CN106316894B - 一种硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法：式I所示的丙烯酰胺类化合物、N‑氯代丁二酰亚胺、AgNO2加入有机溶剂中，25～100℃温度下反应5～20小时，所得反应液经分离纯化制得式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物。本发明的优点是氮源体系价廉易得且毒性小，环境友好，反应条件温和，官能团普及性好及操作简便等。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种有机化合物的合成方法，具体地说涉及一种硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法。
(二)背景技术
丙烯酰胺是一种重要的有机合成原料,可以作为医药、农药、染料和涂料等物质合成的中间体。丙烯酰胺化合物单体的主要工业用途是染料的合成、塑胶的合成和胶粘剂,广泛用于造纸业、纺织业和塑料业。还可用作建造坝基、隧道和污水管的浆料以及肥皂和化妆品的增稠剂。在生物化学分析领域,丙烯酰胺化合物还被用于核酸和蛋白质的凝胶电泳测定。丙烯酰胺类化合物还可用于生产聚丙烯酰胺化合物和其它的共聚化合物以适应不同的需要,这些聚合物被广泛应用于工业领域,可以作为水处理中的絮凝剂,用于石油回收操作和造纸工业的交联剂,生产食品包装材料,N-甲基聚丙烯酰胺(NAC)可以用来生产防水性的混凝土。作为丙烯酰胺类化合物的衍生物之一的硝基丙烯酰胺及其衍生物具有一定的生物活性，可以用作杀菌剂、杀虫剂和除草剂等。比如，N-(4-氯-2-硝基苯基)-2-甲基丙烯酰胺是其中的一种，由于其苯环上含有氯原子在抗菌、杀虫和除草方面体现了更强的活性；β-(5-硝基呋喃-2)丙烯酰异丙胺在治疗日本血吸虫病有发挥巨大作用。因此,探索硝基丙烯酰胺及其衍生物的高效选择性合成方法具有重要意义。
目前，国内外报道的有关硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法主要有以下几种方法：1.N,N-二甲基-2-羟基-3-硝基丙酰胺发生消除生成目标产物硝基丙烯酰胺化合物(参见Organic Letters,12(5),1024-1027；2010)，该法反 应步骤繁琐且需要在-20℃进行，条件苛刻；2.N,N-二乙基丙烯酰胺经过溴化、硝化得到目标产物N,N-二乙基-3-硝基丙酰胺(参见Tetrahedron Letters,42(28),4709-4712；2001)，此法需要用到剧毒物质液溴；3.N-甲基-N’-甲氧基-2-羰基乙酰胺与硝基甲烷反应合成目标产物N-甲基-N’-甲氧基-3-硝基丙酰胺(参见Journal of the American Chemical Society,132(12),4036-4037；2010)，此法产物的收率偏低。
鉴于上述存在的问题，开发一种原料简单易得、反应时间短、操作简单、反应温和、收率高的合成路线来合成硝基丙烯酰胺及其衍生物是十分有必要的。
(三)发明内容
发明目的：针对现有技术中存在的不足，本发明旨在提供一种制备硝基丙烯酰胺类化合物的方法，克服现有技术的缺点，以丙烯酰胺化合物为起始原料，NCS(氯代丁二酰亚胺)/AgNO2发生置换反应产生硝基源与原料反应生成目标产物硝基丙烯酰胺及其衍生物，并实现在较简单、温和条件下进行反应。
本发明采用的技术方案是：
一种式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法，所述方法为：
式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2加入有机溶剂中，25～100℃温度下反应5～20小时，所得反应液经分离纯化制得式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物；
反应式如下所示：
式I或式II中，苯环上的H不被取代或者被取代基R取代，所述取代基R 为甲基、乙基、异丙基、正丁基、特丁基、异丙基、苯基、氯、溴、碘或氟。
优选苯环上的H不被取代或者被取代基R取代，所述取代基R为4-甲基。
本发明使用的原料式I所示的丙烯酰胺类化合物，本领域技术人员可以根据现有文献公开的方法自行制备，例如文献[Organic Letters,16(16),4272-4275；2014]等。
本发明所述的反应，所述硝化体系是NCS(N-氯代丁二酰亚胺)/AgNO2体系。
所述式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺的物质的量之比为1：1～3，优选1：2。
所述N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2的物质的量之比为1：1。
本发明所述的有机溶剂为乙腈、1,2-二氯乙烷、1,4-二氧六环或甲苯中的一种或两种以上的混合，优选为乙腈。
所述有机溶剂的体积用量一般以式I所示的丙烯酰胺类化合物的物质的量计为5～50mL/mmol，优选为10～20mL/mmol。
本发明所述的反应的温度优选50～100℃，更优选80℃。
反应时间优选为12小时。
所述反应液分离纯化方法为：反应结束后，反应液中加入柱层析硅胶，通过减压蒸馏除去溶剂，剩余混合物装柱，经柱层析分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物。
进一步，优选本发明方法按以下步骤进行：式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2加入乙腈中，80℃温度下反应12小时，所得反应液中加入柱层析硅胶，通过减压蒸馏除去溶剂，剩余混合物装柱，经柱层析分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物；所述式I所示的丙烯 酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2的物质的量之比为1：2：2。
本发明通过丙烯酰胺类化合物为原料，NCS(氯代丁二酰亚胺)/AgNO2作为硝基来源，反应制得相应的目标产物硝基丙烯酰胺及其衍生物，有益效果在于:与现有硝基丙烯酰胺及其衍生物的制备方法相比，氮源体系价廉易得且毒性较低，反应条件较温和，节约能源消耗；此外，还具有底物普适性强，操作简便等特点。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不限于此：
实施例1
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(N-氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率85％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例2
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于100℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率80％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例3
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于50℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两 药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率50％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例4
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL1,4-二氧六环加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率39％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例5
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL甲苯加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率47％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例6
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL1，2-二氯乙烷加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰 基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率76％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例7
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、0.75mmol NCS(氯代丁二酰亚胺)(100.1mg)、0.75mmolAgNO2(1115.5mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率68％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例8
将0.5mmol N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、0.5mmolN CS(氯代丁二酰亚胺)(66.8mg)、0.5mmolAgNO2(77.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率52％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例9
将0.5mmol N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolNCS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率88％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.38(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例10
将0.5mmol N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、0.5mmolNCS(氯代丁二酰亚胺)(66.8mg)、0.5mmolAgNO2(77.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于80℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率63％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.38(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H).
实施例11
将0.5mmol N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基丙烯酰胺(119.5mg)、1.0mmolNCS(氯代丁二酰亚胺)(133.5mg)、1.0mmolAgNO2(154.0mg)、5mL乙腈加入到15mL反应管中。接着，于60℃下磁力搅拌12小时。然后，在反应液中加入两药匙柱层析硅胶(100-200目)，并通过减压蒸馏除去溶剂，剩余物装柱，再通过柱色谱分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到纯品产物N-甲基-N’-对甲基苯磺酰基-2-甲基-3-硝基丙烯酰胺。该物质为淡黄色固体，产率54％。
表征数据：1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.88–7.86(d,J＝7.5Hz,2H),7.72–7.68(m,1H),7.60–7.54(m,2H),6.85–6.84(d,J＝1.5Hz,1H),3.31(s,3H),2.38(s,3H),2.28–2.27(d,J＝1.5Hz,3H)。
Claims (10)
1.一种式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物的合成方法，其特征在于所述方法为：
式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2加入有机溶剂中，25～100℃温度下反应5～20小时，所得反应液经分离纯化制得式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物；
式I或式II中，所述取代基R为氢、甲基、乙基、异丙基、正丁基、特丁基、异丙基、苯基、氯、溴、碘或氟。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述取代基R为4-甲基。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺的物质的量之比为1：1～3；N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2的物质的量之比为1：1。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺的物质的量之比为1：2。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机溶剂为乙腈、1,2-二氯乙烷、1,4-二氧六环或甲苯中的一种或两种以上的混合。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的有机溶剂为乙腈。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于反应的温度为50～100℃，反应时间为12小时。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述反应液分离纯化方法为：反应结束后，反应液中加入柱层析硅胶，通过减压蒸馏除去溶剂，剩余混合物装柱，经柱层析分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物。
9.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述有机溶剂的体积用量以式I所示的丙烯酰胺类化合物的物质的量计为5～50mL/mmol。
10.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法按以下步骤进行：式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2加入乙腈中，80℃温度下反应12小时，所得反应液中加入柱层析硅胶，通过减压蒸馏除去溶剂，剩余混合物装柱，经柱层析分离，以石油醚、乙酸乙酯体积比6:1的混合溶剂作为洗脱剂，收集含有产物的洗脱液，洗脱液蒸除溶剂得到式II所示的硝基丙烯酰胺类化合物；所述式I所示的丙烯酰胺类化合物、N-氯代丁二酰亚胺、AgNO2的物质的量之比为1：2：2。
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| AgNO2促进的sp3C-H键直接硝化反应;崔建海等;《第十七届全国金属有机化学学术讨论会》;20121031;第4-37页 * |
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