CN102309985A - 用于醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应的高活性催化剂 - Google Patents

Abstract

本发明属于有机合成领域，涉及用于醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应合成氰醇硅醚化合物的高活性催化剂。其特征在于该催化剂是含有一个或两个氢氧根负离子的季铵碱或碱金属氢氧化物。该催化剂可在较温和条件和较低催化剂浓度下高效率催化醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应，定量地得到外消旋的氰醇硅醚化合物，活性高达3000000转化数/小时。该类型催化剂具有廉价易得、反应条件温和、催化剂用量低、反应时间短以及底物适用范围广等特点，避免了使用金属催化剂带来的无水无氧的苛刻条件、催化剂成本高以及环境污染等缺点，具有较强的实用性。

Description

用于醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应的高活性催化剂

技术领域

本发明公开了一类用于醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应合成氰醇硅醚化合物的高活性催化剂，属于有机合成领域。

背景技术

氰醇类化合物是一类重要的有机合成中间体，是合成α-羟基酸、α-羟基醛、β-羟基胺等的直接原料。因此，对氰醇的制备已经引起了广泛关注，羰基化合物与三甲基氰硅烷(TMSCN)的加成反应是合成氰醇最有效的方法之一。

目前国内外有很多关于羰基化合物的硅氰化反应制备氰醇硅醚的报道，常用催化剂主要有Lewis酸、Lewis碱以及无机盐等，如中国专利CN 100493714C和CN 100506830C分别报道了一种手性噁唑啉和一种手性α-苯乙胺酒石酸盐用于催化芳醛或异丁醛的不对称硅氰化反应，ee值最高达99％，但催化剂用量较大。日本公开特许专利P2006-219457A和J.Org.Chem.(2005，70，6530)中采用无机盐LiCl为催化剂催化醛和酮的非对映选择性硅氰化反应，底物与催化剂的比例可为100-10000，但由于无机盐在底物中的溶解度有限，因此限制了其应用。

随后，同一课题组在JP2008/052913和Angew.Chem.Int.Ed.(2008，47，6643)中指出将锂盐与手性钌配合物结合共同催化醛与三甲基氰硅烷的对映选择性硅氰化反应，取得了较好的效果，-78℃时，ee值最高可达98％，但该条件下所需反应时间较长。

上述催化剂普遍存在催化剂用量较大、反应中使用有机溶剂或者反应条件苛刻等缺点，不符合“绿色化学”的要求。

发明内容

本发明提供了一种高效催化剂催化醛与三甲基氰硅烷的硅氰化反应得到氰醇产物，反应在无溶剂的条件下进行，定量的得到目标产品，催化剂用量很小，几乎可以不用分离，反应条件温和，符合绿色化学的要求。反应式如下所示：

式中所包括的醛有芳香醛、直链脂肪醛、支链脂肪醛以及α，β-不饱和醛等，所得产物为氰醇硅醚。

本发明为上述反应提供的高效催化剂是季铵碱或碱金属氢氧化合物，其均含有一个或两个氢氧根负离子。。该催化剂具有如下结构特征为：

式中，R₁、R₂、R₄、R₄为1～18碳直链烷基、五元或六元杂环、苯基或环己基；n为0～10；M为钠、钾、锂或铯。

季铵碱是四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵或十二烷基三甲基氢氧化铵。

碱金属化合物是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化铯。

使用上述催化剂时，醛与三甲基氰硅烷的比例为1∶3～3∶1，反应温度为0～80℃，催化剂与醛的摩尔比为1∶2000至1∶2000000，反应1～300分钟。作为反应物醛的结构通式为：

式中R为苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基、邻甲氧基苯基、1～18碳直链烃基、1～18碳支链烃基或环己基。

本发明的有益效果和益处是催化剂结构简单、廉价易得；催化剂活性高，使用量极低，几乎为ppm级，因此不用分离；反应条件温和，操作简便；无需使用任何有机溶剂；底物适用范围广。

具体实施方式

以下结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。

实施例1

异丁醛氰醇硅醚的制备

在25mL单口烧瓶中加入2.3mL(0.025mol)新蒸馏的异丁醛，然后加入0.46μL(5.0×10^-8mol)质量分数为1％的(CH₃)₄NOH水溶液，在室温条件下与搅拌状态下加入3.4mL(0.025mol)三甲基氰硅烷(催化剂、异丁醛和三甲基氰硅烷的摩尔比为1∶500000∶500000)，反应剧烈(注：反应中放出的热量由其自身自然释放)，10分钟反应结束，¹H NMR测定其转化率为100％。

实施例2

苯甲醛氰醇硅醚的制备

在250mL单口烧瓶中加入53g(0.5mol)新蒸馏的苯甲醛，然后加入0.36μL(1.0×10^-6mol)质量分数为25％的(CH₃)₄NOH水溶液，在室温条件下与搅拌状态下加入49.5g(0.5mol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，TLC跟踪反应，20分钟后取少量样品送核磁，经计算转化率为98％。

实施例3

环己基甲醛氰醇硅醚的制备

在250mL单口烧瓶中加入60mL(0.5mol)新蒸馏的环己基甲醛，然后加入0.26g(1.0×10^-6mol)ⁿBu₄NOH固体，在室温条件下与搅拌状态下加入66.6mL(0.5mol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，10分钟后取少量送核磁，经计算转化率为99％。

实施例4

糠醛氰醇硅醚的制备

在250mL单口烧瓶中加入41.4mL(0.5mol)新蒸馏的糠醛，然后加入0.36μL(1.0×10^-6mol)质量分数为25％的(CH₃)₄NOH水溶液，在室温条件下与搅拌状态下加入66.6mL(0.5mol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，TLC跟踪反应，20分钟后取少量送核磁，经计算转化率为100％。

实施例5

对氟苯甲醛氰醇硅醚的制备

在250mL单口烧瓶中加入26.8g(0.25mol)新蒸馏的对氟苯甲醛，然后加入0.18μL(5.0×10^-7mol)质量分数为25％的(CH₃)₄NOH水溶液，在室温条件下与搅拌状态下加入33.3mL(0.25mol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，TLC跟踪反应，60分钟后取少量送核磁，经计算转化率为97％。

实施例6

正辛醛氰醇硅醚的制备

在10mL的单口烧瓶中加入1.3mL(8.3mmol)新蒸馏的正辛醛，然后加入0.76μL(8.3×10^-5mmol)质量分数为1％的(CH₃)₄NOH水溶液，在室温条件下与搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，10分钟后取少量送核磁，经计算转化率为100％。

实施例7

在与实施例6中使用的同样设备中，于相同条件下，只是将催化剂由(CH₃)₄NOH改为四正丁基氢氧化铵，搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，10分钟后取少量送核磁，经计算转化率为100％。

实施例8

在与实施例6中使用的同样设备中，于相同条件下，只是将催化剂由(CH₃)₄NOH改为氢氧化钠，搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，300分钟后取少量送核磁，经计算转化率为97％。

实施例9

在与实施例6中使用的同样设备中，于相同条件下，只是将催化剂由(CH₃)₄NOH改为氢氧化钾，搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，300分钟后取少量送核磁，经计算转化率为99％。

实施例10

在与实施例6中使用的同样设备中，于相同条件下，只是将催化剂由(CH₃)₄NOH改为十八烷基三甲基氢氧化铵，搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，60分钟后取少量送核磁，经计算转化率为95％。

实施例11

在与实施例6中使用的同样设备中，于相同条件下，只是将催化剂由(CH₃)₄NOH改为十二烷基三甲基氢氧化铵、，搅拌状态下加入1.1mL(8.3mmol)三甲基氰硅烷，反应剧烈，60分钟后取少量送核磁，经计算转化率为98％。

Claims (3)

1.一种用于醛与三甲基氰硅烷硅氰化反应的高活性催化剂，其特征在于该催化剂是季铵碱或碱金属氢氧化物，均含有一个或两个氢氧根负离子；该催化剂具有如下结构特征为：

式中，R₁、R₂、R₄、R₄为1～18碳直链烷基、五元或六元杂环、苯基或环己基；n为0～10；M为钠、钾、锂或铯；

2.根据权利要求1所述的用于醛与三甲基氰硅烷硅氰化反应的高活性催化剂，其特征在于，

季铵碱是四甲基氢氧化铵、四乙基氢氧化铵、四丙基氢氧化铵、四丁基氢氧化铵、十六烷基三甲基氢氧化铵或十二烷基三甲基氢氧化铵；

碱金属化合物是氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化锂或氢氧化铯。

3.使用权利要求1或2所述高活性催化剂的方法，其特征是用于催化醛与三甲基氰硅烷反应制备氰醇硅醚化合物；应用权利要求1所述的高活性催化剂，醛与三甲基氰硅烷的比例为1∶3～3∶1，反应温度为0～80℃，催化剂与醛的摩尔比为1∶2000至1∶2000000，反应1～300分钟；

作为反应物醛的结构通式为：

式中R为苯基、对甲基苯基、对甲氧基苯基、邻甲氧基苯基、1～18碳直链烃基、1～18碳支链烃基或环己基。