可见光促进无金属条件下合成三氟甲基化2,4-喹啉二酮类化合物1

可见光促进无金属条件下合成三氟甲基化 2,4-喹啉二酮类化合物 1

崔海涛，黄俊

（南宁师范大学，化学与材料学院，广西 南宁 530100）

摘 要：2,4-喹啉二酮是广泛存在于天然产物、药物分子中的杂环骨架。本文基于可见光促进氰基参与的自由基串联环化反应，发展了一种无金属条件下合成三氟甲基化2,4-喹啉二酮类化合物的新方法。

关键词：2,4-喹啉二酮；可见光促进；三氟甲基；氰基

中图分类号：O621.3 文献标志码：A

Visible-Light Promoted Synthesis of Trifluoromethylated Quinoline-2,4(1H,3H)-diones under Metal-Free Conditions

Hai-Tao Cui, Jun Huang

(College of Chemistry and Materials, Nanning Normal University, Guangxi Nanning 530100, China)

Abstract: Quinoline-2,4-diones are widely found in natural products and pharmaceuticals. Based on visible-light promoted radical cyclization cascade reactions involving cyano group, a new strategy has been developed to synthesize trifluoromethylated quinoline-2,4(1H,3H)-diones under metal-free conditions

Key words: quinoline-2,4-diones; visible-light promoted; trifluoromethyl; cyano group

2,4-喹啉二酮作为一类重要的含氮杂环骨架，广泛存在于天然产物和药物分子当中^[1]。鉴于其重要性，发展该类化合物的合成方法，一直是有机合成化学领域的重要研究课题^[2]。近年来，基于氰基参与的自由基串联环化策略为2,4-喹啉二酮类化合物的构筑提供了简单高效的方法，备受有机合成工作者的青睐^[3]。本文基于条件温和的可见光促进催化体系，以三氟甲基亚磺酸钠和N-邻氰基芳基丙烯酰胺类化合物为原料，发展了一种无金属条件下合成三氟甲基化2,4-喹啉二酮类化合物的新方法。该方法以空气中的氧气作为氧化剂，无需额外添加其它强氧化剂。

1 实验部分

1. 1. 仪器与试剂

Brucker AVANCE-Ⅲ (300 M)核磁共振波谱仪。实验过程中所使用的试剂均为商业购买的分析纯试剂。

1. 2. 实验方法

1.2.1 反应原料N-邻氰基芳基丙烯酰胺类化合物的合成

反应中用到的原料N-邻氰基芳基丙烯酰胺类化合物通过文献报道的方法进行合成^[4]。

1.2.2 三氟甲基化2,4-喹啉二酮类化合物的合成

向10 mL试管中依次加入N-邻氰基芳基丙烯酰胺类化合物（0.2 mmol）、三氟甲基亚磺酸钠（0.6 mmol），RB（5 mol%）和乙腈（2 mL）。然后，室温、空气氛条件下将反应置于蓝光LED灯照射下搅拌反应24小时，利用TLC监测反应完全后，直接用旋转蒸发仪浓缩，随后利用硅胶柱层析分离（乙酸乙酯-石油醚体系），继而得到目标产物。

2 结果与讨论

2.1 反应条件的筛选

选用N-甲基-N-(2-氰基苯基)-2-甲基丙烯酰胺（1a）和三氟代甲烷亚磺酸钠（2）为模板底物开展研究工作。通过换用不同的溶剂和光敏剂等条件，确定了反应的最优条件为：以5 mol% RB（孟加拉玫瑰红）作光敏剂、MeCN为溶剂，在5 W蓝色LED灯照射、空气氛下室温反应24小时。

表1 反应条件的优化

Table 1 Optimization of the reaction conditions

2.2 底物拓展

获得最优条件后，我们选用N-甲基-N-(2-氰基-3-氯苯基)-2-甲基丙烯酰胺和N-甲基-N-(2-氰基-3-溴苯基)-2-甲基丙烯酰胺，对反应的底物适用性进行了考察，并顺利地得到了相应的目标产物3b和3c。

表2 底物适用性考察

Table 2 Scope of substrates

2.3 产物的表征数据

1,3-二甲基-3-(2,2,2-三氟乙基) -2,4-喹啉二酮（3a）^[5]: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 8.08 (d, J = 7.7 Hz, 1H), 7.67 (t, J = 7.6 Hz, 1H), 7.22 (t, J = 10.1 Hz, 2H), 3.50 (s, 3H), 3.07 (q, J = 10.1 Hz, 2H), 1.50 (s, 3H); ¹⁹F NMR (282 MHz, CDCl₃) δ -60.64 (s).

5-氯-1,3-二甲基-3-(2,2,2-三氟乙基) -2,4-喹啉二酮（3b）^[5]: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 7.50 (t, J = 8.2 Hz, 1H), 7.24 (dd, J = 11.6, 3.6 Hz, 1H), 7.14 (d, J = 8.4 Hz, 1H), 3.48 (s, 3H), 3.09 – 2.93 (m, 2H), 1.49 (s, 3H); ¹⁹F NMR (282 MHz, CDCl₃) δ -59.17 (s).

5-溴-1,3-二甲基-3-(2,2,2-三氟乙基) -2,4-喹啉二酮（3c）^[5]: ¹H NMR (300 MHz, CDCl₃) δ 7.49 (d, J = 7.9 Hz, 1H), 7.41 (t, J = 8.1 Hz, 1H), 7.19 (d, J = 8.2 Hz, 1H), 3.48 (s, 3H), 3.02 (q, J = 10.3 Hz, 2H), 1.50 (s, 3H); ¹⁹F NMR (282 MHz, CDCl₃) δ -59.09 (s).

3 结论

本文基于可见光促进的氧化还原催化体系，发展了一种操作简便、条件温和的新方法用于合成三氟甲基化2,4-喹啉二酮类化合物。该方法无需添加过渡金属，使用空气中的氧气作为温和的氧化剂，符合绿色合成理念。

参考文献

[1] (a) J. L. McCormick, T. C. McKee, J. H. Cardellina and M. R. Boyd, J. Nat. Prod., 1996, 59, 469-471; (b) S. Han, F.-F. Zhang, H.-Y. Qian, L.-L. Chen, J.-B. Pu, X. Xie and J.-Z. Chen, J. Med. Chem., 2015, 58, 5751-5769.

[2] S. A. Antolak, Z.-K. Yao, G. M. Richoux, C. Slebodnick and P. R. Carlier, Org. Lett., 2014, 16, 5204.

[3] C. Zhang, W.-J. Xia, T.-G. Fan, X.-L. Ding and Y.-M. Li, Tetrahedron, 2022, 103, 132547.

[4] Y.-M. Li, S.-S. Wang, F. Yu, Y. Shen and K.-J. Chang, Org. Biomol. Chem., 2015,13, 5376-5380.

[5] H. Fu, S.-S. Wang and Y.-M. Li, Adv. Synth. Catal., 2016, 358, 3616-3626.

1 基金项目：广西自然科学基金青年科学基金项目（2018GXNSFBA281139），广西科技基地和人才专项项目青年创新人才科研专项（桂科AD20159047）

通讯作者：黄俊（1988-），男，讲师，硕士生导师