一種在水相中催化製備醯胺及其衍生物的方法
2023-05-01 04:46:46
專利名稱：一種在水相中催化製備醯胺及其衍生物的方法
技術領域：
本發明涉及一種在純水相中通過配位化合物催化腈醯胺化製備醯胺及其衍生物 的方法。
背景技術：
醯胺不僅有很重要的工業應用價值，如廣泛應用於工程塑料、清潔劑、潤滑劑的 生產；而且還是重要的有機合成中間體，應用於藥物的合成和生產。醯胺及其衍生物的 合成方法一直是研究的熱點(參見(a)C.E. Mabermann in Encyclopedia ofChemical Technology, Vol. 1 (Ed. :J.I.Kroschwitz) ， Wiley, New York,1991, p. 251-266 ； (b) D. Lipp in Encyclopedia of ChemicalTechnology, Vol. 1(Ed. :J. I. Kroschwitz), Wiley, New York,1991, p. 266-287 ； (c)R. Opsahl inEncyclopedia of Chemical Technology, Vol. 2 (Ed. J. I. Kroschwitz)，Wiley, New York, 1991，p. 346-356.)。傳統的合成醯胺的 方法有羧酸與胺(氨)的縮合醯化反應、胺(氨)與醯滷的醯化反應、胺(氨)與酸酐 的醯化反應、酯胺(氨)交換反應、氰基轉化為醯胺等合成方法，其中腈的醯胺化反應是 應用最廣泛的一種製備醯胺的方法(參見(a)K. Ingvosersen，J.Kamphuis in Enzyme Catalysis in Organic Synthesis, Vol. 1(Eds. :K. Drauz, H. ffaldmann), VCH, ffeinheim, 1995，p. 365-392 ； (b) P. K. Mascharak, Coord. Chem. Rev. 2002，225，201.)。腈的醯胺化反應可分為腈的水解和腈的氧化反應兩類。傳統的腈的水解反應 通常在強酸或強鹼的作用下實現腈的水解反應，反應中使用大量的強酸或強鹼會對環境 造成汙染，同時此類反應往往需要較高的反應溫度，而且容易生成羧酸類副產物。腈的 氧化醯胺化反應，通常在鹼性條件下，以H2O2為氧源實現腈氧化為醯胺的反應，此類方法 具有產物選擇性高，以及使用綠色氧源H2O2等優點，但具有反應收率較低，需要高濃度的 H2O2 等缺點(參見(a)Radiszewski, Ber, 18(1885)355 ； (b)C. R. Noller, Org. Syn. Coll.， Vol. 2 (1943) 586 ； (c) J. Ε. Mcisaac, Jr. R. Ε. Ball, and Ε. J. Behrman，J. Org. Chem. ,Vol. 36, No. 20，1971.)。近年來過渡金屬配合物催化反應成為研究熱點。在過渡金屬配合物催化腈的水解 醯胺化反應中，金屬配合物能有效地將產物控制在醯胺階段，避免醯胺的進一步水解。此 類方法得到充分的發展(參見(a)R. D. Gillard, G. Wilkinson, J. Chem. Soc. 1964,2835 ； (b) V. K. Kukushkin, A. J. L. Pombeiro, Chem. Rev. 2002，102，1771 ； (c) J. H. Kim, J. Britten, J. Chin, J. Am. Chem. Soc. 1993,115, 3618 ； (d) R. Breslow, R. Fairweather, J. Keana, J. Am. Chem. Soc. 1967，89，2135 ； (e)K. L. Breno, M. D. Pluth, D. R. Tyler, Organometallics 2003， 22，1203 ； (f) Τ. Ghaffar, Α. W. Parkins, J. Mol. Catal. A 2000，160，249.)。水在地球上分 布廣泛，是一種既廉價又安全的溶劑。以純水作為溶劑的反應具有以下優點產物的選擇性 高、產率高、反應的後處理簡單、易分離純化。在純水相中，以CuI/NH3 · H2O為催化劑，催化 腈類化合物水解合成醯胺及其衍生物的方法至今未見報導。本專利中，設計了一種綠色環保的水相反應體系。該催化體系以CuI/NH3 · H2O為催化劑，可以在純水相中高效地實現腈類化合物水解合成醯胺及其衍生物。該體系具有催 化劑製備簡單、產物和催化劑易於分離的優點。這是一種廉價的、綠色環保的、安全的、操作 簡單的、產率較高的合成醯胺及其衍生物的方法。
發明內容
本發明的目的是設計了一個純水相反應體系，用於合成醯胺及其衍生物。與現有 技術中所述方法相比，此體系最大特點是不使用貴金屬、綠色環保、反應條件溫和、安全價 廉，操作簡單，產率高，能適合各種官能團。本發明的技術方案如下所述目的是在水相中以CUI/NH3 · H2O催化腈類化合物水解合成醯胺及其衍生物，
反應式如下 所述的催化劑是一種水溶性金屬銅的配合物。室溫下，在適量水中，加入CuI固 體，然後滴加適量的CUI/NH3 · H2O,攪拌15分鐘，得淡藍色溶液，即可用作催化劑。根據本發明，⑴和(II)分別為反應底物腈類化合物和水。其中(I)可為脂肪族腈，也可為非取代或帶有氯、溴、硝基、甲氧基、甲基、乙醯基 團的芳香族腈，取代基可位於鄰、間和對位，優選於間位和對位。所使用的氨水為商業可得的25% -28%的氨水。在本發明的優選方案中，基於1摩爾腈類化合物(I)為標準，作為反應底物和溶劑 的水的用量可在較寬的範圍內變化，反應底物腈類化合物(I)的濃度優選為0. 1至lmol/L， 更優選為0. 2至0. 4mol/L。在本發明的優選方案中，基於1摩爾腈類化合物⑴為標準，催化劑CuI的使用量 為0. 001摩爾至0. 5摩爾，優選0. 01摩爾至0. 25摩爾。在本發明的優選方案中，基於1摩爾腈類化合物⑴為標準，催化劑CuI/NH3 · H2O 的使用量為0. 002摩爾至1摩爾，優選0. 02摩爾至0. 5摩爾。在本發明的優選方案中，反應溫度為20°C至160°C，優選60°C至150°C，且更優選 80 0C M 140 0C ο反應時間為1-30小時，優選15-24小時。 四
圖1 化合物苯甲醯胺的製備1HNMR圖2 化合物苯甲醯胺的製備13CNMRR-CN(I)五具體實施例方式實施例1 苯甲醯胺的製備在反應容器中加入碘化亞銅0. 05mmol(9. 5mg)，25% -28 %含量的氨水6. 8mg，水 2mL，室溫下攪拌15分鐘，然後加入苯甲腈0. 5mmol (51. 6mg)，在100°C油浴中反應21小時， 冷卻至室溫，反應混和物用乙酸乙酯萃取，有機層減壓濃縮，經柱層析純化，得白色固體產 品，產率 97%。1H NMR(400MHz, CDCl3) 7. 85(d，2H，J = 7. 2Hz)，7. 55 (t, 1H, J = 7. 3Hz)， 7. 46(m，2H)，6· 33 (br. s,2H)ppm.(如圖 1)13C NMR(1 OOMHz, CDCl3) δ 169. 7，133. 4，132. 0， 128. 6,127. 4ppm.(如圖 2)MS(ΕΙ，m/z) 121 [M+].實施例2 對硝基苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入對硝基苯甲腈0. 5mmol (74. Omg)，得淺黃色固體 產品，產率 51 %。1H NMR (400MHz，DMS0-d6) δ 8. 39-8. 23 (m, 3H)，8. 09 (d, 2H, J = 8. 8Hz)， 7. 75 (br. s, lH)ppm. 13C NMR(100MHz, DMS0_d6) δ 166. 4，149. 3，140. 2，129. 1,123. 7ppm. MS (EI, m/z) 166 [M+].實施例3 對溴苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入對溴苯甲腈0.5mmOl(91.0mg)，得白色固體產 品，產率 87 V0o 1H NMR (400MHz, DMS0_d6) δ 8. 01 (br. s，1H)，7. 78 (d, 2H, J = 8. 5Hz)， 7. 64(d,2H, J = 8. 5Hz), 7. 42 (br. s, lH)ppm. 13C 匪R(100MHz，DMS0_d6) δ 166. 5,133. 0, 130. 8，129. 2，124. 6ppm. MS (EI, m/z) 200 [M+] ·實施例4 對氯苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入對氯苯甲腈0.5mmol(68.8mg)，得白色固體產 品，產率 85 %。1HNMR (400MHz，DMS0-d6) δ 8. 01 (br. s，1H)，7. 86 (d, 2H, J = 8. 5Hz)，7. 49 (d, 2H, J = 8. 5Hz) ,7. 42 (br. s, lH)ppm. 13C NMR(1 OOMHz，DMS0_d6) δ 165. 9,135. 2,132. 1, 128. 5，127. 4ppm. MS (EI，m/z) : 156 [M+] ·實施例5 鄰甲基苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入鄰甲基苯甲腈0. 6mmo 1 (70. 3mg)，得白色固 體產品，產率 85 %。1H NMR (400MHz，DMS0-d6) δ 7. 66 (br. s，1H)，7. 37-7. 22 (m，3H)， 7. 22-7. 12(m，2H)，2· 34(s，3H)ppm. 13C NMR(1 OOMHz, DMS0_d6) δ 172. 1,138. 2，136. 2， 130. 1,126. 7,126. 0,19. 3ppm. MS (EI, m/z) :136[M+]實施例6 間甲基苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入間甲基苯甲腈0. 6mmol (70. 3mg)，得白色固體 產品，產率 89 %。1H NMR (400MHz，DMS0-d6) δ 7. 89 (br. s，1H)，7. 72 (s，1H)，7. 64 (m，1H)， 7. 31 (m，3H)，2. 33(s，3H)ppm. 13C NMR(1 OOMHz, DMS0_d6) δ 169. 2，138. 2，135. 1,132. 5， 128. 8，125. 2,21. 7ppm. MS (EI, m/z) 136 [M+].實施例7 對甲基苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入對甲基苯甲腈0. 6mmol (70. 3mg)，得白色固體 產品，產率 90 %。1H NMR (400MHz, DMS0_d6) δ 7. 83 (br. s，1H)，7. 75 (d, 2H, J = 8. OHz)， 7. 21 (m，3H)，2· 30(s，3H)ppm. 13C NMR(1 OOMHz, DMS0_d6) δ 168. 2，142. 5，132. 3，129. 1， 126. 4, 20. 3ppm. MS (EI，m/z) : 136 [M+] ·
實施例8 對甲氧基苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入對甲氧基苯甲腈0. 6mmol (80. Omg)，得白色固體 產品，產率 71%。1H WR(400MHz，DMS0-d6) δ 7. 92-7. 79 (m，3H)，7. 23 (br. s，1H)，6. 89 (d， 2H, J = 8. 2Hz)，3· 82(s,3H)ppm. 13C NMR(1 OOMHz, DMS0_d6) δ 167. 7，161. 0，130. 0，125. 9， 113. 6,55. 7ppm. MS (EI，m/z) : 152 [M+] ·實施例9 間乙醯苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入間乙醯苯甲腈0. 6mmol (87. Img)，得白色固體 產品，產率 83%。1H NMR(400MHz，DMS0-d6) δ 8. 44 (s, 1H), 8. 18 (br. s, 1H), 8. 12 (d, 1H, J =7. 8Hz)，8. 09 (d, 1H, J = 7. 8Hz)，7. 62 (t, 1H, J = 7. 8Hz)，7. 53 (br. s，1H)，2. 63 (s, 3H) ppm. 13CNMR(1 OOMHz，DMS0-d6) δ 197. 6，167. 1，136. 8，134. 7，132. 0，130. 7，128. 8，127. 2， 26. 9ppm. MS (EI, m/z) : 145 [M+].實施例10 吡啶-3-甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入3-腈基吡啶0.6mmol(62.5mg)，得白色固體 產品，產率 90%。1H WR(400MHz，DMS0-d6) δ 8. 98 (br. s, 1H), 8. 68 (d, 1H, J = 3. 8Hz), 8. 17 (td, 1H, J = 7. 9Hz, J=L 8Hz)，8. 13 (br. s，1H)，7. 54 (br. s，1H)，7. 45 (dd, 1H, J = 7. 9Hz, J = 4. 8Hz) ppm. 13C NMR (1 OOMHz, DMS0_d6) δ 166. 7，151. 8，149. 0，135. 3，129. 9， 123. 7ppm. MS (EI, m/z) 123 [M+].實施例11 3-苯丙烯醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入3-苯丙烯腈0. 6mmol (77. 5mg)，得白色固體產 品，產率 80%。1H 匪R(400MHz，DMS0-d6) δ 7. 63-7. 46 (m，3H)，7. 44-7. 31 (m，4H)，7. 08 (br. s, 1H)，6· 63 (d, 1H, J= 15. 9Hz) ppm. 13C 匪R(100MHz，CDCl3) δ 166. 9，139. 5，134. 7，129. 3， 129. 0，127. 7，121. 9ppm. MS (EI, m/z) :148[M+]·實施例12 2-苯基乙醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入苯乙腈0. 6mmol (70. 3mg)，得白色固體產品，產 率 88%。1H NMR (300MHz, CDCl3) δ 3. 57 (s，2H)，5. 41-5. 46 (2H，2Xbrs)，7. 24-7. 47 (5H) ppm. 13C NMR(75MHz, CDCl3) δ 42. 3,126. 4,128. 0,128. 4,133. 9,172. 7ppm. MS (EI, m/z) 136 [M+].實施例13 3-苯基丙醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入3-苯丙腈0. 6mmol (78. 7mg)，得白色固體產品， 產率 85%。1H WR(400MHz，DMS0-d6) δ 7. 29-7. 13 (m, 6H), 6. 77 (br. s, 1H), 2. 82 (t, 2H, J =7. 8Hz)，2· 36(t，2H，J = 7. 8Hz) ppm. 13C NMR (1 OOMHz, DMS0_d6) δ 173. 6，141. 4，128. 5， 126. 0,36. 9,31. 2ppm. MS (EI, m/z) 150 [M+].實施例14 辛醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入正辛腈0.6mmol(75. Img)，得白色固體產品，產 率 76%。1H 匪R(400MHz，DMS0-d6) δ 7. 21 (br, 1H), 6. 67 (br, 1H), 2. 03 (t, 2H, J = 7. 5Hz)， 1. 45 (m, 2H)，1. 27(br,8H) ,0. 86(t，3H，J = 6. 6Hz) ppm. 13C NMR (1 OOMHz, DMS0_d6) δ 174. 6， 35. 2,31. 4,28. 7,28. 5,25. 4,21. 7，13. 6ppm. MS (EI, m/z) :144[M+]·實施例15 丙烯醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入丙烯腈l.Ommol (53. Img)，得白色固體產品，產率 79%。1H NMR(400MHz, D2O) δ 6. 25 (m, 2H), 5. 88 (dd, 1H, J = 9. 6,1. OHz), 5. 56 (br s, 2H)ppm. 13CWR (IOOMHz，D2O) δ 170. 9,129. 6,128. 5ppm. MS (EI, m/z) :72[M+]·實施例16 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是反應時間為24小時，得白色固體產品，產率75%。實施例17 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是反應時間為15小時，得白色固體產品，產率68%。實施例18 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是反應時間為12小時，得白色固體產品，產率60%。實施例19 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是反應時間為6小時，得白色固體產品，產率53%。實施例20 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入碘化亞銅0. 025mmol (4. 8mg)，25% -28%含量氨 水3. lmg，得白色固體產品，產率49%。實施例21 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是加入碘化亞銅0. Olmmol (1.9mg)，25% -28%含量氨 水1.2mg，得白色固體產品，產率10%。實施例22 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是在140C油浴中反應，得白色固體產品，產率82%。實施例23 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是在80C油浴中反應，得白色固體產品，產率53%。實施例24 苯甲醯胺的製備製備的方法同實施例1，只是在60C油浴中反應，得白色固體產品，產率22%。
權利要求
權利要求純水相中水溶性配位化合物催化腈類化合物醯胺化反應製備醯胺及其衍生物的方法，如化學反應式(I)，其合成具體步驟為在反應容器中加入催化量水溶性配位化合物，腈，水，在油浴中加熱反應後，冷卻至室溫，用乙酸乙酯萃取出產物，減壓濃縮，產品經過柱層析純化，其中腈可為脂肪族腈，也可為非取代或帶有氯、溴、硝基、甲氧基、甲基、乙醯基團的芳香族腈，取代基可位於鄰、間和對位。FSA00000189024500011.tif
2.權利要求1中所述的方法，其特徵在於具體步驟中催化劑是CuI溶解於氨水中生成 的金屬配合物。
3.權利要求2中所述的方法，其特徵在於催化劑的製備過程中CuI用量為反應底物腈 類化合物的5% -10%。
4.權利要求2中所述的方法，其特徵在於催化劑的製備過程中氨水用量為反應底物腈 類化合物的10% -20%。
5.權利要求1中所述的方法，其特徵在於具體步驟中底物腈類化合物的濃度為 0.2-0. 4mol/L。
6.權利要求1中所述的方法，其特徵在於具體步驟中反應溫度為80-140°C。
7.權利要求1中所述的方法，其特徵在於具體步驟中時間為15-24小時。
全文摘要
本發明公開了一種在純水相中催化腈醯胺化反應製備醯胺及其衍生物的方法。以一種水溶性配位化合物作為催化劑，在純水相中高效催化腈醯胺化反應製備醯胺衍生物，發明了一種環境友好、操作簡便、安全便宜、高效的製備醯胺衍生物的新型方法。與現有技術相比，此方法不僅能夠適用於大量的官能團，而且有操作簡單、產率高，易於分離和提純、安全廉價、汙染小的優點。
文檔編號C07C235/46GK101891643SQ201010226170
公開日2010年11月24日 申請日期2010年7月14日 優先權日2010年7月14日
發明者周向葛, 李正凱, 王利霞 申請人:四川大學