CN110759852A - 一种3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法 - Google Patents

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杨岚
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Abstract

向反应容器中加入配方量的A mol氯化胆碱和B mol尿素，于80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入C mol 3‑甲酰基‑9‑取代咔唑及D mol NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3‑羟甲基‑9‑取代咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。本发明方法操作简单、后处理简单、反应时间短、效率高、催化剂可回收利用、绿色环保、降低了成本、无需有机溶剂，是一种高效合成3‑羟甲基‑9‑取代咔唑的方法。

Description

一种3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法
技术领域
本发明属于化学合成领域，特别涉及3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法。
背景技术
由于咔唑及其衍生物具有特殊的结构，使其在有机合成领域中占有重要的地位。它不仅仅是材料、医药领域重要的合成中间体，也是精细化学品的中间体。咔唑在燃料、医药、发光材料领域都有广泛的应用，由于其有良好的应用前景，备受科研工作者的青睐。
目前传统的醛-醇还原方法反应过程中试剂的毒性较大，实验条件要求苛刻且比较昂贵，所以开发出一种绿色环保、不使用有机溶剂、成本低、反应效率高地制备3-羟甲基-9-取代咔唑的方法具有一定的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法，该方法具有操作简单、后处理简单、反应时间短、效率高、催化剂可回收利用、绿色环保、降低了成本、无需有机溶剂的优点。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
3-羟甲基-9-取代咔唑的结构通式为：
Figure RE-GDA0002304074450000011
其中，R为CH3，C2H5，C3H7-n，C12H25-n，C14H29-n，C16H33-n.
3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法，包括以下步骤：
向反应容器中加入配方量的A mol氯化胆碱和B mol尿素，于80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入C mol 3-甲酰基-9-取代咔唑及D molNaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9- 取代咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。
所述的3-甲酰基-9-取代咔唑的结构通式如下所示：
Figure RE-GDA0002304074450000021
其中，R为CH3，C2H5，C3H7-n，C12H25-n，C14H29-n，C16H33-n.
所述TLC监测，使用的展开剂为体积比为3:1的石油醚和乙酸乙酯的混合液。
相对于现有技术，本发明的有益效果为：
本发明提供的3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法，以3-甲酰基-9-取代咔唑为原料，NaBH4为催化剂，低共熔溶剂氯化胆碱-尿素作为溶剂，即可高产率的制得3-羟甲基-9-取代咔唑。该方法操作简单、后处理简单、反应时间短、效率高、催化剂可回收利用、绿色环保、降低了成本、无需有机溶剂，具有很大的应用前景。
附图说明
图1为实施例1所制备的3-羟甲基-9-甲基咔唑的IR谱图
图2为实施例2所制备的3-羟甲基-9-乙基咔唑的IR谱图
图3为实施例3所制备的3-羟甲基-9-丙基咔唑的IR谱图
图4为实施例4所制备的3-羟甲基9-十二烷基咔唑的IR谱图
图5为实施例5所制备的3-羟甲基-9-十四烷基咔唑的IR谱图
图6为实施例6所制备的3-羟甲基-9-十六烷基咔唑的IR谱图
图7为实施例1所制备的3-羟甲基-9-甲基咔唑的1H NMR谱图
图8为实施例2所制备的3-羟甲基-9-乙基咔唑的1H NMR谱图
图9为实施例3所制备的3-羟甲基-9-丙基咔唑的1H NMR谱图
图10为实施例4所制备的3-羟甲基9-十二烷基咔唑的1H NMR谱图
图11为实施例5所制备的3-羟甲基-9-十四烷基咔唑的1H NMR谱图
图12为实施例6所制备的3-羟甲基-9-十六烷基咔唑的1H NMR谱图
具体实施方式
以下是结合实例对本发明做进一步详细说明：
本发明是以3-甲酰基-9-取代咔唑为原料，NaBH4为催化剂，低共熔溶剂氯化胆碱-尿素作为溶剂，即制备出一系列3-羟甲基-9-取代咔唑。其反应方程式如下：
Figure RE-GDA0002304074450000031
其中R为CH3，C2H5，C3H7-n，C12H25-n，C14H29-n，C16H33-n.
实施例1 3-羟甲基-9-取代咔唑的制备：
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入 500mg(2.4mmol)3-甲酰基-9-甲基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-甲基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率93.7％，熔点86.9～90.1℃。
IR(KBr)ν:3400(-OH),3047(苯环C-H)，2931、2881(饱和C-H),1600、1475(苯环骨架振动)，1411(-CH3弯曲振动)，1325(C-N)；
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.08(t,2H),7.52(t,2H),7.45(t,2H),7.19(t,1H),5.16(t,1H),4.67(d,2H),3.86(s,3H).
实施例2 3-羟甲基-9-乙基咔唑的制备
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入 535.9mg(2.4mmol)3-甲酰基-9-乙基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-乙基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率90.6％，熔点70.5～75.1℃。
IR(KBr)ν:3402(-OH),3047(苯环C-H),2976、2866(饱和C-H),1600、1465(苯环骨架振动)，1377(-CH3弯曲振动)，1328(C-N).
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.11(t,2H),7.53(t,2H),7.43(t,2H),7.18(t,1H),5.19(t,1H),4.69(d,2H),4.40(d,2H),1.28(s,3H).
实施例3 3-甲酰基-9-丙基咔唑的制备
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入 569.5mg(2.4mmol)3-甲酰基-9-丙基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-丙基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率92.5％，m.p.:94.3～95.0℃。
IR(KBr)ν:3386(-OH),3039(苯环骨架振动),2923、2877(饱和C-H),1602、 1465(苯环骨架振动),1377(-CH3弯曲振动),1328(C-N).
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.08-8.12(t,1H),7.54(q,2H),7.42(t,2H),7.17(t,1H),5.14(s,1H),4.65(s,2H),4.34(t,2H),1.78(t,2H),0.85(s,3H)。
实施例4 3-羟甲基-9-十二烷基咔唑的制备
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入 872.5mg(2.4mmol)3-甲酰基-9-十二烷基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-十二烷基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率94.1％，m.p.:65-66℃。
IR(KBr)ν:3269(-OH),3055(苯环C-H),2920、2850(饱和C-H),1602、1469(苯环骨架振动)，1336(-CH3弯曲振动)，1001(伯醇C-O).
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.21-8.01(m,2H),7.66-7.49(m,2H),7.43(t, 2H),7.17(t,1H),5.17(t,1H),4.65(d,2H),4.37(t,2H),1.75(s,2H),1.34-1.07(m, 18H),0.85(t,3H).
实施例5 3-羟甲基-9-十四烷基咔唑的制备
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入 939.8.5mg(2.4mmol)3-甲酰基-9-十四烷基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-十四烷基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率89.2％，m.p.:62-62℃。
IR(KBr)ν:3267(-OH),3049(苯环C-H),2920、2854(饱和C-H),1608、1471(苯环骨架振动)，1348(-CH3弯曲振动)，1070(伯醇C-O).
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.09(m,2H),7.55(dd,2H),7.43(dd,2H), 7.17(t,1H),5.15(t,1H),4.64(t,2H),4.37(t,2H),1.75(m,2H),1.22(dd,22H),0.85 (t,3H).
实施例6 3-羟甲基-9-十六烷基咔唑的制备
向100mL三口烧瓶中加入1.4g(0.01mol)氯化胆碱和1.2g(0.02mol)尿素，于 80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入1g(2.4mmol) 3-甲酰基-9-十六烷基咔唑及136.2mg(3.6mmol)NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-十六烷基咔唑。滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用。产率88.5％，m.p.:59-60℃。
IR(KBr)ν:3325(-OH),3051(苯环C-H),2918、2850(饱和C-H),1602、1471(苯环骨架振动)，1336(-CH3弯曲振动)，1006(伯醇C-O).
1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.14(m,2H),7.58(dd,2H),7.45(t,2H),7.20 (t,1H),5.18(t,1H),4.68(d,2H),4.40(t,2H),1.78(s,2H),1.23(d,26H),0.88(t, 3H).
DES的重复使用性
以3-羟甲基-9-甲基咔唑的合成为例，考察DES的重复使用性。在3-甲酰基 -9-甲基咔唑1mol、NaBH41.2 mol，室温反应，TLC监测至反应完全，反应完成后，将含有DES的滤液，蒸除水，即可重复使用用于下一次实验。结果见表1。
表1 DES的重复使用次数对3-羟甲基-9-甲基咔唑合成的影响
Figure RE-GDA0002304074450000051
由表1可知，DES重复使用5次，3-羟甲基-9-甲基咔唑的产率均在91％以上，重复使用性较好。产率稍有下降，这可能是由于DES在回收使用时略有损失所致。

Claims (7)

1.一种3-羟甲基-9-取代咔唑，其特征在于，结构式为：
Figure RE-FDA0002304074440000011
其中，R为CH3，C2H5，n-C3H7，n-C12H25，n-C14H29，n-C16H33。
2.一种3-羟甲基-9-取代咔唑的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
3-甲酰基-9-取代咔唑与NaBH4在氯化胆碱-尿素低共熔溶剂DES中反应，得到3-羟甲基-9-取代咔唑。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，反应中3-甲酰基-9-取代咔唑为C mol，NaBH4为D mol，C:D＝1:(1～2)。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，氯化胆碱-尿素低共熔溶剂DES由氯化胆碱A mol与尿素B mol得到，A:B＝1:(1～2)。
5.根据权利要求2所述的的方法，其特征在于，所述的3-甲酰基-9-取代咔唑的结构式为：
Figure RE-FDA0002304074440000012
其中，R为CH3，C2H5，n-C3H7，n-C12H25，n-C14H29，n-C16H33。
6.根据权利要求2所述的的方法，其特征在于，包括如下步骤：
向反应容器中加入配方量的A mol氯化胆碱和B mol尿素，于80℃下搅拌得无色透明溶液即低共熔溶剂DES；冷至室温，然后加入C mol 3-甲酰基-9-取代咔唑及D mol NaBH4，室温搅拌反应，TLC监测至反应结束；然后向反应瓶中加适量水，析出固体，抽滤，滤饼用水洗涤，干燥，重结晶，即得到3-羟甲基-9-取代咔唑；滤液回收得低共熔溶剂，可重复使用；A:B＝1:(1～2)；C:D＝1:(1～2)。
7.根据权利要求6所述的的方法，其特征在于，所述的TLC监测反应，当原料点消失时即反应完全；TLC检测所采用的展开剂为体积比为3:1的石油醚和乙酸乙酯的混合液。
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