稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用

摘要

本发明属于化工技术领域，具体提供一种稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，反应原料包括化合物I，化合物I的通式如下式所示，其中R为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，稀土硅胺化物M[N(SiMe3)2]3为催化剂，其中M为稀土元素。本发明以稀土硅胺化物为催化剂，以化合物I和频哪醇硼为原料，制备得到吲哚或吲哚衍生物。本发明方法操作简便、反应选择性高；合成得到的吲哚衍生物，产品品质好、收率高。

权利要求

1.稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，其特征在于，反应原料包括化合物 I和化合物 II 频哪醇硼烷，化合物 I 的通式如下式所示，其中 R 为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，，所述吲哚或吲哚衍生物的结构式为化合物Ⅲ所示 ，

稀土硅胺化物 M[N(SiMe3)2]3 为催化剂，其中 M 为稀土元素，且M 为 La、Nd、Sm、Gd、Yb、Lu、Y 中的一种。

2.根据权利要求 1 所述的稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用， 其特征在于，包括如下步骤：在无水无氧的氛围下，以化合物 I 与化合物 II 频哪醇硼烷为反应原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，通过稀土催化氢转移还原反应， 制备得到化合物Ⅲ，催化反应的反应式为： 。

3.根据权利要求2所述的稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，其特征在于，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、四氢呋喃和 1,2-二氯乙烷中的一种或几种。

4.根据权利要求2 所述的稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，其特征在于，以摩尔比计算，化合物 I/化合物 II/稀土硅胺化物为 1.0/2.4/0.05-

0.10，反应温度为 80-120℃，反应时间为 24-36 h。

5.根据权利要求 4 所述的稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用， 其特征在于，反应温度为 100-120℃。

6.根据权利要求 2 所述的稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用， 其特征在于，所述无水无氧的氛围为惰性气体氛围。

7.一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，其特征在于，催化剂为稀土硅胺化物M[N(SiMe3)2]3，其中 M 为 La、Nd、Sm、Gd、Yb、Lu、Y 中的一种，反应原料包括化合物 I 和化合物 II 频哪醇硼烷，化合物 I 的通式如下式所示，其中 R 为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，，所述吲哚或吲哚衍生物的结构式为化合物Ⅲ所示 。

8.根据权利要求7所述的一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，其特征在于，包括如下步骤：在无水无氧的氛围下，以化合物 I 与化合物 II 频哪醇硼烷为反应原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，通过稀土催化氢转移还原反应，制备得到化合物Ⅲ， 以摩尔比计算，化合物 I/化合物 II/稀土硅胺化物为 1.0/2.4/0.05-0.10，反应温度为 80-120℃，催化反应的反应式为：。

9. 根据权利要求 8 所述的一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，其特征在于，反应温度为100-120℃。

10.根据权利要求8所述的一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，其特征在于，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、四氢呋喃和 1,2-二氯乙烷中的一种或几种；所述无水无氧的氛围为惰性气体氛围。

11.根据权利要求10 所述的一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，其特征在于，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯或正己烷，或甲苯与二甲苯的混合溶液。

说明书

稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用

技术领域

[0001] 本发明属于化工技术领域，具体涉及稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，以及一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法。

背景技术

[0002] 吲哚衍生物是一类重要的有机化合物，在生物医药、食品、化妆品、农药及天然产物的分子骨架里都广泛存在，因此其高效地合成方法研究具有很大的应用价值和广泛的应用前景。

[0003] 现有制备技术中，合成吲哚的方法有较多报道，最主要的还是采用费歇尔吲哚合成法(Tetrahedron 2010,66,573-577；Org.Prep.Proced.Int.1993,25,609.)。然而该方法主要有两方面的局限性，首先是起始原料仅限于苯肼衍生物和酮，底物范围窄；其次是反应缺乏选择性，难以实现复杂产物的合成。此后，一系列以苯胺衍生物出发的环化反应制备吲哚被发展开来，文献(Org.Lett.2013,15,3112-3115)报道的N-芳基炔胺分子内环化反应制备吲哚，但是该方法需要用到叔丁基锂。叔丁基锂是一类活性极高的试剂，很容易在操作过程中因操作不当引发实验事故。从另一个角度出发，吲哚啉的脱氢还原来制备吲哚也是一种高效的方法。文献(Chem.Sci.2019,10,4883–4889)报道了一种利用铂催化剂实现的吲哚啉的脱氢还原来制备吲哚。

[0004] 上述方法合成异吲哚衍生物方法的工艺较为复杂，且其原料如官能团化胺、吲哚啉以及一些复杂催化剂来源并不广泛、制备方法也较为复杂、成本较高。

发明内容

[0005] 为了解决上述问题，本发明提供一种稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用。

[0006] 为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

[0007] 稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，反应原料包括化合物I，化合物I通式如下式所示，其中R为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，[0008] 稀土硅胺化物M[N(SiMe3)2]3为催化剂，其中M为稀土元素；反应原料还包括氢转移试剂，反应过程中化合物I中的羰基加氢还原最终生成吲哚或吲哚衍生物。

[0009] 优选的，M为La、Nd、Sm、Gd、Yb、Lu、Y中的一种。

[0010] 优选的，包括如下步骤：在无水无氧的氛围下，以化合物I与化合物II频哪醇硼烷为原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，通过稀土催化氢转移还原反应，制备得到化合物Ⅲ，催化反应的反应式为：

[0011]

[0012] 优选的，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、四氢呋喃和1,2-二氯乙烷中的一种或几种。

[0013] 优选的，反应溶剂为甲苯、二甲苯或正己烷，或甲苯与二甲苯的混合溶液。

[0014] 优选的，以摩尔比计算，化合物I/化合物II/稀土硅胺化物为1.0/2.4/0.05-0.10，反应温度为80-120℃，反应时间为24-36h。

[0015] 优选的，所述无水无氧的氛围为惰性气体氛围，所述惰性气体为氮气或者氩气。

[0016] 上述催化反应中，本申请提出了一个可能的反应机理，以产物为吲哚为例，如图1所示。在图1中，首先三硅胺基稀土催化剂和频哪醇硼烷反应，生成稀土氢化物中间体A，稀土-氢键插入到酰基中，形成中间体B，进一步硼烷和中间体B反应得到硼酸酯中间体C，并生成中间体A。随后中间体C转化为亚胺阳离子中间体D。D和频哪醇硼烷反应，生成亚胺E中间体，并释放出氢气和硼酯。该亚胺中间体经过互变异构，得到产物吲哚。

[0017] 本申请基于上述稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，还提供一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法。

[0018] 一种催化制备吲哚或吲哚衍生物的方法，催化剂为稀土硅胺化物M[N(SiMe3)2]3，其中M为La、Nd、Sm、Gd、Yb、Lu、Y中的一种，反应原料包括化合物I和氢转移试剂，化合物I的通式如下式所示，其中R为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，

[0019]

[0020] 进一步的，具体包括如下步骤：在无水无氧的氛围下，以化合物I与化合物II频哪醇硼烷为反应原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，通过稀土催化氢转移还原反应，制备得到化合物Ⅲ，以摩尔比计算，化合物I/化合物II/稀土硅胺化物为1.0/2.4/0.05-0.10，反应温度为80-120℃，优选100-120℃，催化反应的反应式为：

[0021]

[0022] 进一步的，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、四氢呋喃和1,2-二氯乙烷中的一种或几种；优选的，反应溶剂为甲苯、二甲苯或正己烷，或甲苯与二甲苯的混合溶液。

[0023] 进一步的，所述无水无氧的氛围为惰性气体氛围。

[0024] 与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

[0025] (1)本发明采用化合物I和化合物II作为反应物，以稀土硅胺化物作为催化剂，相比于现有技术的其他反应原料，本申请所选用的原料化合物I和化合物II具有来源广泛或易于制备，以及易于存储的优点，并且制备时反应收率高；本申请的催化剂可以直接商品化购买或者易于直接简单合成，可用于实际生产。

[0026] (2)本发明方法制备得到的吲哚或吲哚衍生物品质高，产物收率高，反应原子经济性好，制备过程和产物分离提纯简便，灵活性强，并且工艺安全稳定，操作简便，反应选择性高。

附图说明

[0027] 图1为本发明催化反应机理过程。

具体实施方式

[0028] 稀土硅胺化物作为催化剂在制备吲哚或吲哚衍生物中的应用，反应原料包括化合物I，化合物I通式如下式所示，其中R为氢、甲基、氯、氟、溴或甲氧基，[0029] 稀土硅胺化物M[N(SiMe3)2]3为催化剂，其中M为稀土元素；反应原料还包括氢转移试剂，反应过程中化合物I中的羰基加氢还原最终生成吲哚或吲哚衍生物。本发明以化合物I为原料，以M[N(SiMe3)2]3为催化剂，在反应过程中，化合物I中羰基加氢还原最终生成吲哚或吲哚衍生物，而化合物I相比于现有技术使用的其他原料，具有来源广泛或易于制备以及易于存储的优点，且M[N(SiMe3)2]3为催化剂具有易于购买或者易于直接简单合成的优点。

[0030] 其中M为La、Nd、Sm、Gd、Yb、Lu或Y。经过一系列筛选对比发现，Y[N(SiMe3)2]3为催化剂时反应效果优于其他催化剂，且Y[N(SiMe3)2]3催化剂前体Y2O3价格便宜，因此优选Y[N(SiMe3)2]3。

[0031] 优选的，具体包括如下步骤：在无水无氧的氛围下，以化合物I与化合物II频哪醇硼烷为原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，通过稀土催化氢转移还原反应，制备得到化合物Ⅲ，催化反应的反应式为：

[0032] 所选反应还原剂为频哪醇硼烷作为氢转移试剂，频哪醇硼烷具有廉价易得，对比于常见的氢负试剂比如硅烷而言，还具有对于空气稳定的特点，储运方便，而且目前，文献调研发现，硼烷参与的氢转移还原
2-吲哚酮反应还没被报道。以化合物I与化合物II频哪醇硼烷为反应原料，以稀土硅胺化物为催化剂，以有机溶剂为反应溶剂，该反应体系反应选择性高，有利于实现复杂产物的合成。

[0033] 优选的，所述反应溶剂为甲苯、二甲苯、正己烷、四氢呋喃和1,2-二氯乙烷中的一种或几种。溶剂的种类大大影响产物收率，本发明选择前述有机溶剂作为反应溶剂，其中，甲苯、二甲苯和正己烷的反应效果最好，产率能达90％及以上，而四氢呋喃和1,2-二氯乙烷作为反应溶剂时，反应也能进行，不过产率大大降级，其中以四氢呋喃为反应溶剂时，产率不足60％，以1,2-二氯乙烷作为反应溶剂时，产率不足40％。因此，将甲苯、正己烷、二甲苯作为最优反应溶剂。

[0034] 优选的，以摩尔比计算，化合物I/化合物II/稀土硅胺化物为1.0/2.4/0.05-0.10，反应温度为80-120℃，反应时间为24-36h。在反应过程中频哪醇硼烷的用量为2.4当量，是由于其中2当量的频哪醇硼烷参与了反应，稍微过量的频哪醇硼烷更利于反应正方向进行。再进一步加大硼烷的量，对反应没有促进作用，因此选用了2.4当量频哪醇硼烷。催化剂的用量为5％-10％。

[0035] 优选的，反应温度为100-120℃。

[0036] 优选的，所述无水无氧的氛围为惰性气体氛围，优选惰性气体为氮气或者氩气。

[0037] 下面结合实施例对本发明作进一步的描述，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，并不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他所有实施例，都属于本发明的保护范围。

[0038] 实施例1

[0039] 吲哚的合成，化学结构如下：

[0040]

[0041] 氮气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]30.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率92％。

[0042] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ8.06(brs,1H),7.71(d,J＝7.8Hz,1H),7.41(d,J＝8.1Hz,1H),7.27-7.24(m,1H),7.20-7.17(m,2H),6.61(s,1H).13C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ135.9,128.0,124.3,122.1,120.9,120.0,111.2,102.7.

[0043] 实施例2

[0044] 5-氟吲哚，化学结构如下：

[0045]

[0046] 氮气保护下，加入原料5-氟-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率92％。

[0047] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ8.11(brs,1H),7.35(dd,J＝2.4Hz,J＝9.6Hz,1H),7.30(dd,J＝4.4Hz,J＝8.8Hz,1H),7.24(t,J＝2.8Hz,1H),7.00(td,J＝2.5Hz,J＝9.1Hz,
1H),6.57-6.55(m,1H).13C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ158.1(d,J＝233.9Hz),132.5,128.4(d,J＝10.3Hz),126.1,111.7(d,J＝9.8Hz),110.5(d,J＝26.4Hz),105.5(d,J＝23.4Hz),
102.9(d,J＝4.7Hz).

[0048] 实施例3

[0049] 6-氯吲哚合成，化学结构如下：

[0050]

[0051] 氮气保护下，加入原料6-氯-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率83％。

[0052] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ8.07(brs,1H),7.58(d,J＝8.4Hz,1H),7.36(s,1H),7.18(t,J＝2.6Hz,1H),7.14(dd,J＝1.8Hz,J＝8.4Hz,1H),6.56-6.55(m,1H).13C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ136.3,128.0,126.6,125.0,121.7,120.7,111.1,102.9.[0053] 实施例4

[0054] 5-甲基吲哚的合成，化学结构如下：

[0055]

[0056] 氮气保护下，加入原料5-甲基-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率87％。

[0057] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ7.44(m,2H),7.26(d,J＝8.5Hz,1H),7.12(d,J＝3.0Hz,1H),6.44(d,J＝3.0Hz,1H),2.39(s,3H).13C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ148.0,
138.6,134.0,130.2,121.2,119.4,94.8,20.9.

[0058] 实施例5

[0059] 6-甲基吲哚的合成，化学结构如下:

[0060]

[0061] 氮气保护下，加入原料6-甲基-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率89％。

[0062] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ7.89(s,1H),7.61(d,J＝8.0Hz,1H),7.18(s,1H),7.15–7.09(m,1H),7.05(d,J＝8.0Hz,1H),6.62–6.53(m,1H),2.55(s,3H).13C NMR(CDCl3,
125MHz,ppm):δ136.3,131.8,125.7,123.6,121.7,120.4,111.1,102.4,21.8.[0063] 实施例6

[0064] 4-甲氧基吲哚的合成，化学结构如下：

[0065]

[0066] 氮气保护下，加入原料4-甲氧基-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率92％。

[0067] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ8.15(s,1H),7.15(t,J＝8.0Hz,1H),7.12–7.09(m,13
1H),7.03(d,J＝8.2Hz,1H),6.72–6.66(m,1H),6.56(d,J＝7.7Hz,1H),3.98(s,3H). C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ153.4,137.3,122.9,122.8,118.6,104.7,99.73,99.66,55.4.[0068] 实施例7

[0069] 6-甲氧基吲哚的合成，化学结构如下：

[0070]

[0071] 氮气保护下，加入原料6-溴-2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率90％。

[0072] 1H NMR(CDCl3,500MHz,ppm):δ6.52(m,1H),7.15-7.20(m,1H),7.23-7.24(m,1H),7.47(s,1H),7.52-7.53(m,1H),8.11(bs,1H)；13C NMR(CDCl3,125MHz,ppm):δ102.8,113.9,
115.4,121.9,123.1,124.9。

[0073] 实施例8

[0074] 吲哚的合成：氮气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，二甲苯3mL，120℃反应36h，产物分离收率92％。

[0075] 实施例9

[0076] 吲哚的合成：氮气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，正己烷3mL，120℃反应36h，产物分离收率90％。

[0077] 实施例10

[0078] 吲哚的合成：氮气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，四氢呋喃3mL，120℃反应36h，产物分离收率58％。

[0079] 实施例11

[0080] 吲哚的合成：氮气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，1,2-二氯乙烷3mL，120℃反应36h，产物分离收率31％。

[0081] 实施例12

[0082] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Y[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯1.5mL，二甲苯1.5mL，120℃反应36h，产物分离收率91％。

[0083] 实施例13

[0084] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂La[N(SiMe3)2]3 0.025mmol，甲苯3ml，80℃反应24h，产物分离收率66％。

[0085] 实施例14

[0086] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Nd[N(SiMe3)2]30.03mmol，甲苯3ml，90℃反应26h，产物分离收率52％。

[0087] 实施例15

[0088] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Sm[N(SiMe3)2]3 0.035mmol，甲苯3ml，100℃反应28h，产物分离收率68％。

[0089] 实施例16

[0090] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Gd[N(SiMe3)2]3 0.04mmol，甲苯3ml，110℃反应30h，产物分离收率77％。

[0091] 实施例17

[0092] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Yb[N(SiMe3)2]3 0.045mmol，甲苯3ml，120℃反应32h，产物分离收率81％。

[0093] 实施例18

[0094] 吲哚的合成：氩气保护下，加入原料2-吲哚酮0.5mmol、频哪醇硼烷1.2mmol和催化剂Lu[N(SiMe3)2]3 0.05mmol，甲苯3ml，120℃反应34h，产物分离收率87％。

[0095] 以上揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作地等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。