CN101219967B - 2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法，该方法由邻硝基取代卤苯与氰乙酸叔丁酯反应后经酯解脱羧通过二步反应制得2-硝基取代苯乙腈，与现有技术相比，本发明使用的原料毒性小，反应条件温和，副产物少，产品易于纯化，反应收率高达85％以上。

Description

2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种苯基乙腈的制备方法，更具体的说是涉及一种2-硝基取代的苯乙腈类化合物的制备方法。
背景技术
苯乙腈是一种用途十分广泛的精细化工中间体，大量应用于医药、农药领域，是生产农药辛硫磷、医药原料苯乙酸、苯乙胺、苯乙酰胺、二苄基甲酮、二苯乙氰等的主要原料。其中，2-硝基取代苯乙腈可以通过一步还原法制备取代吲哚。
目前，2-硝基取代苯乙腈的制备方法主要有三种：第一种制备方法是通过取代邻硝基苄溴与氢氰酸反应直接制得，反应收率为23-74％，化学反应式如下：
Figure S2007101732416D00011
这种制备方法的缺点在于反应中必须采用剧毒物质NaCN作原料，且反应有二取代的副产物生成，降低了反应收率，同时给分离带来了困难。第二种制备方法是通过取代硝基苯与卤代乙腈在强碱作用下直接制得，化学反应式如下：
Figure S2007101732416D00012
该方法的缺点同样是所用原料卤代乙腈毒性较大，且反应收率很低。第三种制备方法是通过邻硝基卤素取代苯与氰乙酸乙酯合成中间体，然后酯解脱羧得到2-硝基取代苯乙腈，化学反应式如下：
Figure S2007101732416D00021
其缺点为酯解脱羧产率较低，一般不超过80％，后处理十分复杂。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种简单高效、条件温和、产率高的2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法。
本发明采用的技术方案：一种结构通式为(I)的2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法，包括下列步骤：
Figure S2007101732416D00022
结构通式(I)
结构通式(I)中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基、苯基或C1-C4烷基取代苯基中的任何一种；
a.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(II)、氰乙酸叔丁酯在碱性条件下反应0.5～24小时制得中间体(III)，中间体II∶氰乙酸叔丁酯∶碱的摩尔比为1∶(1.0～2.0)∶(1.0～10.0)；
其中，中间体(II)的结构通式如下：
Figure S2007101732416D00023
中间体(II)
中间体(II)的结构通式中hal选自F-、Cl-、Br-或I-取代基中的任何一种，
其中，中间体(III)的结构通式如下：
Figure S2007101732416D00031
中间体(III)
中间体(III)的结构通式中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基、苯基或C1-C4烷基取代苯基中的任何一种，
所述的碱是有机碱或一价或二价金属的氢化物或烷氧金属化合物或一价或二价金属的碳酸盐、磷酸盐中的任何一种，或它们的混合物；
b.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(III)与酸反应0.5～48小时制得结构通式为(I)的化合物，中间体(III)与酸的摩尔比为1∶(0.01～1)；其中所述的酸为无机酸或有机酸。
步骤a中所述的有机碱选自三乙胺、吡啶、N，N-二甲基氨基吡啶或二异丙基乙基胺中的任何一种。
步骤a中所述的一价或二价金属的氢化物碱选自氢化钠、氢化钾、氢化钙中的任何一种。
步骤a中所述的烷氧金属化合物碱选自甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、乙醇钾、叔丁醇钾中的任何一种。
步骤a中所述的一价或二价金属的碳酸盐、磷酸盐碱选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙或磷酸钾中的任何一种。
步骤a和步骤b中所述的有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、石油醚、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、二氧六环、丙酮、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺中的任何一种，或它们的混合物。
步骤b中所述无机酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、杂多酸中的任何一种，或它们的混合物。
步骤b中所述有机酸选自苯磺酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、磺酸树脂、Nafion树脂、三氟乙酸中的任何一种，或它们的混合物。
本发明的有益效果：本发明通过两步法制备2-硝基取代苯乙腈类化合物，邻硝基取代卤苯与氰乙酸叔丁酯反应后经酯解脱羧得到的2-硝基取代苯乙腈。与现有技术相比，本发明使用的原料毒性小，反应条件温和，副产物少，产品易于纯化，反应收率高达85％以上。
具体实施方式
下面通过实施例对本发明进一步详细描述，一种结构通式为(I)的2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法，包括下列步骤：
Figure S2007101732416D00041
结构通式(I)
结构通式(I)中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基、苯基或C1-C4烷基取代苯基中的任何一种；
a.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(II)、氰乙酸叔丁酯在碱性条件下反应0.5～24小时制得中间体(III)，中间体II∶氰乙酸叔丁酯∶碱的摩尔比为1∶(1.0～2.0)∶(1.0～10.0)；
其中，中间体(II)的结构通式如下：
中间体(II)
中间体(II)的结构通式中hal选自F-、Cl-、Br-或I-取代基中的任何一种，
其中，中间体(III)的结构通式如下：
Figure S2007101732416D00051
中间体(III)
中间体(III)的结构通式中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基、苯基或C1-C4烷基取代苯基中的任何一种，
所述的碱是有机碱或一价或二价金属的氢化物或烷氧金属化合物或一价或二价金属的碳酸盐、磷酸盐中的任何一种，或它们的混合物；
b.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(III)与酸反应0.5～48小时制得结构通式为(I)的化合物，中间体(III)与酸的摩尔比为1∶(0.01～1)；其中所述的酸为无机酸或有机酸。
步骤a中所述的有机碱选自三乙胺、吡啶、N，N-二甲基氨基吡啶或二异丙基乙基胺中的任何一种。所述的一价或二价金属的氢化物碱选自氢化钠、氢化钾、氢化钙中的任何一种。所述的烷氧金属化合物碱选自甲醇钠、乙醇钠、甲醇钾、乙醇钾、叔丁醇钾中的任何一种。所述的一价或二价金属的碳酸盐、磷酸盐碱选自碳酸钠、碳酸钾、碳酸钙或磷酸钾中的任何一种。
步骤a和步骤b中所述的有机溶剂选自苯、甲苯、二甲苯、石油醚、氯苯、二氯苯、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、四氢呋喃、二氧六环、丙酮、甲基异丁基酮、甲醇、乙醇、异丙醇、二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺中的任何一种，或它们的混合物。
步骤b中所述无机酸选自硫酸、盐酸、磷酸、氢氟酸、氢溴酸、杂多酸中的任何一种，或它们的混合物。所述有机酸选自苯磺酸、对甲苯磺酸、甲磺酸、三氟甲磺酸、磺酸树脂、Nafion树脂、三氟乙酸中的任何一种，或它们的混合物。
实施例1
在100ml三口瓶中，加入2-溴-3-硝基三氟甲基苯4g和氰乙酸叔丁酯2.85g，并加入碳酸钾10g，DMF 50mL，搅拌加热至80℃反应20小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液直至pH值为1～2，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，得粗产品，经重结晶，干燥，得到淡黄色固体，产率为94.2％。在100ml的三口瓶中，加入2-氰基-2-(6′-三氟甲基-2′-硝基苯基)乙酸叔丁酯3g和苯磺酸0.3g，并加入15mL甲苯作溶剂，回流16h，冷却，将反应液倒入水中静置分层，取油层，旋蒸除去甲苯，得到产物6-三氟甲基-2-硝基苯乙腈，产率为93.5％。两步总产率为88.1％。1HNMR：δ4.18(s，2H)，7.73-8.53(m，3H)。
实施例2
在100mL三口瓶中，加入2，5-二氯硝基苯4.65g和氰乙酸叔丁酯3.8g，并加入磷酸钾10g，DMF 40mL，搅拌加热至110℃反应5小时，冷却，倒入200ml的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液直至pH值为1～2，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，再加入4 0mL二氧六环，磺酸树脂0.3g，回流12h，冷却，滤去磺酸树脂，将反应液倒入水中静置分层，乙酸乙酯萃取，取油层，旋蒸除去乙酸乙酯，重结晶，得到产物4-氯-2-硝基苯乙腈，产率为90.4％，m.p.86-88℃。1HNMR：δ4.26(s，2H)，7.78(m，2H)，8.28(s，1H)。
实施例3
在100mL三口瓶中，加入2，6-二氟硝基苯4g和氰乙酸叔丁酯4g，碳酸钠10.5g，THF 50mL，搅拌加热回流反应10小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液至中性，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，再加入苯磺酸0.35g，50mL二甲苯，回流6h，冷却，将反应液倒入水中静置分层，取油层，旋蒸除去二甲苯，重结晶，得到产物3-氟-2-硝基苯乙腈，产率为92.8％，m.p.72-73℃。1HNMR：δ 3.99(s，2H)，7.40-7.80(m，3H)。
实施例4
在100mL三口瓶中，加入2-氯-3-硝基苯甲醚4g和氰乙酸叔丁酯3.3g，并加入氢化钠(60％)4g，DMF 50mL，搅拌加热至140℃反应4小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液直至pH值为1～2，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，再加入三氟甲磺酸0.2g，25mL甲苯，回流6h，冷却，将反应液倒入水中静置分层，取油层，旋蒸除去甲苯，重结晶，得到产物5-甲氧基-2-硝基苯乙腈，产率为87.8％，m.p.82-84℃。1HNMR：δ3.91(s，3H)，4.21(s，2H)，6.96(d，1H)，7.14(5，1H)，8.21(d，1H)。
实施例5
在100mL三口瓶中，加入2，3-二溴硝基苯4g和氰乙酸叔丁酯2.9g，碳酸钾5g，DMF 50mL，搅拌加热至90℃反应4小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液直至pH值为1～2，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，再加入Nafion树脂0.4g，氯苯25mL，回流6h，冷却，过滤。取油层，旋蒸除去氯苯，重结晶，得到产物6-溴-2-硝基苯乙腈，产率为91.1％，m.p.61-62℃。1HNMR：δ 4.20(s，2H)，7.33-8.53(m，3H)。
实施例6
在100mL三口瓶中，加入2-氯-3-硝基叔丁苯4g和氰乙酸叔丁酯3.2g，并加入磷酸钾10.5g，DMF 50mL，搅拌加热至130℃反应14小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液直至pH值为1～2，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，加入磷钼酸0.3g，25mL甲苯，回流24h，冷却，将反应液倒入水中静置分层，取油层，旋蒸除去甲苯，重结晶，得到产物5-叔丁基-2-硝基苯乙腈，产率为88.3％，m.p.58-60℃。1HNMR：δ1.35(s，9H)，4.20(s，2H)，7.53-7.83(m，3H)。
实施例7
在100mL三口瓶中，加入2，6-二氯硝基苯4.65g，氰乙酸叔丁酯3.6g，碳酸钾5g和DMF 50mL，搅拌加热至100℃反应8小时，冷却，倒入200mL的冰水混合物中，搅拌下滴加盐酸溶液至酸性，乙酸乙酯萃取，旋蒸除去乙酸乙酯，加入对甲苯磺酸0.5g，甲苯25mL，回流18h，冷却，将反应液倒入水中静置分层，取油层，旋蒸除去甲苯，重结晶，得到产物3-氯-2-硝基苯乙腈，产率为94.1％，m.p.62-63℃。1HNMR：δ 3.79(s，2H)，7.53-7.58(s，3H)。
以上所述内容仅为本发明构思下的基本说明，而依据本发明的技术方案所作的任何等效变换，均应属于本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种结构通式为(I)的2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法，包括下列步骤：
Figure FSB00000024174300011
结构通式(I)中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基中的任何一种；
a.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(II)、氰乙酸叔丁酯在碱性条件下反应0.5～24小时制得中间体(III)，中间体II：氰乙酸叔丁酯∶碱的摩尔比为1∶(1.0～2.0)∶(1.0～10.0)；
其中，中间体(II)的结构通式如下：
Figure FSB00000024174300012
中间体(II)的结构通式中hal选自F、Cl、Br或I取代基中的任何一种，
其中，中间体(III)的结构通式如下：
Figure FSB00000024174300013
中间体(III)的结构通式中R1选自氢、卤素原子、C1-C10的烃基酯基、C1-C4烷氧基中的任何一种，
所述的碱选自碳酸钾、磷酸钾、碳酸钠、以及氢化钠中的任何一种；
b.在有机溶剂中，反应温度为室温至溶剂沸点，中间体(III)与酸反应0.5～48小时制得结构通式为(I)的化合物，中间体(III)与酸的摩尔比为1∶(0.01～1)；其中所述的酸选自苯磺酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸、磷钼酸、磺酸树脂、Nafion树脂中的任何一种。
2.根据权利要求1所述2-硝基取代苯乙腈类化合物的制备方法，其特征是：步骤a和步骤b中所述的有机溶剂选自甲苯、二甲苯、氯苯、四氢呋喃、二氧六环、N，N-二甲基甲酰胺中的任何一种，或它们的混合物。
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