
8'
可与其所附接的碳合在一起形成环烷基环或杂环烷基环，所述环中的每一者可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；或者R8和R
8'
合在一起形成氧代基团或亚氨基团；R9为芳基或杂芳基，其中R9可选地被一个或多个取代基取代，所述一个或多个取代基选自氧代基、卤代基、氰基、叠氮基、硝基、R7、-OR7、-N(R7)(R7)、-(C＝O)R7、-(C＝O)OR7、-(C＝O)N(R7)(R7)、-O(C＝O)R7、-N(R7)(C＝O)R7、-O(C＝O)N(R7)(R7)和-N(R7)(C＝O)OR7；并且所述氘键供体为氧化氘和可选的第二氘键供体。4.一种用于制备式XI的低聚物或聚合物的方法，所述方法包括混合式IV的烯烃、式II的甲硅烷基叠氮化物、有机促进剂和氘键供体：其中：R
10
...

【专利技术属性】
技术研发人员：顼昊，
申请(专利权)人：佐治亚州立大学研究基金会公司，
类型：发明
国别省市：