CN105985254A - 一种制备甲酰胺类化合物的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种制备甲酰胺类化合物的方法，该方法以二氧化碳、氢气和胺类化合物为原料，以过渡金属络合物为催化剂，在有机溶剂中或者无溶剂条件下反应，形成甲酰胺类化合物。本发明的方法是二氧化碳化学利用的有效方法，具有反应效率高、选择性好、条件温和、经济环保和操作简便等优点，具有良好的推广和应用前景。

Description

一种制备甲酰胺类化合物的方法
技术领域
本发明涉及有机合成和催化领域。更具体地，本发明涉及利用钳形过渡金属络合物作为催化剂，催化二氧化碳、氢气与胺类化合物的反应，制备甲酰胺类化合物的方法。
背景技术
二氧化碳既是影响环境的温室气体，又是一种取之不尽用之不竭、廉价、安全以及可再生的碳资源[Carbon Dioxide as Chemical Feedstock,Ed.:Aresta,M.；Wiley-VCH,Weinheim,2010.]。近年来，如何利用二氧化碳作为碳资源转化为有用的化学化工产品，引起了各国政府和科学家们的广泛关注并进行了深入研究。
另一方面，甲酰胺类化合物如甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲酰吗啉等是非常重要的化工原料、溶剂或医药中间体，其中DMF被称为“万能溶剂”，也可用于石油化学工业中作为气体吸收剂用来分离和精制气体；此外，N-甲酰吗啉也是一种重要的甲酰胺类化合物,在工业上有着广泛用途，既可在有机合成中用作溶剂，也是分离芳烃与石腊烃的最佳抽提溶剂，用以生产高纯度(99.99％)精制苯。
工业上甲酰胺类化合物的通用生产方式主要有甲酸法，甲酸甲酯法等。比较特殊的是DMF，DMF的合成方法主要是一氧化碳法，该法的主要原料是合成氨、工业甲醇和一氧化碳。目前此法生产原料来源广阔，适合大规模连续化生产，美国、日本以及我国上规模企业等大多采用此法。但是由于DMF的生产和消耗量都非常大，而且这种方法是基于不可再生的煤炭资源为原料的，因此发展更清洁的可再生的生产方式仍显得十分必要。
DMF还可以由CO2为原料合成，由氢气还原CO2所得的甲酸与二甲胺反应脱水后得到DMF。但随后发展的催化剂效率不高，TON只有3400[Kiso,Y.；Saeki,K.Jpn KokaiTokkyo Koho 77.36617,1977]。直到1994年，NOYORI教授发现在超临界二氧化碳中以四(三甲基膦)二氯钌络合物为催化剂时可以高效合成DMF，TON达到了420万[Jessop,P.G.；Hsiao,Y.；Ikariya,T.；Noyori,R.J.Am.Chem.soc.1994,116,8851-8852.Jessop.P G；Hsiao,Y；Ikariya.T；Noyori.R.J.Am.Chem.Soc.1996,118,344-355.]，但是这个超临界反应体系的总压力高达210大气压，不仅能耗很高，而且对设备材料的要求也很苛刻，因而这个催化体系不适于在工业上的实际应用。同时，由于不同的胺在超临界二氧化碳中的溶解度不同，因此底物适用性较差，目前只有少数几个甲酰胺类化合物可以用这种方式合成，如二甲胺，二乙胺和丙胺。2012年Cantat教授报道了利用多聚硅试剂还原CO2与各种伯胺或者仲胺反应制备DMF及其他甲酰胺类化合物[Jacquet,O.；Das Neves Gomes,C.；Ephritikhine,M.；Cantat,T.J.Am.Chem.Soc.2012,134,2934.]的反应。然而此方法需要使用当量的硅试剂，成本较高，并且当底物为伯胺时，容易过度还原，反应选择性较差。
因此本领域亟需一种底物适用性好、催化剂方便使用、生产效率高、反应条件适合工业化生产、副产物污染低、绿色环保的新的合成甲酰胺类化合物的方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的合成甲酰胺类化合物的方法。
本发明的第一方面提供了一种制备甲酰胺类化合物的方法，所述方法包括步骤：
(a)在催化剂III的作用下，将通式为I的胺类化合物与二氧化碳和氢气进行反应，形成通式为II的甲酰胺类化合物：
式中，
R1选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25的芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8；
R2选自：取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8,其中，
R3、R4、R5各自独立地选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基或杂芳基，其中R4与R5可以连接成取代的或未取代的C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基,
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
在另一优选例中，所述催化剂是具有通式III所示的结构的钳形催化剂：
M(L)XYY’ (III)
式中，
M选自VIIIB族过渡金属：Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、或其组合；
X、Y和Y’各自独立地选自下组：一氧化碳、三苯基膦、吡啶、四氢呋喃、二甲亚砜或氢负离子、氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、BH4 -、BH3CN-、BH(Et)3 -、BH(sec-Bu)3 -或AlH4 -；
L为通式IV所示的三齿钳形配体，
式中，
m1和m2分别独立选自1-3之间的正整数；
D1’和D2’为与金属原子配位的供电子原子，分别独立选自P、N、或S；
R0选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基，取代的或未取代的C4-C20杂芳基；
R1’、R2’、R11’、R12’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C4-C24芳基或杂芳基，其中，R1’和R2’之间、R11’和R12’之间可以连接成C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基；
R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、取代的或未取代的C1-C10烷氧基或C6-C36芳基，其中R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各个基团之间可以连接成为取代的或未取代的C3-C10脂肪环烷基、C4-C24芳环基或杂芳基；
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
在另一优选例中，所述胺类化合物为有机伯胺或有机仲胺类化合物。
在另一优选例中，优选的R0选自：H、C1-C4烷基(如甲基)或苯基。
在另一优选例中，优选的R1’、R2’、R11’、R12’独立地选自下组：苯基、乙基、异丙基、叔丁基、环已基或金刚烷。
在另一优选例中，R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、苯基或吡啶基。
在另一优选例中，M为Ru或Ir。
在另一优选例中，所述催化剂为具有如下结构式的络合物：
在另一优选例中，所述催化剂为钌络合物。
在另一优选例中，所述的有机胺类化合物与催化剂的摩尔比为1000-5600000:1。
在另一优选例中，所述的有机胺类化合物与催化剂的摩尔比为10000-4000000:1，优选地为50000-2500000:1。
在另一优选例中，所述步骤a)还使用碱添加物，其中，所述碱添加物选自：醇的碱金属盐、醇的碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、或其组合。
在另一优选例中，所述碱添加物为叔丁醇钾。
在另一优选例中，所述步骤(a)不使用碱添加物。
在另一优选例中，所述方法的反应时间为0.1-1000小时。
在另一优选例中，所述方法的反应的时间为2-160小时，优选地为2-120小时。
在另一优选例中，所述方法中的氢气压力为1-100大气压，和/或
二氧化碳气压力为1-100大气压。
在另一优选例中，所述反应中的氢气压力为5-40大气压，优选地为35大气压。
在另一优选例中，所述反应中的二氧化碳气压力为5-40大气压，优选地为35大气压。
在另一优选例中，所述反应在60-200℃温度范围内进行。
在另一优选例中，所述反应的温度为80-150℃，优选地为80-140℃。
在另一优选例中，所述反应在有机溶剂中进行；其中，所述的有机溶剂选自：DMF、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、或其组合。
在另一优选例中，所述的有机溶剂为DMF、四氢呋喃、二氧六环、甲苯、甲醇、或其组合。
在另一优选例中，所述反应在无溶剂条件下进行。
在另一优选例中，R0、R1、R2、R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’、R1’、R2’、R11’、R12’基团的优选例为本发明实施例中所述具体化合物所对应的基团。
本发明的第二方面提供了一种制备甲酰胺类化合物的方法，所述方法包括步骤：在钳形过渡金属催化剂III作用下，将(i)有机伯胺或者有机仲胺类化合物与(ii)二氧化碳和(iii)氢气进行反应，从而形成甲酰胺类化合物，
其中，所述的催化剂III是具有如下通式所示结构的钳形催化剂：
M(L)XYY’ (III)
式中，
M选自VIIIB族过渡金属：Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt、或其组合；
X、Y和Y’各自独立地选自下组：一氧化碳、三苯基膦、吡啶、四氢呋喃、二甲亚砜或氢负离子、氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、BH4 -、BH3CN-、BH(Et)3 -、BH(sec-Bu)3 -或AlH4 -；
L为通式IV所示的三齿钳形配体，
式中，
m1和m2分别独立选自1-3之间的正整数；
D1’和D2’为与金属原子配位的供电子原子，分别独立选自P、N、或S；
R0选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基，取代的或未取代的C4-C20杂芳基；
R1’、R2’、R11’、R12’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C4-C24芳基或杂芳基，其中，R1’和R2’之间、R11’和R12’之间可以连接成C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基；
R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、取代的或未取代的C1-C10烷氧基或C6-C36芳基，其中R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各个基团之间可以连接成为取代的或未取代的C3-C10脂肪环烷基、C4-C24芳环基或杂芳基；
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
在另一优选例中，所述胺类化合物为有机伯胺或有机仲胺类化合物。
在另一优选例中，优选的R0选自：H、C1-C4烷基(如甲基)或苯基。
在另一优选例中，优选的R1’、R2’、R11’、R12’独立地选自下组：苯基、乙基、异丙基、叔丁基、环已基或金刚烷。
在另一优选例中，R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、苯基或吡啶基。
在另一优选例中，M为Ru或Ir。
在另一优选例中，所述的甲酰胺类化合物的结构如式II所示，
式中，
R1选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25的芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8；
R2选自：取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8,其中，
R3、R4、R5各自独立地选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基或杂芳基，其中R4与R5可以连接成取代的或未取代的C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基,
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
在另一优选例中，所述甲酰胺类化合物包括甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)和N-甲酰吗啉。
本发明的第三方面提供了一种三齿钳形配体，其特征在于,所述配体具有如下结构式所述的结构：
本发明的第四方面提供了一种催化剂，所述催化剂包含有如本发明第三方面所述的配体。
在另一优选例中，所述催化剂具有下式结构：
M(L)XYY’
式中，
M选自VIIIB族过渡金属：Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt或其组合；
X、Y和Y’各自独立地选自下组：一氧化碳、三苯基膦、吡啶、四氢呋喃、二甲亚砜或氢负离子、氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、BH4 -、BH3CN-、BH(Et)3 -、BH(sec-Bu)3 -或AlH4 -；
L为权利要求12所述的三齿钳形配体。
在另一优选例中，所述的催化剂具有下式结构：
本发明的第五方面提供了一种式III催化剂的用途，其特征在于，所述催化剂被用作催化有机伯胺或者有机仲胺类化合物与二氧化碳和氢气进行反应从而形成甲酰胺类化合物的反应。
应理解，在本发明范围内中，本发明的上述各技术特征和在下文(如实施例)中具体描述的各技术特征之间都可以互相组合，从而构成新的或优选的技术方案。限于篇幅，在此不再一一累述。
附图说明
图1为钌催化剂1a的X-射线单晶衍射结构图。
具体实施方式
本发明人经过长期广泛而深入的研究，通过大量筛选和测试，首次发现有机胺类化合物在氢气的存在下，通过适合的催化剂催化，与二氧化碳反应，能够高效率和高选择性地形成甲酰胺类化合物，从而实现了二氧化碳的直接固定和利用。这类甲酰胺类化合物在工业，医药以及材料行业有着极其广泛的应用，因此本发明的方法有着巨大的应用前景。在此基础上完成了本发明。
转化效率
本文所用的术语“转化效率”(或称效率)是指在化学反应中已消耗掉的反应物的量与初始加入的该反应物总量的百分比率。本发明的转化效率以二甲胺来计算。
转化数
本文所用的术语“转化数”是指某一时间段内,已经转化的反应物的摩尔数与催化剂的摩尔数的比值。本发明的转化数以二甲胺来计算。
在本发明中,转化效率和转化数的计算是通过气相色谱法或者分离法两种方式进行。
本发明的催化剂
本发明所采用的钳形过渡金属络合物催化剂具有如下1a-1h、2a-2d和3a所示的结构。其中1g,2c-2d的制备参见实施例1,2和3，
甲酰胺类化合物的制备方法
本发明所述的甲酰胺类化合物的制备方法包括步骤：
(a)在催化剂III的作用下，将通式为I的胺类化合物与二氧化碳和氢气进行反应，形成通式为II的甲酰胺类化合物：
式中，
R1选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25的芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8；
R2选自：取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8,其中，
R3、R4、R5各自独立地选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基或杂芳基，其中R4与R5可以连接成取代的或未取代的C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基,
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
本发明的主要优点包括：
1.本发明首次利用二氧化碳、氢气与有机胺类化合物在钳形过渡金属络合物催化剂的作用下反应,高效制备甲酰胺类化合物。与传统制备甲酰胺类化合物的方法相比，本发明的方法实现了CO2的高效化学转化和利用，而且由于二氧化碳廉价易得使用安全，可以在工业化大规模制备甲酰胺中有效地降低生产成本，是直接利用二氧化碳作为碳资源转化成有用化合物的一种新技术，具有的良好应用前景。
2.本发明的方法所产生的唯一副产物是水，不产生其他废料，符合绿色环保和可持续发展社会的长远技术目标。
3.本发明方法操作简便，反应条件温和，能耗较低。
4.本发明方法以二氧化碳、氢气和二甲胺为原料，在较温和的反应条件下高效催化制备N,N-二甲基甲酰胺(DMF)，单釜反应的催化转化数可以达到600000以上；并且由于所采用的催化剂十分稳定，可以方便地实现催化剂的多次循环使用(高于12次)，从而极大地提高了催化剂的使用效率，大幅降低了反应成本。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。除非另外说明，否则百分比和份数是重量百分比和重量份数。
实施例1：钌络合物1g的合成
在氩气气氛下，向100-mL Schlenk管中加入PhN(CH2CH2PPh2)2(1.10g,2.12mmol)、甲苯(20mL)和RuHCl(CO)(PPh3)3(1.90g,2.0mmol)，回流反应2小时。反应体系冷却到室温后，加入己烷(10mL)。析出的沉淀过滤，并用己烷洗涤。真空干燥后得白色粉末状固体钌络合物1g(1.231g)，产率90％。
M.P.178℃.90％Yield。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.09-7.19(m,25H),4.72(t,2H,J＝14.7Hz),3.54-3.36(m,2H),2.19(t,2H,J＝13.8Hz),1.8-1.62(m,2H)-13.57(t,J＝26.0Hz,1H)ppm。31P NMR(161.9MHz,CDCl3)δ51.5(d,J＝5.7Hz)ppm。HRMS(MALDI)m/z calcd.for[C35H34NOP2 96Ru]+:642.1186,Found:642.1189[M-Cl]+；IR(film)1922cm-1。
实施例2：钌络合物2c的合成
向100mL圆底瓶中加入二苯基(乙烯基)膦氧(2c-1)(1.63g,14.0mmol),N,N-二乙基乙二胺(2.3g,10.0mmol)和水(25毫升),混合物在50℃温度下搅拌反应18小时。冷至室温后，混合物用二氯甲烷萃取(25mL X 3),以无水硫酸钠干燥后过滤，滤液旋蒸除去溶剂后，残余物用硅胶进行柱层析(洗脱剂CH2Cl2:CH3OH＝20:1,v/v)分离提纯，真空干燥得到粘稠无色油状化合物2c-2，产率82％。
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.74-7.69(m,4H),7.50-7.41(m,6H),2.95-2.89(m,2H),2.59(t,J＝6.0Hz,2H),2.53-2.42(m,8H),2.00(br s,1H),0.94(t,J＝7.2Hz)ppm。31P NMR(161.9MHz,CDCl3)δ30.9ppm；13C NMR(100MHz,CDCl3)δ132.67(d,JP-C＝98.2Hz),131.57(d,JP-C＝2.2Hz),130.42(d,JP-C＝8.9Hz),128.46(d,JP-C＝11.1Hz),52.07,46.99,46.76,42.66,30.20(d,JP-C＝70.7Hz),11.48ppm。
在氩气气氛下，向100mL Schlenk管中加入2c-2(2.83g,8.22mmol),无水三氯亚铈(3.04g,12.33mmol)和THF(35mL),搅拌下向反应体系中分批加入四氢铝锂(1.25g,32.88mmol),有气泡放出。混合物在50℃加热搅拌2小时后，缓慢冷却至室温。将所得到的悬浊液分批加入搅拌的冰食盐水-CH2Cl2(1:2)混合液中，过滤除去固体物质，滤液静置分层后，分离有机相。水相经CH2Cl2萃取(20mL×3)，合并有机相，经无水硫醨钠干燥后过滤，滤液旋蒸除去溶剂，得到无色粘稠状液体2c-3.产率100％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.45-7.32(m,10H),2.79-2.74(m,2H),2.65(t,J＝6.4Hz,2H),2.52-2.47(m,6H),2.29(t,J＝7.6Hz,2H),2.00(br,1H,NH),1.00(t,J＝6.8Hz,6H)ppm。31P NMR(161.9MHz,CDCl3)δ-20.40ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ138.64,138.52,132.72,132.54,128.45,128.38,128.32,52.62,47.40,47.02,46.90,46.68,29.18,29.06,11.92.ppm。
在氩气气氛下，向100mL Schlenk管中加入2c-3(659mg,2.0mmol)、甲苯(20mL)和RuHCl(CO)(PPh3)3(1.59g,1.67mmol)，加热回流2小时。反应混合物冷却到室温后，加入己烷(10mL)，析出白色沉淀。过滤并用少量己烷洗涤，真空干燥后得白色固体钌络合物1g(285mg)，产率30％。
M.P.200℃；1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.72-7.25(m,10H),4.53(s,1H),3.63-3.39(m,3H),3.24-3.20(m,1H),3.13-3.11(m,1H),2.97-2.92(m,3H),2.78-2.67(m,2H),2.55(br,1H),2.23(t,J＝14.4Hz,1H),1.20(t,J＝5.6Hz,3H),1.11(t,J＝6.4Hz,3H),-16.2(d,J＝28Hz,1H)ppm；
31P NMR(161.9MHz,CDCl3)δ71.5(d,J＝23.2Hz)ppm；
HRMS(MALDI)m/z calcd.for[C21H30N2OP96Ru]+:453.1166,Found:453.1167[M-Cl]+；IR(film)1976,1908,1891cm-1。
实施例3：钌络合物2d的合成
在氩气气氛下，向100-mL Schlenk管中加入HN(CH2CH2NH2)2(62mg,0.6mmol)、甲苯(10mL)和RuHCl(CO)(PPh3)3(475mg,0.5mmol)，回流反应2小时。反应混合物冷却到室温后，加入己烷(10mL)。过滤析出的白色沉淀，并用己烷洗涤，真空干燥后得白色固体钌络合物2d(0.256g)，产率96％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ7.54-7.44(m,15H),5.31(br,2H),5.05(br,1H),3.38(s,1H),3.17(s,2H),3.98-2.85(m,2H),2.62(s,1H),2.30(s,1H),1.86-1.79(m,2H),-12.7(d,J＝25.2,1H)ppm。
31P NMR(161.9MHz,CDCl3)δ67.9ppm。
HRMS(MALDI)m/z calcd.for[C23H29N3OP96Ru]+:490.1119,Found:490.1117[M-Cl]+.IR(fi lm)1918cm-1。
实施例4:不同温度对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
在手套箱中氮气氛围下，向125-mL的Parr高压釜中加入钌络合物1b(6.1mg,0.01mmol)、叔丁醇钾(1.1mg,0.01mmol)、四氢呋喃(2mL)和吗啉(872mg,10mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，充入二氧化碳气体至30atm，随后再充入氢气20atm至总气压为50atm。反应釜中的混合物在设定温度下的油浴中加热搅拌2小时后，将反应釜在水浴中冷却至室温，通风橱中缓慢放掉剩余的气体。向混合物中加入对二甲苯内标(50μL)，用气相色谱方法确定N-甲酰吗啉的产率(结果见表1)。
Agilent 6890 gas chromatograph,DM-Wax column(60m×0.32mm×1μm).GC conditions:DM-wax column,carrier gas:N2,Injection temp.:250℃,Detectortemp.:3000℃,flow rate:1mL/min,oven temp.:40℃,1min,10℃/min,230℃,30min.
表1不同温度对钌络合物1b催化的吗啉甲酰化反应的影响
温度(℃) 60 80 100 110 120 130 140
产率(％) 4 23 36 59 61 58 49
上表中：N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表1可知，温度的变化对反应结果有显著的影响。低于60℃时，反应基本不能进行，而高于140℃时，产物收率也有所下降。因此，反应中所采用的温度为110℃至130℃之间，优选地为120℃。
实施例5:不同溶剂对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
采用与实施例4相似的骤，以钌络合物1b为催化剂，在120℃下，在CO2和H2分别为30大气压和20大气压条件下，在不同的溶剂中与吗啉在反应釜中搅拌2个小时，气相色谱测定N-甲酰吗啉的产率。结果如表2所示：
表2不同溶剂对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
溶剂 四氢呋喃 乙腈 甲苯 甲醇 无溶剂
产率(％) 58 54 44 58 1
上表中：N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定
从表2可知，不同反应溶剂对产物的收率也有明显影响。在极性溶剂如乙腈、甲醇或THF中反应，产物收率从中等到良好，甲苯中收率略低，无溶剂时则不发生反应。因此，进一步的条件筛选中采用THF或者甲醇为反应溶剂。
实施例6:CO2和H2压力对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
采用与实施例4相似的步骤，以钌络合物1b(0.01mmol)为催化剂，在不同的CO2和H2分压的条件下,在120℃下催化吗啉甲酰化反应2个小时，反应结果如表3所示：
表3不同CO2和H2压力对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
CO2压力(atm) 10 20 30 35 40 20 50 10
H2压力(atm) 10 20 30 35 20 40 10 50
GC产率(％) 18 49 59 75 61 50 51 55
上表中：N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表3可知，CO2和H2压力变化对反应结果有较大影响。在表中所尝试的压力条件下，CO2和H2分别为35大气压时1b的催化效果最优，N-甲酰吗啉的收率可达75％。
实施例7:吗啉甲酰化反应中催化剂(1a-1h,2a-2d,3a)的筛选
采用与实施例4相似的步骤，分别以0.1mol％的钌络合物1a-1h,2a-2d,3a为催化剂，在120℃下，吗啉(10mmol)与CO2(35大气压)和H2(35大气压)在THF溶剂中反应2小时，结果如表4所示：
表4不同催化剂1a-1h,2a-2d,3a对吗啉甲酰化反应的影响
上表中：N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表4可知，在所考察的不同种类的三齿钳形金属催化剂1a-1h,2a-2d,3a中，相同反应条件下PNP三齿配体络合物1a-1h比PNN和SNS三齿配体络合物(2a-2c,3a)能更高效地催化吗啉甲酰化反应。因此优选PNP型三齿配体络合物为催化剂，更优选地为钳形三齿配体钌络合物1a。
实施例8:不同碱用量对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
采用与实施例4相似的步骤，以钌络合物1b为催化剂，不同用量的叔丁醇钾作为碱性添加剂，吗啉(872mg,20mmol)在120℃下和CO2(35大气压)和H2(35大气压)在THF溶剂中反应2个小时。反应结果如表5所示：
表5不同碱用量对钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应的影响
tBuOK(equiv) 0 1 5
产率(％) 72 73 70
上表中：N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表5可知，在该反应中碱(叔丁醇钾)的用量对于催化效果并没有明显影响。由于反应底物吗啉本身就是一种碱性较强的有机碱，钌络合物1b不再需要外加的碱来活化，因此后续的优选例中除胺类底物之外，不再添加碱。
实施例9：万分之一摩尔当量钌络合物1a催化的吗啉甲酰化
在手套箱中氮气氛围下，向125-mLParr高压釜中加入钌络合物1a(1.2mg,0.002mmol)、四氢呋喃(2mL)和吗啉(1.742g,20mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，充入二氧化碳气体至35atm，随后再充入氢气35atm,几分钟内总压力稳定在60atm左右。反应釜中的混合物在120℃的油浴中加热搅拌反应2小时后，反应釜在水浴中冷至室温，通风橱中缓慢放掉剩余的气体。混合物中加入对二甲苯(50μL)为内标，用气相色谱方法测定N-甲酰吗啉的产率为92％。
实施例10：不同用量的钌络合物1a催化的吗啉甲酰化
采用与实施例9相似的步骤，分别降低催化剂的摩尔用量至二万分之一，四万分之一和十万分之一，在120℃，CO2和H2压力分别为35大气压的条件下与吗啉(20mmol)反应2小时，其结果如表6所示。
表6不同用量的钌络合物1b催化吗啉甲酰化反应
催化剂1a用量(mol％) 0.005 0.0025 0.001
产率(％) 99 69 61
TOF(h-1) 10000 13870 30500
上表中N-甲基吗啉的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表6可知，降低催化剂用量有利于提高催化剂1a的催化效率。
实施例11：二百万分之一摩尔用量的钌络合物1a催化的吗啉甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，将6.1毫克钌络合物1a溶于10mL四氢呋喃中，搅拌后形成催化剂1a储备液。取0.1毫升上述溶液加入125-mL的Parr高压釜中(0.06mg,0.0001mmol 1a,)，并依次加入四氢呋喃(10mL)、吗啉(17.31g,200mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm。反应体系在120℃的油浴中搅拌加热42小时后，高压釜在水浴中冷至室温,在通风橱中缓慢放出剩余气体。再次充入CO2气体和氢气各35atm，然后在120℃搅拌加热32小时后，水浴冷至室温，在通风橱中缓慢放掉剩余气体。再次充入二氧化碳和氢气各35atm，并在120℃搅拌加热22小时后，高压釜压力不再降低。反应体系冷至室温后，缓慢放出剩余气体后得到浅黄色液体。将此液体通过硅胶短柱(2厘米)过滤，并以乙酸乙酯洗涤。所得滤液以无水硫酸钠干燥，过滤并旋转蒸发掉溶剂，真空干燥得到N-甲酰吗啉(22.447g)，产率97％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.06(s,1H),3.71(t,J＝4.8Hz,2H),3.67(t,J＝4.8Hz,2H),3.58(t,J＝4.8Hz,2H),3.41(t,J＝4.8Hz,2H)ppm。
实施例12：二百五十万分之一摩尔用量的钌络合物1a催化的吗啉甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，将6.1毫克钌络合物1a溶于10mL四氢呋喃中，取0.2毫升(0.12mg,0.0002mmol)加入300-mL Parr高压釜中、依次加入20mL四氢呋喃,吗啉(43.80g,502.8mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm，约5分钟后体系总压力稳定在60atm。反应体系在油浴中加热至120℃，压力升高至约110atm,搅拌46小时后，压力降低至60atm。反应体系在水浴中冷却至室温，在通风橱中缓慢放掉剩余气体。随后再次充入二氧化碳和氢气各35atm，并重新加热至120℃继续搅拌反应51小时后，降至室温、放气后，再充入二氧化碳和氢气各35atm。此过程如此反复共4次，所用时间分别为46、51、24和36小时。然后反应釜在水浴中冷至室温，在通风橱中缓慢放出剩余的气体，得到浅黄色液体。将此液体通过2厘米硅胶短柱过滤，并以乙酸乙酯洗涤。所得溶液以无水硫酸钠干燥后过滤，滤液旋蒸除掉溶剂，真空干燥得到N-甲酰吗啉(42.63g)，产率74％。
实施例13：四百万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的吗啉甲酰化反应
在手套箱氮气气氛中，将6.1毫克钌络合物1a溶于10mL四氢呋喃中，取50微升加入300-mL Parr高压釜中(0.03mg,0.00005mmol)、依次加入10mL四氢呋喃,吗啉(17.32g,200mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm，体系总压力稳定在60atm。反应体系在120℃的油浴中加热搅拌156小时后，压力不再降低。水浴冷至室温，缓慢放出剩余气体，得到浅黄色液体和白色固体混和物。将此混和物通过2厘米硅胶柱过滤，并以乙酸乙酯洗涤。所得溶液以无水硫酸钠干燥后旋蒸除掉溶剂，真空干燥得到无色液体4.71克，产率20％。
实施例14：一百万分之一摩尔当量的钌络合物1b催化的吗啉甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，将6.1毫克钌络合物1b溶于10mL四氢呋喃中，取0.1毫升加入600-mL Parr高压釜中，再加入10mL THF,吗啉(8.720g,200mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm。总压力定至60atm左右。反应体系在120℃的油浴中搅拌加热72小时后在水浴中冷至室温，然后在通风橱中缓慢放掉剩余的气体得到无色液体。加入对二甲苯(500uL)为内标，以气相色谱法确定N-甲酰吗啉的产率为97％。
所得溶液经过2cm硅胶柱过滤并以乙酸乙酯洗涤和无水硫酸钠干燥后，旋蒸除去溶剂后得到淡黄色液体N-甲酰吗啉(10.701g)，产率为93％。
实施例15:不同温度对钌络合物1a催化二甲胺甲酰化合成DMF的影响
在手套箱的氮气氛围下，向125mL的Parr高压釜中加入钌络合物1a(1.2mg,0.002mmol)、THF(2mL)和二甲胺的等价反应物即二甲胺二氧化碳盐(1.350g,20mmol二甲胺)。将高压釜封好后从手套箱中取出，充入二氧化碳气体和氢气各35atm，总气压稳定在60atm左右。反应釜中的混合物在设定温度的油浴中加热搅拌2小时后，将反应釜在水浴中冷却至室温，通风橱中缓慢放掉剩余的气体。向混合物中加入对二甲苯内标(50μL)，用气相色谱方法确定DMF的产率。
Agilent 6890 gas chromatograph,DM-Wax column(60m×0.32mm×1μm).GC conditions:DM-wax column,carrier gas:N2,Injection temp.:250℃,Detectortemp.:300℃,flow rate:1mL/min,oven temp.:40℃,1min,10℃/min,230℃,30min。反应结果见表7。
表7不同温度对钌络合物1a催化的二甲胺甲酰化反应的影响
温度(℃) 60 80 90 100 110 120
产率(％) 7 18 30 38 57 53
上表中，DMF的产率都是通过气相色谱以对二甲苯为内标测定
从表7可知，温度的变化对反应结果有显著的影响。低于60℃时，反应基本不能进行，而高于120℃时，产物收率也有所下降。因此，在优选例中采用的反应温度为110至120℃之间，优选地为110℃。
实施例16:CO2和H2压力对钌络合物1a催化二甲胺甲酰化合成DMF的影响
采用与实施例15相似的步骤，以钌络合物1a(0.01mmol)为催化剂，以二甲胺二氧化碳盐(1.350g,20mmol)为二甲胺前体，在不同的CO2和H2分压的条件下,在110℃反应2个小时，反应结果如表8所示：
表8CO2和H2压力对钌络合物1a催化二甲胺甲酰化反应的影响
CO2/H2(atm/atm) 10/10 15/15 20/20 25/25 30/30 35/35 5/65
DMF产率(％) 13 16 36 40 46 59 27
CO2/H2(atm/atm) 10/60 15/55 20/50 30/40 40/30 50/20 60/10
DMF产率(％) 35 41 39 46 53 18 1
上表中，DMF的产率通过气相色谱以对二甲苯为内标测定。
从表8可知，CO2和H2压力变化对反应结果有着较大的影响。在表中所测试的条件中，CO2和H2最优压力分别为35大气压，DMF的收率可达59％。
实施例17：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的二甲胺甲酰化反应
采用与实施例15相似的步骤，以二甲胺二氧化碳盐(1.342g,20mmol)代替吗啉，在110℃、CO2和H2压力分别为35大气压的条件下反应2小时。
反应体系加对二甲苯(50μL)作为内标，以气相色谱法测定DMF的产率为84％。所得液体经过2cm硅胶柱过滤，用乙酸乙酯洗涤后所得溶液以无水硫酸钠干燥，旋蒸除掉溶剂，得到无色液体DMF，产率为59％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.02(s,1H),2.96(s,3H),2.89(s,3H)ppm。
实施例18：五万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的二甲胺甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，向一个300mLParr高压釜中加入钌络合物1a(1.2mg,0.002mmol)、10mL四氢呋喃,二甲胺二氧化碳盐(6.710g,100mmol二甲胺)。将高压釜封好后从手套箱中取出，充入二氧化碳气体35atm和氢气35atm。反应体系在110℃的油浴中加热搅拌反应14小时。将反应釜在水浴中冷却至室温后，在通风橱中缓慢放掉剩余气体得到无色透明液体。以50微升对二甲苯作为内标，以气相色谱法测定DMF的产率为89％。
将所得无色透明液体减压蒸馏(80℃，3.1torr)得到无色液体6.89克，为含水DMF(1H NMR分析显示含水量通常介于7％-16％，计算产率时按含水量20％计算)，产率为76％。
实施例19：二十七万分之一摩尔当量的钌络合物1b催化的二甲胺甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，向125mL的Parr高压釜中依次加入钌络合物1b(0.2mg,0.00033mmol)和2mL四氢呋喃。将高压釜封好后从手套箱中取出，在干冰浴中充入二甲胺气体(约4.0g,89mmol)。高压釜自然升至室温后再依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm。反应釜在110℃的油浴中搅拌加热16小时。将高压釜在水浴中冷却至室温后，在通风橱中缓慢放掉剩余的气体。向得到的混和物中加入对二甲苯(50μL)作为内标，以气相色谱法确定DMF的产率为46％。
实施例20：二十六万分之一的钌络合物1b催化的二甲胺甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，向300mL的Parr高压釜中加入钌络合物1b(1.2mg,0.002mmol)和四氢呋喃(2mL)。将高压釜封好后从手套箱中取出，在干冰浴中充入二甲胺气体(6.8克，151mmol)。自然升温至室温后，依次充入二氧化碳气体35atm和氢气35atm，最终压力稳定在60atm左右。反应釜在110℃的油浴中反应16小时后冷至室温,在通风橱中缓慢放出剩余气体。然后在干冰浴中再次充入二甲胺气体(7.8克，173mmol)。空气中冷却至室温后依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm。反应釜在110℃的油浴中再次搅拌加热4小时后，体系压力降至58atm。高压釜在水浴中冷至室温，小心放出剩余气体。然后再次充入CO2和氢气各35atm并且在汕浴中加热搅拌反应14小时后压力降至60atm。将反应釜在水浴中冷至室温后在通风橱中缓慢放掉剩余的气体。再次在干冰浴中充入二甲胺气体(10克，222mmol)，随后依次充入二氧化碳和氢气各35atm,高压釜110℃油浴中搅拌加热6.5小时后在水浴中冷至室温后放出剩余气体，再次充入二氧化碳和氢气各35atm，然后在110℃油浴中搅拌加热5小时后压力降低至70atm。反应体系在水浴中冷至室温并在通风橱中缓慢放出剩余气体，得到淡黄色液体。减压蒸馏(80℃,3.1torr)得到无色液体DMF(27.48g，1H NMR分析显示含水量通常介于7％-16％，计算产率时按含水量20％计算),产率为64％。
实施例21：七十二万分之一摩尔当量钌络合物1b催化的二甲胺甲酰化反应
在手套箱的氮气气氛中，向600mL Parr高压釜中加入钌络合物1b(1.2mg,0.002mmol)和5mL四氢呋喃。将高压釜封好后从手套箱中取出，在干冰浴中充入二甲胺气体(34.0g,755mmol)。自然升温至室温后依次充入二氧化碳气体35atm和氢气35atm。在110℃油浴中搅拌加热41小时后，压力降低至55大气压。反应体系在水浴中冷至室温后在通风橱中缓慢放出剩余气体。再次在干冰浴中充入二甲胺气体(62.4克，1387mmol)。自然升温至室温后充入二氧化碳气体和氢气各35atm。反应釜在110℃的油浴中再次加热41小时后，体系压力降至65atm，高压釜再次在水浴中冷却至室温，在通风橱中缓慢放出剩余气体后重新充入CO2气体和氢气各35atm。将反应釜在110℃的油浴中搅拌加热69小时后压力降至73atm。将反应釜在水浴中冷至室温后在通风橱中缓慢放掉剩余的气体，得到淡黄色液体。蒸馏回收沸点为60-63℃的二甲胺碳酸盐62.0克(含水和5ml THF)后，减压蒸馏(80℃，3.1torr)得到第二馏分DMF(109.03g，1H NMR分析显示含水量通常介于7％-16％，计算产率时按含水量20％计算)，产率为56％。
实施例22：五万分之一摩尔当量的钌络合物1b催化的二甲胺甲酰化反应及催化剂1b的循环利用
在空气气氛中，向300mL高压釜中加入钌络合物1b(6.0mg,0.01mmol)，5mL DMF和新鲜制备的二甲胺碳酸盐(内含二甲胺与CO2摩尔比例为2:1，35.2g,525mmol二甲胺)。以二氧化碳气体置换高压釜中的空气三次，然后依次充入二氧化碳和氢气各35atm，气压稳定在60atm左右。在120℃油浴中加热2.5小时后，压力降低至58atm。高压釜在水浴中冷至室温后在通风橱中缓慢放出剩余气体，然后再次充入二氧化碳气体和氢气各35atm。反应釜再次在120℃油浴中搅拌加热2.5小时后，体系压力降至64atm。将反应釜在水浴中冷至室温后在通风橱中缓慢放掉剩余的气体，得到淡黄色液体。所得液体转移至圆底烧瓶中，减压蒸馏(80℃,3.1torr)得到DMF和水的混和物无色液体33.74克(1H NMR分析显示含水量通常介于7％-16％，计算产率时按含水量20％计算)。圆底烧瓶中的剩余少量液体用5毫升DMF稀释后，再次转入300mL Parr高压釜中，然后加入约35克二甲胺碳酸盐，重复上述过程进行下一轮次二甲胺甲酰化反应。二甲胺甲酰化反应循环12次后，催化效果仍得到很好保持(见表9)。
表9催化剂1b在二甲胺甲酰化反应中的循环利用
循环(次) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
产率(％) 71 44 67 55 44 52 47 58 63 60 51 56
TON 37000 25000 33300 27920 22400 25900 24300 29740 33680 30000 26750 28870
TOF(h-1) 6160 5000 6660 5580 4480 5150 4860 4200 5610 5000 4860 5770
上表为通过减压蒸馏(80℃,3.1torr)所得到的DMF分离产率。
实施例23：千分之一摩尔当量的铱络合物1h催化的吗啉甲酰化反应
在一个充满氮气的手套箱中，向125mL的Parr高压釜中加入钌络合物1h(5.0mg,0.01mmol)和2mL四氢呋喃，再加入叔丁醇钾(1.1mg,0.01mmol),和吗啉(872mg,10mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳和氢气各35atm，几分钟后总压力稳定在60atm左右。反应釜在120℃的油浴中搅拌加热2小时后,在水浴中冷至室温，然后在通风橱中缓慢放掉剩余气体。加入对二甲苯(50μL)作为内标，以气相色谱法确定反应的产率为71％。
实施例24：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的二乙胺甲酰化反应
在手套箱中氮气氛围下，向125-mLParr高压釜中加入钌络合物1a(1.2mg,0.002mmol)、四氢呋喃(2mL)和二乙胺(1.342g,20mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，充入二氧化碳气体和氢气各35atm，几分钟后体系总气压为稳定在60atm。反应釜中的混合物在120℃的油浴中加热搅拌16小时后，在水浴中冷至室温，通风橱中缓慢放掉剩余的气体得到澄清溶液。所得混和物经过短硅胶柱(约2厘米)过滤，用乙酸乙酯洗涤(5mL x 3)后所得滤液以无水硫酸钠干燥，旋蒸除掉溶剂,得到N,N-二乙基甲酰胺无色液体(0.860g)，产率54％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.05(s,1H),3.37(q,J＝6.8Hz,2H),3.28(q,J＝6.8Hz,2H),1.20(t,J＝7.2Hz,3H)1.14(t,J＝6.8Hz,3H)ppm。
实施例25：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的二正丁胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),二正丁胺(2.585g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在125-mLParr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N,N-二丁基甲酰胺无色液体(2.790g)，产率89％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.04(s,1H)3.29(t,J＝7.2Hz,2H),3.19(t,J＝7.2Hz,2H),1.54-1.47(m,4H),1.35-1.28(m,4H),0.96-0.92(m,6H)ppm。
实施例26：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的N-甲基丁胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),N＝甲基正丁胺(1.745g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-甲基,N-丁基甲酰胺无色液体(2.237g)，产率97％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.04(major rotamer,s,0.56H),8.02(minorrotamer,s,0.25H),3.32(minor rotamer,t,J＝7.6Hz,0.68H),3.23(majorrotamer,t,J＝7.6Hz,1.26H),2.93(minor rotamer,s,1.0H),2.86(majorrotamer,s,1.80H),1.58-1.50(m,2H),1.36-1.28(m,2H),0.96-0.92(m,3H)ppm。
实施例27：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的乙二醇胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),乙二醇胺(2.782g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N,N-二(2-乙醇)甲酰胺无色液体(2.782g)，产率99％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.13(s,1H),3.88(t,J＝4.8Hz,2H),3.76(t,J＝4.8Hz,2H),3.52(t,J＝4.8Hz,2H),3.42(t,J＝4.8Hz,2H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.9,60.0,59.9,52.0,47.1ppm。
实施例28：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的N-甲基苄胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),N-甲基苄胺(2.424g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-甲基,N-苄基甲酰胺无色液体(2.831g),产率95％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.28(major rotamer,s,0.53H),8.16(minorrotamer,s,0.40H),7.39-7.19(m,0.9H),4.52(minor rotamer,s,1.16H),4.39(major rotamer,s,2H),2.84(minor rotamer,s,1.34H),2.78(major rotamer,s,1.62H)ppm。13C NMR(100MHz,CDCl3)δ162.7(major rotamer),162.5(minorrotamer),136.0(minor rotamer),135.8(major rotamer),128.9,128.7,128.2,128.0,127.6,127.4,53.4(major rotamer),47.8(minor rotamer),34.0(majorrotamer),29.4(minor rotamer)ppm。
实施例29：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的正丁胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),正丁胺(1.470g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-正丁基甲酰胺无色液体(1.532g)，产率76％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.17(major isomer,s,0.73H),8.05(minor isomer,d,J＝12.0Hz,0.20H),5.64(s,br,1H),3.33-3.28(major isomer,m,1.55H),3.23-3.21(minor isomer,m,0.41H),1.55-1.48(m,2H),1.41-1.34(m,2H),0.95-0.91(m,3H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.9(minor isomer,),161.2(major isomer),41.5(minor isomer),37.8(major isomer),33.1(minor isomer),31.3(majorisomer),19.9,13.6ppm。
实施例30：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的正庚胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),正庚胺(2.30g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-正庚基甲酰胺无色液体2.615g,产率91％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.16(major isomer,s,0.75H),8.04(minor isomer,d,J＝12.0Hz,0.25H),5.69(s,br,1H),3.32-3.27(m,major isomer,1.52H),3.24-3.19(m,minor isomer,0.48H),1.58-1.47(m,2H),1.37-1.22(m,8H),0.92-0.84(m,3H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ161.1,38.2,31.7,29.5,28.9,26.8,22.5,14.0ppm。
实施例31：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的正十二胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),正十二胺(3.725g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-十二烷基甲酰胺白色固体4.219g,产率为91％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(major isomer,s,0.68H),8.02(minor isomer,0.18H)3.28-3.19(major isomer,m1.83H),2.77(minor isomer,0.44H),1.59-1.46(m,2H),1.37-1.18(m,18H),0.92-0.80(m,3H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ164.7(major isomer)161.3(minor isomer),41.8(minor isomer),38.2(major isomer),31.9(major isomer),31.2(minor isomer),29.61,29.59,29.54,29.51,29.45,29.31,29.22,29.11,26.8(major isomer),26.4(minor isomer),22.6,14.1ppm。
实施例32：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的苄胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),苄胺(2.150g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-苄基甲酰胺白色固体2.595g,产率96％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.23(major isomer,s,0.77H),8.14(minor isomer,d,J＝6.0Hz,0.14H),7.37-7.24(m,5H),6.10(br,1H),4.48-4.45(major isomer,m,1.62H),4.41-4.38(minor isomer,m,0.30H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.0(minor isomer),161.6(major isomer),137.8,128.8,128.6,127.6,127.5,127.0,45.7(minor isomer),41.9(major isomer)ppm。
实施例33：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的2-羟基乙胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),2-羟基乙胺(3.725g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-(2-羟基乙基)甲酰胺无色液体1.582g,产率为89％。
1H NMR(400MHz,D2O)δ7.96(major isomer,s,0.64H),7.85(minor isomer,s,0.12H),3.56-3.49(m,2H),3.24(t,J＝4.8Hz,2H)ppm。
13C NMR(100MHz,D2O)164.5,59.7,39.9ppm。
实施例34：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的环已基胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),环已基胺(2.00g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-环已基甲酰胺无色液体1.323g,产率为52％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.14(minor isomer,s,0.18H),8.11(major isomer,s,0.68H),5.54(br,1H),3.93-3.82(major isomer,m,0.74H),3.36-3.27(minorisomer,m,0.30H),2.00-1.84(m,2H),1.75-1.70(m,2H),1.65-1.60(m,1H),1.43-1.21(m,5H)ppm。
实施例35：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的2-吡啶甲胺甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),2-吡啶甲胺(2.440g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-(2-吡啶)甲基甲酰胺黄色液体2.959g，产率96％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.52(d,J＝4.8Hz,1H),8.28(major isomer,s,0.86H),8.25(minor isomer,d,J＝12.0Hz,0.1H),7.71-7.67(m,1H),7.30-7.20(m,2H),4.61(major isomer,d,J＝6.0Hz,1.8H),4.55(minor isomer,d,J＝6.0Hz,0.2H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.5(minor isomer),161.1(major isomer),156.1,148.9,137.0,122.5,122.1,47.1(minor isomer),43.0(major isomer)ppm。
实施例36：万分之一摩尔当量钌络合物1a催化的2-甲氧基乙胺甲酰化
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),2-甲氧基乙胺(1.502g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-(2-甲氧基)乙基甲酰胺无色液体1.940g,产率为94％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.18(major isomer,s,0.75H),8.05(minor isomer,d,J＝12.0Hz,0.12H),6.93(br,1H),3.50-3.44(m,4H),3.36(s,3H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ165.2(minor isomer),161.6(major isomer),72.0(minor isomer),70.8(major isomer),58.5,41.7(minor isomer),37.6(majorisomer)ppm。
实施例37：万分之一摩尔当量钌络合物1a催化的吡咯甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),吡咯(1.423g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N-甲酰吡咯无色液体1.969g,产率99％。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ8.26(s,1H),3.50(t,J＝6.4Hz,2H),3.43(t,J＝6.4Hz,2H),1.95-1.89(m,4H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ160.9,46.0,43.1,24.9,24.2ppm。
实施例38：万分之一摩尔当量的钌络合物1a催化的哌嗪双甲酰化反应
采用与实施例24相似的步骤，以钌络合物1a为催化剂(1.2mg，0.002mmol),2mL甲醇作为溶剂，哌嗪(1.723g,20mmol)与压力分别为35atm的CO2和H2混合气体在Parr高压釜中120℃油浴温度下反应16个小时，分离得到N,N'-二甲酰基哌嗪白色固体1.969g克,产率95％。
1H NMR(400MHz,D2O)δ7.92(s,2H),3.45-3.34(m,8H)ppm。
13C NMR(100MHz,CDCl3)δ163.6，163.5,46.2,46.1,40.3,39.3ppm。
实施例39：五万分之一摩尔当量的Ru络合物1b催化的吗啉甲酰化无溶剂反应
在手套箱的氮气气氛中，向125-mL Parr高压釜中加入钌络合物1b(0.6mg,0.01mmol)和吗啉(4.404g,51mmol)。将高压釜封好后从手套箱中取出，依次充入二氧化碳气体和氢气各35atm，几分钟后高压釜中的气体总压力稳定在60atm。高压釜中反应混合物在120℃的油浴中加热搅拌14小时后，在水浴中冷却至室温。然后在通风橱中缓慢放掉剩余的气体，得到无色溶液。以对二甲苯(50μL)作为内标，气相色谱法确定甲酰吗啉的产率为95％。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (14)

1.一种制备甲酰胺类化合物的方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
(a)在催化剂III的作用下，将通式为I的胺类化合物与二氧化碳和氢气进行反应，形成通式为II的甲酰胺类化合物：
式中，
R1选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25的芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8；
R2选自：取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C4-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基、-(CH2)n-OR3或-(CH2)n-NR4R5,其中n＝1-8,其中，
R3、R4、R5各自独立地选自：氢、取代的或未取代的C1-C20烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基或杂芳基，其中R4与R5可以连接成取代的或未取代的C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基,
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂是具有通式III所示的结构的钳形催化剂：
M(L)XYY’ (III)
式中，
M选自VIIIB族过渡金属：Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、P、或其组合；
X、Y和Y’各自独立地选自下组：一氧化碳、三苯基膦、吡啶、四氢呋喃、二甲亚砜或氢负离子、氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、BH4 -、BH3CN-、BH(Et)3 -、BH(sec-Bu)3 -或AlH4 -；
L为通式IV所示的三齿钳形配体，
式中，
m1和m2分别独立选自1-3之间的正整数；
D1’和D2’为与金属原子配位的供电子原子，分别独立选自P、N、或S；
R0选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基，取代的或未取代的C4-C20杂芳基；
R1’、R2’、R11’、R12’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C4-C24芳基或杂芳基，其中，R1’和R2’之间、R11’和R12’之间可以连接成C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基；
R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、取代的或未取代的C1-C10烷氧基或C6-C36芳基，其中R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各个基团之间可以连接成为取代的或未取代的C3-C10脂肪环烷基、C4-C24芳环基或杂芳基；
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为具有如下结构式的络合物：
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的有机胺类化合物与催化剂的摩尔比为1000-5600000:1。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤a)还使用碱添加物，其中，所述碱添加物选自：醇的碱金属盐、醇的碱金属碳酸盐、碱金属氢氧化物、或其组合。
6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述碱添加物与催化剂的摩尔比为1-100:1，优选为1-20:1，更优选的为1-5:1。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法的反应时间为0.1-1000小时。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法中的氢气压力为1-100大气压，和/或
二氧化碳气压力为1-100大气压。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应在60-200℃温度范围内进行。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于,所述反应在有机溶剂中进行；其中，所述的有机溶剂选自：DMF、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧六环、乙二醇二甲醚、叔丁基甲基醚、苯、甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇、或其组合。
11.一种制备甲酰胺类化合物的方法，其特征在于,所述方法包括步骤：在钳形过渡金属催化剂III作用下，将(i)有机伯胺或者有机仲胺类化合物与(ii)二氧化碳和(iii)氢气进行反应，从而形成甲酰胺类化合物，
其中，所述的催化剂III是具有如下通式所示结构的钳形催化剂：
M(L)XYY’ (III)
式中，
M选自VIIIB族过渡金属：Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt或其组合；
X、Y和Y’各自独立地选自下组：一氧化碳、三苯基膦、吡啶、四氢呋喃、二甲亚砜或氢负离子、氢氧根、氯离子、溴离子、碘离子、BH4 -、BH3CN-、BH(Et)3 -、BH(sec-Bu)3 -或AlH4 -；
L为通式IV所示的三齿钳形配体，
式中，
m1和m2分别独立选自1-3之间的正整数；
D1’和D2’为与金属原子配位的供电子原子，分别独立选自P、N、或S；
R0选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C6-C24芳基、取代的或未取代的C7-C25芳基烷基，取代的或未取代的C4-C20杂芳基；
R1’、R2’、R11’、R12’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、取代的或未取代的C3-C10环烷基、取代的或未取代的C4-C24芳基或杂芳基，其中，R1’和R2’之间、R11’和R12’之间可以连接成C3-C10环烷基、C4-C24芳基或杂芳基；
R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各自独立选自：氢、取代的或未取代的C1-C10烷基、C3-C10环烷基、取代的或未取代的C1-C10烷氧基或C6-C36芳基，其中R3’、R4’、R5’、R6’、R7’、R8’、R9’、R10’各个基团之间可以连接成为取代的或未取代的C3-C10脂肪环烷基、C4-C24芳环基或杂芳基；
其中，所述“取代的”是指基团中一个或多个氢原子被选自下组的取代基所取代：卤素、C1-C4烷基、C1-C4卤代烷基、C2-C6烯基、C2-C6炔基、C1-C6烷氧基、胺基。
12.一种三齿钳形配体，其特征在于,所述配体具有如下结构式所述的结构：
13.一种催化剂，其特征在于，所述催化剂包含有如权利要求12所述的配体。
14.一种式III催化剂的用途，其特征在于，所述催化剂被用作催化有机伯胺或者有机仲胺类化合物与二氧化碳和氢气进行反应从而形成甲酰胺类化合物的反应。
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