本申请属于有机硒化学技术领域，具体涉及一种羟基脂肪族硒氰酸酯类衍生物的制备方法。
背景技术：
羟基脂肪族硒氰酸酯类衍生物具有很大的应用价值(eur.j.org.chem.2006,22,4979-4988；synthcommun.2016,46,831-868；synthcommun.2016,46,1397-1416.)，这类化合物在合成中可以作为一类非常有用的中间体，可以用来合成一系列羟基脂肪族硒氰酸酯等非常有应用价值的产物(chem.rev.2015,115,3564-3614.；synthesis.1996,6,669-686；curr.chem.1997,190,1-85；org.lett.2020,22,3339-3344.)。在许多生物分子的合成，新材料的研究，药物分子等领域应用极其广泛(chem.soc.rev.2012,41,643-665.)。因此自上世纪一直以来，该类化合物的合成和性质受到越来越多的相关领域的有机合成化学家的广泛关注。在参照前人的工作和我们课题组类似对单质硒的高效插入工作的深入研究后(adv.synth.catal.2018,360,4336-4340.)，发明人希望利用环氧衍生物与单质硒、tmscn，通过在温和条件下开环得到良好的产率，并与宽范围的官能团相容。最终得到一个方便可行，易于操作，收率较高，绿色环保，一步构建此类羟基脂肪族硒氰酸酯的高效策略。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种羟基脂肪族硒氰酸酯类衍生物的制备方法，该方法在无金属、无添加剂的条件下，环氧衍生物与单质硒、tmscn构建获得羟基硒氰酸酯，该方法具有无金属催化剂参与、无需添加剂促进，广泛的底物范围和良好的官能团兼容性，以高度简洁的方式为多种羟基脂肪族硒氰酸酯的制备提供了一个高效和绿色的途径。
本发明提供的一种羟基脂肪族硒氰酸酯类衍生物的制备方法，包括如下步骤：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn和有机溶剂，随后将反应器内气氛置换为惰性气氛，加热搅拌反应，反应结束后，将反应混合物用乙醚稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式ii所示的羟基脂肪族硒氰酸酯类化合物；反应式如下：
上述反应式中，n＝0,1或2。
r1，r2，r3表示所连接环上的取代基，彼此独立地选自氢、c1-20烷基、c1-20卤代烷基、c6-20芳基、c3-20环烷基、c6-20芳基-c1-20烷基；或者相邻的两个(r1/r2，r2/r2，r2/r3，r1/r3)取代基彼此连接，并与连接这两个取代基的碳原子一起形成饱和或不饱和的五至七元碳环。
优选地，当n＝0时，r1和r3之一不为氢。
在本文中，所述c1-20烷基(包括上述各基团中涉及c1-20烷基的结构部分)可以选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、新戊基、正己基、正庚基、正辛基、正壬基、正癸基等。所述c6-20芳基(包括上述各基团中涉及c6-20芳基的结构部分)可以选自苯基、萘基、蒽基、菲基。所述c3-20环烷基可以选自环丙基、环丁基、环戊基、环己基、环庚基等。所述饱和或不饱和的五至七元碳环选自环戊烷环、环己烷环、苯环等。
最优选地，当n＝0时，r1表示一氯甲基或苯基，r3表示氢；或者r1和r3彼此连接，并与连接这两个取代基的碳原子一起形成环戊烷、环己烷或苯环结构。
当n＝1或2时，r1，r2，r3均选自氢。
根据本发明前述的制备方法，其中，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、dmso、dmf、thf、mecn、甲苯中的任意一种，最优选为异丙醇。
根据本发明前述的制备方法，其中，所述的加热搅拌反应的反应温度为60-120℃，优选为80-100℃，最优选为90℃。所述加热搅拌反应的反应时间为4-48h，优选为12-24h，最优选为24h。
根据本发明前述的制备方法，其中，式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn的投料摩尔比为1：(2～5):(1～3)。优选地，式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn的投料摩尔比为1：3:2。
根据本发明前述的制备方法，其中，所述的加热搅拌反应的反应气氛可以不作特别的限定，可以为惰性气氛、空气气氛或氧气气氛，优选为惰性气氛。其中，所述惰性气氛为氮气气氛或氩气氛，优选为氮气气氛。
本发明的方法取得了如下的有益效果：
本发明首次报道了在无金属、无添加剂的条件下，环氧衍生物与单质硒、tmscn构建获得羟基硒氰酸酯的合成策略，该合成策略具有无金属催化剂参与、无需添加剂促进，广泛的底物范围和良好的官能团兼容性，以高度简洁的方式为多种羟基脂肪族硒氰酸酯的制备提供了一个高效和绿色的合成途径。
具体实施方式
以下结合具体实施例，对本发明作进一步详述。在正文中，如无特殊说明，所采用的方法均为本领域常规方法，所使用的试剂均可以通过常规商业途径购买获得和/或通过已知的有机合成方法制备获得。
实施例1-13反应条件优化实验
以式1a所示的环氧环己烷作为模板底物，筛选出最优反应条件。
其中实施例1反应操作如下：
在装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1a环氧环己烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv，1.5mmol)，tmscn(2.0equiv,1.0mmol)和异丙醇(2ml)。将反应混合物在氮气保护下，90℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2a所示的目标产物。黄色液体(136mg,83％yield),etoac/pe＝1/5.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ3.62-3.57(m,1h),3.30-3.24(m,1h),2.73(s,1h),2.37-2.34(m,1h),2.13-2.10(m,1h),1.82-1.75(m,3h),1.39-1.28(m,3h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ101.3,73.9,54.0,35.8,34.1,26.7,24.2。
与实施例1的方法基本一致，仅改变表1中所示的反应条件，考察反应在不同条件下对目标产物产率的影响，结果如表1所示。
表1如下：
实验结果表明，模板反应在各种溶剂中表现出不同的反应性，在异丙醇作为溶剂的情况下，无任何添加剂，以83％的收率得到目标产物。最后，考虑到经济和高效的因素，选择异丙醇作为反应溶剂，在氮气保护下，90℃反应24h，作为最优条件。
实施例14
在装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1b所示的环氧环戊烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv，1.5mmol)，tmscn(2.0equiv,1.0mmol)和异丙醇(2ml)。将反应混合物在氮气保护下，90℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2b所示的目标产物。无色液体(73mg,产率76％),etoac/pe＝1/5.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ4.35-4.31(m,1h),3.52(q,j＝5.2hz,1h),2.95(d,j＝2.8hz,1h),2.38-2.31(m,1h),2.11-2.06(m,1h),1.89-1.75(m,3h),1.69-1.63(m,1h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ101.6,79.1,51.4,32.7,31.4,22.0.。
实施例15
在装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1c所示的一氯甲基环氧乙烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv，1.5mmol)，tmscn(2.0equiv,1.0mmol)和异丙醇(2ml)。将反应混合物在氮气保护下，90℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2c所示的目标产物。黄色液体(68mg,产率80％),,etoac/pe＝1/5.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ4.20(s,1h),3.71-3.65(m,2h),3.34(dd,j＝10.0,3.6hz,1h),3.24(dd,j＝9.6,6.0hz,1h),3.14(d,j＝2.8hz,1h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ101.8,70.1,47.7,32.9。
实施例16
在装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1d所示的苯基环氧乙烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv，1.5mmol)，tmscn(2.0equiv,1.0mmol)和异丙醇(2ml)。将反应混合物在氮气保护下，90℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2d所示的目标产物。无色液体(59mg,产率52％),etoac/pe＝1/5.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ7.40-7.36(m,5h),4.82(t,j＝7.2hz,1h),4.23-4.20(m,2h),2.77(s,1h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ136.3,129.3,129.2,128.1,102.0,65.4,52.6。
实施例17
在装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1e所示的氧杂环丁烷(0.5mmol)，硒粉(3.0equiv，1.5mmol)，tmscn(2.0equiv,1.0mmol)和异丙醇(2ml)。将反应混合物在氮气保护下，90℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2e所示的目标产物。无色液体(29mg,产率35％),etoac/pe＝1/2.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ3.80(s,2h),3.24-3.21(m,2h),2.17-2.11(m,2h),1.98(s,1h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ102.6,61.1,32.7,26.6。
实施例18
装有搅拌磁子的10ml压力管中装入式1f(2ml)，硒粉(1.5mmol)和tmscn(1.0mmol)。将反应混合物在氮气保护下，120℃下搅拌24小时。反应结束后，反应混合物用10ml乙醚稀释，通过硅胶垫过滤并在减压下浓缩。然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到纯净的式2f所示的目标产物。黄色液体(48mg,产率54％),etoac/pe＝1/5.1hnmr(400mhz,cdcl3):δ3.70(t,j＝4.8hz,2h),3.10(t,j＝6.0hz,2h),2.05-1.99(m,2h),1.80(s,1h),1.74-1.69(m,2h)；13cnmr(125mhz,cdcl3):δ101.7,61.8,31.8,29.5,27.6。
以上所述实施例仅为发明人的经过大量的试验筛选之后确定的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域技术人员而言，在不背离本发明合成路线的前提下，对其所作出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
1.一种羟基脂肪族硒氰酸酯类衍生物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
向配备磁力搅拌子的反应器中依次加入式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn和有机溶剂，随后加热搅拌反应，反应结束后，将反应混合物用乙醚稀释，通过硅胶垫过滤，滤液减压浓缩，然后将残余物通过硅胶快速色谱纯化，得到式ii所示的羟基脂肪族硒氰酸酯类化合物；反应式如下：
上述反应式中，n＝0,1或2；
r1，r2，r3表示所连接环上的取代基，彼此独立地选自氢、c1-20烷基、c1-20卤代烷基、c6-20芳基、c3-20环烷基、c6-20芳基-c1-20烷基；或者相邻的两个取代基彼此连接，并与连接这两个取代基的碳原子一起形成饱和或不饱和的五至七元碳环。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当n＝0时，r1和r3之一不为氢。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，当n＝0时，r1表示一氯甲基或苯基，r3表示氢；或者r1和r3彼此连接，并与连接这两个取代基的碳原子一起形成环戊烷、环己烷或苯环结构；
当n＝1或2时，r1，r2，r3均选自氢。
4.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述的有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、dmso、dmf、thf、mecn、甲苯中的任意一种，最优选为异丙醇。
5.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，所述的加热搅拌反应的反应温度为60-120℃，优选为80-100℃，最优选为90℃；所述加热搅拌反应的反应时间为4-48h，优选为12-24h，最优选为24h。
6.根据权利要求1-3任意一项所述的制备方法，其特征在于，其中，式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn的投料摩尔比为1：(2～5):(1～3)。优选地，式i所示的环氧类化合物，硒粉、tmscn的投料摩尔比为1：3:2。
技术总结