CN111454213B - 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法 - Google Patents

一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111454213B
CN111454213B CN202010327943.0A CN202010327943A CN111454213B CN 111454213 B CN111454213 B CN 111454213B CN 202010327943 A CN202010327943 A CN 202010327943A CN 111454213 B CN111454213 B CN 111454213B
Authority
CN
China
Prior art keywords
lignin
amino
acid
compound
oxidized
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202010327943.0A
Other languages
English (en)
Other versions
CN111454213A (zh
Inventor
张越涛
郭涛
何江华
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jilin University
Original Assignee
Jilin University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jilin University filed Critical Jilin University
Priority to CN202010327943.0A priority Critical patent/CN111454213B/zh
Publication of CN111454213A publication Critical patent/CN111454213A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN111454213B publication Critical patent/CN111454213B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D235/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings
    • C07D235/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D235/04—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles
    • C07D235/06—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached in position 2
    • C07D235/08—Radicals containing only hydrogen and carbon atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D235/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings
    • C07D235/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D235/04—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles
    • C07D235/06—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles with only hydrogen atoms, hydrocarbon or substituted hydrocarbon radicals, directly attached in position 2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D235/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings
    • C07D235/02—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, condensed with other rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D235/04—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles
    • C07D235/18—Benzimidazoles; Hydrogenated benzimidazoles with aryl radicals directly attached in position 2
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D239/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings
    • C07D239/70—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D239/72—Quinazolines; Hydrogenated quinazolines
    • C07D239/86—Quinazolines; Hydrogenated quinazolines with hetero atoms directly attached in position 4
    • C07D239/88—Oxygen atoms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07D—HETEROCYCLIC COMPOUNDS
    • C07D239/00—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings
    • C07D239/70—Heterocyclic compounds containing 1,3-diazine or hydrogenated 1,3-diazine rings condensed with carbocyclic rings or ring systems
    • C07D239/72—Quinazolines; Hydrogenated quinazolines
    • C07D239/86—Quinazolines; Hydrogenated quinazolines with hetero atoms directly attached in position 4
    • C07D239/88—Oxygen atoms
    • C07D239/91—Oxygen atoms with aryl or aralkyl radicals attached in position 2 or 3

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)

Abstract

本发明提供了一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，属于木质素降解技术领域。本发明通过酸催化木质素和含氨基化合物类物质直接一步生成氮杂环类衍生物，在木质素的降解中得到优异的产率(产率为60～100％)；同时本发明的方法具有高的原子利用率，传统的降解木质素生成苯甲醛或苯甲酸的工作中，β‑C和γ‑C多生成甲醛、甲酸或者二氧化碳等副产物而不能得到充分利用，而本发明的方法中，木质素中的β‑C和γ‑C可以和含氨基化合物类原料生成同系列的含氮杂环产物，在药物方面具有极大的应用价值。

Description

一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的 方法
技术领域
本发明涉及木质素降解技术领域，尤其涉及一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法。
背景技术
木质纤维素是地球上最丰富的含碳生物质，它主要由纤维素、半纤维素以及木质素组成。其中，木质素的储量仅次于纤维素，是第二多可再生生物质资源，也是自然界唯一的含芳基的非化石基资源。但是，木质素至今也没有得到大量而广泛地应用，其大多作为造纸废水被排放，或者焚烧，这不仅造成严重的环境污染，更是白白浪费掉大自然恩赐给人类的一大资源。将木质素降解成小分子芳香化合物，可以极大地提高生物质利用价值，同时缓解对石油等不可再生资源的依赖。
天然木质素是结构复杂的天然高分子化合物，直接研究其降解是一件非常复杂的工作。通过对其复杂结构的分析发现其中主要包含几种结构片段，其中β-O-4构型是主要的构型，占木质素的40～60％(图1)。现有技术通常是先使用β-O-4构型结构作为木质素模型化合物对木质素降解进行研究，然后将适用在模型化合物的降解方法应用在天然木质素上。
近年来，人们发现将α-C上的-OH氧化，得到α-(C＝O)，可以有效降低Cβ-O键键能(图2)。所以，将木质素进行氧化可以使木质素更容易进行降解；同时有C＝O的存在，会发生一些加成反应使木质素得到降解(Chemical conversion of b-O-4 lignin linkagemodels through Cu-catalyzed aerobic amide bond formation.Chem.Commun.,2013,49,11439-11441)。目前，木质素降解主要是通过还原、氧化、中性氧化还原和酸解等方法进行催化降解，主要得到小分子平台产物，这些平台产物要进行一步或多步反应才能具有高附加值，这限制了这些降解产物的应用。近年来，也有少数通过添加反应物(比如盐酸羟胺、三溴化硼)与木质素进行反应，直接将木质素降解为高附加值产物的报道(Transformationof lignin model compounds to N-substituted aromatics via Beckmannrearrangement.Green Chem.,2018,20,3318-3326)(NH2OH-Mediated Lignin Conversionto Isoxazole and Nitrile.ACS Sustainable Chem.Eng.2018,6,3748-3753)。然而这些方法中，木质素需要进行多步修饰，限制了降解产率，产率一般不超过2wt％。
发明内容
本发明的目的在于提供一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，该方法中木质素的降解产率高，所得含氮产物具有药物应用价值。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，
当原料为氧化木质素时，包括以下步骤：
将氧化木质素、第一含氨基化合物、酸和第一有机溶剂混合，将所得反应液进行第一分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第一含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物；
当原料为木质素时，包括以下步骤：
将木质素、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌、助催化剂和第二有机溶剂混合，在氧气气氛下进行氧化反应，将所得氧化反应产物体系与第二含氨基化合物混合，进行第二分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第二含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物。
优选的，所述氧化木质素为氧化木质素模型底物，所述氧化木质素模型底物具有式I或式II所示结构：
Figure BDA0002463888980000021
式I；
Figure BDA0002463888980000022
式II；
其中，R＝-H或-CH2OH；
Ar1包括
Figure BDA0002463888980000023
Figure BDA0002463888980000031
Ar2包括
Figure BDA0002463888980000032
优选的，所述氧化木质素为氧化天然木质素。
优选的，所述第一含氨基化合物和第二含氨基化合物独立地包括
Figure BDA0002463888980000033
其中，R'包括
Figure BDA0002463888980000034
R"包括
Figure BDA0002463888980000035
Figure BDA0002463888980000036
优选的，所述酸包括布朗斯特酸或路易斯酸；所述布朗斯特酸包括硝酸、盐酸、硫酸或三氟甲磺酸；所述路易斯酸包括三氯化铝、三氟化硼、三氯化铁、三氟甲磺酸类金属盐、B(C6F5)3、I2或2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌。
优选的，所述第一有机溶剂和第二有机溶剂独立地包括DMSO、CH3C N、CH3OCH2CH2OH、CH3OCH2CH2OCH3、DMF、CH3OH或DCM。
优选的，所述氧化木质素、第一含氨基化合物和酸的摩尔比为1:2～3:0.1～0.2；
所述氧化木质素在反应液中的浓度为0.05～1mmol/mL。
优选的，所述木质素为木质素模型底物；所述木质素模型底物具有式III所示结构：
Figure BDA0002463888980000041
式III；其中，X＝-OH或-OCH3；
所述木质素、第二含氨基化合物、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌和助催化剂的摩尔比为1:(2～3):(0.1～0.2):(0.1～0.2)。
优选的，所述木质素为天然木质素。
优选的，所述第一分解反应和第二分解反应的温度独立地为100～160℃，时间独立地为6～24h。
本发明提供了一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，当原料为氧化木质素时，包括以下步骤：将氧化木质素、第一含氨基化合物、酸和第一有机溶剂混合，将所得反应液进行第一分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第一含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物；当原料为木质素时，包括以下步骤：将木质素、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌、助催化剂和第二有机溶剂混合，在氧气气氛下进行氧化反应，将所得氧化反应产物体系与第二含氨基化合物混合，进行第二分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第二含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物。本发明中，当原料为氧化木质素时，本发明通过酸催化氧化木质素和含氨基化合物类物质直接一步生成氮杂环类衍生物，在木质素的降解中得到优异的产率(产率为60～100％)；当原料为木质素时，本发明通过DDQ一锅法进行氧化和分解反应，即可实现木质素的降解，且产率高；同时本发明的方法具有高的原子利用率，传统的降解木质素生成苯甲醛或苯甲酸的工作中，β-C和γ-C多生成甲醛、甲酸或者二氧化碳等副产物而不能得到充分利用，而本发明的方法中，木质素中的β-C和γ-C可以和含氨基化合物类原料生成同系列的含氮杂环产物，在药物方面具有极大的应用价值。
附图说明
图1为木质素主要的键连方式和含量图；
图2为β-O-4木质素模型化合物氧化及其键能变化图；
图3为本发明的反应机理图；
图4为实施例1中含氮杂环产物的核磁图；
图5为实施例1中含氮杂环产物的核磁图；
图6为实施例1中苯酚产物的核磁图；
图7为实施例2中含氮杂环产物的核磁图；
图8为实施例2中含氮杂环产物的核磁图；
图9为实施例3中含氮杂环产物的核磁图；
图10为实施例3中含氮杂环产物的核磁图；
图11为实施例3中苯酚产物的核磁图；
图12为实施例4中苯并咪唑类产物的核磁图；
图13为实施例4中苯并咪唑类产物的核磁图；
图14为实施例4中苯并咪唑类产物的核磁图；
图15为实施例5中喹唑啉类产物的核磁图；
图16为实施例5中喹唑啉类产物的核磁图。
具体实施方式
本发明提供了一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，
当原料为氧化木质素时，包括以下步骤：
将氧化木质素、第一含氨基化合物、酸和第一有机溶剂混合，将所得反应液进行第一分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第一含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物；
当原料为木质素时，包括以下步骤：
将木质素、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌、助催化剂和第二有机溶剂混合，在氧气气氛下进行氧化反应，将所得氧化反应产物体系与第二含氨基化合物混合，进行第二分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第二含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物。
在本发明中，若无特殊说明，所需原料和试剂为本领域技术人员熟知的市售商品。
在本发明中，当原料为氧化木质素时，包括以下步骤：将氧化木质素、第一含氨基化合物、酸和第一有机溶剂混合，将所得反应液进行第一分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第一含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物。
在本发明中，所述氧化木质素优选为氧化木质素模型底物，所述氧化木质素模型底物具有式I或式II所示结构：
Figure BDA0002463888980000061
式I；
Figure BDA0002463888980000062
式II；
其中，R＝-H或-CH2OH；
Ar1包括
Figure BDA0002463888980000063
Figure BDA0002463888980000064
Ar2包括
Figure BDA0002463888980000071
在本发明中，所述式I结构的模型为β-O-4结构的木质素，所述式II结构的模型为β-1结构的木质素。
在本发明中，所述氧化木质素模型底物优选按照本领域常规方法进行合成。
在本发明中，所述第一含氨基化合物优选包括
Figure BDA0002463888980000072
其中，R'包括
Figure BDA0002463888980000073
R"包括
Figure BDA0002463888980000074
Figure BDA0002463888980000075
本发明利用含氨基化合物中-NH2的亲核性实现对木质素α-C＝O的进攻进而断键实现木质素的降解；同时生成的含氮物质具有较高的应用价值。
本发明的反应机理如图3所示，首先酸活化氧化木质素的羰基，含氨基化合物中的-NH2进攻羰基脱水生成亚胺，而亚胺在酸的活化下继续加成生成五元环中间体即缩醛胺；缩醛胺的β-C在酸作为催化剂的作用下被空气中的氧气氧化，然后发生Cα-Cβ键断裂生成2-苯基苯并咪唑，同时生成另一种中间体甲酸苯酯；甲酸苯酯在酸催化作用的活化下同样生成亚胺然后成环，酚氧基以苯酚的形式脱去，同时生成苯并咪唑。
在本发明中，所述酸优选包括布朗斯特酸或路易斯酸；所述布朗斯特酸优选包括硝酸、盐酸、硫酸或三氟甲磺酸；所述路易斯酸优选包括三氯化铝、三氟化硼、三氯化铁、三氟甲磺酸类金属盐、B(C6F5)3、I2或2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌(DDQ)；所述三氟甲磺酸类金属盐优选包括三氟甲磺酸钪、三氟甲磺酸铁、三氟甲磺酸银、三氟甲磺酸铜、三氟甲磺酸铝、三氟甲磺酸铋、三氟甲磺酸镍或三氟甲磺酸锌。本发明利用酸作为催化剂，催化氧化木质素的降解。
在本发明中，所述第一有机溶剂优选包括DMSO、CH3CN、CH3OCH2CH2OH、CH3OCH2CH2OCH3、DMF、CH3OH或DCM。在本发明中，所述氧化木质素在反应液中的浓度优选为0.05～1mmol/mL，更优选为0.1～0.5mmol/mL，进一步优选为0.1～0.3mmol/mL；所述第一有机溶剂的用量优选能够达到上述浓度即可。
在本发明中，所述氧化木质素、第一含氨基化合物和酸的摩尔比优选为1:2～3:0.1～0.2，更优选为1:2:0.1。
本发明对所述混合的过程没有特殊的限定，选用本领域熟知的过程能够将原料混合均匀即可。
在本发明中，当所述氧化木质素模型底物具有式I所示结构、含氨基化合物为邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物时，所述第一分解反应的过程为：
Figure BDA0002463888980000081
其中，化合物A代表具有式I所示结构的氧化木质素模型底物，X＝-OH、或-OCH3；化合物B代表含氨基化合物，Y＝R″-NH-、-NH2、-OH或-SH；化合物C、D和E代表不同产物。
当所述氧化木质素模型底物具有式II所示结构、含氨基化合物为邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基化合物或邻氨基仲胺类化合物时，所述第一分解反应的过程为：
Figure BDA0002463888980000091
其中，化合物A代表具有式II所示结构的氧化木质素模型底物，X＝-OH、或-OCH3；化合物B代表含氨基化合物，Y＝R″-NH-、-NH2、-OH或-SH；化合物C、D和F代表不同产物。
在本发明中，所述第一分解反应的温度优选为100～160℃，更优选为120～150℃，进一步优选为140～150℃，时间优选为6～24h，更优选为12～24h，进一步优选为18～24h。在本发明中，所述第一分解反应优选在油浴条件下进行。
完成所述第一分解反应后，本发明优选将所得产物取出后，抽干溶剂过柱子分离，得到含氮杂环类产物。本发明对所述抽干溶剂和过柱子分离的过程没有特殊的限定，按照本领域熟知的过程进行即可。
在本发明中，采用上述方法降解氧化木质素模型底物后，将所述方法应用于降解氧化天然木质素。
当原料为氧化天然木质素时，直接使用氧化天然木质素替换上文所述氧化木质素模型底物，按照上文所述步骤进行氧化天然木质素的降解。本发明优选按照文献记载的方法(Highly Selective Oxidation and Depolymerization of α,γ-Diol ProtectedLignin,Angew.Chem.2019,131,2675-2680.Isolation of Functionalized PhenolicMonomers through Selective Oxidation and C-O Bond Cleavage of theβ-O-4Linkages in Lignin.Angew.Chem.Int.Ed.2015,54,258-262.)在木屑中提取天然木质素，并将天然木质素氧化，得到氧化天然木质素。
在本发明中，将所述氧化天然木质素进行降解的过程为：
Figure BDA0002463888980000101
其中，化合物A代表氧化天然木质素，化合物B代表含氨基化合物，Y＝R″-NH-、-NH2、-OH或-SH；化合物D和G代表不同含氮杂环类产物。
在本发明中，将所述氧化天然木质素进行降解的过程优选包括以下步骤：将氧化天然木质素、第一含氨基化合物、酸和第一有机溶剂混合，将所得反应液进行氧化天然木质素的分解反应，得到含氮杂环产物。在本发明中，所述氧化天然木质素、第一含氨基化合物和酸的摩尔比优选为1:(2～4):(0.1～0.2)，在具体的实施例中，本发明将天然木质素默认为由规则的单体聚合而成，并根据天然木质素的具体使用质量和对应的规则单体的分子量计算出天然木质素的物质的量，按照上述氧化天然木质素、第一含氨基化合物和酸的摩尔比换算含氨基化合物和酸的质量。在本发明中，所述反应液中氧化天然木质素的浓度优选为10～50mg/mL，更优选为20～30mg/mL；所述氧化天然木质素的分解反应的过程优选与上述第一分解反应相同，在此不再赘述。
在本发明的实施例中，所述分解反应完成后，本发明优选将所得反应液进行气相色谱定量分析，以获得不同的含氮杂环产物。
在本发明中，当原料为木质素时，包括以下步骤：
将木质素、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌、助催化剂和第二有机溶剂混合，在氧气气氛下进行氧化反应，将所得氧化反应产物体系与第二含氨基化合物混合，进行第二分解反应，得到含氮杂环类产物；所述第二含氨基化合物包括邻二胺类化合物、邻氨基苯酰胺类化合物、邻氨基苯酚类化合物、邻氨基巯基类化合物或邻氨基仲胺类化合物。
在本发明中，所述木质素优选为木质素模型底物；所述木质素模型底物具有式III所示结构：
Figure BDA0002463888980000111
式III；其中，X＝-OH或-OCH3。
本发明对所述木质素模型底物的来源没有特殊的限定，按照本领域技术人员熟知的方法合成即可。
在本发明中，所述木质素、含氨基化合物、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌和助催化剂的摩尔比优选为1:(2～3):(0.1～0.2):(0.1～0.2)，更优选为1:3:0.2:0.2。
在本发明中，所述第二有机溶剂优选包括DMSO、CH3CN、CH3OCH2CH2OH、CH3OCH2CH2OCH3、DMF、CH3OH或DCM。
在本发明中，所述木质素、2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌、助催化剂和第二有机溶剂混合所得反应液中木质素的浓度优选为0.05～1mmol/mL，更优选为0.1～0.5mmol/mL，进一步优选为0.1～0.3mmol/mL；所述第二有机溶剂的用量优选能够达到上述浓度即可。
在本发明中，所述2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌(DDQ)在氧化反应过程中将木质素氧化为氧化木质素。在本发明中，所述氧气气氛优选由氧气提供；所述助催化剂优选为亚硝酸叔丁酯(tBuONO)或硝酸；DDQ将木质素氧化为氧化木质素后，生成还原态DDQH2，本发明利用助催化剂配合氧气(氧化剂)实现DDQ的氧化还原循环，将还原态DDQH2转化为DDQ，所得氧化反应产物体系中含有氧化木质素、DDQ和助催化剂。在本发明中，所述氧化反应优选在油浴条件下进行，所述氧化反应的温度优选为80℃，时间优选为8h。
在本发明中，所述第二分解反应的温度优选为100～160℃，更优选为130～160℃，进一步优选为140～150℃，时间优选为6～24h，更优选为12～24h，进一步优选为18～24h。在本发明中，所述第二分解反应优选在油浴条件下进行。在所述第二分解反应过程中，所述氧化反应产物体系(含有氧化木质素)在DDQ的催化作用下与第二含氨基化合物进行第二分解反应，实现氧化木质素的分解。
在本发明中，所述第二分解反应的反应过程为：
Figure BDA0002463888980000121
其中，化合物A代表木质素模型底物，X＝-OH、或-OCH3；化合物B代表由化合物A氧化后制备的上述具有式I或式II结构的氧化木质素模型；化合物C、D和E代表不同产物。
在本发明中，采用上述方法降解木质素模型底物后，将所述方法应用于降解天然木质素。
当原料为天然木质素时，直接使用天然木质素替换上文所述木质素模型底物，按照上文所述步骤进行天然木质素的降解。
在本发明中，将所述天然木质素进行降解的过程优选包括以下步骤：将天然木质素、DDQ、助催化剂和第二有机溶剂混合，将所得反应液在氧气气氛下进行氧化反应，将所得氧化反应产物体系与第二含氨基化合物混合，进行分解反应，得到含氮杂环产物。在本发明中，所述天然木质素、第二含氨基化合物和DDQ的摩尔比优选为1:(2～4):(0.1～0.2)；在本发明中，所述反应液中天然木质素的浓度优选为10～50mg/mL，更优选为20～30mg/mL。
在本发明中，当原料为天然木质素时，所述氧化反应优选在油浴条件下进行，所述氧化反应的温度优选为80℃，时间优选为24h；所述氧化反应产物体系中含有氧化天然木质素、DDQ和助催化剂。在本发明中，所述分解反应的过程优选与上述第二分解反应相同，在此不再赘述。
在本发明中，将所述天然木质素进行降解的过程为：
Figure BDA0002463888980000122
其中，化合物A代表天然木质素，化合物B代表氧化天然木质素，化合物D和G代表不同的含氮杂环类产物。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
Figure BDA0002463888980000131
将0.1mmol氧化木质素模型底物1置于10mL耐压管中，加入0.01mmol催化剂、1mLDMSO和0.2mmol邻苯二胺，拧紧瓶盖后，将所得反应液(所述反应液中氧化木质素的浓度为0.1mmol/mL)在100℃油浴中加热12h，进行分解反应，反应结束后将所得产物取出后抽干溶剂过柱子分离，得到含氮杂环类产物。
本实施例中，所述催化剂的具体种类和对应产物的收率见表1。
表1实施例1的反应条件和产物的收率
序号 Cat.(mol％) 温度(℃) 时间(h) A(％) B(％) C(％)
1 Sc(OTf)<sub>3</sub> 0.1 100 12 69 66 78
2 AlCl<sub>3</sub> 0.1 100 12 67 66 75
3 BF<sub>3</sub> 0.1 100 12 63 63 65
4 B(C<sub>6</sub>F<sub>5</sub>)<sub>3</sub> 0.1 100 12 79 75 82
5 I<sub>2</sub> 0.1 100 12 88 55 88
将所得产物进行核磁表征，结果见图4～6：
图4的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.91(s,1H),8.20-8.16(d,J＝7.5Hz,2H),7.74-7.52(m,4H),7.51-7.47(t,J＝7.3Hz,1H),7.20(m,2H)。
图5的核磁数据为1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.43(s,1H),8.20(s,1H),7.58(s,2H),7.19(m,2H)。
图6的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ9.31(s,1H),7.15(t,J＝7.3Hz,2H),6.82–6.69(m,3H)。
由图可知，本实施例制备得到了两种含氮杂环类产物和一种苯酚类产物。
实施例2
Figure BDA0002463888980000141
将0.1mmol氧化木质素模型底物1置于10mL耐压管中，加入0.01mmol HNO3、1mLDMSO和0.2mmol邻苯二胺2，拧紧瓶盖后，将所得反应液(所述反应液中氧化木质素的浓度为0.1mmol/mL)在100℃油浴中加热12h，进行分解反应，反应结束后将所得产物取出后抽干溶剂过柱子分离，得到两种含氮杂环类产物。
将所得产物进行核磁表征，结果见图7～8：
图7的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.91(s,1H),8.20–8.16(d,J＝7.5Hz,2H),7.74-7.52(m,4H),7.51-7.47(t,J＝7.3Hz,1H),7.20(m,2H)。
图8的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.79(s,1H),8.17(d,J＝8.6Hz,2H),7.59(d,J＝60.9Hz,2H),7.18(m,2H),7.12(d,J＝8.6Hz,2H),3.83(s,3H)。
由图可知，本实施例制备得到了两种含氮杂环类产物。
实施例3
Figure BDA0002463888980000142
将0.1mmol氧化木质素模型底物置于10mL耐压管中，添加0.2mmol对溴邻苯二胺，0.01mmol DDQ和1mL CH3OCH2CH2OH，拧紧耐压管，将所得反应液(所述反应液中氧化木质素的浓度为0.1mmol/mL)于120℃油浴下加热24h，进行分解反应，反应结束后将所得产物取出后抽干溶剂过柱子分离，得到三种产物。
将所得产物进行核磁表征，结果见图9～11：
图9的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ13.10(s,1H),8.18(d,J＝7.2Hz,2H),7.78(d,J＝66.7Hz,1H),7.64-7.46(m,4H),7.34(d,J＝8.3Hz,1H)。
图10的核磁数据为1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.70(s,1H),8.26(s,1H),7.79(s,1H),7.55(d,J＝8.5Hz,1H),7.32(dd,J＝8.5,1.3Hz,1H)。
图11的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ9.31(s,1H),7.15(t,J＝7.3Hz,2H),6.82-6.69(m,3H)。
由图可知，本实施例制备得到了两种含氮杂环类产物和一种苯酚类产物。
实施例4
Figure BDA0002463888980000151
将50g桦木木屑用盐酸(8.5mL)/二氧六环(250mL)进行酸解，添加48mL丙醛保护提取，得到11g天然桦木木质素，然后加入50mL乙酸中用150wt％DDQ(16.5g)脱保护-氧化，在250mL乙醚中析出，得到8.5g棕色粉末产物，即氧化天然桦木木质素。
取100mg所述氧化天然桦木木质素，加入144mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为300mol％)邻苯二胺、碘23mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为20mol％)、5mL DMSO，将所得反应液(所述反应液中桦木木质素的浓度为20mg/mL)在120℃反应24h，反应结束后将反应液进行气相色谱定量分析，产率如上所述。
将所得产物进行核磁表征，结果见图12～14：
图12的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.65(s,1H),9.53(s,1H),7.75(d,J＝1.4Hz,1H),7.62(dd,J＝8.2,1.6Hz,1H),7.54(brs,2H),7.16(m,2H),6.92(d,J＝8.3Hz,1H),3.89(s,3H)。
图13的核磁数据为1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.68(s,1H),8.89(s,1H),7.60(brs,2H),7.49(s,2H),7.20–7.12(m,2H).
图14的核磁数据为1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.43(s,1H),8.20(s,1H),7.58(s,2H),7.19(m,2H)。
由图可知，本实施例制备得到了一系列苯并咪唑类产物。
实施例5
Figure BDA0002463888980000161
取100mg实施例4制备的氧化天然桦木木质素，加入182mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为300mol％)邻氨基苯酰胺、DDQ 20mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为20mol％)、5mL CH3CN，将所得反应液(所述反应液中桦木木质素的浓度为20mg/mL)在120℃反应24h，反应结束后将反应液进行气相色谱定量分析，产率如上所述。
将所得产物进行核磁表征，结果见图15～16:
图15的核磁数据为：1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ12.28(s,1H),8.12(d,J＝7.9Hz,1H),8.10(s,1H),7.82(t,J＝7.7Hz,1H),7.67(d,J＝8.1Hz,1H),7.53(t,J＝7.5Hz,1H)。
图16的核磁数据为：1H NMR(500MHz,DMSO-d6)δ12.38(s,1H),9.12(s,1H),8.13(d,J＝7.1Hz,1H),7.80(t,J＝8.2Hz,1H),7.71(d,J＝8.1Hz,1H),7.58(s,2H),7.47(t,J＝7.4Hz,1H),3.89(s,6H)。
实施例6
Figure BDA0002463888980000162
取100mg实施例4制备的天然桦木木质素于25mL耐压管中，加入17mg(相对于天然桦木木质素的摩尔百分数为20mol％)DDQ、5mg(相对于天然桦木木质素的摩尔百分数为20mol％)HNO3和5mL CH3OCH2CH2OH，将耐压管中置换成氧气气氛，拧紧盖子，将所得反应液(所述反应液中天然桦木木质素的浓度为20mg/mL)于80℃下进行氧化反应24h，得到氧化天然桦木木质素；冷却到室温后直接拧开瓶塞加入162mg邻苯二胺(相对于天然桦木木质素的摩尔百分数为400mol％)，随后拧紧瓶塞，在120℃油浴中进行分解24h，反应结束后将反应液进行气相色谱定量分析，得到上述一系列苯并咪唑类产物，总产率近60wt％。
实施例7
Figure BDA0002463888980000171
取100mg实施例4制备的氧化天然桦木木质素置于25mL耐压管中，添加234mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为300mol％)4,5-二氯邻苯二胺，AlCl3 12mg(相对于氧化天然桦木木质素的摩尔百分数为20mol％)和5mL CH3OCH2CH2OH，拧紧耐压管，将所得反应液(所述反应液中氧化天然桦木木质素的浓度为20mg/mL)于120℃油浴下加热24h，进行分解反应，反应结束后主要得到如上三种化合物。
本实施例中生成的产物B和C具有抗病毒活性，参考文献为Antiviral activityof benzimidazole derivatives.II.Antiviral activity of 2-phenylbenzi midazolederivatives，Bioorganic&Medicinal Chemistry Volume 18，Issue 8，15 April 2010，Pages 2937-2953.，说明本实施例得到的含氮杂环类产物具有实际应用价值。
对比例
按照文献Acid promoted C-C bond oxidative cleavage ofβ-O-4 andβ-1lignin models to esters over a copper catalyst.Green Chem.,2017,19,702-706；Selective photocatalytic C-C bond cleavage under ambient conditions withearth abundant vanadium complexes.Chem.Sci.,2015,6,7130-7142)记载的方法进行木质素的降解，具体过程为：
Figure BDA0002463888980000172
在本例中，在木质素降解生成苯甲醛或苯甲酸的反应中，β-C一般生成甲醛、甲酸或二氧化碳等而无法得到充分利用。
而本发明的实施例中，含氨基化合物类物质可以将β-C捕获生成同类型的杂环产物，将木质素中的原子充分利用，提高降解效益，比如苯并咪唑类作为众多药物的结构单元，在药物方面具有极大的应用价值。
由以上实施例可知，本发明提供了一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，本发明通过酸催化氧化木质素和含氨基化合物类物质直接一步生成氮杂环类衍生物，在木质素模型或天然木质素的降解中得到优异的产率；同时本发明的方法具有高的原子利用率，而传统的降解木质素生成苯甲醛或苯甲酸的工作中，β-C和γ-C多生成甲醛、甲酸或者二氧化碳等副产物而不能得到充分利用，而本发明的方法中，木质素中的β-C和γ-C可以和含氨基化合物类原料生成同系列的含氮杂环产物，在药物方面具有极大的应用价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种酸催化氧化木质素模型底物和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法，其特征在于，
Figure DEST_PATH_IMAGE001
将0.1mmol氧化木质素模型底物1置于10mL耐压管中，添加0.2mmol对溴邻苯二胺2，0.01mmol DDQ和1mL CH3OCH2CH2OH，拧紧耐压管，将所得反应液于120℃油浴下加热24h，所述反应液中氧化木质素模型底物1的浓度为0.1mmol/mL，进行分解反应，反应结束后将所得产物取出后抽干溶剂过柱子分离，得到三种产物。
CN202010327943.0A 2020-04-23 2020-04-23 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法 Active CN111454213B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010327943.0A CN111454213B (zh) 2020-04-23 2020-04-23 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010327943.0A CN111454213B (zh) 2020-04-23 2020-04-23 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN111454213A CN111454213A (zh) 2020-07-28
CN111454213B true CN111454213B (zh) 2022-01-11

Family

ID=71674670

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010327943.0A Active CN111454213B (zh) 2020-04-23 2020-04-23 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111454213B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442973A (zh) * 2011-09-22 2012-05-09 华东理工大学 催化氧化伯醇闭环合成苯并咪唑和苯并噻唑化合物的方法
CN109180590A (zh) * 2018-09-29 2019-01-11 福建医科大学 一种在无溶剂室温条件下利用物理研磨法快速制备苯并杂环化合物的方法
CN109836390A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种转化木质素到异恶唑和芳香腈的方法
CN110156581A (zh) * 2019-06-06 2019-08-23 吉林大学 一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102442973A (zh) * 2011-09-22 2012-05-09 华东理工大学 催化氧化伯醇闭环合成苯并咪唑和苯并噻唑化合物的方法
CN109836390A (zh) * 2017-11-28 2019-06-04 中国科学院大连化学物理研究所 一种转化木质素到异恶唑和芳香腈的方法
CN109180590A (zh) * 2018-09-29 2019-01-11 福建医科大学 一种在无溶剂室温条件下利用物理研磨法快速制备苯并杂环化合物的方法
CN110156581A (zh) * 2019-06-06 2019-08-23 吉林大学 一种一步光催化木质素解聚及胺化合成含氮芳香化合物的方法

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
An efficient and one-pot synthesis of benzimidazoles， benzoxazoles，benzothiazoles and quinoxalines catalyzed via nano-solid acid catalysts;Abbas Teimouri et al.;《Journal of Molecular Catalysis A: Chemical》;20130314;第373卷;第38-45页 *
Benzimidazoles from Aryl Alkyl Ketones and 2-Amino Anilines by an Iodine Catalyzed Oxidative C(CO)-C(alkyl) Bond Cleavage;Owk Ravi et al.;《J.Org.Chem.》;20170405;第82卷;第4422-4428页 *
Iodine Catalyzed Oxidative Synthesis of Quinazolin-4(3H) ones and Pyrazolo[4，3 d]pyrimidin-7(6H) ones via Amination of sp3 C-H Bond;Shabber Mohammed et al.;《J.Org.Chem.》;20150612;第80卷;第6915-6921页 *
Isolation of Functionalized Phenolic Monomers through Selective Oxidation and CO Bond Cleavage of the β-O-4 Linkages in Lignin;Christopher S. Lancefield et al.;《Angew. Chem. Int. Ed.》;20141105;第54卷;第258-262页 *
Shabber Mohammed et al..Iodine Catalyzed Oxidative Synthesis of Quinazolin-4(3H) ones and Pyrazolo[4，3 d]pyrimidin-7(6H) ones via Amination of sp3 C-H Bond.《J.Org.Chem.》.2015,第80卷第6915-6921页. *

Also Published As

Publication number Publication date
CN111454213A (zh) 2020-07-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110102350B (zh) 用于氧化合成2,5-呋喃二甲酸的催化剂及其制备方法和应用
CN111205198B (zh) 一种多孔材料催化二氧化碳氢化制备甲酰胺类化合物的方法
CN109603819B (zh) 一种石墨烯负载PdRu双金属催化剂及其制备方法和应用
CN101475472A (zh) Co气相偶联生产草酸酯的方法
CN104628548A (zh) 一种仿生催化乙苯氧化制备苯乙酮的方法
Cui et al. Synthesis of 2, 5-diformylfuran from 5-hydroxymethylfurfural in ethyl acetate using 4-acetamido-TEMPO as a recyclable catalyst
CN101899022B (zh) 一种仿生催化丙烯环氧化制备环氧丙烷的方法
CN111100035A (zh) 一种3-羟基丙腈的制备方法
CN111454213B (zh) 一种酸催化木质素和含氨基化合物生成含氮杂环类产物的方法
CN107930687A (zh) Ts‑1的改性方法及其在无溶剂催化乳酸酯制备丙酮酸酯中的应用
CN115445601B (zh) 一种负载型SiO2@MxOy-TiO2催化剂及其制备方法和应用
CN113171798B (zh) 一种异相铁催化剂及其制备方法和催化制备2-甲基-1,4-萘醌的工艺
CN102219679B (zh) Co气相偶联生产草酸酯的方法
CN111393397B (zh) 一种2,5-呋喃二甲酸的制备方法
CN111253230B (zh) 一种水相催化5-羟甲基糠醛加氢制备3-羟甲基环戊酮的方法
Chavan et al. Titanosilicate (TS-1) catalyzed oxidation of aromatic aldehydes to esters
CN114618546A (zh) 过渡金属催化剂的制备方法及在制备芳香醛的应用
CN101250096A (zh) 一种苯甲醛的制备方法
CN111100105A (zh) 一种无溶剂化环己酮制备ε-己内酯的方法
Panda Use of gold nanoparticles in the synthesis of heterocyclic compounds
CN102649730B (zh) 由co偶联生产草酸酯的方法
CN108484504A (zh) 一种仿生催化断裂芳基含氮化合物中c-n键的方法
Xu et al. Photocatalytic, Oxidative Cleavage of C− C Bond in Lignin Models and Native Lignin
Sun et al. Self-assembled organic nanotube promoted allylation of ketones in aqueous phase
CN115340469B (zh) 一种二苯基二氮烯或其衍生物的制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant