1-Boc-3-氮杂环丁酮的合成与应用

简介

环丁酮类化合物作为电子受体，可以通过给体-受体-给体（D-A-D）等结构来构建生色团化合物。其中1-Boc-3-氮杂环丁酮是一种特殊的环丁酮衍生物，在1959年被Cohen等首次报道，其吸电子性较强。因此对含环丁酮的生色团进行合理的设计可以得到优异的光学性质，并有望应用于多种领域，具有极大的研究前景和重要意义[1]。

合成

图1 1-Boc-3-氮杂环丁酮的合成路线[2]。

方法一：将三乙胺（2.47mL）加入3-羟基氮杂环丁烷-1-羧酸叔丁酯（0.5g，2.9mmol）的DMSO（5mL）溶液中。向该混合物中滴加吡啶三氧化硫（1.8g，11.3mmol）在二甲基亚砜（6.5mL）中的溶液，并将混合物在室温下搅拌1.5小时。将混合物倒入冰水中，用乙酸乙酯（3×50mL）萃取，合并有机物，用硫酸钠干燥，过滤并浓缩。产生白色固体1-Boc-3-氮杂环丁酮（500 mg，100%）。1H NMR（300 MHz，CDCl3）：δ4.68（s，4H），1.48（s、9H）。合成路线如图1所示。

方法二：向1-Boc-3-（羟基）氮杂环丁烷（5.1克，29.4毫摩尔）和NMO（11克，93.9毫摩尔，3.2当量）在无水乙腈（200毫升）中的冰冷溶液中加入4A MS（烘箱干燥，10克）

然后加入过钌酸四丙基铵（0.9克，2.55毫摩尔，9摩尔%）在无水乙腈（20毫升）中的溶液。将黑色反应混合物在0°C下搅拌2小时。将其加热至室温。在室温下搅拌过夜。在减压下部分浓缩。通过硅藻土垫过滤去除固体。用EtOAc（3 x 50 mL）冲洗。将合并的滤液用Et2O（100 mL）和EtOAc（100 mL）稀释。用水（5 x 60 mL）、10%柠檬酸水溶液（2 x 50 mL）和盐水（40 mL）洗涤有机层。用Na2SO4干燥。滤器蒸发从热己烷中结晶形成无色晶体1-Boc-3-氮杂环丁酮。合成路线如图1所示。

方法三：将醇（1.00 mmol）、亚硝酸钠（0.10 mmol）和9-氮杂-双环[3.3.1]壬烷N-氧基（ABNO）（0.05 mmol）加入装有搅拌棒的150 mm试管中。向试管中加入1 mL乙酸。用纯氧吹扫试管，并在试管末端连接一个装有氧气的气球。迅速搅拌反应混合物，并通过TLC进行监测，直到没有原料残留。按照一般程序进行氧化。在指定时间后，用乙醚（25mL）稀释反应溶液。用饱和碳酸钠溶液（50 mL）和水（50 mL）洗涤。用乙醚（25mL）萃取水相。用硫酸钠干燥合并的有机层，并过滤干燥溶剂。在减压下去除所有挥发物得到标题化合物1-Boc-3-氮杂环丁酮。合成路线如图1所示。

应用

1-Boc-3-氮杂环丁酮有着优异的结构稳定性、特殊的芳香性及高反应活性等优点，近年来越来越多地被应用于生色团的构建中。含环丁酮的生色团经化学修饰后，其具有较高的荧光量子产率和摩尔消光系数、更长的吸收和发射波长[1]。

参考文献

[1] 林漪. 含环丁酮的生色团的设计、合成及应用[D].华南理工大学,2020.DOI:10.27151/d.cnki.ghnlu.2020.000072.

[2] Lauber, Markus B.; et al. Efficient Aerobic Oxidation of Secondary Alcohols at Ambient Temperature with an ABNO/NOx Catalyst System. ACS Catalysis (2013), 3(11), 2612-2616.