CN111302970A

CN111302970A - 3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法

Info

Publication number: CN111302970A
Application number: CN202010258847.5A
Authority: CN
Inventors: 任运来; 田欣哲; 申振鹏; 赵哲; 刘文波
Original assignee: Henan Agricultural University
Current assignee: Henan Agricultural University
Priority date: 2020-04-03
Filing date: 2020-04-03
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2040-04-03
Also published as: CN111302970B

Abstract

本发明提供一种3,4‑二甲氧基苯甲腈的制备方法：将3,4‑二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物加入有机溶剂中，在惰性气体保护下，由铁类催化剂催化反应得到3,4‑二甲氧基苯甲腈。该方法以3,4‑二甲氧基苯基丙酮为原料，能够在较为温和的反应温度下实现不错的收率。

Description

3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法

技术领域

本发明属于有机合成技术领域，具体涉及3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法。

背景技术

3,4-二甲氧基苯甲腈在化工工业中有着重要的用途，它是生产多种杀虫剂的原料，也可以用于制备一些除草剂、医药和染料。目前合成3,4-二甲氧基苯甲腈的方法很多，主要如下：(1)3,4-二甲氧基甲苯氨氧化法(Catalysts Applied Catalyst A:General,2001年,第208卷,21–34页)；该方法以3,4-二甲氧基甲苯、氨气和氧气为原料，在催化剂的作用下，通过3,4-二甲氧基甲苯中甲基的氨化氧化，来生产3,4-二甲氧基苯甲腈产品。(2)醛肟脱水法(Tetrahedron Letters,2016年,第57卷,5700–5702页)；该方法以3,4-二甲氧基苯甲醛、3,4-二甲氧基苯甲醛肟或3,4-二甲氧基苯甲酸乙酯为原料，合成醛肟(也可以直接使用醛肟)，再经过醛肟的脱水，得到3,4-二甲氧基苯甲腈产品。(3)酰胺脱水法(Tetrahedron,2015年,第71卷,3795–3801页)；该方法通常以3,4-二甲氧基苯甲酸和尿素为原料，在催化剂的作用下，通过羧基与尿素分解出的氨气的反应，得到酰胺中间体，也有直接使用酰胺的方法(湖北大学学报,2019,41,408–410)。酰胺再发生脱水，生成3,4-二甲氧基苯甲腈。(4)其它方法；文献报道能够以3,4-二甲氧基卤代苯(European Journal ofOrganic Chemistry,2019年,第2019卷,6211–6216页)、3,4-二甲氧基苯胺(Journal ofChemical Research,2012年,第36卷,573–574页)、3,4-二甲氧基苯乙醇(Synthesis,2010年,第2010卷,2631–2635页)为原料，合成3,4-二甲氧基苯甲腈。上述方法都或多或少地存在一些问题，影响其产业化应用的效益，例如氨氧化法和酰胺水法存在反应温度过高、副产物多等缺点，醛肟的脱水法通常收率较低，纯化处理过程复杂。针对这些问题，本发明做出改进。

发明内容

本发明针对现有技术中3,4-二甲氧基苯甲腈的合成方法存在反应温度过高或收率低等问题，提供一种3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，该方法以3,4-二甲氧基苯基丙酮为原料，能够在较为温和的反应温度下实现不错的收率。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法：将3,4-二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物加入有机溶剂中，在惰性气体保护下，由铁类催化剂催化反应得到3,4-二甲氧基苯甲腈。本发明选用3,4-二甲氧基苯基丙酮作为底物，在铁催化剂的催化下，氮氧化物与3,4-二甲氧基苯基丙酮中的亚甲基反应，然后在铁催化剂的催化下发生碳-碳键的断裂，生成3,4-二甲氧基苯甲腈产物，反应式如下：

其中，本发明所采用的3,4-二甲氧基苯基丙酮，其CAS号为776-99-8，结构式如下：

在本发明的制备方法中，所述氮氧化物为亚硝酸钠、二氧化氮或一氧化氮，优选亚硝酸钠，其能够大幅提高目标产物收率；进一步地，所述3,4-二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物的摩尔比为1:(1～5)，优选摩尔比为1:(1.5～2)，最佳为1:1.5。

在本发明的制备方法中，所述铁类催化剂为三氯化铁、三氟甲磺酸铁或铁的配合物A(由配体和FeCl₃)，优选铁的配合物

所述铁的配合物A的结构式为：

TfO-的结构：

该铁配合物根据文献报道的方法制备(见Journal of the AmericanChemical Society,2014,136,8350–8360)。本发明所用的铁类催化剂以催化量加入到反应体系中即可，具体确定催化剂的用量时，可以选择所述3,4-二甲氧基苯基丙酮和铁类催化剂的摩尔比为1:(0.02～0.3)，优选所述3,4-二甲氧基苯基丙酮和铁类催化剂的摩尔比为1:(0.05～0.1)，最佳地，3,4-二甲氧基苯基丙酮和铁类催化剂的摩尔比为1:0.05。

在本发明的制备方法中，在进行催化反应时，反应温度为0～120℃，反应时间为1～50h；考虑到目标产物收率和反应效率，优选地，反应温度为70～90℃，反应时间为15～40h；最佳地，反应温度为90℃，反应时间为20h。

本发明在制备时，所选择的有机溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺，优选为二甲基亚砜，所述有机溶剂的用量为每毫摩尔3,4-二甲氧基苯基丙酮加入1～8mL有机溶剂，优选4mL；需要注意的是，该有机溶剂要求在除水干燥后使用，以避免对反应体系的不良影响。

在反应结束后，可以选择常规的提纯方法提纯目标产物，例如柱色谱法，经实践，流动相选择为体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂，提纯效果最佳。

本发明首先拓宽了原料的选择范围，其次在上述提及的优选条件下，3,4-二甲氧基苯甲腈产物的收率高达95％，能够在较为温和的反应温度下实现较高收率，且当选用二氧化氮或一氧化氮时，可以采用氮氧化物废气中的二氧化氮或一氧化氮作为反应原料，能够同时减少氮氧化物对环境所造成的污染，因此本发明的制备方法对于3,4-二甲氧基苯甲腈绿色合成的进程也具有重要的推动价值。

附图说明

图1为实施例1所得3,4-二甲氧基苯甲腈的¹H-NMR图谱：其中δ＝7.28-7.31(td,1H)处为苯环上氰基邻位氢的峰，7.090-7.094(d,1H)处为苯环上甲氧基邻位氢的峰，6.90-6.93(d,1H)处为苯环上甲氧基和氰基中间的峰，3.91(s,3H)和3.95(s,3H)处为两个甲氧基上氢的峰，与该化合物的结构相吻合；

图2为实施例1所得3,4-二甲氧基苯甲腈的¹³C-NMR图谱：δ＝152.9,149.2,126.5,119.2,114.0,111.3,103.9,56.2,56.1，与该化合物的结构相吻合。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作出进一步的说明，但所述实施例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制，实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行，所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

实施例1

把0.5mmol 3,4-二甲氧基苯基丙酮、0.75mmol亚硝酸钠、0.025mmol铁的配合物A和2mL除水干燥后的二甲基亚砜加入到反应管中，密封反应管后在90℃反应20h(密封反应管时，反应管中的空气被氩气置换2次)；待反应结束后，利用气相色谱内标法进行定量分析，产率为95％，通过柱色谱法对3,4-二甲氧基苯甲腈产物进行分离提纯(流动相：体积比为10:1的石油醚和乙酸乙酯的混合溶剂)，所得产物经氢谱和碳谱检测，结果如图1和图2所示，根据图1所示的¹H-NMR和图2所示的¹³C-NMR确定产物的结构如下：

实施例2-3

将实施例1中的亚硝酸钠分别用等摩尔量的二氧化氮、一氧化氮替代，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为33％、38％，可以看出，采用亚硝酸钠作为氮氧化物与底物反应时，收率较高，而在同样的反应条件下，二氧化氮和一氧化氮则会导致收率降低。

实施例4-5

将实施例1中的铁的配合物分别用等摩尔量的三氯化铁、三氟甲磺酸铁替代，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为32％、39％。由于这三种催化剂的空间结构有着较大差异，尤其是铁的配合物的空间结构与三氯化铁和三氟甲磺酸铁差距较大，其表现出明显高于后两者的催化活性。

实施例6-7

将实施例1中的二甲基亚砜分别用等体积的四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺替代，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为8％、30％。本发明在研究过程中发现，有机溶剂对于底物转化的成功与否有着重要影响，在使用甲苯、环己烷、乙腈作为溶剂的情况下，无法得到3,4-二甲氧基苯甲腈产物，将有机溶剂替换为四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺和二甲基亚砜，得到了目标产物，而且这三种溶剂之间对于收率的影响也较为显著，比较优选的溶剂为二甲基亚砜。

实施例8-12

将实施例1中二甲基亚砜的用量分别变为0.5mL、1mL、2mL、3mL、4mL，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为83％、92％、95％、88％、72％。

实施例13-18

将实施例1中亚硝酸钠的用量分别变为0.5mmol、0.75mmol、1mmol、1.5mmol、2mmol、2.5mmol，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为82％、95％、90％、89％、93％、93％。可以看出，当选择亚硝酸钠进行反应时，3,4-二甲氧基苯甲腈产物都能达到不错的收率。

实施例19-24

将实施例1中铁配合物A的用量分别变为0.01mmol、0.025mmol、0.05mmol、0.075mmol、0.1mmol、0.15mmol，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为51％、95％、89％、97％、93％、96％。在本发明的制备方法中，催化剂的用量在满足催化量时，即可达到基本相当的产率，在催化剂用量偏低时，在有限的反应时间内，产率也受到一定的影响。

实施例25-31

将实施例1中的反应温度分别变为0℃、25℃、50℃、70℃、90℃、100℃、120℃，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为9％、23％、38％、91％、95％、89％、73％；经过这组实施例可以看出，在同样的反应时间内，反应温度的升高有利于产率的提高，但温度过高时，反而导致产率降低，这可能是由于反应温度过高导致副产物增多。同时，需要说明的是，在低温条件下，例如0℃，只要给予足够的反应时间，同样能达到较高的产率，只是本发明考虑到生产效益，将反应温度限定在0～120℃，时间限定为1～50h。

实施例32-42

将实施例1中的反应时间分别变为1h、2h、5h、10h、15h、20h、25h、30h、35h、40h、50h，其他条件同实施例1。3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率分别为11％、32％、43％、63％、88％、95％、93％、91％、86％、83％、71％。经过这组实施例可以看出，在同样的反应温度条件下，反应20h时产率最高，再继续延长反应时间，会导致副产物的生成，使得3,4-二甲氧基苯甲腈产物的产率降低。

上述实施例2至39对提纯得到的目标产物同样进行了检测，其结构符合3,4-二甲氧基苯甲腈，具体检测结果可以参考实施例1，此处不再一一赘述。

最后所应说明的是：上述实施例仅用于说明而非限制本发明的技术方案，任何对本发明进行的等同替换及不脱离本发明精神和范围的修改或局部替换，其均应涵盖在本发明权利要求保护的范围之内。

Claims

1.3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：将3,4-二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物加入有机溶剂中，在惰性气体保护下，由铁类催化剂催化反应得到3,4-二甲氧基苯甲腈。

2.根据权利要求1所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：所述氮氧化物为亚硝酸钠、二氧化氮或一氧化氮。

3.根据权利要求1或2所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：所述铁类催化剂为三氯化铁、三氟甲磺酸铁或铁的配合物，

所述铁的配合物的结构式为：

4.根据权利要求2所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：所述3,4-二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物的摩尔比为1:(1～5)。

5.根据权利要求4所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：所述3,4-二甲氧基苯基丙酮和氮氧化物的摩尔比为1:(1.5～2)。

6.根据权利要求1所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：在进行催化反应时，反应温度为0～120℃。

7.根据权利要求6所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：在进行催化反应时，反应温度为70～90℃。

8.根据权利要求6所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：催化反应的反应时间为1～50h。

9.根据权利要求7所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：催化反应的反应时间为15～40h。

10.根据权利要求1所述的3,4-二甲氧基苯甲腈的制备方法，其特征在于：所述有机溶剂为二甲基亚砜、四氢呋喃或N,N-二甲基甲酰胺。