CN104774173B - 一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法，属于有机化工技术领域。该制备反应中芳香胺、芳香醛和乙酰乙酸乙酯的摩尔比为2：2：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用乙酰乙酸乙酯的5～8％，反应溶剂乙醇以毫升计的体积量为乙酰乙酸乙酯以毫摩尔计摩尔量的5～7倍，反应压力为一个大气压，回流反应30～45min，反应结束后冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯四氢吡啶衍生物。本发明与采用其它催化剂的制备方法相比，具有催化剂催化活性高、可生物降解性好、使用量少以及整个制备过程原料利用率高、操作简单方便等特点，便于工业化大规模生产。

Description

一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法
技术领域
本发明属于有机化工技术领域，具体涉及一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法。
背景技术
四氢吡啶衍生物是一种具有重要生物活性的杂环，可以作为医药、农药等行业的重要中间体。在天然界中已经分离出大量含有四氢吡啶的天然药物分子，该类分子具有抑制多重酶生物活性的生理活性，而且该类分子也在抗各类癌细胞和抗病毒等方面显示了很好的生物活性。此类化合物通常通过醛、胺和β-酮酯的三组分一锅法反应进行制备，但采用传统催化剂普遍存在反应时间长、产率不够高、有毒有害、价格昂贵、后处理繁琐等缺点。因此，开发一种绿色、高效、方便快捷地制备四氢吡啶衍生物的方法成为许多有机合成工作者普遍关注的问题。
酸性功能化离子液体，特别是对水和空气比较稳定的布朗斯特酸性离子液体，由于其具有种类多、活性位密度高、强度分布均匀、活性位不易流失等特点而被应用到四氢吡啶衍生物的制备反应中。比如Hamid Reza Shaterian等以硫酸氢化1-甲基咪唑鎓盐酸性离子液体作为催化剂，在无溶剂的条件下，可以高效地催化芳香醛、取代苯胺和乙酰乙酸乙酯或乙酰乙酸甲酯发生三组分“一锅法”反应制得四氢吡啶衍生物，其中催化剂在循环使用过程中的结构保持不变且催化活性未有明显降低(Acidic ionic liquids catalyzed one-pot，pseudo five-compount，and diastereoselective synthesis of highlyfunctionalized piperidine derivatives[J]，Journal of Molecular Liquids，2013，180：187～191)。
上述方法采用的酸性离子液体的结构母体是难生物降解的咪唑结构，制备价格较高，这与绿色化工的政策是相背的。此外，上述酸性离子液体的酸度比较低，导致在使用时其使用量较大。最后，虽然上述制备方法中没有使用有机溶剂作为反应介质，但是后处理过程相对比较复杂，需要水洗、重结晶等步骤。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物过程中存在离子液体不易生物降解，制备价格较高，离子液体使用量大且循环使用中损失量也较大、后处理复杂等缺点，而提供一种易生物降解、酸度较高、制备简单、使用量低的酸性离子液体作绿色催化剂，乙醇作溶剂条件下催化制备四氢吡啶衍生物的方法。
本发明所使用的酸性离子液体催化剂的结构式为：
本发明所提供的一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法，其化学反应式为：
其中：反应中芳香胺(I)、芳香醛(II)和乙酰乙酸乙酯(III)的摩尔比为2：2：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用乙酰乙酸乙酯的5～8％，反应溶剂乙醇以毫升计的体积量为乙酰乙酸乙酯以毫摩尔计摩尔量的5～7倍，反应压力为一个大气压，回流反应30～45min，反应结束后冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯四氢吡啶衍生物(IV)。滤液无需任何处理直接用于下一次反应，可以重复使用至少6次，其产物收率未有明显降低。
本发明所用的芳香胺为苯胺、对甲基苯胺、对氯苯胺中的任一种。
本发明所用的芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、间甲基苯甲醛、间甲氧基苯甲醛、间溴苯甲醛中的任一种。
本发明所使用的酸性离子液体催化剂的制备方法，参见相关文献(Novelmultiple-acidic ionic liquids:catalysts for environmentally friendly benignsynthesis of trans-β-nitrostyrenes under solvent-free conditions,Industrial&Engineering Chemistry Research，2014，53：547～552)。
本发明与其它酸作催化剂的制备方法相比，具有以下优点：
1、含有两个-SO3H的酸性离子液体的酸度高，催化活性好；
2、催化剂使用量少且循环使用中损失量也较少，循环使用次数较多；
3、原料利用率高，原子经济性较好；
4、催化剂可以生物降解，环境友好；
5、整个制备过程简单和方便，反应条件比较温和，便于工业化大规模生产。
附图说明
图1为本发明酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的工艺流程图。
图2为本发明酸性离子液体催化剂在催化制备2，6-双-苯基-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯反应中循环使用时的产物收率变化图。
图3为本发明酸性离子液体催化剂在催化制备2，6-双-苯基--1-苯基-4-(4-氯苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯反应中循环使用时的产物收率变化图。
具体实施方式
本发明的实质特点和显著效果可以从下述的实施例中得以体现，但它们并不对本发明作任何限制，本领域的技术人员根据本发明的内容做出一些非本质的改进和调整，均属于本发明的保护范围。下面通过具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中实施例中反应产物的测试表征使用的是德国Bruker公司、型号为AVANCE-II 400MHz的核磁共振仪；反应产物的熔点采用毛细管法测定。
实施例1
将2mmol苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.06mmol酸性离子液体分别加入到盛有5ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol苯甲醛，加热回流反应36min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-苯基-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为86％。滤液中按上述顺序加入苯胺、乙酰乙酸乙酯和苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-苯基-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.179～180℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.45(t，J＝7.2Hz，3H)，2.72～2.88(m，2H)，4.29～4.47(m，2H)，5.10(d，J＝5.2Hz，1H)，6.25～6.28(m，2H)，6.47(s，1H)，6.54(d，J＝8.8Hz，2H)，6.56～6.63(m，1H)，7.05～7.09(m，5H)，7.14～7.20(m，3H)，7.24～7.31(m，2H)，7.35(s，1H)，7.37(s，1H)，10.28(s，1H)
实施例2
将2mmol苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.06mmol酸性离子液体分别加入到盛有5ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol对甲基苯甲醛，加热回流反应32min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-(4-甲基苯基)-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为95％。滤液中按上述顺序加入苯胺、乙酰乙酸乙酯和对甲基苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-(4-甲基苯基)-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.135～137℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.47(t，J＝7.2Hz，3H)，2.28～2.32(m，6H)，2.72～2.93(m，2H)，4.30～4.48(m，2H)，5.13(d，J＝3.2Hz，1H)，6.27～6.32(m，2H)，6.44(s，1H)，6.56(d，J＝8.0Hz，2H)，6.61(t，J＝7.6Hz，1H)，7.06～7.14(m，11H)，7.22～7.27(m，2H)，10.29(s，1H)
实施例3
将2mmol苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.05mmol酸性离子液体分别加入到盛有5ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol对甲氧基苯甲醛，加热回流反应30min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为93％。滤液中按上述顺序加入苯胺、乙酰乙酸乙酯和对甲氧基苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-(4-甲氧基苯基)-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.135～136℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.45～1.48(m，3H)，2.75～2.88(m，2H)，3.79(s，3H)，3.81(s，3H)，4.27～4.30(m，2H)，5.06(d，J＝5.6Hz，1H)，6.33～6.36(m，3H)，6.51(d，J＝8.4Hz，2H)，6.63(t，J＝7.2Hz，1H)，6.79～6.84(m，4H)，7.13～7.16(m，7H)，7.21～7.23(m，2H)，10.32(s，1H)
实施例4
将2mmol对氯苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.06mmol酸性离子液体分别加入到盛有7ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol苯甲醛，加热回流反应33min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-苯基--1-苯基-4-(4-氯苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为94％。滤液中按上述顺序加入对氯苯胺、乙酰乙酸乙酯和苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-苯基-1-苯基-4-(4-氯苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.225～227℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.47～1.55(m，3H)，2.70～2.89(m，2H)，4.29～4.51(m，2H)，5.10(s，1H)，6.20(dd，J＝8.8，2.0Hz，2H)，6.37(s，1H)，6.41(dd，J＝9.6，2.4Hz，2H)，6.94～7.03(m，3H)，7.14(d，J＝7.2Hz，2H)，7.20～7.34(m，9H)，10.23(s，1H)
实施例5
将2mmol对甲基苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.07mmol酸性离子液体分别加入到盛有7ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol苯甲醛，加热回流反应35min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-苯基--1-苯基-4-(4-甲基苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为91％。滤液中按上述顺序加入对甲基苯胺、乙酰乙酸乙酯和苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-苯基-1-苯基-4-(4-甲基苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.201～203℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.41～1.45(m，3H)，2.16(m，3H)，2.27(m，3H)，2.69～2.93(m，2H)，4.32～4.48(m，2H)，5.09(d，J＝2.4Hz，1H)，6.18(dd，J＝8.0，2.0Hz，2H)，6.42(s，1H)，6.47(d，J＝2.8Hz，2H)，6.87～6.93(m，4H)，7.18～7.37(m，10H)，10.25(s，1H)
实施例6
将2mmol对甲基苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.08mmol酸性离子液体分别加入到盛有7ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol对甲基苯甲醛，加热回流反应42min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-(4-甲基苯基)--1-苯基-4-(4-甲基苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为88％。滤液中按上述顺序加入对甲基苯胺、乙酰乙酸乙酯和对甲基苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-(4-甲基苯基)-1-苯基-4-(4-甲基苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.226～227℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.40～1.55(m，3H)，2.18(m，3H)，2.27(m，3H)，2.32(m，3H)，2.35(m，3H)，2.72～2.86(m，2H)，4.30～4.47(m，2H)，5.08(d，J＝4.0Hz，1H)，6.19(d，J＝8.4Hz，2H)，6.38(s，1H)，6.43(d，J＝8.8Hz，2H)，6.89(t，J＝7.6Hz，4H)，7.05～7.10(m，6H)，7.22～7.27(m，2H)，10.22(s，1H)
实施例7
将2mmol对溴苯胺、1mmol乙酰乙酸乙酯和0.08mmol酸性离子液体分别加入到盛有7ml乙醇的带有搅拌子和冷凝管的25ml单口瓶中。室温下搅拌25min，然后向反应液中加入2mmol对溴苯甲醛，加热回流反应39min，TLC(薄板层析)检测，原料点消失，冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯2，6-双-(4-溴苯基)--1-苯基-4-(4-溴苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯，收率为86％。滤液中按上述顺序加入对溴苯胺、乙酰乙酸乙酯和对溴苯甲醛后进行重复使用。
2，6-双-(4-溴苯基)-1-苯基-4-(4-溴苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯：m.p.231～232℃；1H NMR(400MHz，CDCl3):δ＝1.23(t，J＝6.8Hz，3H)，2.35～2.70(m，2H)，4.12～4.30(m，2H)，5.88(s，1H)，6.60～6.64(d，J＝3.2Hz，1H)，6.68(s，1H)，6.79(s，1H)，6.83～6.88(d，J＝3.2Hz，2H)，7.14(d，J＝8.4Hz，2H)，7.19～7.23(m，2H)，7.28(s，1H)，7.34～7.38(m，2H)，7.40(d，J＝8.4Hz，3H)，7.51～7.56(m，2H)，10.24(s，1H)
实施例8
以实施例1为探针反应，作反应催化剂酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用6次，产物2，6-双-苯基-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯的收率变化见图2。
实施例9
以实施例4为探针反应，作反应催化剂酸性离子液体的活性重复性试验，离子液体重复使用6次，产物2，6-双-苯基-1-苯基-4-(4-氯苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯的收率变化见图3。
由图2、3可以看出：催化剂酸性离子液体在循环使用制备2，6-双-苯基-1-苯基-4-苯基氨基-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯和2，6-双-苯基-1-苯基-4-(4-氯苯基氨基)-1，2，5，6-四氢吡啶-3-羧酸乙酯的过程中的收率稍有降低，但降低幅度均比较小。因此，该催化剂酸性离子液体在催化制备四氢吡啶衍生物过程中可以被循环使用，其催化活性未有明显降低。

Claims (1)

1.一种利用酸性离子液体催化制备四氢吡啶衍生物的方法，其特征在于，所述制备反应中芳香胺、芳香醛和乙酰乙酸乙酯的摩尔比为2：2：1，酸性离子液体催化剂的摩尔量是所用乙酰乙酸乙酯的5～8％，反应溶剂乙醇以毫升计的体积量为乙酰乙酸乙酯以毫摩尔计摩尔量的5～7倍，反应压力为一个大气压，回流反应30～45min，反应结束后冷却至室温，有大量固体析出，碾碎固体，静置，抽滤，所得滤渣乙醇洗涤、真空干燥后得到纯四氢吡啶衍生物；
所述芳香胺为苯胺、对甲基苯胺、对氯苯胺中的任一种；
所述芳香醛为苯甲醛、对氯苯甲醛、对溴苯甲醛、对甲基苯甲醛、对甲氧基苯甲醛、间甲基苯甲醛、间甲氧基苯甲醛、间溴苯甲醛中的任一种；
所述酸性离子液体催化剂的结构式为：
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