CN109422654B - 合成脂肪胺甲基化化合物的方法 - Google Patents

合成脂肪胺甲基化化合物的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种合成脂肪胺甲基化化合物的方法，从商品化或容易合成的脂肪胺出发，通过和甲醇进行甲基化反应，得到脂肪胺甲基化化合物。本发明所述反应是在铱金属络合物和弱碱催化条件下，发现只有N,N‑二甲基化产物生成，无单甲基产物生成，选择性高，同时副产物只有水的生成，无环境危害，反应原子经济性高，因此，该反应符合绿色化学的要求，具有广阔的发展前景。

Description

合成脂肪胺甲基化化合物的方法
技术领域
本发明属有机合成化学技术领域，具体涉及一种脂肪胺甲基化化合物的合成方法。
背景技术
N,N-二甲基胺反应是一类重要的有机合成反应，其广泛应用于医药、染料、颜料和农业领域。(a.K.L.Seim,A.Obermeyer and M.B.Francis,J.Am.Chem.Soc.,2011,133,16970-16976.b.L.G.Xie and Z.X.Wang,Angew.Chem.,Int.Ed.,2011,50,4901-4904.c.D.A.Davis,A.Hamilton,J.Yang,L.D.Cremar,D.Van Gough,S.L.Potisek,M.T.Ong,P.V.Braun,T.J.Martinez,S.R.White,J.S.Moore and N.R.Sottos,Nature,2009,459,68-72.d.A.Yu,Z.Gu,D.Chen,W.He,P.Tan and J.Xiang,Catal.Commun.,2009,11,162-166.)
N,N-二甲基胺主要合成方法:通过将卤代甲烷或硫酸二甲酯作为甲基化试剂与胺发生反应。使用了高毒性的原料，大量碱，并有副产物卤酸盐生成污染环境。(a.Selva,M.；Tundo,P.；Perosa,A.J.Org.Chem.,2001,66,677-680；b.Selva,M.；Tundo,P.；Perosa,A.J.Org.Chem.,2002,67,9238-9247.)。近年来，通过使用钌，铱，锰等金属催化剂，激活甲醇作为甲基化试剂已经引起了广泛关注。(a.Huh,K.T.；Tsuji,Y.；Kobayashi,M.；Okuda,F.；Watanabe,Y.Chem.Lett.1988,17,449-452；b.Dang,T.T.；Ramalingam,B.；Seayad,M.A.ACS Catal.2015,5,4082-4088.C.Li,F.；Xie,J.J.；Shan,H.；Sun,C.；L.Chen,L.RSCAdv.2012,2,8645-8652.)该类反应的优势：使用价格低廉低毒的甲醇为甲基化试剂，反应的副产物只生成水的生成，对环境友好，反应原子经济性高。但是这类反应仍需较高温度，反应时间长，大量的强碱，氮气保护等苛刻条件。从合成和环境方面的考虑，迫切需要发展一种新型金属催化剂来实现脂肪胺甲基化反应条件更加温和，对环境更加友好。
发明内容
本发明的目的在于提供一种脂肪胺甲基化的方法。
本发明通过下述技术方案实现：一种合成脂肪胺甲基化化合物(式Ⅰ)的方法，
Figure BDA0001383804580000021
其包含使胺(式II)
Figure BDA0001383804580000022
与化合物甲醇(式III)
Figure BDA0001383804580000023
反应是在铱络合物催化剂和碱的作用下发生，其反应通式为
Figure BDA0001383804580000024
其中，R选自C6-C10烷基。
发明通过下述技术方法实现：
在反应容器中，加入胺、甲醇、铱络合物催化剂、碱，反应混合物在在油浴中加热数小时后，冷却到室温，旋转蒸发除去溶剂，然后通过柱分离，得到目标化合物。
其中，铱络合物催化剂的结构如下：
Figure BDA0001383804580000025
碱选自碳酸铯；催化剂用量相对于胺的摩尔比为1.0mol％；碱相对于胺的摩尔比为0.3-0.5当量；反应在克试管中120±10℃；反应时间12小时以上。
同现有技术相比，本发明从商品化或容易合成的脂肪胺出发，通过和甲醇进行甲基化反应，得到N,N-二甲基胺衍生物，反应展现出三个显著的优点：1)使用近于无毒的甲醇为甲基化试剂；2)该催化体系下脂肪胺甲基化反应均只有N,N-二甲基化产物生成，无单甲基产物生成，选择性高，同时副产物只有水的生成，无环境危害；3)反应原子经济性高。因此，该反应符合绿色化学的要求，具有广阔的发展前景。
具体实施方式
展示一下实例来说明本发明的某些实施例，且不应解释为限制本发明的范围。对本发明公开的内容可以同时从材料，方法和反应条件上进行许多改进，变化和改变。所有这些改进，变化和改变均确定地落入本发明的精神和范围之内。
实施例1:
[Cp*Ir(BiBzImH2)Cl][Cl]
Figure BDA0001383804580000031
将二氯(五甲基环戊二烯基)合铱二聚体(100mg,0.126mmol)、双苯并咪唑(65mg,0.277mmol,2.2equiv)和N,N-二甲基甲酰胺(3mL)依次加入到25mL克氏管中。氮气保护，在温度60℃反应12小时后，冷却至室温。过滤，并用石油醚洗涤，得到目标产物为黄色固体。产率：65％
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ14.9(br s,2H),7.78(d,J＝8.4Hz,2H),7.70(d,J＝8.4Hz,2H),7.50(t,J＝7.2Hz,2H),7.45(t,J＝7.2Hz,2H),1.84(s,15H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ144.1,138.9,134.2,126.2,125.1,116.5,115.0,87.6,10.2.HRMS-EI(70eV)m/zcalcd for C24H25ClIrN4[M+H]+597.1392,found 597.1397.。
其单晶结构如下：
Figure BDA0001383804580000041
单晶结构：键长(10-10m)，键角(度)：Ir-N1,2.145(11)；Ir-N3,2.117(13)；Ir-C5(Cp*),2.159(16)；Ir-Cl,2.400(5)；N1-Ir-N3,75.9(5)；N1-Ir-Cl1,86.5(3)；N3-Ir-Cl1,89.0(4).。
实施例2:
N,N-二甲基正辛胺
N,N-dimethyloctan-1-amine
Figure BDA0001383804580000042
将辛胺(65mg,0.5mmol)、cat.[Ir](3.2mg,0.005mmol,1mol％)、碳酸铯(49mg,0.15mmol,0.3equiv.)和甲醇(1mL)依次加入到25mL克氏管中。在温度120℃反应12小时后，冷却到室温。旋转蒸发除掉溶剂，然后通过柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯)得到纯净的目标化合物，产率：93％
1HNMR(500MHz,CDCl3)δ1H NMR(500MHz,CDCl3)δ2.23-2.20(m,8H),1.46-1.43(m,2H),1.28(s,10H),0.87(t,J＝8.8Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ59.9,45.4,31.8,29.5,29.2,27.7,27.5,22.6,14.0.。
实施例3:
N,N-二甲基环己胺
N,N-dimethylcyclohexanamine
Figure BDA0001383804580000051
将环己胺(50mg,0.5mmol)、cat.[Ir](3.2mg,0.005mmol,1mol％)、碳酸铯(49mg,0.15mmol,0.3equiv.)和甲醇(1mL)依次加入到25mL克氏管中。在温度120℃反应12小时后，冷却到室温。旋转蒸发除掉溶剂，然后通过柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯)得到纯净的目标化合物，产率：94％
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ2.26(s,6H),2.15-2.10(m,1H),1.79-1.67(m,4H),1.61(d,J＝13.2Hz,1H),1.27-1.09(m,5H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ63.6,41.4,28.8,26.2,25.6.。
实施例4:
N,N-二甲基金刚胺
1-N-methyl-adamantylamin
Figure BDA0001383804580000052
将金刚胺(75mg,0.5mmol)、cat.[Ir](3.2mg,0.005mmol,1mol％)、碳酸铯(49mg,0.15mmol,0.3equiv.)和甲醇(1mL)依次加入到25mL克氏管中。在温度120℃反应12小时后，冷却到室温。旋转蒸发除掉溶剂，然后通过柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯)得到纯净的目标化合物，产率：90％
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ2.19(s,6H),2.01(s,3H),1.61-1.51(m,12H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ53.2,37.8,36.9,36.7,29.3.。
实施例5
N,N-二甲基-1-苯乙胺
N,N-dimethyl-1-phenylethanamine
Figure BDA0001383804580000061
将alpha-甲基苄胺(65mg,0.5mmol)、cat.[Ir](3.2mg,0.005mmol,1mol％)、碳酸铯(49mg,0.15mmol,0.3equiv.)和甲醇(1mL)依次加入到25mL克氏管中。在温度120℃反应12小时后，冷却到室温。旋转蒸发除掉溶剂，然后通过柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯)得到纯净的目标化合物，产率：83％
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.32-7.27(m,4H),7.24-7.21(m,1H),3.22(q,J＝6.8Hz,1H),2.19(s,6H),1.36(d,J＝6.7Hz,3H)；13C NMR(125MHz,CDCl3)δ144.1,128.2,127.5,126.8,65.9,43.2,20.2.。
实施例6:
N,N,N',N'-四甲基-1,6-己二胺
N1,N1,N7,N7-tetramethylheptane-1,7-diamine
Figure BDA0001383804580000062
将1,6-已烷二胺(86mg,0.5mmol)、cat.[Ir](3.2mg,0.005mmol,1mol％)、碳酸铯(81mg,0.25mmol,0.5equiv.)和甲醇(1mL)依次加入到25mL克氏管中。在温度120℃反应12小时后，冷却到室温。旋转蒸发除掉溶剂，然后通过柱层析(展开剂：石油醚/乙酸乙酯)得到纯净的目标化合物，产率：78％
1H NMR(500MHz,CDCl3)δ2.52-2.21(m,16H),1.46(s,4H),1.32(s,4H)；13C NMR(125 MHz,CDCl3)δ59.7,45.3,27.5,27.3.。

Claims (5)

1.合成脂肪胺甲基化化合物Ⅰ的方法，其特征在于，
Figure FDA0003203268350000011
是通过胺II
Figure FDA0003203268350000012
与甲醇III反应
MeOH
III
反应是在过渡金属催化剂和碱作用下发生，
其中，R选自C6-C10烷基，或R为alpha-甲基苄基；
过渡金属催化剂结构如下：
Figure FDA0003203268350000013
2.根据权利要求1所述的方法，其特征是，碱选自碳酸铯。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征是，催化剂用量相对于胺的摩尔比为1.0mol％。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征是，碱相对于胺的摩尔比为0.3-0.5当量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征是，反应在120±10℃下进行；反应时间12小时以上。
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