MMT/FeCl3催化的α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇的Friedel-Crafts烷基化反應

王金娟, 楊志翔, 王文琛, 陳治明

(貴州師范大學 化學與材料科學學院 貴州省功能材料化學重點實驗室，貴州 貴陽 550001)

·研究論文·

MMT/FeCl3催化的α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇的Friedel-Crafts烷基化反應

王金娟, 楊志翔, 王文琛, 陳治明*

(貴州師范大學 化學與材料科學學院 貴州省功能材料化學重點實驗室，貴州 貴陽 550001)

研究了MMT/FeCl3催化α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇的Friedel-Crafts烷基化反應，合成了22個二硫縮烯酮類化合物(3a～3v)，其中3b, 3d～3f, 3h～3r和3t為新化合物，其結構經1H NMR和13C NMR表征。以3a的合成為例，對反應條件進行優化。結果表明：在最優反應條件[1-(1,3-二噻烷-2-亞甲基)-4-苯基-3-丁烯-2-酮(1a) 0.25 mmol，二苯甲醇0.3 mmol， MMT/FeCl315 mmol%， CH2Cl22 mL，回流反應2 h]下，3a產率93%; MMT/FeCl3循環使用3次，收率基本維持不變。

α-羰基二硫縮烯酮; 二苯甲醇; Friedel-Crafts烷基化; MMT/FeCl3; 催化; 合成

Friedel-Crafts烷基化反應是形成碳碳鍵的重要途徑[1]，在有機合成中具有重要作用。由碳親核體(RH)直接取代醇分子(R′OH)中的羥基，因為醇被看作是環境友好的烷基化試劑，廉價易得且反應后副產物為水，因此Friedel-Crafts烷基化反應是一種環境友好、反應條件溫和的C—C鍵形成方法，受到研究人員的青睞[2-3]。α-羰基二硫縮烯酮在有機合成中應用十分廣泛，王芒研究小組[4-5]在過渡金屬催化活化二硫縮烯酮的α-位氫原子方面進行研究，成功實現了CuBr2作用下二硫縮烯酮與親電試劑的反應。巴哈爾古麗·別克吐爾遜[6]和Zhang等[7]成功實現了BF3·Et2O作用下二硫縮烯酮與醇的Friedel-Crafts烷基化反應。然而，這些方法的明顯缺點是催化劑具有一定的毒性，而且使用范圍比較窄，在一定程度上限制了其在合成中的應用。

Scheme 1

α-羰基二硫縮烯酮是易于制備和具有多反應中心的有機合成中間體[8-9]，在構造芳環[10-11]、雜環化合物[12]和多取代烯烴的合成[13]及用作無氣味的代硫醇試劑[14-16]中有大量應用。蒙脫土是由硅氧四面體和鋁氧八面體組成的2 ∶1型層狀硅酸鹽黏土礦物，具有良好的化學穩定性、負載能力及一定的循環利用能力[17]。然而在現有催化體系中，使用固載路易斯酸蒙脫土進行催化α-羰基二硫縮烯酮與醇的Friedel-Crafts烷基化反應并未見報道。

在Zhang等[7]、巴哈爾古麗·別克吐爾遜研究組[6]和Yu等[18]的工作基礎上，我們開展了固載路易斯酸蒙脫土催化α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇的Friedel-Crafts烷基化反應研究，使具有多反應中心的α-羰基二硫縮烯酮更好地被開發利用。以α-羰基二硫縮烯酮(1)和二苯甲醇(2)為原料，MMT/FeCl3為催化劑，CH2Cl2為溶劑，經回流反應合成了22個二硫縮烯酮類化合物(3a～3v, Scheme 1)，其中3b, 3d～3f, 3h～3r和3t為新化合物，其結構經1H NMR和13C NMR表征。以3a的合成為例，研究了催化劑用量和溶劑種類對3a產率的影響。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

X-6型數字顯微熔點儀；Unity-400 MHz型核磁共振儀(CDCl3為溶劑，TMS為內標)。

1[4-5,7,20-21]和2[6]按文獻方法合成；水為蒸餾水；其余所用試劑均為分析純。

1.2 合成

(1) MMT/FeCl3的制備[19]

將無水FeCl36.24 g溶于無水乙醇50 mL中，攪拌使其溶解；加入蒙脫土K10 10.00 g，攪拌下于室溫反應1 h。減壓蒸餾除去乙醇，于120 ℃活化4 h得鐵紅色固體MMT/FeCl3，放入干燥器中備用。

(2) MMT/FeCl3催化α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇的Friedel-Crafts烷基化反應(以1a與2a反應為例)

在圓底燒瓶中依次加入1-(1,3-二噻烷-2-亞甲基)-4-苯基-3-丁烯-2-酮(1a) 62.0 mg(0.25 mmol)，二苯甲醇(2a) 55.2 mg(0.3 mmol)， MMT/FeCl3(15 mmol%)和CH2Cl22 mL，攪拌下回流反應2 h(TLC檢測底物消失)。加水15 mL，用二氯甲烷(3×10 mL)萃取，合并萃取液，用無水硫酸鎂干燥，加入硅膠1 g，旋蒸除去溶劑，經硅膠柱層析[洗脫劑：V(石油醚) ∶V(乙酸乙酯)=7 ∶1]純化得黃色晶體3a 96.1 mg，產率93%。

用類似方法合成3b～3v。

3a: 黃色晶體，m.p.152～154 ℃[7,18];1H NMRδ: 3.35(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.94(s, 1H), 6.68(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.13(s, 2H), 7.24～7.34(m, 13H), 7.48(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 36.0, 38.9, 54.9, 15.3, 125.3, 126.8(2C), 127.6, 128.1(2C), 128.6(6C), 129.0(4C), 129.6, 135.4, 141.3, 141.5(2C), 156.4, 186.5。

3b: 淡黃色晶體，m.p.79～80 ℃;1H NMRδ: 2.31(s, 3H), 3.33(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.89(s, 1H), 6.69(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.13(s, 6H), 7.24～7.30(m, 8H), 7.48(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.1, 36.1, 38.9, 54.6, 125.4, 126.7, 127.8, 128.1(2C), 128.6(4C), 128.9(2C), 128.9(2C), 129.3(2C), 129.6, 135.5, 136.4, 138.2, 141.1, 142.0, 165.2, 186.6。

3c: 黃色晶體，m.p.151～153 ℃[7];1H NMRδ: 3.36(d,J=4.0 Hz, 4H), 5.93(s, 1H), 6.62(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.02(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.19(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.24～7.32(m, 10H), 7.40(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 36.0, 38.9, 54.7, 125.8, 126.8(2C), 127.5, 128.6(4C), 128.8(2C), 128.9(4C), 129.2(2C), 133.9, 135.3, 139.6, 141.5(2C), 165.9, 186.3。

3d: 淡黃色晶體，m.p.156～158 ℃;1H NMRδ: 2.31(s, 3H), 3.34(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.89(s, 1H), 6.63(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.03(d,J=4.0 Hz, 2H), 7.13～7.22(m, 9H), 7.29(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.39(d,J=12.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.1, 36.1, 39.0, 54.5, 125.9, 126.7, 127.7, 128.6(2C), 128.8(2C), 128.8(2C), 128.9(2C), 129.2(2C), 129.3(2C), 134.0, 135.3, 136.5, 139.2, 139.5, 142.0, 165.7, 186.3。

3e: 黃色晶體，m.p.161～163 ℃;1H NMRδ: 3.37(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.94(s, 1H), 6.65(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.85(d,J=4.0 Hz, 1H), 7.04(s, 1H), 7.14～7.18(m, 1H), 7.25～7.33(m, 11H), 7.88(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 29.7, 35.8, 38.6, 54.7, 126.6, 126.8(2C), 127.4, 127.6, 127.6, 128.6(4C), 129.0(4C), 129.9, 130.2, 133.7, 135.1, 137.0, 141.5, 166.3, 196.0。

3f: 黃色晶體，m.p.130～132 ℃;1H NMRδ: 2.32(s, 3H), 3.35(d,J=12.0 Hz, 4H), 5.89(s, 1H), 6.65(d,J=12.0 Hz, 1H), 6.85(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.04(s, 1H), 7.13(s, 5H), 7.26(d,J=24.0 Hz, 6H), 7.87(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.1, 36.0, 39.0, 54.5, 126.6, 126.7, 127.6(2C), 127.7, 128.6(2C), 128.9(2C), 128.9(2C), 129.3(2C), 129.9, 130.2, 133.8, 135.0, 136.5, 136.8, 138.2, 142.0, 166.0, 186.1。

3g: 黃色晶體，m.p.118～120 ℃[7];1H NMRδ: 2.29(s, 3H), 3.35(d,J=4.0 Hz, 4H), 5.93(s, 1H), 6.64(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.03(s, 4H), 7.26～7.32(m, 10H), 7.47(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.4, 36.0, 38.8, 55.1, 124.4, 126.7(2C), 127.7, 128.1(2C), 128.6(4C), 129.0(4C), 129.3(2C), 132.7, 140.0, 141.4, 141.6(2C), 164.9, 196.6。

3h: 淡黃色晶體，m.p.147～149 ℃;1H NMRδ: 2.30(d,J=8.0 Hz, 6H), 3.32(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.89(s, 1H), 6.65(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.03(s, 4H), 7.13(s, 4H), 7.22～7.30(m, 5H), 7.47(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.1, 21.4, 36.0, 38.9, 54.6, 124.5, 126.6, 127.9, 128.1(2C), 128.5(2C), 128.9(2C), 129.0(2C), 129.3(4C), 132.8, 136.4, 138.2, 140.0, 141.3, 142.1, 164.8, 186.8。

3i: 黃色晶體，m.p.144～146 ℃;1H NMRδ: 3.34(d,J=4.0 Hz, 4H), 3.78(s, 3H), 5.93(s, 1H), 6.65(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.75(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.09(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.26～7.32(m, 10H), 7.46(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 36.0, 38.9, 54.9, 55.3, 114.0(2C), 123.2, 126.7(2C), 127.7, 128.2, 128.5(4C), 129.0(4C), 129.7(2C), 141.1, 141.6(2C), 161.0, 164.6, 186.6。

3j: 淡黃色晶體，m.p.136～137 ℃;1H NMRδ: 2.31(s, 3H), 3.32(d,J=8.0 Hz, 4H), 3.77(s, 3H), 5.89(s, 1H), 6.57(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.75(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.08～7.14(m, 6H), 7.22～7.30(m, 5H), 7.45(d,J=12.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 21.1, 36.0, 38.9, 54.6, 55.3, 114.0(2C), 123.3, 126.6, 127.9, 128.3, 128.5(2C), 128.9(2C), 129.0(2C), 129.3(2C), 129.7(2C), 136.3, 138.3, 141.0, 142.1, 160.9, 164.3, 186.8。

3k: 黃色晶體，m.p.114～116 ℃;1H NMRδ: 3.28(d,J=4.0 Hz, 4H), 5.85(s, 1H), 6.56(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.88(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.04(s, 2H), 7.15～7.28(m, 10H), 7.38(d,J=16.0 Hz, 1H);13C NMRδ: 35.0, 38.0, 53.7, 122.6, 124.9, 125.9(2C), 126.4, 127.6(4C), 127.9(4C), 128.3(2C), 130.7(2C), 133.3, 138.6, 140.5(2C), 164.9, 184.9。

3l: 黃色晶體，m.p.170～172 ℃;1H NMRδ: 2.32(s, 3H), 3.35(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.88(s, 1H), 6.64(d,J=16.0 Hz, 1H), 6.96(d,J=12.0 Hz, 2H), 7.13(s, 4H), 7.22～7.35(m, 7H), 7.39(s, 1H);13C NMRδ: 21.1, 36.0, 39.0, 54.5, 123.6, 126.0, 126.7, 127.6, 128.6(2C), 128.8(2C), 128.9(2C), 129.3(2C), 129.4(2C), 131.7(2C), 134.4, 136.5, 138.2, 139.5, 142.0, 165.9, 186.3。

3m: 黃色晶體，m.p.204～205 ℃;1H NMRδ: 3.30(d,J=4.0 Hz, 4H), 5.96(s, 1H), 6.54(d,J=16.0 Hz, 1H ), 6.97(s, 1H), 7.00～7.07(m, 2H), 7.15～7.31(m, 12H);13C NMRδ: 29.9, 35.9, 39.2, 55.0, 122.6, 126.7, 126.8, 126.9(2C), 127.5, 128.7(4C), 128.9(4C), 130.0, 130.5, 132.2, 137.7, 139.4, 141.6, 166.6, 186.0。

3n: 黃色晶體，m.p.120～122 ℃;1H NMRδ: 2.33(s, 3H), 3.35(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.89 (s, 1H), 6.60(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.05～7.14(m, 7H), 7.24(d,J=8.0 Hz, 3H), 7.36(d,J=16.0 Hz, 4H);13C NMRδ: 21.3, 36.0, 39.0, 54.6, 122.7, 126.8, 126.9, 126.9, 127.7, 128.7(2C), 128.8(2C), 128.8(2C), 129.4(2C), 130.0, 130.4, 132.2, 136.5, 137.8, 138.4, 139.3, 142.0, 166.3, 186.0。

3o: 淡黃色晶體，m.p.194～196 ℃;1H NMRδ: 3.32(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.87(s, 1H), 6.66(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.11～7.26(m, 12H), 7.35(d,J=12.0 Hz, 1H), 8.00(d,J=8.0 Hz, 2H);13C NMRδ: 29.7, 35.7, 39.0, 54.7, 123.8(2C), 127.0(2C), 127.3, 128.4(2C), 128.7(4C), 128.9(4C), 129.2, 137.7, 141.4, 141.8, 147.8, 167.6, 185.3。

3p: 淡黃色晶體，m.p.161～163 ℃;1H NMRδ: 2.32(s, 3H), 3.38(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.90(s, 1H), 6.74(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.14～7.32(m, 11H), 7.42(d,J=16.0 Hz, 1H), 8.07(d,J=8.0 Hz, 2H);13C NMRδ: 21.1, 36.1, 39.0, 54.5, 123.8(2C), 126.9, 127.5, 128.4(2C), 128.7(2C), 128.8(2C), 128.8(2C), 129.3, 129.4(2C), 136.7, 137.6, 138.1, 141.9, 141.9, 147.8, 167.4, 185.6。

3q: 淡黃色晶體，m.p. 217～219 ℃;1H NMRδ: 3.32(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.88(s, 1H), 6.65(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.18～7.40(m, 13H), 7.77(s, 1H), 8.01(s, 1H);13C NMRδ: 13.0, 21.6, 28.6(2C), 34.9, 37.7, 53.6, 120.9, 122.6, 125.9, 127.1, 127.7(4C), 127.8(4C), 128.5, 132.9, 136.3, 136.9, 140.4, 147.3, 184.6。

3r: 黃色晶體，m.p. 191～194 ℃;1H NMRδ: 2.32(s, 3H), 3.38(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.91(s, 1H), 6.72(d,J=16.0 Hz, 1H), 7.14～7.25(m, 7H), 7.33～7.47(m, 5H), 7.84(s, 1H), 8.08(s, 1H);13C NMRδ: 21.0, 36.0, 39.0, 54.6, 121.8, 123.6, 126.9, 127.5, 128.2, 128.7(2C), 128.8(4C), 129.5(3C), 134.0, 136.7, 137.4, 137.9, 138.2, 142.0, 149.4, 167.2, 185.7。

3s: 淡黃色晶體，m.p. 141～142 ℃[18];1H NMRδ: 3.25(d,J=4.0 Hz, 4H), 5.59(s, 1H), 7.17～7.19(m, 2H), 7.25(s, 8H), 7.32(d,J=7.7 Hz, 2H), 7.41(d,J=7.3 Hz, 1H), 7.55(d,J=8.0 Hz, 2H);13C NMRδ: 37.3, 38.6, 56.3, 126.4(2C), 128.1(4C), 128.2(2C), 128.6(2C), 129.5(4C), 131.6(2C), 138.9, 141.0(2C), 154.7, 195.3。

3t: 淡黃色晶體，m.p. 112～114 ℃;1H NMRδ: 2.29(s, 3H), 3.23(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.56(s, 1H), 7.05(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.14～7.33(m, 9H), 7.41(d,J=8.0 Hz, 1H), 7.56(d,J=7.5 Hz, 2H);13C NMRδ: 21.1, 37.5, 38.7, 56.1, 126.4, 128.0, 128.1(2C), 128.2(2C), 128.6(2C), 128.9(2C), 129.4(2C), 129.5(2C), 131.6, 136.0, 137.9, 139.0, 141.3, 154.9, 195.3。

3u: 白色晶體，m.p. 156～157 ℃[7,18];1H NMRδ: 1.86(s, 3H), 3.25～3.30(m, 4H), 5.86(s, 1H), 7.19(d,J=8.0 Hz, 4H), 7.27(d,J=8.0 Hz, 2H), 7.31(d,J=7.5 Hz, 4H);13C NMRδ: 29.2, 36.2, 38.4, 54.4, 126.7(2C), 127.2, 128.4(4C), 129.2(4C), 140.9(2C), 164.3, 195.7。

3v: 白色晶體，m.p. 122～157 ℃[18];1H NMRδ: 1.73(s, 3H), 2.27(s, 3H), 3.20(d,J=8.0 Hz, 4H), 5.74(s, 1H), 7.01～7.06(m, 4H), 7.11(d,J=7.3 Hz, 2H), 7.18～7.23(m, 3H);13C NMRδ: 20.0, 28.2, 35.2, 37.5, 53.0, 125.5, 126.2, 127.3(2C), 129.0(2C), 129.0(2C), 129.1(2C), 135.3, 136.6, 140.2, 163.0, 194.7。

2 結果與討論

2.1 反應條件優化

以1a和2a的反應(Scheme 2)為例，在回流條件下，從催化劑用量和溶劑種類兩方面，對反應條件進行優化，結果見表1。

由表1可見，MMT/FeCl3用量由20 mmol%降至5 mmol%時，在2 h內，該反應均能有效地完成，幾乎定量得到產物3a(Entry 1～4)；當MMT/FeCl3用量為1 mmol%時，反應2 h， 3a產率僅為20%(Entry 5)。不同溶劑對反應的影響，當H2O為溶劑時，MMT/FeCl3用量為15 mmol%，該反應不發生(Entry 6)；當CH3CN為溶劑時，MMT/FeCl3用量為15 mmol%，反應能有效進行(Entry 7)；當CCl4為溶劑時，MMT/FeCl3用量為15 mmol%， 3a產率僅為50%(Entry 8)；當CHCl3為溶劑時，MMT/FeCl3用量為15 mmol%， 3a產率僅為57%(Entry 9)。基于上述實驗結果，確定最佳反應條件為：MMT/FeCl3的量為15 mmol%，價廉易得和易于處理的CH2Cl2為反應溶劑。

表1 反應條件優化a

a1a 0.25 mmol, 2a 0.83 mmol, refluxing for 2 h;bisolated yield。

Scheme 2

2.2 催化劑的循環使用性能

以1a和2a的反應為例，按1.2(2)過程操作，重復3次，考察催化劑循環使用次數對3a產率的影響，結果見表2。由表2可見，催化劑回收1次，2次和3次后，產率分別為95%， 92%和93%。說明該催化劑的催化效率基本穩定，具有一定的循環使用能力。

表2 催化劑回收次數對產率的影響a

a1a 0.25 mmol, 其余反應條件同1.2(2)。

以α-羰基二硫縮烯酮與二苯甲醇為原料，MMT/FeCl3為催化劑，CH2Cl2為溶劑，經回流反應高產率地合成了系列二硫縮烯酮3a～3v。以3a為例，研究了催化劑用量和溶劑對3a產率的影響。結果表明：在最優反應條件(1a 0.25 mmol， 2a 0.3 mmol， MMT/FeCl315 mmol%， CH2Cl22 mL，回流反應2 h)下，3a產率93%。 MMT/FeCl3循環使用3次，收率基本不變。

該研究結果實現了MMT/FeCl3(15 mmol%)催化的α-羰基二硫縮烯酮和二苯甲醇的Frideel-Crafts烷基化反應。該反應體系具有高效、節能、產率高等優點，該催化劑具有良好的循環利用能力，具有一定的應用前景。

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MMT/FeCl3-catalyzed Friedel-Crafts Alkylation ofα-Oxo Ketene Dithioacetals with Diphenylmethanols

WANG Jin-juan, YANG Zhi-xiang, WANG Wen-chen, CHEN Zhi-ming*

(Key Laboratory of Functional Materials Chemistry of Guizhou Province，School of Chemistry and Materials Science， Guizhou Normal University， Guiyang 550001, China)

Friedel-Crafts alkylation ofα-oxo ketene dithioacetals with diphenylmethanols catalyzed by MMT/FeCl3was developed. The reaction was efficiently performed in the presence of MMT/FeCl3(15 mmol%) at reflux for 2 h in CH2Cl2, affording twenty-two broaderα-oxo ketene dithioacetals(3a～3v) in excellent yields. Among them, 3b, 3d～3f, 3h～3r and 3t were new compounds. The structures were characterized by1H NMR and13C NMR. Reaction conditions on yield of 3a were screened. The results indicated that yield of 3a was 93% under the optimized conditions[1-(1,3-dithiolan-2-ylidene)-4-phenylbut-3-en-2-one(1a) 0.25 mmol, diphenylmethanol 0.3 mmol, MMT/FeCl315 mmol%, CH2Cl22 mL, reaction at reflux for 2 h]. The yield of 3a remain stable after MMT/FeCl3recycling for three times.

α-oxo ketene dithioacetal; diphenylmethanol; Friedel-Crafts alkylation; MMT/FeCl3; catalysis; synthesis

2016-12-28；

2017-05-22

國家自然科學基金資助項目(21362006)； 貴州省自然科學基金資助項目(黔科合J字[2009]2021)

王金娟(1988-)，女，漢族，甘肅隴南人，碩士研究生，主要從事有機合成研究。 E-mail： 1154514186@qq.com

陳治明，教授， E-mail： czm000219@163.com

O626; O621.3

A

10.15952/j.cnki.cjsc.1005-1511.2017.07.16331