一种α-酮酸化合物的合成方法

本发明属于有机合成领域，涉及一种以苯甲醛类化合物和二氧化碳为原料，通过电化学反应制备α-酮酸化合物的方法。

背景技术：

1、α-酮酸是一类同时含有α-羰基和羧酸官能团的有机化合物，具有独特的反应活性和衍生化性能，可作为医药、食品、化妆品及精细化工领域中的重要结构单元和合成中间体。例如，α-酮酸可进一步转化为α-氨基酸、α-羟基酸、杂环化合物及多种羧酸衍生物，因而在药物分子构建和功能化合物制备中具有重要应用价值。

2、现有α-酮酸化合物的制备方法主要包括氰化物水解、烯烃或酮的氧化以及直接羧化。上述方法虽然能够实现α-酮酸骨架的构建，但普遍存在一定局限。例如，氰化物水解法需要使用剧毒氰化物，安全风险较高；氧化法通常需要使用过量氧化剂或金属氧化剂，存在原子经济性较差、废弃物较多以及金属残留的问题；而目前直接羧化方法依赖预活化底物，原料制备步骤较长，整体合成效率有待提高。因此，开发以简单易得原料直接制备α-酮酸化合物的绿色合成方法仍具有重要意义。

3、二氧化碳（co2）来源丰富、廉价易得，是一种理想的c1合成子。利用co2参与有机合成反应，不仅有利于提高反应的原子经济性，也符合绿色化学和碳资源化利用的发展方向。然而，co2分子热力学稳定且反应活性较低，其与有机底物的高选择性偶联通常需要合适的活化方式。同时，醛类化合物在电化学还原条件下容易发生过度还原或偶联副反应，难以直接、高选择性地转化为α-酮酸产物。

4、因此，当前仍需要一种以co2为原料，在温和条件下直接制备α-酮酸化合物的方法。该方法应避免使用剧毒氰化物、预活化底物、化学计量氧化剂或还原剂，并具有操作简便、底物适用范围较广、反应选择性较好和环境友好的优点，以满足α-酮酸化合物绿色合成及应用开发的需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是：针对现有α-酮酸化合物合成方法中存在的问题，提供一种α-酮酸化合物的电化学合成方法。该方法以醛类化合物和二氧化碳为原料，在电化学反应条件下实现c–c键构建，从而直接制备α-酮酸化合物。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种α-酮酸化合物的合成方法，包括如下步骤：

4、在配备阳极和阴极的电化学反应装置中，将醛类化合物i、支持电解质ii、氧化还原介质iii、碱和有机溶剂混合，在二氧化碳气氛下进行电化学反应，使所述醛类化合物i与二氧化碳发生羧化反应，得到α-酮酸化合物iv；

5、

6、其中，所述醛类化合物i的结构通式为ar–cho，所述α-酮酸化合物iv的结构通式为ar–co–co2h；ar选自取代或未取代的芳基、杂芳基、稠环芳基、联芳基或含芳基的生物活性分子残基。

7、优选地，所述ar选自取代或未取代的苯基、联苯基、萘基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、苯并噻吩基、吲哚基以及含上述芳基或杂芳基结构的有机基团。

8、优选地，所述ar上的取代基选自卤素、c1–c8烷基、c1–c8烷氧基、c1–c8烷硫基、c1–c8烷胺基、氰基、酯基、三氟甲基、三氟甲氧基、硼酸酯基、砜基、烯基、炔基、芳基、杂芳基中的一种或多种；所述取代基可以位于ar上的一个或多个位置，多个取代基可以相同或不同。

9、优选地，所述支持电解质ii为四烷基铵盐。进一步优选地，所述支持电解质ii选自四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基氟化铵、四丁基六氟磷酸铵、四丁基四氟硼酸铵、四丁基醋酸铵、四乙基铵盐中的一种或多种。更优选地，所述支持电解质为四丁基碘化铵（tbai）。

10、优选地，所述氧化还原介质iii为2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（tempo）或其衍生物。进一步优选地，所述氧化还原介质iii选自tempo、4-羰基-tempo、4-羟基-tempo、4-氨基-tempo、4-乙酰氨基-tempo中的一种或多种。更优选地，所述氧化还原介质为tempo。

11、优选地，所述碱选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸铯、氢氧化钠、吡啶、三乙胺、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、叔丁醇钾、甲醇钠、乙醇钾中的一种或多种。更优选地，所述碱为磷酸二氢钾。

12、优选地，所述有机溶剂选自乙腈、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、1,2-二氯乙烷、

n,

n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、

n,

n-二甲基乙酰胺、乙二醇二甲醚中的一种或多种。更优选地，所述有机溶剂为经无水处理的

n,

n-二甲基甲酰胺（dmf）。

13、优选地，所述阳极为碳基电极。进一步优选地，所述阳极选自碳毡、石墨毡、碳棒、石墨棒、碳布、玻碳电极中的一种。更优选地，所述阳极为碳毡。

14、优选地，所述阴极选自锌、铜、钛、镍、铂、锡、不锈钢中的一种。更优选地，所述阴极为锌片。

15、优选地，所述电化学反应温度为0 ℃至50 ℃。更优选地，所述电化学反应温度为30 ℃。

16、优选地，所述电化学反应在未分隔电解池中恒定电流进行。

17、优选地，所述电化学反应结束后，通过酸碱萃取获得α-酮酸化合物iv。

18、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

19、（1）以醛类化合物和二氧化碳为原料直接制备α-酮酸，避免使用预活化底物，路线简洁；

20、（2）采用电化学方式，以电子作为清洁氧化还原试剂，无需外加化学计量氧化剂或还原剂，条件温和且符合绿色化学要求；

21、（3）二氧化碳来源丰富、廉价易得，具有良好的原子经济性和碳资源化利用价值，且底物适用范围广，具有较好的实用价值和应用前景。

1.一种α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述ar选自苯基、联苯基、萘基、吡啶基、呋喃基、噻吩基、苯并噻吩基、吲哚基以及含上述芳基或杂芳基结构的有机基团；所述ar任选被一个或多个取代基取代，多个取代基相同或不同，所述取代基选自卤素、c1–c8烷基、c1–c8烷氧基、c1–c8烷硫基、c1–c8烷胺基、氰基、酯基、三氟甲基、三氟甲氧基、硼酸酯基、砜基、烯基、炔基、芳基、杂芳基中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述支持电解质为四烷基铵盐，所述四烷基铵盐选自四丁基碘化铵、四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基氟化铵、四丁基六氟磷酸铵、四丁基四氟硼酸铵、四丁基醋酸铵和四乙基铵盐中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述氧化还原介质为2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基（tempo）或其衍生物，所述氧化还原介质选自tempo、4-羰基-tempo、4-羟基-tempo、4-氨基-tempo和4-乙酰胺基-tempo中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述碱选自磷酸二氢钾、磷酸氢二钾、磷酸钾、氢氧化钠、碳酸钠、碳酸钾、碳酸锂、碳酸铯、吡啶、三乙胺、1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一碳-7-烯、叔丁醇钾、甲醇钠和乙醇钾中的一种或多种。

6.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述有机溶剂选自乙腈、四氢呋喃、二氧六环、乙醚、二氯甲烷、乙酸乙酯、甲苯、1,2-二氯乙烷、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n,n-二甲基乙酰胺和乙二醇二甲醚中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述阳极为碳基电极，所述碳基电极选自碳毡、石墨毡、碳棒、石墨棒、碳布和玻碳电极中的一种。

8.根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述阴极选自锌、铜、钛、镍、铂、锡和不锈钢中的一种。

9. 根据权利要求1所述的α-酮酸化合物的合成方法，其特征在于，所述电化学反应的温度为0 ℃至50 ℃，反应在未分隔电解池中以恒电流条件下进行。