CN103382162A - 一种酰基叠氮化合物的制备方法 - Google Patents
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Landscapes
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Abstract
本发明公开了一种酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:以羧酸为起始原料,羰基二咪唑为活化剂,叠氮化钠、叠氮化锂、四丁基叠氮化铵或三甲基硅基叠氮为叠氮化试剂,在溶剂中反应制备获得酰基叠氮化合物;所述羧酸的结构式为式中,R选自:H、C1~C20的烷基、苄基、苯基、1-金刚烷基、1-萘基、苯基、单取代苯基、二取代苯基、多取代苯基、杂芳香基、甲基取代的烯基、芳香取代的稀基、3-香豆素基。本发明采用的活化剂羰基二咪唑价格便宜,不需要额外的催化剂,对环境无污染;反应的速度快,后处理简单、产率较高、产物纯度较高,反应条件温和。
Description
技术领域
本发明涉及酰基叠氮化合物的制备方法。
背景技术
酰基叠氮化合物是重要的有机合成中间体,可用于制备酰胺,合成杂环化合物,经重排形成异氰酸醋并由其合成胺、氨基甲酸醋和脲等。这些化合物的重要应用之一是作肽键形成的活化剂。近几年来有很多的课题组报道了酰基叠氮的合成方法。主要包括以醛、酸、酯、酰氯、酰肼、酸酐等为起始原料与叠氮化试剂(常常采用的是叠氮化钠)反应生成酰基叠氮。但是,以醛为起始原料时,采用的氧化剂通常为含铬氧化剂,易造成重金属污染;起始原料酰氯和酸酐具有不易保存和不易操作的缺陷,难以应用于工业化生产;由酯为起始原料时,反应有时伴有重排产物。因此寻找一种原料易得,操作简单的方法合成酰基叠氮,仍然是国际范围内很多研究者征求的目标。
由于羧酸容易得到,来源丰富,容易保存,所以采用羧酸为起始原料成为更多研究者的首选。在活化剂存在下,羧酸与叠氮化试剂反应生成酰基叠氮化合物。因此,寻找适当的羧酸活化剂就成为研究者的主要目标。
1983年Palomo等用苯基二氯磷酸盐作活化剂,使羧酸与叠氮化钠“一锅反应”,生成酰基叠氮化合物[Lago,J.M.;Arrieta,A.;Palomo,C.Synth.Commun.1983,13(4),289-296]。后又报道羧酸在用二氯亚砜(SOCl2)和二甲基甲酰胺(DMF)做混合溶剂生成二甲基硫酰甲铵[(CH3)2N+=CHOS(O)ClCl-]作活化剂的条件下,可以反应生成酰基叠氮化合物[Arrieta,A.;Aizpurua,J.M.;Palomo,C.Tetrahedron Lett.1984,25(31),3365-3368]。
1994年Froeyen等用N-氯代丁二酰亚胺(NCS)/三苯基磷(Ph3P)作为羧酸活化剂,与羧酸和叠氮化钠反应生成酰基叠氮化合物化合物[Froyen P.Phosphorus,Silicon Rclat Elem.1994,89(1-4),57-61]。
2002年Gumaste等报道了二(三氯甲基)碳酸酯可以作为羧酸的活化剂,在丙酮溶剂中羧酸可以与叠氮化钠合成酰基叠氮化合物[Gumaste,V.K.;Bhawal,B.M.;Deshmukh,A.R.A.S.Tetrahedron Lett.2002,43(7),1345-1346]。
2002年Bandgar等报道了三聚氰酰氯(TCT)和甲基吗啉作为羧酸的活化剂,在二氯甲烷中可以活化羧酸与叠氮化钠反应生成酰基叠氮化合物[Bandgar,B.P.;Pandit,S.S.Tetrahedron Lett.2002,43(18),3413-3414]。
2002年Tale等报道了用3,4,5-三氟硼酸作为羧酸活化剂,可以使羧酸与叠氮化钠在乙腈溶液中反应生成酰基叠氮化合物[Tale,R.H,;Patil,K.M.Tetrahedron Lett.2002,43(52),9715-9716]。
2003年Sridhar等报道了在二甲基甲酰胺(DMF)和三氯氧磷(POCl3)可以作为活化剂使羧酸与叠氮化钠反应生成酰基叠氮化合物[Sridhar,R.;Perumal,P,T.Synth.Commun.2003,33(4),607-611]。
2004年汪焱钢等报道了用氯甲酸乙酯作为羧酸活化剂,在三乙胺存在下,可以使羧酸与叠氮化钠反应生成酰基叠氮[王子云,赵新筠,宋新建,有机化学,2004,24(12),1606-1609]。
2007年Kangani等报道将叠氮化钠溶解在二甲亚砜(DMSO)中,在双(2-甲氧基乙基)氨基三氟化硫和二异丙基乙胺(DIPEA)的作用下,羧酸可以反应生成酰基叠氮化合物[Cyrous,O.Kangani,C.O.;Dayb,B.W.;Kelleya,D.E.Tetrahedron Lett.2007,48(34),5933-5937]。
2010年Vasantha等报道了将叠氮化钠溶解在二甲亚砜(DMSO)中,用苯并三唑-1-二(三甲氨基)瞵-六氟磷酸酯(BOP试剂,又名卡特缩合剂)作活化剂,用二异丙基乙胺(DIPEA)做碱的条件下,羧酸可以反应生成酰基叠氮化合物[Vasantha,B.Sureshbabu,V.V.Indian.J.Chem.2010,49B(6),812-817]。
上述报道中,由羧酸合成酰基叠氮过程中往往存在反应复杂,活化剂价格昂贵和具有毒害性,反应操作复杂,反应时间冗长,有的还发生副反应以及后处理繁琐,不能大量生产等缺点。
发明内容
本发明的发明目的是提供一种用羧酸作为原料,制备酰基叠氮化合物的方法,其采用的反应活化剂应廉价易得且对环境友好,制备方法应具有反应时间短,反应条件温和,反应后处理简单的优点。
为达到上述发明目的,本发明采用的技术方案是:一种酰基叠氮化合物的制备方法,以羧酸为起始原料,羰基二咪唑为活化剂,叠氮化钠、叠 氮化锂、四丁基叠氮化铵或三甲基硅基叠氮为叠氮化试剂,在溶剂中反应制备获得酰基叠氮化合物;
上述技术方案中,所述反应可以为分步反应,将羧酸和羰基二咪唑加入到溶剂中,-10~80℃搅拌反应1.0~10.0分钟后,再加入叠氮化试剂,继续搅拌反应1.0~3.0小时。第一步获得酰基咪唑,第二步获得酰基叠氮化合物。
反应可表示如下:
或者,所述反应为一锅法反应,将羧酸、羰基二咪唑和叠氮化试剂加入到溶剂中,-10~80℃搅拌反应1.0~3.0小时。
反应可表示如下:
上述技术方案中,所述的溶剂为下列溶剂中的一种或两种以上的混合物:丙酮、丁酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙腈、水、甲醇、乙醇、聚乙二醇;所述的 溶剂质量为羧酸质量的2~50倍。
优选地,所述溶剂选自四氢呋喃或乙腈。
上述技术方案中,所述单取代苯基为下列之一:邻、间和对位取代的C1~C10的烷基苯基、烷氧基苯基、羟基苯基、胺酰基苯基、季胺基苯基、氰基苯基、卤代苯基、硝基苯基;所述多取代苯基中的苯环上的取代基为下列任一基团的组合:C1~C10的烷基、烷氧基、羟基、胺酰基、卤仿基、季胺基、腈基、卤原子、硝基,这些基团在苯环的邻、间、对位上进行取代;所述杂芳香基苯基为呋喃基、噻吩基或吡啶基;所述芳基取代的烯基为下列之一:肉桂基,邻、间和对位取代的C1~C10的烷基苯基、烷氧基苯基、羟基苯基、胺酰基苯基、季胺基苯基、氰基苯基、卤代苯基、硝基肉桂基。
优选的反应温度为室温。
上述反应中,与羧酸相比,羰基二咪唑和叠氮化钠的量分别至少为1个当量。
优选地,羧酸、羰基二咪唑和叠氮化试剂的物质的量之比为:1.0∶1.2∶1.5。
反应结束后进行后处理,所述的后处理为:减压旋干除去溶剂,加入水,然后加入乙酸乙酯萃取,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。进一步,粗品经柱层析后得到产品。
由于上述技术方案运用,本发明与现有技术相比具有下列优点:
1.本发明采用的活化剂羰基二咪唑价格便宜,不需要额外的催化剂,对环境无污染。
2.本发明反应的速度快,一般在1.0小时左右反应结束,后处理简单、产率较高、产物纯度较高,反应条件温和,适于大量制备酰基叠氮,有较高的使用价值和社会效益。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述:
实施例1:(苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中, 室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得苯甲酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:25~27℃,产率:88%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:7.43(m,2H),7.60(m,1H),7.97(m,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:128.8,129.6,130.9,134.5,172.7.;IR(KBr)υmax:2138cm-1(N3).
实施例2:(对氯苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将对氯苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到对氯苯甲酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:38~40℃,产率:90%。 1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:7.41(m,2H),7.94(m,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:129.28,129.32,131.0,141.2,171.8.;IR(KBr)υmax:2138cm-1(N3).
实施例3:(对甲基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将对甲基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到对甲基苯甲酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:33~34℃,产率:84%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:2.40(s,3H),7.24(m,2H),7.90(m,2H).; 13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:22.0,128.3,129.6,129.8,145.6,172.6.;IR(KBr)υmax:2150cm-1(N3).
实施例4:(邻甲基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将邻甲基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应2.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到邻甲基苯甲酰基叠氮产品,油状液体,产率:75%。1H NMR(400 MHz,CDCl3),δ:2.63(s,3H),7.25-7.26(m,2H),7.42-7.44(m,1H),7.91(d,J:7.9Hz,1H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:22.0,126.9,131.0,132.1,133.4,141.4,173.1.;IR(KBr)υmax:2164cm-1(N3).
实施例5:(对甲氧基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将对甲氧基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到对甲氧基苯甲酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:68~70℃,产率:88%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:3.86(s,3H),6.91(d,J=8.7Hz,2H),7.97(d,J=8.7Hz,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:55.8,114.2,123.5,132.0,164.8,171.9.;IR(KBr)υmax:2140cm-1(N3).
实施例6:(3,4,5-三甲氧基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将3,4,5-三甲氧基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到对3,4,5-三甲氧基苯甲酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:74~76℃,产率:86%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:3.83-3.88(m,9H),7.17-7.19(m,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:55.28,61.01,106.66,125.52,143.53,153.06,171.82.;IR(KBr)υmax:2137cm-1(N3).
实施例7:(对硝基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将对硝基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到对酰基苯甲酰基叠氮产品,浅黄色固体,M.p.:64~65℃,产率:78%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:8.19(d,J=7.3Hz,2H,),8.29(d,J=7.1H,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:124.0,130.8,135.9,151.4,171.1.;IR(KBr) υmax:2130cm-1(N3).
实施例8:(对氰基苯甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将对氰基苯甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得对氰基苯甲酰基叠氮产品,白色固体:85-86℃。产率:80%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:7.74-7.81(m,2H),8.11-8.18(m,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:117.9,117.9,130.8,132.7,134.4,171.3.;IR(KBr)υmax:2128vm-1(N3).
实施例9:(肉桂酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将肉桂酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol、和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到肉桂酰基叠氮产品,白色固体,M.p.:84~85℃,产率:81%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:6.60(d,J=8.6Hz,1H),7.12(d,J=9.2Hz,2H),7.25-7.55(m,3H)7.58(d,J=8.8Hz,1H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:125.08,126.21,126.52,127.58,133.39,140.52,181.83.;IR(KBr)υmax:2137cm-1(N3).
实施例10:(苯乙酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将苯乙酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到苯乙酰基叠氮产品,油状液体,产率:85%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:3.98(s,2H),7.23(m,1H),7.28(d,J=6.8Hz,2H),7.34(m,2H).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:38.18,127.84,129.31,129.91,141.33,181.45.;IR(KBr)υmax:2135cm-1(N3).
实施例11:(2-噻吩甲酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将2-噻 吩甲酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到2-噻吩甲酰基叠氮产品,灰白色固体,m.p.37-38℃,产率:82%。 1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:7.11(m,1H),7.64(m,1H),7.82(m,1H).;13CNMR(100MHz,CDCl3),δ:128.6,134.7,134.9,135.1,166.8.;IR(KBr)υmax:2140cm-1(N3).
实施例12:(烟酸、羰基二咪唑与叠氮化钠的一锅法反应):将烟酸2.0mmol、羰基二咪唑2.2mmol和叠氮化钠2.5mmol加入到四氢呋喃10mL中,室温搅拌反应1.0h,反应结束后,减压旋干除去溶剂四氢呋喃,加入20mL水,然后加入15mL乙酸乙酯萃取3遍,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。粗品经柱层析V石油醚∶V乙酸乙酯=4∶1处理后得到3-烟酸甲酰基叠氮产品,橙色固体:46-49℃。产率:81%。1H NMR(400MHz,CDCl3),δ:7.68-7.78(2H,m),8.11(1H,d,J=7.6Hz),8.30(1H,s).;13C NMR(100MHz,CDCl3),δ:123.7,126.8,137.0,150.9,154.8,171.5.;IR(KBr)υmax:2130cm-1(N3)。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:所述反应为分步反应,将羧酸和羰基二咪唑加入到溶剂中,-10~80℃搅拌反应1.0~10.0分钟后,再加入叠氮化试剂,继续搅拌反应1.0~3.0小时。
3.根据权利要求1所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:所述反应为一锅法反应,将羧酸、羰基二咪唑和叠氮化试剂加入到溶剂中,-10~80℃搅拌反应1.0~3.0小时。
4.根据权利要求1或2或3所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:所述的溶剂为下列溶剂中的一种或两种以上的混合物:丙酮、丁酮、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、六甲基磷酰胺、二甲基亚砜、1,4-二氧环己烷、二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙腈、水、甲醇、乙醇、聚乙二醇;所述的溶剂质量为羧酸质量的2~50倍。
5.根据权利要求4所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:所述溶剂选自四氢呋喃或乙腈。
6.根据权利要求1所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于所述单取代苯基为下列之一:邻、间和对位取代的C1~C10的烷基苯基、烷氧基苯基、羟基苯基、胺酰基苯基、季胺基苯基、氰基苯基、卤代苯基、硝基苯基;所述多取代苯基中的苯环上的取代基为下列任一基团的组合:C1~C10的烷基、烷氧基、羟基、胺酰基、卤仿基、季胺基、腈基、卤原子、硝基,这些基团在苯环的邻、间、对位上进行取代;所述杂芳香基苯基为呋喃基、噻吩基或吡啶基;所述芳基取代的烯基为下列之一:肉桂基,邻、间和对位取代的C1~C10的烷基苯基、烷氧基苯基、羟基苯基、胺酰基苯基、季胺基苯基、氰基苯基、卤代苯基、硝基肉桂基。
7.根据权利要求2或3所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:反应温度为室温。
8.根据权利要求1所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:与羧酸相比,羰基二咪唑和叠氮化钠的量分别至少为1个当量。
9.根据权利要求8所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:羧酸、羰基二咪唑和叠氮化试剂的物质的量之比为:1.0∶1.2∶1.5。
10.根据权利要求1或2或3所述的酰基叠氮化合物的制备方法,其特征在于:反应结束后进行后处理,所述的后处理为:减压旋干除去溶剂,加入水,然后加入乙酸乙酯萃取,合并乙酸乙酯,乙酸乙酯层经无水硫酸钠干燥后,减压浓缩得到粗产品。
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