一种仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法

本发明属于但不限于有机合成，具体涉及一种通过仿生催化好氧氧化高效合成多类杂原子氧化产物的方法。

背景技术：

1、氧化反应在自然界中具有重要地位，也是有机合成中的关键转化步骤，随着绿色化学与可持续发展理念的不断深入，构建高效、环境友好的有机合成方法已成为化学领域的重要研究方向。传统的氧化方法严重依赖化学计量的强氧化剂（如过氧化氢、高锰酸钾、间氯过氧苯甲酸、高碘酸盐等）。这些方法虽然有效，但存在原子经济性差、产生有毒副产物、反应条件苛刻以及选择性难以精确控制等突出问题。近年来发展起来的光催化氧化和过渡金属催化氧化虽然在一定程度上实现了好氧氧化，但也存在成本高昂且可能存在金属残留等问题。黄素单加氧酶是一类广泛存在于生物体内的黄素依赖型氧化还原酶，可利用空气中的氧气，在温和的环境条件下高效地氧化各类叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类以及硫酚化合物，避免了化学氧化过程中强氧化剂导致的氧化副反应。但黄素单加氧酶高昂的生产成本、严苛的保存操作条件和局限的底物适用范围极大限制了其用于实际生产。因此，开发一类条件温和、试剂安全、操作简单、兼容各类底物、原子经济的、绿色高效的氧化新方法，为重要的叔膦氧化物、亚砜、酚类、氧化胂以及二硫化合物提供高效便捷的制备新策略具有重要意义。

技术实现思路

1、为克服上述技术缺陷，本发明提供一种通过模拟体内黄素单加氧酶催化的氧化过程，开发一种可直接利用绿色廉价的空气（或氧气）的、温和便捷、高效高选择性的仿生催化的好氧氧化新方法，用于制备各种杂原子氧化产物，旨在解决现有氧化过程中存在的催化剂成本高昂、需使用化学计量的强氧化剂、反应选择性差、操作复杂以及安全性和环境不友好等问题。

2、本发明方法，无需借助光催化以及强氧化剂等特殊条件即可实现氧气作为氧化剂的氧化反应，真正实现了对体内黄素依赖型氧化酶的模拟。

3、具体地，本发明提供了一种仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：在催化剂、还原剂、溶剂存在的空气或氧气条件下，对叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类以及硫酚等化合物进行氧化反应得到相应的氧化产物；

4、这里，所述催化剂为取代阿脲或取代阿脲的一水或多水合物；

5、所述还原剂为肼溶液、锌粉、对称结构的汉斯酯、抗坏血酸衍生物或含抗坏血酸的粗提物；可选地，所述还原剂的结构为：

6、；

7、所述的溶剂为乙腈、丙酮、n,n-二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲醇、乙醇、三氟乙醇、水、甲苯、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、二氯乙烷、四氯乙烷、乙酸乙酯中的一种或多种的混合物，优选为2-甲基四氢呋喃/水或乙醇/水混合溶剂混合溶剂。

8、在本发明所述的仿生催化好氧氧化方法中，所述的具有叔膦化合物式（i）所示的结构，得到式（ⅱ）所示的叔膦氧化物；所述的硫醚化合物具有式（ⅲ）所示的结构，得到式（ⅳ）所示的亚砜化合物；所述的三苯基胂化合物具有式（ⅴ）所示的结构，得到式（ⅵ）所示的结构；所述的芳基硼酸化合物具有式（ⅶ）所示的结构，得到式（ⅷ）所示的酚类化合物；所述的硫酚化合物具有式（ⅸ）所示的结构，得到式（ⅹ）所示的二硫化合物：

9、；

10、；

11、；

12、；

13、；

14、所述阿脲催化剂的分子结构为：

15、；

16、其中：r¹、r²、r³、r4、r5表示与s原子或p原子相连的取代基

17、在式（i）、式（ⅱ）、式（ⅲ）、式（ⅳ）以及所述阿脲催化剂中，r¹、r²、r³、r4、r5、r6、r7各自独立地选自以下基团：氢、c1~c10烷基、取代或未取代的芳基、c1~c10烷氧基、c1~c10烷基取代的硫基、卤素、c1~c5酯基、羰基、酰氨基、羟基、硝基、羧基；其中，r¹、r²、r³、r4、r5、r6、r7可以相同，也可以不同。

18、在本发明所述的仿生催化好氧氧化方法中，反应温度为0～70℃，优选为25～30℃（室温）。

19、在本发明所述的仿生催化好氧氧化方法中，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物以及硫酚化合物与阿脲催化剂的摩尔比为1:0.01～1，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物优选为1:0.1；硫酚化合物优选为1:0.05。

20、在本发明所述的仿生催化好氧氧化方法中，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物以及硫酚化合物与还原剂的摩尔比为1:0.5～50，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物优选为1:2；硫酚化合物优选为1:1。

21、在本发明所述的仿生催化好氧氧化氧化方法中，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类和硫酚化合物的浓度为0.01～1.0 m，叔膦化合物、硼酸、胂类化合物优选为0.1 m；硫醚化合物优选为0.2 m；硫酚化合物优选为0.4 m。

22、在本发明所述的仿生催化好氧氧化方法中，反应时间为0.1～72小时，叔膦化合物、硼酸、胂类化合物氧化时间优选为6-10 h；硫醚化合物以及硫酚化合物氧化时间优选为12 h。

23、本发明在温和的室温条件下，在简单易得的催化剂和还原剂存在时，实现了空气（或氧气）体系下对各类杂原子的高效的氧化反应，以高效、高选择性、低成本且环境友好制备了多种重要的叔膦氧化物、亚砜、酚类、氧化胂以及二硫化合物，且官能团兼容性良好。本发明的方法用廉价绿色的空气中的氧气作为氧化剂，试剂绿色廉价，不需要使用昂贵金属催化剂和强氧化剂；且反应溶剂均为绿色溶剂，对环境友好；反应具备条件温和、操作简单、易于放大的优点，原料和设备要求低，适合大规模工业生产，能够兼容未纯化的初级原料；因此具备实际应用的前景。

24、当以4-氯茴香硫醚作为底物，在室温条件（28℃）下进行氧化反应时，本发明采用的阿脲仿生催化的好氧氧化氧化方法能够以99%的收率专一性地生成亚砜的单一目标产物，展现出优异的化学选择性，此外，反应后处理简单，只需要简单的萃取操作就能得到亚砜产物。相比之下，其他文献报道的硫醚氧化方法收率低于本方法，且可能有砜副产物生成，增加了分离纯化难度。

25、本发明的目的和其他优点，将通过权利要求书和说明书中所明确指出的结构特征予以实现。其他特征和优点将在说明书后续部分，特别是在实施例的描述中得以详细阐述。

1.一种仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：在催化剂、还原剂、溶剂存在的空气或氧气条件下，对叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类以及硫酚化合物进行氧化反应得到相应的氧化产物；

2.如权利要求1所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其中所述的具有叔膦化合物式（i）所示的结构，得到式（ⅱ）所示的叔膦氧化物；所述的硫醚化合物具有式（ⅲ）所示的结构，得到式（ⅳ）所示的亚砜化合物；所述的三苯基胂化合物具有式（ⅴ）所示的结构，得到式（ⅵ）所示的结构；所述的芳基硼酸化合物具有式（ⅶ）所示的结构，得到式（ⅷ）所示的酚类化合物；所述的硫酚化合物具有式（ⅸ）所示的结构，得到式（ⅹ）所示的二硫化合物：

3.如权利要求1或2所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：所述氧化反应的反应温度为0～70℃，优选为25～30℃（室温）。

4.如权利要求1或2所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物以及硫酚化合物与阿脲催化剂的摩尔比为1:0.01～1，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物优选为1:0.1；硫酚化合物优选为1:0.05。

5.如权利要求1或2所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物以及硫酚化合物与还原剂的摩尔比为1:0.5～50，叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类化合物优选为1:2；硫酚化合物优选为1:1。

6. 如权利要求1或2所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：叔膦化合物、硫醚、硼酸、胂类和硫酚化合物的浓度为0.01～1.0 m，叔膦化合物、硼酸、胂类化合物优选为0.1 m；硫醚化合物优选为0.2 m；硫酚化合物优选为0.4 m。

7. 如权利要求1或2所述的仿生催化好氧氧化杂原子化合物的方法，其特征在于：叔膦化合物、硼酸、胂类化合物氧化时间优选为6-10 h；硫醚化合物以及硫酚化合物氧化时间优选为12 h。