一种光学选择环氧化烯酮类化合物的方法 【技术领域】
本发明涉及通过不对称相转移催化制备光学纯环氧化物，具体地说是一种光学选择环氧化烯酮类化合物的方法。
背景技术
光学活性环氧化物是一类重要的生理活性化合物，此类化合物的环上有两个手性碳原子，通过选择性开环和官能团转化等反应，可以合成很多有价值的手性化合物，因此光学活性环氧化物的合成研究，具有重要的意义【有机化学，2001，21(12)，1102】。光学活性α，β-环氧烯酮类化合物就是其中很重要的一类光学活性环氧化物。
目前，文献报道的制备光学活性α，β-环氧烯酮类化合物的主要方法，主要有有机金属络合物催化法【J.Am.Chem.Soc.，1997，119，2329】、手性多胺催化法【Angew.Chem.，Int.Ed.Engl.，1980，19，929】、相转移催化法【Tetrahedron Lett.，1998，39，1599】、生物酶催化法【Tetrahedron Lett.，1987，28，1577】、手性双环氧乙烷催化法【J.Org.Chem.，1997，62，8622】等，其中，相转移催化法因为其反应条件温和、产率高、环境友好等优点，日益受到人们的重视。目前在相转移催化条件下制备光学活性α，β-环氧烯酮类化合物，虽然有过氧化氢【Tertahedron Lett.，1998，39，7563】、次氯酸钠【Tertahedron Lett.，1998，39，1599】、过硼酸钠【Tetrahedron Lett.1995，36，663】、烷基过氧化氢【J.Org.Chem.2002，67，259】等的多种氧化剂，但是其使用过程中存在产率和光学选择性低、反应操作困难，危险性大、成本高、运输和储存困难等缺点。
【发明内容】
为克服上述环氧化体系存在的主要问题，本发明的目的在于提供一种光学选择环氧化烯酮类化合物的方法；该方法反应条件温和、光学选择性高、操作简便、环境污染少、产率从中等到优良。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
在无机碱的存在下，使用TCCA(三氯异氰脲酸)作为氧化剂，使用手性季铵盐作为光学相转移催化剂，将烯酮类化合物环氧化为相应的环氧化物。反应通式如下：
其中：
R1和R2可以是各种类型的脂肪族或者芳香族基团。TCCA和烯酮的摩尔比为1∶1至10∶1；无机碱和TCCA的摩尔比为1∶1到1∶10；相转移催化剂的摩尔用量为烯酮的1～100％；反应时间受反应本身控制，取决于反应物的类型和反应条件，反应时间一般为3～48小时；反应温度为-40～40℃；烯酮和溶剂地重量比为1∶2到1∶100。
所述反应使用的无机碱，包括氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、碳酸钾、碳酸钠等中的一种或者多种；可以配成各种浓度的水溶液，也可以直接使用固体碱。
所述反应使用的手性季铵盐相转移催化剂为金鸡纳碱类衍生物(1)～(4)。
其中对于(1)和(2)的结构R1为苯基、9-蒽甲基等，R2为乙烯基、乙基等，R3为氢、烯丙基、苄基等；对于(3)和(4)的结构R1为氢、羟基等，R2为氢、甲基等，R3为氢、烯丙基、苄基等。
所述反应使用的溶剂包括水、苯、甲苯、二甲苯、正己烷、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、乙醚、四氢呋喃等中的一种或者多种。
所述反应使用的烯酮类化合物具有如下结构：
其中对于(5)的结构R1～R6为氢、甲基、甲氧基、卤原子、硝基等；(6)的结构R1～R2为氢、C1～C6烷基、(取代)环丙基、(取代)环己基、(取代)呋喃基等，R3～R5为氢、甲基、甲氧基、卤原子、硝基等。
本发明具有如下优点：
1.立体和光学选择性好。在本发明条件下，对于大部分产物，d.e.值大于95％，e.e.值大于80％，重结晶后可获得最高大于99％的光学纯度。
2.原料转化率高，目标产物的选择性好。在本发明条件下，对于大部分原料，可以达到定量转化，而且产物仅为目标环氧化产物，反应的选择性好，收率高；氧化效率高，氧化剂用量少。
3.反应试剂成本低、易于储运。本发明使用的氧化剂为三氯异氰脲酸，是一种广泛使用的大宗化学产品；和其他的氧化剂(次氯酸钠、过氧化氢、过氧化物等)相比，具有性质稳定、使用安全等优点，而且本氧化剂为固体产品，便于运输储藏。
4.反应条件温和，操作简便。本发明反应在液液(水/有机)或液固(有机/固体)两相体系中进行，以季铵盐作为相转移催化剂，可在十分温和的条件下进行反应；对于大部分原料，反应的较佳温度为0～20℃；反应和产品的后处理操作简单。
5.环境友好，污染少。在本发明条件下，产生的三废量少，大部分试剂可以回收利用，整个过程对环境几乎不会造成污染。
【具体实施方式】
下面通过实例对本发明给予进一步说明，然而，本发明不限于下述的实施例。
实施例1：
在100毫升的三口烧瓶中(包括搅拌器、温度计和滴液漏斗)，加入2.08克(10毫摩尔)的查尔酮(5，R1-6＝H)、0.67克溴化O-苄基-N-(9-蒽甲基)辛可尼丁(1a，R1＝9-蒽甲基、R2＝乙烯基、R3＝苄基)(1毫摩尔)、1.56克(6.7毫摩尔)TCCA和30毫升甲苯。降温到0℃，搅拌下滴加3.36克(30毫摩尔)50％氢氧化钾水溶液，滴完后继续搅拌直至通过薄层色谱检测查尔酮消失。升温至室温，加入50毫升乙醚稀释，过滤，滤液先后用50毫升水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。减压蒸馏除去溶剂，正己烷重结晶得到白色片状固体产物，产率90％，e.e.值82％，重结晶后96％。
实施例2：
溶剂如下表1所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表1. 序号 溶剂 反应时间/小时 转化率％ ee％ 1 甲苯 5 100 80 2 二氯甲烷/水 48 81 39 3 二氯甲烷 48 67 33 4 苯 6 100 78 5 二甲苯 6 100 78 6 正己烷/水 48 5 - 7 氯仿 48 70 44 8 四氯化碳 48 77 51 9 乙醚 48 10 - 10 四氢呋喃 48 87 10
实施例3：
无机碱如下表2所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表2. 序号 无机碱 反应时间/小 时 转化率 ％ ee％ 1 固体氢氧化钾 5 100 80 2 30％氢氧化钾a 48 77 61 3 10％氢氧化钾a 48 52 54 4 固体氢氧化钠 36 98 75 5 固体氢氧化锂 48 94 76 6 固体氢氧化铯 48 61 71 7 固体碳酸钠 48 2 - 8 固体碳酸钾 48 5 -
a：水溶液浓度。
实施例4：
温度如下表3所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表3. 序号 温度/℃ 反应时间/小时 转化率％ ee％ 1 -40 48 88 81 2 -30 24 97 82 3 -20 16 100 80 4 25 24 100 67 5 40 48 71 45
实施例5：
TCCA/烯酮/氢氧化钾用量比如下表4所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表4. 序号 用量比 反应时间/小时 转化率％ ee％ 1 1∶1∶1 48 30 70 3 1∶2∶4 12 100 81 4 1∶3∶6 8 100 80 5 2∶1∶12 8 100 80 6 5∶1∶30 8 100 81 7 10∶1∶60 6 100 80 8 10∶1∶100 6 100 80
实施例6：
所用手性催化剂如下表5所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表5. 催化 剂 手性催化剂 反应时 间/小时 转化率 ％ ee％ R1 R2 R3 1b 苯基 乙烯基 苄基 24 100 67 1c 9-蒽甲基 乙烯基 氢 48 68 71 1d 9-蒽甲基 乙基 烯丙基 48 90 82 1e 9-蒽甲基 乙基 苄基 24 100 89 2a 苯基 乙烯基 苄基 24 100 64 2b 9-蒽甲基 乙烯基 苄基 24 100 77 3a 氢 氢 氢 48 70 41 3b 氢 氢 苄基 48 81 56 3c 氢 氢 乙烯基 48 75 51 3d 羟基 甲基 氢 48 90 45 4a 氢 氢 苄基 48 78 52 4b 羟基 甲基 氢 48 86 40
实施例7：
所用手性催化剂用量如下表6所示，其他实验方法和条件同实施例1。
表6. 序号 用量％ 反应时间/小时 转化率％ ee％ 1 1 48 50 77 2 5 48 94 82 3 20 6 100 83 4 100 6 100 82
实施例8：
所用烯酮化合物如下表7所示，所用手性催化剂为1e(R1＝9-蒽甲基、R2＝乙基、R3＝苄基)，其他实验方法和条件同实施例1。
表7. 烯酮 R1 R2 R3 R4 R5 R6 反应时 间/小时 产率 ％ ee％ 5b 氢 氢 氢 氢 氢 甲氧基 24 82 86 5c 氢 氢 氯 氢 氢 氟 24 92 92 5d 氢 氢 氢 氢 氢 氟 24 79 86 5e 氢 氢 硝基 氢 氢 氢 24 83 96 5f 氯 氢 氢 氢 氢 氢 24 89 64 5e 氢 甲基 氢 氢 氢 氢 24 98 87 5g 氢 氢 氯 氢 氢 甲氧基 24 74 78 5h 氢 氢 氢 甲氧基氢 氢 24 68 72 5i 氢 氢 氢 氢甲基 氢 24 95 89 6a 氢 正戊基 氢 氢氢 - 24 90 81 6b 氢 正己基 氢 氢氢 - 24 92 77 6c 氢 正己基 氢 氢硝基 - 24 94 84 6d 氢 正己基 甲氧基 甲氧基氢 - 24 87 86 6e 甲基 正己基 氢 氢氢 - 24 51 46 6f 氢 环丙基 氢 氢氢 - 48 2 - 6g 氢 环己基 氢 氢氢 - 24 85 84 6h 氢 呋喃基 氢 氢氢 - 48 5 -
实施例9：
在100毫升的三口烧瓶中(包括搅拌器、温度计和滴液漏斗)，加入1.56克(6.7毫摩尔)TCCA和30毫升甲苯，降温到0℃，加入1.68克(30毫摩尔)固体氢氧化钾，控制温度不超过0℃，搅拌15分钟后，加入2.38克(10毫摩尔)的4-甲氧基查尔酮(5j，R1-2＝R4-6＝H、R3＝甲氧基)和0.67克溴化O-苄基-N-(9-蒽甲基)二氢辛可尼丁(1e，R1＝9-蒽甲基、R2＝乙基、R3＝苄基)(1毫摩尔)，加完后在0℃下继续搅拌直至通过薄层色谱检测4-甲氧基查尔酮消失。升温至室温，加入50毫升乙醚稀释，过滤，滤液先后用50毫升水和饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥。减压蒸馏除去溶剂，正己烷重结晶得到1.91克白色针状固体产物，产率84％，e.e.值85％。
实施例10：
所用烯酮化合物如下表8所示，其他实验方法和条件同实施例9。
表8. 烯酮 R1R2 R3R4R5R6 反应时 间/小时 产率 ％ ee％ 5k 甲氧基氢 氢氢氢氢 24 68 71 5l 氢氢 甲氧基氢氢氯 24 92 88