CN101723852B - 功能离子液体催化缩合芳香醛和活泼亚甲基化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种绿色、高效缩合芳香醛和活泼亚甲基化合物的方法。所述方法包括以离子液体为催化剂,室温、常压下芳香醛和活泼亚甲基化合物法进行催化缩合反应,过滤得到相应的缩合产物水为反应介质,室温搅拌,反应完成直接过滤得到产品,包含离子液体水相的滤液可作为催化反应体系10次重复使用,未见反应收率下降。该法操作简单、收率高、催化反应体系可重复使用性好、反应条件温和,具有良好的工业化前景。
Description
技术领域
本发明涉及一种高效、绿色的、以水为反应介质、以新型功能离子液体为催化剂的Knoevenagel缩合芳香醛与活泼亚甲基化合物的方法。
技术背景
Knoevenagel反应是有机合成中形成碳碳双键的非常有效的方法之一,常用于芳香醛与活泼亚甲基化合物的缩合。Knoevenagel缩合是以碱为催化剂,有机溶剂为反应介质的反应。通常使用的均相碱性催化剂主要包括伯胺、仲胺、铵盐、吡啶和哌啶等。缩合反应中使用的非均相催化剂有硅胶、氧化镁、氧化锌和树脂等。以上方法虽然取得了一些成果,但是这些方法或多或少存在着一些问题,如:反应时间长、收率不高、反应后处理繁琐和一些有毒有害溶剂的使用。因此,开发高效、绿色的Knoevenagel缩合方法不仅具有重要的经济效益,而且还有良好的环境和社会效益。
近几年来,功能离子液体为人们指出了探索环境友好的催化反应体系的重要方向。离子液体本身具有特殊的物化特性和热力学稳定性、溶解能力强、低挥发性、分子结构可调性等特点,使其成功应用 于催化反应(用作溶剂或催化剂),后处理简单,离子液体可以多次重复使用,表现出非常优异的特点。因此,利用新开发的功能离子液体催化Knoevenagel缩合反应是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是取代传统的碱催化Knoevenagel缩合芳香醛和活泼亚甲基化合物的方法,提供一种高效、环境友好的催化剂和反应介质,温和反应条件下实现Knoevenagel缩合。
根据本发明,所述Knoevenagel缩合芳香醛和活泼亚甲基化合物的方法,包括以离子液体为催化剂,室温、常压下芳香醛和活泼亚甲基化合物法进行催化缩合反应5~500分钟,过滤得到相应的缩合产物;其中,所述离子液体为:
其中,所述芳香醛与活泼亚甲基化合物的摩尔比为1:1~1:2。
其中,所述离子液体的摩尔量为芳香醛的0.01~1倍。
其中,所述芳香醛为苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、 邻甲氧基苯甲醛、对羟基苯甲醛、邻甲氧基苯甲醛、对硝基苯甲醛、对二甲氨基苯甲醛、对氯苯甲醛、3,4-二氯苯甲醛、2,4-二氯苯甲醛、2-呋喃醛、或3-吡啶醛。亲核活泼亚甲基化合物为丙二腈和氰乙酸乙酯。
其中,所述反应介质为水,且水的毫升体积量为芳香醛毫摩尔摩尔量的0.1~20倍。
反应结束后,直接过滤所得固体为产品,无需进一步分离纯化,滤液无需任何处理直接用于下一批次反应,滤液(含离子液体的水相)重复使用10次,未发现反应收率下降。
本发明提供的利用新型离子液体催化缩合芳香醛和活泼亚甲基化合物的方法,是通过以下途径来实现的:
本发明所使用的新型功能离子液体的制备过程(已另行申请专利):
将羧酸(乳酸、乙酸、正丙酸和正丁酸)滴加到等摩尔量的DBU中,滴加时反应温度控制在10℃以下,0.5-2小时滴完,室温机械搅拌24小时,60-80℃真空干燥5-10小时,得到淡黄色透明液体。制备的离子液体用1H NMR,13C NMR结构确认。四种离子液体分别为所述离子液体为:
简称为[DBU][Lac],
简称为[DBU][Ac],
简称为[DBU][Pr],
简称为[DBU][n-Bu]。
Knoevenagel缩合产物制备过程是:
在装有磁力搅拌装置的三口烧瓶中,依次加入芳香醛、丙二腈或氰乙酸乙酯、水和离子液体。其中芳香醛与活泼亚甲基化合物的摩尔比为1:1-1:2,离子液体与芳香醛的摩尔比为0.01:1-1:1,水的体积量(毫升)为芳香醛摩尔量(毫摩尔)的0.1-20倍。室温搅拌5-500分钟,薄层色谱(TLC)跟踪反应进度。反应结束后,过滤,所得滤饼无需纯化,真空干燥后即为产品,滤液(含离子液体的水相)中直接加入芳香醛和活泼亚甲基化合物,无需补加新鲜离子液体,滤液重复使用10次,未见收率下降。
该法操作简单、收率高、催化反应体系可重复使用性好、反应条件温和,具有良好的工业化前景。
具体实施方式
以下将结合实施例对本发明做进一步说明,本发明的实施例仅用于说明本发明的技术方案,并非限定本发明。
实施例1
将苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol乳酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌20分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率96%,含量98%。2-(Phenylmethylene)-malononitrile:white solid;mp79-80℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):7.91(d,2H,J=7.6Hz,ArH),7.79(s,1H,C=CH),7.64(t,1H,J=7.6Hz,ArH),7.27(t,2H,J=7.6Hz,ArH),7.27(t,2H,J=7.6Hz,ArH);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):160.0,134.6,130.9,130.7,129.6,113.7,112.5,82.7.
实施例2
将对甲基苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丙酸离子液体[DBU][Pr]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌20分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率97%,含量98%。2-(4-Methylphenylmethylene)malononitrile:white solid;mp134-135℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):7.82(d,2H,J=8Hz,ArH),7.73(s,1H,C=CH),7.34(d,2H,J=8Hz,ArH),2.46(s,3H,CH3); 13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):159.8,146.4,130.9,130.3,128.4,114.0,112.8,81.1,22.0.
实施例3
将对硝基苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol乙酸离子液体[DBU][Ac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌15分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量97%。2-(4-Nitrophenylmethylene)malononitrile:yellow solid;mp136-138℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.46(s,1H,C=CH),8.32-8.29(d,1H,m,ArH),7.91-7.88(m,1H,ArH),7.84-7.80(m,2H,ArH);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):158.9,146.7,134.9,133.4,130.4,126.6,125.8,112.2,110.9,88.4.
实施例4
将对二甲氨基苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丙酸离子液体[DBU][Pr]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌300分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量98%。2-(4-N,N-dimethylphenyl)malononitrile:white solid;mp180-182℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):7.81(d,2H,J=9.2Hz,ArH),7.46(s,1H,C=CH),6.69(d,2H,J=9.2Hz,ArH),3.14(s,6H,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):158.0,154.2,133.8,119.2,116.0,115.0,111.5,71.6,40.1.
实施例5
将对甲氧基苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丁酸离子液体[DBU][n-Bu]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌30分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率 95%,含量99%。2-(4-Methyoxyphenylmethylene)malononitrile:yellow solid;mp110-112℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):7.91(d,2H,J=8.8Hz,ArH),7.66(s,1H,C=CH),7.01(d,2H,J=8.8Hz,ArH),3.92(s,3H,OCH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):164.8,158.9,133.4,123.9,115.1,114.4,113.3,78.4,55.8.
实施例6
将对甲基苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol乳酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌240分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率96%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(4-methylphenyl)-2-propenoate:white solid;mp92-93℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.22(s,1H,C=CH),7.90(d,2H,J=8Hz,ArH),7.30(d,2H,J=8Hz,ArH);13CNMR(100MHz,CDCl3)(ppm):162.7,155.0,144.6,131.2,130.0,128.8,115.7,101.4,62.5,21.8,14.1.
实施例7
将对硝基苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol乙酸离子液体[DBU][Ac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌60分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率96%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(4-nitrophenyl)-2-propenoate:pale yellow solid;mp168-171℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.35(d,2H,J=8.4Hz,ArH),8.31(s,1H,C=CH),8.14(d,2H,J=8.4Hz,ArH),4.43(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.42(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):161.4,151.7,149.6,136.9,131.1,124.3,114.5,107.3,63.3,14.1.
实施例8
将对氯苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol乳酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌300分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(4-chlorophenyl)-2-propenoate:whitesolid;mp89-90℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.20(s,1H,C=CH),7.94(d,2H,J=8.8Hz,ArH),7.48(d,2H,J=8.8Hz,ArH),4.39(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.40(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):162.2,153.4,139.5,132.2,129.8,129.6,115.2,103.4,62.8,14.1.
实施例9
将3,4-二氯苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol乙酸离子液体[DBU][Ac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌480分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率93%,含量97%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(3,4-dichlorophenyl)-2-propenoate:white solid;mp128-130℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.15(s,1H,C=CH),8.01(d,1H,J=1.6Hz,ArH),7.91-7.88(m,1H,ArH),7.59(d,1H,J=8.4Hz,ArH),4.40(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.40(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):161.7,151.8,137.5,133.7,132.6,131.2,131.1,129.2,114.7,104.7,62.9,14.0.
实施例10
将2,4-二氯苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丙酸离子液体[DBU][Pr]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌400分钟,TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量97%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(2,4-dichlorophenyl)-2-propenoate:white solid;mp81-82℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.61(s,1H,C=CH),8.20(d,1H,J=8.8Hz,ArH),7.53(d,1H,J=1.6Hz,ArH),7.41-7.39(m,1H,ArH),4.40(q,2H,J=7.2Hz,ArH),1.41(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):161.5,149.6,139.3,137.2,130.4,130.2,128.2,127.9,114.6,106.3,63.0,14.0.
实施例11
将苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丁酸离子液体[DBU][n-Bu]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌20分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率96%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-phenyl-2-propenoate:whitesolid;mp47-48℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.36(s,1H,C=CH),8.00(d,2H,J=7.6Hz,ArH),7.59-7.49(m,3H,ArH),4.39(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.4(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):162.4,155.0,133.3,131.4,131.0,129.2,115.5,102.9,62.7,14.1.
实施例12
将邻甲氧基苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol)、4mL水、0.25mmol乳酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌20分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量98%。2-(2-Methyoxyphenylmethylene)malononitrile:yellow solid;mp82-84℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.31(s,1H,C=CH),8.18(d,1H,J=7.6Hz,ArH),7.62-7.57(m,1H,ArH),7.08(t,1H,J=7.6Hz,ArH),6.99(d,1H,J=8.8Hz,ArH),3.93(s,3H,OCH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):158.9,154.4,136.5,128.8,121.1,120.1,114.3,112.9,111.4,81.2,55.9.
实施例13
将对羟基苯甲醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丁酸离子液体[DBU][n-Bu]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌200分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率93%,含量97%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(4-hydroxylphenyl)-2-propenoate:pale yellow solid;mp168-171℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):10.5(s,1H,OH),8.19(s,1H,C=CH),7.92(d,2H,J=8.0Hz,ArH),6.98(d,2H,J=8.0Hz,ArH),4.43(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.42(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):165.4,153.7,149.6,137.9,131.1,124.3,116.5,109.3,65.1,15.4.
实施例14
将2-呋喃醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丁酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌 180分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率96%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(2-furyl)-2-propenoate:whitesolid;mp91-92℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.02(s,1H,C=CH),7.76(d,1H,J=1.2Hz,furyl),7.40(d,1H,J=3.6Hz,furyl),6.67-6.66(m,1H,furyl),4.36(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.38(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):157.5,143.6,143.2,134.4,116.7,110.2,108.8,93.5,57.5,9.1.
实施例15
将3-吡啶醛(5mmol)、氰乙酸乙酯(6mmol)、4mL水、0.25mmol正丁酸离子液体[DBU][Lac]依次加入到50mL单口瓶中,室温搅拌180分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率97%,含量98%。Ethyl(E)-2-cyano-3-(3-pyridyl)-2-propenoate:yellowsolid;mp76-78℃;1H NMR(400MHz,CDCl3)(ppm):8.95(d,1H,J=2Hz,pyridyl),8.76(d,1H,J=7.2Hz,pyridyl),8.59-8.57(m,1H,pyridyl),8.27(s,1H,C=CH),4.41(q,2H,J=7.2Hz,CH2),1.42(t,3H,J=7.2Hz,CH3);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):161.6,153.3,152.8,151.2,135.8,127.4,123.9,114.8,105.5,62.9,14.0。
实施例16
向实施例1中的滤液依次加入将苯甲醛(5mmol)、丙二腈(6mmol),室温搅拌20-30分钟TLC检测,原料消失,过滤,真空干燥滤饼得到产品,收率95%,含量98%。滤液(催化反应体系)重复使用10次,未发现收率下降,具体见表1。 2-(Phenylmethylene)-malononitrile:whitesolid;mp79-80℃;1HNMR(400MHz,CDCl3)(ppm):7.91(d,2H,J=7.6Hz,ArH),7.79(s,1H,C=CH),7.64(t,1H,J=7.6Hz,ArH),7.27(t,2H,J=7.6Hz,ArH),7.27(t,2H,J=7.6Hz,ArH);13C NMR(100MHz,CDCl3)(ppm):160.0,134.6,130.9,130.7,129.6,113.7,112.5,82.7.
表1
需要说明的是,上述发明内容及具体实施方式意在证明本发明所提供技术方案的实际应用,不应解释为对本发明保护范围的限定。本领域技术人员在本发明的精神和原理内,当可作各种修改、等同替换、或改进。本发明的保护范围以所附权利要求书为准。
Claims (7)
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述芳香醛与活泼亚甲基化合物的摩尔比为1∶1~1∶2。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述离子液体的摩尔量为芳香醛的0.01~1倍。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述催化缩合反应的反应介质为水,且水的体积量为芳香醛的摩尔量的0.1~20倍,其中,水的体积量的单位为毫升,芳香醛的摩尔量的单位为毫摩尔。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,反应时间为5~500分钟。
6.如权利要求1或5所述的方法,其特征在于,反应结束后过滤,滤液直接作为催化反应体系重复多次使用。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,所述滤液为含离子液体的水相。
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US3769244A (en) * | 1966-10-29 | 1973-10-30 | San Abbott Ltd | Polyurethane foam reaction catalyzed by salts of 1,8 - diaza-bicyclo(5,4,0)undecene-7 |
EP0448154A1 (en) * | 1990-03-20 | 1991-09-25 | Akzo Nobel N.V. | Coating composition including a blocked basic catalyst |
CN1470588A (zh) * | 2002-07-24 | 2004-01-28 | 财团法人工业技术研究院 | 适用于制备异方性导电胶组合物的微导电粉体 |
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2008
- 2008-10-20 CN CN200810167604A patent/CN101723852B/zh not_active Expired - Fee Related
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Efficient Knoevenagel condensation catalyzed by cyclic guanidinium lactate ionic liquid as medium;Xin Xin et al.;《Catalysis Communications》;20060602;第8卷;115–117 * |
Xin Xin et al..Efficient Knoevenagel condensation catalyzed by cyclic guanidinium lactate ionic liquid as medium.《Catalysis Communications》.2006,第8卷115–117. |
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Publication number | Publication date |
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CN101723852A (zh) | 2010-06-09 |
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