CN104710315A

CN104710315A - 一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法

Info

Publication number: CN104710315A
Application number: CN201310680731.0A
Authority: CN
Inventors: 高艳安; 王畅
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2015-06-17

Abstract

本发明公开了α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法，所述的合成方法是以饱和硝基烷烃与芳香醛为底物，在功能化离子液体与水所形成的催化体系中在20～150℃微波条件下充分反应，所得混合物经萃取分离、纯化、干燥即得到所述的α,β-不饱和硝基烯烃化合物。本发明所述的制备方法高效简单，反应条件温和，产率高，催化反应体系对环境友好、重复性好，离子液体制备过程绿色并且具有很好的原子经济性。

Description

一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法

技术领域

本发明涉及一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法

背景技术

硝基烯烃是一类具有生物活性的一类化合物，在很多领域都有着重要的作用。比如，不饱和的硝基脂肪酸是一类新的内源性抗炎介质。不饱和硝基油酸能防止鼠肾缺血和再灌注损伤。α,β-不饱和硝基烯烃还被广泛用于一些反应中的Michael受体，如氢键介导的具有高度立体选择性的Michael-Michael串联反应；醛、酮与硝基烯烃的不对称Michael反应；吲哚、吡咯与硝基烯烃的立体选择性的Friedel-Crafts烷基化反应；硝基烯烃与硝基烷烃之间的不对称Michael加成；有硝基烷烃参与的串联催化的不对称Friedel-Crafts/Henry反应；硝基烯烃的不对称生物还原；多米诺硝基Michael/Henry反应；不对称多组分串联反应；不对称硝基的Michael加成；有机金属化合物与硝基烯烃间的不对称共轭加成以及具有旋光活性的(E)-硝基烯烃的立体选择性氮杂环丙化。

烯烃经一氧化氮硝化可得到收率不错的α,β-不饱和硝基烯烃，但是一氧化氮是有毒气体。除此之外，许多α,β-不饱和烯烃一般不易制得。比如，醛和1-硝基烯烃在碱性Al₂O₃和超临界的CO₂的条件下反应可制得α,β-不饱和硝基烯烃，但此法收率不是很高。不饱和羧酸在硝酸和催化量的AIBN作用下硝化和脱羧基后可制得收率不错的硝基苯乙烯和硝基芳香烃；硝基甲烷与相应的醛通过Henry缩合可得到β-硝基醇，β-硝基醇再经DCC/CuCl或三氟乙酸酐／三乙胺脱水，或者也可以经MsCl/Et₃或P₂脱水得到α,β-不饱和硝基烯烃，但是收率不是很高。BrCH₂NO₂与醛在碘化钠的催化下很容易就制得1-溴-1-硝基烷-2-醇，1-溴-1-硝基烷-2-醇再经二碘化钐β-消除制得α,β-不饱和硝基烯烃，此法收率一般。β-硝基醇酰化后在回流的苯溶液中用碳酸钠处理可得到收率不错的α,β-不饱和硝基烯烃，但反应需要多步，收率也不是很高。

随着绿色化学和有机合成技术的快速发展,人们的环保意识越加强烈,绿色催化体系的应用越来越引起研究者的兴趣。绿色催化体系在表现出高反应活性及选择性的前提下,避免了使用有机溶剂和传统催化剂所带来的毒害性、危险性、成本高等缺点。绿色催化体系下的有机反应以其安全、反应装置简单和环境友好而倍受青睐,是理想的合成方法。

（参考文献：1.S.Yan,Y.Gao,R.Xing,Y.Shen,Y.Liu,P.Wu and H.Wu,Tetrahedron,2008,64,6294.；2.R.Ballini,M.Noe,A. Perosa and M.Selva,J.Org.Chem.,2008,73,8520.；3..V.J.Bulbule,V.H.Deshpande,S.Velu,A.Sudalai,S.Sivasankar and V.T.Sathe,Tetrahedron,1999,55,9325.）

发明内容

为解决α,β-不饱和硝基烯烃化合物现有技术中存在的不足，本发明提供了一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法，采用功能化离子液体与水的绿色催化反应体系。

为实现本发明目的，其采用具体技术方案为：

一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法，所述α,β-不饱和硝基烯烃化合物的结构式（Ⅲ）所示，以结构式（Ⅰ）所示的芳香醛与结构式（Ⅱ）所示的硝基烷烃为底物，在功能化与水的体系中于20～120℃微波加热条件下充分反应，所得混合物经分离纯化得产物α,β-不饱和硝基烯烃；

其中，Ar为被任意一种、两种或者三种基团在2～6位取代的苯基，取代基团指C1～C4烷基、C1～C4烷氧基、硝基、卤素（氟、氯、溴、碘）；R为H或者C1～C6烷基。

所述的功能化离子液体结构式如下所示：其中季磷结构离子（Ⅳ）作为离子液体的阳离子，（Va）（Vb）或（Vc）结构的离子中的一种作为离子液体的阴离子：

其中，R₁₁、R₁₂、R₁₃、R₁₄分别为各自独立的C1～C15的烷基；R₁₅为N或CR₂₀;n=0或1;

Z=C=O,C=S,S=O,SO₂或C=NR₂₀;

K=O,S,NR₂₁或CR₂₂R₂₃;

L=NR₂₄或CR₂₅R₂₆;

M=O,C=O,NR₂₇或CR₂₈R₂₉;

Q=O,S,NR₃₀,CR₃₁R₃₂,C=O,C=S,SO₂或C=NR₃₃;

T=CR₃₄或N;

U=CR₃₅或N;V=CR₃₆或N;

R₂₀～R₃₆分别为各自独立的H或者含N、O、S的芳香环基团。

所述硝基烷烃与芳香醛的物质的量之比为1:2～4；所述的硝基烷烃与所述的功能化的物质的量之比为1:0.1～0.25。

所述的功能化离子液体与水的质量比为1:0.1～10。

所述的反应微波加热条件为：温度20～150℃，功率100～600W，时间5～50min,所得混合物萃取分离、纯化、干燥即得到所述的α,β-不饱和硝基烯烃化合物。

所述的反应混合物分离或过滤所得滤液经除水干燥后，在反应中继续使用。

具体步骤如下：

第一步功能化离子液体的制备

取四烷基氢氧化磷（VI）水溶液与等摩尔质量的（VIIa）（或者（VIIb）、（VIIc）），在室温下搅拌1～12h，20～120℃下真空干燥12～72h,得离子液体：

Z=C=O,C=S,S=O,SO₂或C=NR₂₀;

K=O,S,NR₂₁或CR₂₂R₂₃;

L=NR₂₄或CR₂₅R₂₆;

M=O,C=O,NR₂₇或CR₂₈R₂₉;

Q=O,S,NR₃₀,CR₃₁R₃₂,C=O,C=S,SO₂或C=NR₃₃;

T=CR₃₄或N;

U=CR₃₅或N;V=CR₃₆或N;

第二步Henry反应

在功能化离子液体与水的催化体系下，在50mL的微波石英管中加入2.5mmol的芳香醛和2.5～7.5mmol的硝基烷烃和并且用聚四氟盖密封，微波加热温度在40～120℃，功率为100～600W下，搅拌5～50 min。反应式如下：

第三步离子液体的分离及产物的纯化

反应结束，将上述混合物冷却后萃取分离得目标产物，通过核磁质谱参考文献确定结构。芳香醛的转化率和目标产物的产率通过对反应混合物的¹H NMR进行定量分析。如需继续纯化，可用硅胶层析柱处理产品。萃取分离产物后，水相混合液回收，除水干燥，得离子液体可继续循环使用。

有益效果

本发明所述的功能化离子液体与水作为反应催化体系制备α,β-不饱和硝基烯烃化合物的方法有益效果主要体现在以下四个方面:

1)功能化离子液体与水的催化体系，兼具催化剂和溶剂的双重作用，可以有效减少对环境的影响；

2)所述的功能化离子液体制备过程简单，原子高效，原料廉价；

3)操作方法高效简单，反应条件温和，产品收率高；

4)所述离子液体可重复利用，产品收率不受影响。

综上，本发明所述的α,β-不饱和硝基烯烃化合物合成方法是一种绿色合成方法，对环境友好。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此。

实施例1

第一步离子液体的制备

取四丁基氢氧化磷水溶液（质量浓度40%）（6.9g,25mmol）与等摩尔量的咪唑（0.7g，25mmol），在室温下搅拌48h，除水干燥后得无色透明液体，80℃真空干燥12h,得离子液体[P(n-Bu)₄][Im]，结构式如下：

第二步Henry反应

功能化离子液体[P(C₂H₅)₄][Im]（1.0g,3.1mmol）与水1mL加入 50mL微博石英管,室温下搅拌至均相，硝基乙烷（0.1g，2.5mmol）和苯甲醛（0.26g，2.5mmol）依次加入到该反应容器中，微波聚四氟盖密封，在微波条件下（温度60℃，功率400W）,搅拌30min，冷却至室温。取少量反应混合物做¹H NMR表征，所得结果为：苯甲醛转化率99%，目标产物产率为98%。用10mL氯仿萃取反应产物，重复萃取步骤3次，除去氯仿并用硫酸镁干燥得目标产物，产物结构式为：

第三步离子液体的分离及产物的纯化

反应结束，将上述混合物冷却后抽滤得固体产物，用蒸馏水洗至滤液无色呈中性，固体产物可继续纯化（乙醇中重结晶）。滤液回收，除水干燥，得离子液体可继续循环使用。

实施例2-5

微波温度按照表1所述，其它反应反应条件：功能化离子液体[P(n-Bu)₄][Im]、水用量、反应时间、反应物用量和产品产率计算同实施例1中的henry反应。

表1

实施例6-11

反应时间按照表2所述，其它反应反应条件：功能化离子液体[P(n-Bu)₄][Im]、水用量、反应时间、反应物用量和产品产率计算同实施例1中的henry反应。。

表2

实施例12-16

按表3所述的功能化离子液体（3.3mmol）与水(等离子液体质量)室温下搅拌至均相，反应物用量、反应条件和产品产率计算同实施例1中的henry反应。

表3

实施例13～16中所述离子液体结构如下所示:

实施例17-20

离子液体与水的用量、反应条件和产品产率计算同实施例1中的henry反应。其中，芳香醛（2.5mmol）,硝基烷烃（2.5mmol）,反应结果见表4。

表4

实施例21-25

实施例1中分离纯化过的功能化离子液体，按照实施例1的henry反应条件进行重复实验（表5）。所述功能化离子液体重复使用4次未见活性减弱。

表5

本发明方法高效简单，反应条件温和，合成过程对环境友好，产率高，重复性好，而且，该体系中的离子液体制备方法简单、廉价，催化反应体系对环境友好，过程绿色并且具有很好的原子经济性。

α,β-不饱和硝基烯烃化合物

实施例1和17～20中的产物：

1-Phenyl-2-nitropropene¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.12(s,1H),7.35-7.28(m,5H),2.49(s,3H)；

1-(4-Methoxyphenyl)-2-nitropropene¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.05(s,1H),7.43(d,J=8.0Hz,2H),6.98(d,J=9.0Hz,2H),3.87(s,3H),2.48(s,3H)；

1-(4-Methylphenyl)-2-nitropropene¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.11(s,1H),7.38(d,J=8.0Hz,2H),7.29(d,J=8.0Hz,2H),2.49(s,3H),2.44(s,3H)；

1-(2-Chlorophenyl)-2-nitropropene¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):8.21(s,1H),7.51(dd,J₁=2.0Hz,J₂=7.0Hz,1H),7.41-7.29(m,3H),2.37(s,3H)；

1-(4-Chlorophenyl)-2-nitroethene¹H NMR(400MHz,CDCl₃)δ(ppm):7.44(dd,2H,J₁=2.0Hz,J₂=8.0Hz)；

7.49(dd,2H,J₁=1.5Hz,J₂=7.0Hz),7.65(d,1H,J=14.0Hz),7.97(d,1H,J=14.0Hz)。

Claims

1.一种α,β-不饱和硝基烯烃化合物的绿色合成方法，所述α,β-不饱和硝基烯烃化合物的结构如式（Ⅲ）所示，其特征在于：所述的合成方法是以结构如式（Ⅰ）所示的芳香醛与结构式（Ⅱ）所示的烷酮为底物，在功能化离子液体与水的体系下于20～150℃微波加热下充分反应，所得混合物经分离纯化得到所述的α,β-不饱和硝基烯烃化合物；

2.所述的功能化离子液体结构如下，

Z=C=O,C=S,S=O,SO₂或C=NR₂₀;

K=O,S,NR₂₁或CR₂₂R₂₃;

L=NR₂₄或CR₂₅R₂₆;

M=O,C=O,NR₂₇或CR₂₈R₂₉;

Q=O,S,NR₃₀,CR₃₁R₃₂,C=O,C=S,SO₂或C=NR₃₃;

T=CR₃₄或N;

U=CR₃₅或N;V=CR₃₆或N;

3.如权利要求1所述的绿色合成方法，其特征在于：所述的烷酮与所述的芳香醛的物质的量之比为1:2～4；所述的烷酮与所述的功能化离子液体的物质的量之比为1:0.1～0.25。

4.如权利要求1、2或3所述的绿色合成方法，其特征在于：所述的功能化离子液体与水的质量比为1:0.1～10。

5.如权利要求1所述的绿色合成方法，其特征在于：所述的反应在20～150℃微波加热条件下进行1～12h,所的产物萃取分离、纯化、干燥即得到所述的α,β-不饱和酮化合物。

6.如权利要求1或5所述的绿色合成方法，其特征在于：所述的反应混合物萃取分离后，所得水相溶液经除水干燥后，在反应中继续使用。