CN108623493B - 一种温和条件下以co2为碳源的n-甲酰化合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种温和条件下以CO₂为碳源的N‑甲酰化合成方法，属于化学及化学工程技术领域。在常温常压条件下、低沸点溶剂中，以CO₂作为碳源实现多种胺类底物的N‑甲酰化反应。本发明的优点是：该反应体系使用硼氢化钠和硫酸铵为反应试剂，常压下对CO₂进行还原提供酰基，避免了使用高压氢气和有毒的CO，反应条件温和；硼氢化钠和硫酸铵廉价易得，经济适用性高；所用试剂在空气中稳定，方便操作；使用低沸点有机溶剂，易于除去，便于产物的分离。本发明所述的制取甲酰胺的方法，以温室气体二氧化碳作为碳源、成本较低、操作简单、反应条件温和，制备甲酰胺产品的收率优良，为N‑酰化反应提供了一种绿色的合成方法。

Description

一种温和条件下以CO2为碳源的N-甲酰化合成方法

技术领域

本发明属于能源与均相催化技术领域，涉及到均相催化，特别涉及到一种在常温常压的条件下利用硼氢化钠、硫酸铵和二氧化碳实现胺的N-甲酰化的方法。

背景技术

随着环境保护和可持续发展的要求，二氧化碳的利用在过去几十年已受到越来越多的重视。特别是将二氧化碳作为一种绿色和可再生的碳源转化为其他高附加值化学品具有非常重要的意义，已被广泛研究。迄今为止，已经做出许多努力来实现在温和条件下CO₂的转化。例如，已经利用了离子液体， N-杂环卡宾(NHCs)和其他一些有效的催化剂，以实现在温和环境条件下 CO₂的转化。无催化剂体系也被报道可用于CO₂转化，开发简单有效的催化体系是当前研究的一个努力方向。

甲酰胺用途广泛，在药物合成中有着重要的地位。使用CO₂作为甲酰化试剂，为胺的甲酰化提供了一条绿色合成道路。H₂已用于胺和CO₂的甲酰化反应，但通常需要金属催化和苛刻的反应条件。近年来，硅烷作为还原剂进行甲酰化反应也已经引起了广泛关注，然而价格昂贵，且其氢的利用率低导致需要加入过量的硅烷，使得它的发展受到了制约。向反应体系中加入廉价的硼氢化钠和硫酸铵，可以原位生成氨硼烷，以其作为氢源，具有常温常压下可以稳定存在，不易燃、不易爆等优点，从而可以更好的进行胺的甲酰化反应。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供了一种在常温常压、以CO₂作为碳源的条件下实现胺的甲酰化的方法。该方法操作简单，所用原料成本较低，且在常温常压、不加催化剂的条件下即可实现二氧化碳与胺的甲酰化反应，并在反应过程中可以取得良好的收率。以二苄胺为例，以其作为原料时，收率最高可达到80％。这对于开发绿色甲酰化反应和CO₂的资源化利用具有重要的意义。

本发明的技术方案：

一种温和条件下CO₂为碳源的N-甲酰化合成方法，常温常压条件下，将硼氢化钠与硫酸铵加入到溶剂中搅拌反应；在二氧化碳的气氛下，滴加原料有机胺进行反应制备相应的甲酰胺产物；

反应通式如下：

式中：R¹、R²相互独立，相同或不同，R¹和R²是H或脂肪族取代基C_nH_2n+1， n＝1-7或芳香族取代基。

所述的溶剂为四氢呋喃、乙腈或二氧六环。

所述的芳香族取代基为

其中，E＝F,Cl,Br,I,OH,NO₂,CN,CH₃,OCH₃,NHCOR, CO₂R；m＝0,1,2；X＝N,CH；m＝0,1,2；Y＝NR,O,S；Z＝NR,CH,O,S； m＝0,1,2。

所述的催化剂是二水合氯化铜、四水合氯化亚铁或六水合氯化镍。

所述甲酰胺合成的具体方法，步骤如下：

(1)在惰性气体保护下，按物质的量之比1:1-1:2将硼氢化钠和硫酸铵加入到干燥的四氢呋喃溶剂中，硼氢化钠的浓度0.1-0.4mol/L；在25-80℃条件下，搅拌反应0.5-1.5h；然后，将惰性气体置换为二氧化碳气体；

(2)在二氧化碳的氛围下，保持搅拌的同时，逐滴向反应体系中滴加浓度为0.10-0.25mol/L胺的四氢呋喃溶液；控制胺与硼氢化钠的物质的量之比为1:2-2:1，滴加时间控制在0.5-1h；GC跟踪反应，待胺反应完全后，停止反应；

(3)将反应液过滤，除去固体，收集滤液；减压除去有机溶剂得粗产物，通过板层析或柱层析分离提纯，得到甲酰胺产物。

步骤(1)中添加催化剂，参与反应。

本发明的有益效果：

(1)该反应体系通过使用硼氢化钠和硫酸铵原位生成氨硼烷，避免了使用高压氢气；相比硼烷，硼氢化钠和硫酸铵更加廉价易得，经济适用性更高；且原料在空气中性质稳定，方便操作。

(2)本发明所述的制取甲酰胺的方法，成本较低、操作简单、反应条件温和，且利用二氧化碳作为碳源便可取得较好的产品收率。

附图说明

图1是N,N-二苄基甲酰胺的¹H NMR谱图。

图2是N-甲基-N-苯基甲酰胺的¹H NMR谱图。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1

N,N-二苄基甲酰胺的制备方法：

(1)氮气保护下，将硼氢化钠(0.019g,0.5mmol)、硫酸铵(0.071g， 0.5mmol)加入到无水THF(2mL)中，25℃搅拌反应1h。然后，通入二氧化碳气体置换氮气。

(2)将二苄胺(0.099g,0.5mmol)溶于无水THF(3mL)，在二氧化碳的氛围下，逐滴加入到反应体系中，0.75h后，滴加完毕。GC监测反应，待原料胺反应完全后，结束反应。

(3)以乙酸乙酯和石油醚(体积比为1:1)为展开剂，利用板层析对产物进行分离。利用二氯甲烷和甲醇(体积比为10:1)的混合溶剂对硅胶进行淋洗。收集淋洗液，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥，得到相应的甲酰胺产物 0.087g，产率为77％。

实施例2：

N-甲基-N-苯基甲酰胺的制备方法：

(1)氮气保护下，将硼氢化钠(0.076g，2mmol)、硫酸铵(0.28g，2mmol) 加入到无水THF(2mL)中，25℃搅拌反应1h。然后，通入二氧化碳气体置换氮气。

(2)将N-甲基苯胺(0.21g,2mmol)溶于无水THF(3ml)中，在二氧化碳的氛围下，逐滴加入到反应体系中，0.5h后，滴加完毕。GC监测反应，待原料胺反应完全后，结束反应。

(3)以乙酸乙酯和石油醚(体积比为1:4)为展开剂，通过板层析对产物进行分离。利用二氯甲烷和甲醇(体积比为10:1)的混合溶剂对硅胶进行淋洗，收集淋洗液，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥，得到相应的甲酰胺产物 0.127g，产率为47％。

实施例3：

添加催化剂的条件下，N,N-二苄基甲酰胺的制备方法：

(1)氮气保护下，将硼氢化钠(0.019g,0.5mmol)、硫酸铵(0.071g,0.5 mmol)和二水合氯化铜(0.002g,0.012mmol)加入到无水THF(2mL)中， 25℃搅拌反应1h。然后，通入二氧化碳气体置换氮气。

(2)将二苄胺(0.099g,0.5mmol)溶于无水THF(3mL)，在二氧化碳的氛围下，逐滴加入到反应体系中，0.67h后，滴加完毕。GC监测反应，待原料胺反应完全后，结束反应。

(3)以乙酸乙酯和石油醚(体积比为1:1)为展开剂，利用板层析对产物进行分离。利用二氯甲烷和甲醇(体积比为10:1)的混合溶剂对硅胶进行淋洗。收集淋洗液，旋转蒸发除去溶剂，真空干燥，得到相应的甲酰胺产物 0.091g，产率为80％。

Claims (2)

1.一种CO₂为碳源的N-甲酰化合成方法，其特征在于，常温常压条件下，将硼氢化钠与硫酸铵加入到溶剂中搅拌反应；在二氧化碳的气氛下，滴加原料有机胺进行反应制备相应的甲酰胺产物；

反应通式如下：

式中：R¹、R²相互独立，相同或不同，R¹和R²是H、芳香族取代基或脂肪族取代基C_nH_2n+1、

其中，R¹和R²不同时为H；E＝F,Cl,Br,I,OH,NO₂,CN,CH₃,OCH₃,NHCOR,CO₂R，m＝1,2；X＝N,CH；m＝1,2；Y＝NR,O,S；Z＝NR,CH,O,S；m＝1,2，n＝1-7；所述的芳香族取代基包括：

其中，E＝F,Cl,Br,I,OH,NO₂,CN,CH₃,OCH₃,NHCOR,CO₂R，m＝0；X＝N,CH；m＝0；Y＝NR,O,S；Z＝NR,CH,O,S；m＝0；

所述的溶剂为四氢呋喃、乙腈或二氧六环；

反应过程添加催化剂，所述的催化剂是二水合氯化铜。

2.根据权利要求1所述的N-甲酰化合成方法，其特征在于，所述甲酰胺合成的具体方法，步骤如下：

(1)在惰性气体保护下，按物质的量之比1:1-1:2将硼氢化钠和硫酸铵加入到干燥的四氢呋喃溶剂中，硼氢化钠的浓度0.1-0.4mol/L；添加催化剂，在25-80℃条件下，搅拌反应0.5-1.5h；然后，将惰性气体置换为二氧化碳气体；

(2)在二氧化碳的氛围下，保持搅拌的同时，逐滴向反应体系中滴加浓度为0.10-0.25mol/L胺的四氢呋喃溶液；控制胺与硼氢化钠的物质的量之比为1:2-2:1，滴加时间控制在0.5-1h；GC跟踪反应，待胺反应完全后，停止反应；

(3)将反应液过滤，除去固体，收集滤液；减压除去有机溶剂得粗产物，通过板层析或柱层析分离提纯，得到甲酰胺产物。

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