一种制备异腈类化合物的方法与流程

[0001]
本发明涉及一种制备异腈类化合物的方法，属于有机合成领域。


背景技术：

[0002]
作为腈基(-cn)的同分异构体，异腈(-nc)兼具亲电与亲核性，特殊的金属络合能力及在温和的条件下聚合的特性而在有机合成，有机金属制备及聚合物构筑方面得到了广泛的的应用。发展廉价易得的商业原料合成复杂分子，一直以来都是有机化学重要研究方向。基于异腈这些性质，自从发现ugi反应和相关的基于异腈的多组分反应以来，异腈的合成一直得到了全世界化学家们长期的兴趣。
[0003]
目前已经报道了一些异腈类化合物的合成方法。其中目前最主要的方法是利用甲酰胺的脱水反应来制备异腈。这类方法需要预先合成和分离甲酰胺(很多方法需要多步反应才能得到二级甲酰胺)，脱水时需要过量的毒性较大的脱水剂(如光气、氯化磷、磺酰氯等)，反应后体系较为混杂，产物难以分离提纯。所以这类方法的原子经济性较低，不方便、不安全、操作麻烦。另一类合成异腈的方法是hofmann类型的一级胺和氯仿在强碱如naoh和相转移催化剂的促进下，制备异腈。这类方法由于强碱性的条件，底物官能团兼容性差，因而制备的异腈种类较为狭窄，且副反应较多，效率不高。因此，迫切需要发展高效，安全和方便的异氰合成方法。


技术实现要素：

[0004]
本发明提供一种高效和选择性地制备异腈类化合物及其衍生物的方法，该制备方法是一步过程，成本低、产率高、工艺简单。考虑到异腈广泛和巨大的市场价值，本发明方法有广阔的实际应用和市场空间，为制备各种聚合高分子材料提供了基础。
[0005]
本发明利用特定二氟甲基源作为二氟卡宾前体，在反应过程中原位生成二氟卡宾，然后与一级胺反应，一步绿色安全地制备异腈。所得异腈产物可以利用普通色谱技术分离得到。
[0006]
按照本发明提供的技术方案，所述制备异腈类化合物的方法为，是在碱的作用下，利用式(i)所示的二氟甲基源与伯胺反应得到式(iii)所示的异腈类化合物；
[0007]
其中，r
’
选自氯、溴、碘；m选自钠、钾；
[0008]
r-n≡c
[0009]
iii，其中，r选自c
1-c8烷基、卤代c
1-c8烷基、烷氧基代c
1-c8烷基、c
3-c8环烷基、未取代或者有取代基取代的芳基、未取代或者有取代基取代的芳杂环基。
[0010]
在本发明的一种实施方式中，所述取代基取代的芳基或者杂环芳基的取代基选自：卤素(氟、氯、溴、碘)、c
1-c8烷基、卤代c
1-c8烷基、含烷氧基取代c
1-c8烷基、含羟基取代
c
1-c8烷基、c
3-c8环烷基、c
1-c8烷氧基、酰基、酯基、胺基、c
1-c8烷基氨基、c
3-c8环烷基胺基、硫醚、羟基。
[0011]
在本发明的一种实施方式中，所述芳基包括苯环或者萘环。
[0012]
在本发明的一种实施方式中，所述杂环芳基包括含n、s、o杂原子中至少一种的芳杂环基。
[0013]
在本发明的一种实施方式中，二氟甲基源为二氟氯乙酸钠或二氟溴乙酸钾，相应化学结构式如下所示：
[0014][0015]
在本发明的一种实施方式中所述伯胺的结构式如式(ii)所示：
[0016]
r-nh2[0017]
ii，
[0018]
其中，r同式(iii)中的定义。
[0019]
在本发明的一种实施方式中，r包括各种取代基或官能团，包括各种烷基、卤素、酰基、酯基、胺基、醚、酰胺、硫醚、羟基等简单基团，以及它们组合成的各种结构复杂的较大分子所构成的取代基。
[0020]
在本发明的一种实施方式中，所述方法是在氮气保护下，二氟氯乙酸钠(或二氟溴乙酸钾)、伯胺和碱的混合溶液于80～130℃油浴锅中反应8～16小时；反应后冷却至室温，经过滤、洗涤、干燥和层析，得到目标产物。优选90-120℃。
[0021]
在本发明的一种实施方式中，所述二氟甲基源与伯胺的摩尔比为1:1～2:1，碱与伯胺的摩尔比为1:1～2:1。
[0022]
在本发明的一种实施方式中，所述碱包括无机碱和有机碱，包括但不限于k2co3、na2co3、nahco3、khco3、naotbu、kotbu、cs2co3、叔胺、吡啶及其取代衍生物、dbu、dabco中任意一种或多种。其中，叔胺中的取代基包括烷基、芳基，例如：三乙胺；吡啶的取代衍生物是指含有卤素、烷基、环烷基、烷氧基取代的吡啶。
[0023]
在本发明的一种实施方式中，所述步骤(1)中的溶剂为dmf、dma、ch3cn、dmso、nmp中任意一种或多种混合溶剂。
[0024]
在本发明的一种实施方式中，所述步骤中，当伯胺为固态时，将二氟氯乙酸钠(或二氟溴乙酸钾)、碱和伯胺加入反应管中，抽真空，充氮气，在氮气保护下用注射器注入溶剂。
[0025]
在本发明的一种实施方式中，所述步骤中，当伯胺为液态时，将二氟氯乙酸钠(或二氟溴乙酸钾)和碱加入反应管中，抽真空，充氮气，在氮气保护下用注射器注入伯胺和溶剂。
[0026]
在本发明的一种实施方式中，所述步骤经油浴反应后的反应体系冷却至室温，加入二氯甲烷稀释后再取有机层用去离子水洗涤，最后加入硅胶旋干柱层析，得到目标产物异腈化合物。
[0027]
在本发明的一种实施方式中，所述步骤中，加入水稀释时水的加入量为反应体系体积的5～10倍，二氯甲烷加入量与水等体积。
[0028]
本发明具有以下优点：
[0029]
本发明所使用的各反应原料、碱和溶剂均为工业化商品，简单易得，来源广泛，价格便宜，无毒安全，并且性能非常稳定，不需要特殊保存和操作条件。本发明方法无需引入有毒物质，还能获得较高产率目标物、具有成本低、工艺简单、污染少等特点，非常有望进行大规模工业化生产。
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。本发明所述异腈类化合物的制备方法，核心策略是利用伯胺与二氟甲基反应一步制得目标产物。
[0031]
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本领域内的技术人员对本发明中所用底物或试剂的简单替换或改进均属于本发明所保护的技术方案之内。
[0032]
实施例1：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0033]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和对甲氧基苯胺(2a,0.1mmol，12.3mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得黄色固体产物3a(产率70％)。
[0034]
上述步骤的反应过程如下式(1)所示：
[0035][0036]
产物3a的核磁数据如下：
[0037]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.32(d,j＝8.9hz,2h),6.92
–
6.84(d,2h),3.83(s,3h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ162.67(t),159.91(s),127.75(s),119.50(t),114.59(s),55.59(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):2962,2123,1606,1506,1300,1192,1106,1027.
[0038]
实施例2：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0039]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和n,n-二甲基对苯二胺(2b,0.1mmol，13.6mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体产物3b(产率72％)。
[0040]
上述步骤的反应过程如下式(2)所示：
[0041]
[0042]
产物3b的核磁数据如下：
[0043]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.22(d,j＝8.9hz,2h),6.59(d,j＝9.1hz,2h),2.99(s,6h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ159.55(t),148.65(s),125.66(s),113.33(t),110.04(s),38.57(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):2901,2818,2118,1883,1909,1524,1447,1368,1172,1123,1066,945,819,516.
[0044]
实施例3：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0045]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和对苯二胺(2c,0.1mmol，11mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体产物3c(产率83％)
[0046]
上述步骤的反应过程如下式(3)所示：
[0047][0048]
产物3c的核磁数据如下：
[0049]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.14(d,j＝8.4hz,2h),6.58(d,j＝8.7hz,2h),3.94(s,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ161.28(t),147.34(s),127.65(s),117.08(t),114.77(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3462,3357,3221,2123,1625,1603,1508,1298,1196,1163,828,515.
[0050]
实施例4：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0051]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和对氨基二苯胺(2d,0.1mmol，18.4mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得白色固体产物3d(产率61％)
[0052]
上述步骤的反应过程如下式(4)所示：
[0053][0054]
产物3d的核磁数据如下：
[0055]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.35(t,j＝7.9hz,2h),7.26(d,j＝8.8hz,2h),7.14(d,j＝7.5hz,2h),7.08(t,j＝6.9hz,1h),6.98(m,2h),5.95(s,1h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ162.01(t,j＝8.1hz),144.72(s),141.13(s),129.60(s),127.67(s),122.98(s),119.94(s),118.29(t),116.02(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3323,2961,2120,1593,1512,1495,1323,1260,1163,1078,1026,808,758,693,515.
[0056]
实施例5：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0057]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和苄胺(2e,0.1mmol，10.7mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得黄色油状产物3e(产率65％)
[0058]
上述步骤的反应过程如下式(5)所示：
[0059][0060]
产物3e的核磁数据如下：
[0061]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.45
–
7.31(m,5h),4.65(s,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ157.70(t),132.35(s),129.01(s),128.45(s),126.63(s),45.55(t).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3726,3440,2961,2925,2149,1735,1600,1496,1454,1260,1081,1022,799.
[0062]
实施例6：一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0063]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和(r)-(+)-α-甲基苄胺(2f,0.1mmol，12.1mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得无色油状产物3f(产率81％)
[0064]
上述步骤的反应过程如下式(6)所示：
[0065][0066]
产物3f的核磁数据如下：
[0067]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.44
–
7.31(m,5h),4.87
–
4.79(m,1h),1.72
–
1.66(m,3h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ156.40(t),138.58(s),128.96(s),128.31(s),125.41(s),53.83(t),25.14(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3444,2988,2139,1496,1450,1377,1349,1260,1076,1028,799,758,697.
[0068]
实施例7:一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0069]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和α,α-二甲基苄胺(2g,0.1mmol，13.5mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得黄色油状产物3g(产率78％)
[0070]
上述步骤的反应过程如下式(7)所示：
[0071][0072]
产物3g的核磁数据如下：
[0073]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.53
–
7.28(m,5h),1.79(t,6h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ155.34(t),142.31(s),128.74(s),127.82(s),124.18(s),60.70(t),32.01(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3446,2987,2133,1602,1447,1368,1257,1166,763,698.
[0074]
实施例8:一种用伯胺合成异腈类化合物的方法，采用以下工艺步骤：
[0075]
将二氟氯乙酸钠1(0.2mmol，31mg)、k2co3(0.2mmol，28mg)和2-苯乙胺(2h,0.1mmol，12.1mg)放入25ml反应管中，抽真空，充氮气(三次)。在氮气保护下用注射器注入dmf(1ml)。在100℃的油浴锅中搅拌12h，温度冷却到室温后过滤并向萃取漏斗加入反应液和20ml水，再加入25ml二氯甲烷萃取，再取有机层加入少量硅胶旋干柱层析，得黄色油状产物3h(产率76％)
[0076]
上述步骤的反应过程如下式(8)所示：
[0077][0078]
产物3h的核磁数据如下：
[0079]1h nmr(400mhz,cdcl3)δ7.44
–
7.18(m,5h),3.75
–
3.44(m,2h),3.20
–
2.81(m,2h).
13
c nmr(101mhz,cdcl3)δ156.58(t),136.66(s),128.82(s),128.70(s),127.29(s),43.00(t),35.71(s).ft-ir(ν
max
,cm-1
):3440,2962,2146,1495,1454,1352,1260,1082,1028,800,699.
[0080]
实施例9:
[0081]
参照实施例1，将无机碱k2co3替换为有机碱三乙胺，其它条件不变，进行异腈类化合物3a的制备。结果发现，所得产物产率为64％。
[0082]
实施例10:
[0083]
参照实施例1，将反应温度降低至80℃，其它条件不变，进行异腈类化合物的制备。结果发现，所得产物有60％的产率；如果升温至120℃，其它条件不变，产率略有提升(74％)。
[0084]
实施例11:
[0085]
参照实施例1，将二氟氯乙酸钠的量减少至一个摩尔当量，其它条件不变，进行异腈类化合物的制备。结果发现，所得产物产率为66％。
[0086]
实施例12:
[0087]
参照实施例1，将溶剂换为nmp，其它条件不变，进行异腈类化合物的制备。结果发现，所得产物有50％的产率；如果将溶液换为dmso，其它条件不变，进行3a的制备，产率有30％。
[0088]
实施例13:
[0089]
参照实施例1，将二氟氯乙酸钠换成0.2mmol二氟溴乙酸钾(43mg),其它条件不变，得到3a的产率为68％。

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