CN110511147A - 一种硝基烯烃的还原方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及有机合成技术领域，具体公开了一种硝基烯烃的还原方法。将化合物1加入到一定比例的醇/水的混合溶剂中，在0‑50℃下，加入金属硼氢化物，搅拌反应；将所得溶液浓缩至恒重，向浓缩物中加入乙酸乙酯和饱和氯化铵溶液；分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩得还原产物化合物2。本发明的合成方法对芳环及直链烷烃均适用，本发明可以控制二聚体杂质在3.0%以下，脂肪族或芳香族硝基化合物HPLC纯度在95.0%以上。本发明的合成方法原料价格便宜，工艺绿色环保，经济实用，适于工业化生产。

Description

一种硝基烯烃的还原方法
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种硝基烯烃的还原方法。
背景技术
在有机合成中，脂肪族硝基化合物是具有重要价值且应用广泛的结构单元和中间体。还原硝基烯烃获得脂肪族硝基化合物是较为常见的方法。
上述反应是一个简单的双键还原反应，但在硼氢化钠与醇形成的碱性条件下，化合物2与化合物1会发生Michael加成，生成二聚杂质。
另外有报道(J.Org.Chem.,1967,32,4134-4136)，将原料溶于乙腈后，调节pH至3-6，再滴加到硼氢化钠的水溶液中，该条件对烷基类烯硝基有较好效果，但对芳环类底物，至少有30％的二聚杂质生成。
G.W.Kabalka等(Tetrahedron,1990,46,7443-7457)对比了三仲丁基硼氢化锂、含硼氢化钠的交换树脂及硼氢化钠的甲醇/四氢呋喃体系，发现含硼氢化钠的交换树脂结果更优，最高收率为83％。
文献报道(Chem.Commun.,2016,52,8361-8364)仅用硼氢化钠与乙醇，以78％收率得到产物。但该反应需要46倍体积(mL)的乙醇(相对底物的质量，g)，大大减小了工业生产力。同时我们使用10倍体积(mL)乙醇(相对底物的质量，g)，重复上述实验步骤，发现有29.55％(HPLC纯度)的二聚杂质生成。
上述还原方法对工业化生产来说，成本较高，同时二聚杂质含量较高导致收率较低。
发明内容
本发明要解决的技术问题是如何克服现有技术中存在的上述缺陷，提供一种适用于工业生产的还原方法。
为解决上述问题，本发明提供了一种硝基烯烃的还原方法，以醇和水作为混合溶剂，金属硼氢化物作为氢源，还原硝基烯烃为硝基烷烃。
具体包括如下步骤：
步骤(1)：将化合物1加入到醇/水混合溶剂中，在0-50℃下，加入还原剂金属硼氢化物，搅拌反应；
步骤(2)：将步骤(1)所得的溶液浓缩至恒重，向浓缩物中加入乙酸乙酯和饱和氯化铵溶液；
步骤(3)：分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物化合物2。
化合物1和化合物2中的R1选自C1-C8直链烷基和通式官能团1中的任意一种，R2为氢或甲基，R3、R4、R5、R6、R7各自独立选自氢、甲基、甲氧基或羟基中的一种。
所述步骤(1)中的醇为甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种；
所述醇/水混合溶剂是按照醇：水体积比为(2-10)：1混合而得，优选醇：水体积比为(3-4)：1；混合溶剂用量与化合物1的比例为(5-30)mL：1g，优选(5-10)mL：1g。
进一步的，所述步骤(1)中的金属硼氢化物为硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾和硼氢化锌中的一种。
更进一步的，步骤(1)中金属硼氢化物和化合物1的摩尔比为(0.5-3)：1，优选为(1.0-1.5)：1。
进一步的，所述步骤(1)中搅拌反应的时间为1-3小时。
进一步的，步骤(2)中所述萃取溶剂乙酸乙酯用量：饱和氯化铵溶液用量：步骤(1)中所述化合物1的用量的比例为(2-10)mL：(2-10)mL：1g，优选为(3-5)mL：(2-4)mL：1g。
反应中如果仅以醇做溶剂，金属硼氢化物如硼氢化钠与醇生成醇钠(如式1)，整个反应体系成强碱性，导致迈克尔加成产物二聚杂质生成；而加入水后，硼氢化钠会优先与水反应，生成的偏硼酸钠(如式2)碱性弱于醇钠。另一个可能原因是偏硼酸钠难溶于醇且在水中的溶解度有限进而部分析出，导致底物在碱性条件的碰撞几率减少。
NaBH4+4HOR＝B(OR)3+4H2↑+NaOR(R＝Me,Et,n-Pr,i-Pr)(式1)
NaBH4+2H2O＝NaBO2+4H2↑(式2)
与现有技术相比，本发明方法具有以下优点和有益效果：
1、本发明提供了一种硝基烯烃的还原方法，通过向反应液中加入一定量水，能将二聚杂质控制在3.0％(HPLC纯度)以下。不需要经过柱层析，脂肪族或芳香族硝基化合物HPLC纯度能控制在95.0％以上。
2、本发明的合成方法对芳环及直链烷烃均适用。
3、本发明的合成方法原料价格便宜，投入成本低且环境友好，适于工业化生产。
附图说明
图1为实施例2得到的还原产物用HPLC检测纯度的谱图。
图2为实施例4得到的还原产物用HPLC检测纯度的谱图。
图3为实施例5得到的还原产物用HPLC检测纯度的谱图。
具体实施方式
下面申请人结合具体实施例详细描述本发明的技术方案，需要说明的是下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能在任何程度上被理解为对本发明权利要求书请求保护范围的限制。另外，如果没有明确说明，下面的实施例中所采用的所有原料均为市场上可以购得的，或者可以参照文献或已知的方法合成的，对于没有列出的反应条件，也均为本领域技术人员容易获得的。
实施例1：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-2-硝基-2-己烯(20.0g，155.0mmol)加入到200mL正丙醇/水(醇：水的体积比为5：1)的混合溶剂中，在25℃下，加入硼氢化钾(8.4g，155.0mmol)，搅拌反应1小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入100mL乙酸乙酯和60mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得18.7g 2-硝基己烷，收率92.2％，采用HPLC检测得其纯度为97.21％，二聚杂质含量为1.77％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C6H13NO2:131.09和C12H24N2O4：260.17，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为132.1([M+H]+)、154.1([M+Na]+)和261.2([M+H]+)、283.1([M+Na]+)。
实施例2：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-1-硝基-1-戊烯(10.0g，86.8mmol)加入到70mL乙醇/水(醇：水的体积比为5：1)的混合溶剂中，在0℃下，加入硼氢化钠(3.9g，104.2mmol)，搅拌反应3小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入50mL乙酸乙酯和20mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得9.4g 1-硝基戊烷，收率92.5％，采用HPLC检测得其纯度为98.29％，二聚杂质含量为1.31％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C5H11NO2:117.08和C10H20N2O4:232.14，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为118.1([M+H]+)、140.1([M+Na]+)和233.2([M+H]+)、255.2([M+Na]+)。
实施例3：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-(2-硝基乙烯基)苯(1.5g，10mmol)加入到10mL甲醇/水(醇：水的体积比为3：1)的混合溶剂中，在25℃下，加入硼氢化钠(0.57g，15mmol)，搅拌反应1小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入8mL乙酸乙酯和6mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得1.41g(2-硝基乙基)苯。收率92.7％，采用HPLC检测得其纯度为95.88％，二聚杂质含量为1.92％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C8H9NO2:151.06和C16H16N2O4:300.11，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为152.1([M+H]+)、174.1([M+Na]+)和301.1([M+H]+)、323.1([M+Na]+)。
实施例4：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-2,5-二甲氧基-β-硝基苯乙烯(2.1g，10mmol)加入到20mL正丙醇/水(醇：水的体积比为4：1)的混合溶剂中，在25℃下，加入硼氢化钠(0.42g,11mmol)，搅拌反应2小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入8mL乙酸乙酯和6mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物2-(2-硝基乙基)-1,4-二甲氧基苯1.94g。收率91.5％，采用HPLC检测得其纯度为98.66％，二聚杂质含量为1.29％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C10H13NO4:211.08和C20H24N2O8:420.15，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为212.1([M+H]+)、234.1([M+Na]+)和421.2([M+H]+)、443.1([M+Na]+)。
实施例5：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-3,4-二甲氧基-β-硝基苯乙烯(50.0g，239.0mmol)加入到300mL正丙醇/水(醇：水的体积比为6：1)的混合溶剂中，在0℃下，加入硼氢化锂(7.7g,358.5mmol)，搅拌反应2小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入500mL乙酸乙酯和150mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物4-(2-硝基乙基)-1,2-二甲氧基苯47.2g。收率93.5％，采用HPLC检测得其纯度为96.69％，二聚杂质含量为1.65％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C10H13NO4:211.08和C20H24N2O8:420.15，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为212.1([M+H]+)、234.1([M+Na]+)和421.2([M+H]+)、443.1([M+Na]+)。
实施例6：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-2-甲氧基-4-(2-硝基乙烯基)苯酚(5.0g，25.6mmol)加入到150mL乙醇/水(醇：水的体积比为3：1)的混合溶剂中，在0℃下，加入硼氢化钠(1.5g,38.4mmol)，搅拌反应2小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入30mL乙酸乙酯和30mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物2-甲氧基-4-(2-硝基乙基)苯酚4.7g，收率93.1％。采用HPLC检测得其纯度为95.92％，二聚杂质含量为2.14％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C9H11NO4:197.07和C18H20N2O8:392.12，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为198.1([M+H]+)、220.1([M+Na]+)和393.1([M+H]+)、415.1([M+Na]+)。
实施例7：一种硝基烯烃的还原方法：
将(E)-3,4-二甲氧基-β-硝基苯乙烯(10.0g，47.3mmol)加入到300mL异丙醇/水(醇：水的体积比为9：1)的混合溶剂中，在35℃下，加入硼氢化锌(5.4g,56.8mmol)，搅拌反应3小时。浓缩至恒重，向浓缩物中依次加入50mL乙酸乙酯和50mL饱和氯化铵溶液。分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物4-(2-硝基乙基)-1,2-二甲氧基苯9.4g，收率94.0％。采用HPLC检测得其纯度为96.28％，二聚杂质含量为1.73％。产物和二聚杂质的理论计算分子量分别为C10H13NO4:211.08和C20H24N2O8:420.15，通过LC-MS检测到上述两个峰对应的质谱数据分别为212.1([M+H]+)、234.1([M+Na]+)和421.2([M+H]+)、443.2([M+Na]+)。
实施例1-2所用HPLC仪器及检测参数：
色谱仪：Thermo U3000
色谱柱：waters symmetry C185μm 4.6×250mm
柱温：35℃
流动相：0.005mol/L十二烷基硫酸钠-乙腈-冰醋酸-0.1mol/LEDTA(700：300：10：2)；流速：1.0mL/min；检测波长380nm。
实施例3-7所用HPLC仪器及检测参数：
色谱仪：Thermo U3000
色谱柱：waters symmetry C185μm 4.6×250mm
柱温：35℃
流动相：0.005mol/L十二烷基硫酸钠-乙腈-冰醋酸-0.1mol/LEDTA(700：300：10：2)；流速：1.5mL/min；检测波长280nm。
实施例2得到的还原产物用HPLC法检测其纯度的谱图，如图1所示，图谱中数据见下表1。
表1
实施例4得到的还原产物用HPLC法检测其纯度的谱图，如图2所示，图谱中数据见下表2。
表2
实施例5得到的还原产物用HPLC法检测其纯度的谱图，如图3所示，图谱中数据见下表3。
表3
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例均为示例性的，不能理解为对本发明权利要求书请求保护范围的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述的实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (5)

1.一种硝基烯烃的还原方法，包括如下步骤：
步骤(1)：将化合物1加入到醇/水的混合溶剂中，在0-50℃下，加入还原剂金属硼氢化物，搅拌反应；
步骤(2)：将步骤(1)所得的溶液浓缩至恒重，向浓缩物中加入乙酸乙酯和饱和氯化铵溶液；
步骤(3)：分液得上层乙酸乙酯层，干燥，浓缩至恒重得还原产物化合物2；
其中，化合物1和化合物2中的R1选自C1-C8直链烷基和通式官能团1中的任意一种，R2为氢或甲基，R3、R4、R5、R6、R7各自独立选自氢、甲基、甲氧基或羟基中的一种；
混合溶剂用量与化合物1的比例为(5-30)mL：1g；
所述步骤(1)中的醇为甲醇、乙醇、正丙醇和异丙醇中的一种；
所述步骤(1)中的金属硼氢化物为硼氢化锂、硼氢化钠、硼氢化钾和硼氢化锌中的一种。
2.根据权利要求1所述的还原方法，其特征在于，所述混合溶剂中醇和水的体积比为(2-10)：1。
3.根据权利要求1或2所述的还原方法，其特征在于，步骤(1)中金属硼氢化物和化合物1的摩尔比为(0.5-3)：1。
4.根据权利要求3所述的还原方法，其特征在于，步骤(2)中所述萃取溶剂乙酸乙酯、饱和氯化铵溶液的用量与步骤(1)中所述化合物1的用量比为(2-10)mL：(2-10)mL：1g。
5.根据权利要求4所述的还原方法，其特征在于，所述步骤(1)中搅拌反应的时间为1-3小时。
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