CN113999201A - 一种烟碱的合成制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种烟碱的合成制备方法。本发明提供光学活性体S‑(‑)‑尼古丁的合成方法是通过采用3‑吡啶乙腈与N‑甲基‑2吡咯烷酮初始原料,其可以克服现有人工合成尼古丁技术所存在的规模化生产困难、成本昂贵等诸多缺陷。具体的,该合成制备方法包括:1)在碱作用下,3‑吡啶腈(I)与N‑X‑2‑吡咯烷酮(II)制备成化合物(III);2)化合物(III)在手性配体催化作用下还原得到(IV)或S‑(‑)‑尼古丁(V)。此方法合成制备S‑(‑)‑尼古丁成本低廉,工艺简单,更容易工业化生产。合成路线如下所示:
Description
技术领域
本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种烟碱的合成制备方法。
背景技术
尼古丁,也称烟碱,是一种存在于茄科植物(茄属)中的生物碱,也是烟草的重要成分。传统烟碱主要是从烟叶中提取获得,但是提取的烟碱中有很多不能被纯化的物质,以致于植物提取的烟碱已经不能满足目前市场上的需求。
因此,采用化学合成的方法制备高纯度的尼古丁,成为大家研究的热点。
专利CN107406411A在制备尼古丁过程中,公布了使用烟酸乙酯酯、N-乙烯基吡咯烷酮为原料,在金属氢化物作用下,生成生成3-烟酰基-N-乙烯基-吡咯烷-2-酮,使3-烟酰基-N-乙烯基-吡咯烷-2-酮在盐酸作用下生成麦斯明,麦斯明用硼氢化钠还原,多聚甲醛甲基化得到外消旋的尼古丁。
专利CN111511726A在制备尼古丁过程中,公布了使用烟酸乙酯为原料,在乙醇钠作用下与N-乙烯基吡咯烷酮反应,生成3-烟酰基-N-乙烯基-吡咯烷-2-酮,使3-烟酰基-N-乙烯基-吡咯烷-2-酮在酸作用下生成麦斯明,麦斯明也是用硼氢化钠还原,多聚甲醛甲基化得到外消旋的尼古丁。
另外,上述合成尼古丁的制备方法,都是通过先得到外消旋的尼古丁,再通过拆分剂进行拆分,获得高纯度的S-(-)-尼古丁,工艺复杂,操作繁琐,效能较低。
发明内容
1.一种烟碱的合成制备方法,其特征在于包括:
(1)化合物(III)的合成:以3-吡啶腈(I),在碱作用下,与N-X-2吡咯烷酮(II)反应生成化学式3-(N-Y-2,3-二氢吡咯基)吡啶(III);
(2)式(III)在甲酸体系下,用催化剂/L1配体做催化剂,再加入配体L2,还原催化合成得到烟碱(V)。
(3)式(III)在甲酸体系下,用催化剂/L1配体做催化剂,再加入配体L2,还原催化合成得化合物(IV),再与多聚甲醛反应,生成烟碱(V)。
4.步骤(1)中的碱为氢化钠、氢化钾、氢化钙、氨基钠、乙醇钠、甲醇钠、叔丁醇钾的一种及其混合物。
5.步骤(1)中的酸为盐酸、硫酸、三氟乙酸、磷酸、甲基磺酸的一种及其混合物。
6.步骤(1)反应在有机溶剂下进行,其中有机溶剂包括三乙胺、二乙胺、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯的一种或几种混合物
7.步骤(1)反应的温度为0-150℃,进一步优选在20-100℃。
8.步骤(2),步骤(3)中所述的催化剂/L1配体,其中催化剂试剂为二氯化钯,二氯化钌,醋酸钯,Pd/C,四三苯基磷钯的一种或几种混合物;L1配体为对甲基异丙基苯、苯、甲苯、对二异丙基苯。
9.步骤(2),步骤(3)中配体L2为
10.(R)-BINAP、(R,R)-DIPAMP、(S,S)-CHIRAPHOS、(R)-BIPHEMP、
11.步骤(2)反应在有机溶剂下进行,其中有机溶剂包括三乙胺、二乙胺、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯的一种或几种混合物。
12.步骤(2)反应的温度为0-150℃,进一步优选在10-80℃,进一步优选在20-55℃。
13.步骤(3)反应在水和有机溶剂下进行,其中有机溶剂包括甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯的一种或几种混合物。
14.步骤(3)中所述的温度为15-110℃,进一步优选为25~85℃。
本发明实施例通过提供通过手性不对称合成工艺,用于直接生产制备具有光学活性烟碱的制备方法,克服通过传统合成消旋体再拆分工艺的缺陷。本发明的制备烟碱的方法效率更高,产生的三废更少,对环境友好。
具体实施例
以下所述实施例作为本发明的部分实施例,是结合具体的优选方式对本发明所作的进一步详细说明,不能认定本发明仅限于此。凡在本发明的精神和原则之内的修改、改进、等同替代,都在本发明的保护范围之内。
实施例1
该实施例提供了一种3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶的制备方法,其包括以下步骤:
(1)3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶的合成:室温下,在氮气氛围中,先往干燥的100mL甲苯中加入氢化钠(4.4g,0.110mol,含量60%),N-甲基-2-吡咯烷酮(10.0g,0.1mol),机械搅拌30分钟,分批次加入烟腈(10.4g,0.1mol),加完并搅拌30分钟,加热至80℃反应3-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。将上述冷却液缓慢加入冷的盐酸(90mL)中,静置分液。水相转入反应釜中,加热回流反应12小时,HPLC监测反应过程,反应完全。冷却至室温,用液碱调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(2)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物14.1g,收率88.1%。HPLC纯度98.3%。
实施例2
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(1R,2R)-TsDPEN(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁14.5g,收率89.2%,HPLC纯度99.1%,ee%值91%。
实施例3
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(S)-((R)-甲基苯乙基-α-胺基))-苄基-2-萘酚(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁14.7g,收率90.5%,HPLC纯度99.2%,ee%值92%。
实施例4
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(R)-BIPHEMP(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁14.5g,收率89.5%,HPLC纯度98.2%,ee%值85%。
实施例5
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(R)-BIANP(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁13.5g,收率80.5%,HPLC纯度97.3%,ee%值88%。
实施例6
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(R,R)-DIPAMP(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁14.0g,收率86.5%,HPLC纯度98.7%,ee%值87%。
实施例7
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(S,S)-CHIRAPHOS(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁13.0g,收率79.7%,HPLC纯度97.4%,ee%值85%。
实施例7
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(N-甲基-2,3-二氢吡咯基)吡啶(16.1g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(R)-1,1’-二萘-2,2’-二酚(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁12.0g,收率71.2%,HPLC纯度96.4%,ee%值80%。
实施例8
该实施例提供了一种3-(2,3-二氢吡咯基)吡啶的制备方法,其包括以下步骤:
(1)3-(2,3-二氢吡咯基)吡啶的合成:室温下,在氮气氛围中,先往干燥的100mL甲苯中加入氢化钠(4.4g,0.110mol,含量60%),2-吡咯烷酮(8.5g,0.1mol),机械搅拌30分钟,分批次加入烟腈(10.4g,0.1mol),加完并搅拌30分钟,加热至80℃反应3-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。将上述冷却液缓慢加入冷的盐酸(90mL)中,静置分液。水相转入反应釜中,加热回流反应12小时,HPLC监测反应过程,反应完全。冷却至室温,用液碱调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(2)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物12.1g,收率82.5%。HPLC纯度96.7%。
实施例9
该实施例提供了一种3-(2,3-二氢吡咯基)吡啶的制备方法,其包括以下步骤:
(1)3-(2,3-二氢吡咯基)吡啶的合成:室温下,在氮气氛围中,先往干燥的100mL甲苯中加入氢化钠(4.4g,0.110mol,含量60%),N-乙烯基-吡咯烷酮(11.1g,0.1mol),机械搅拌30分钟,分批次加入烟腈(10.4g,0.1mol),加完并搅拌30分钟,加热至80℃反应3-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。将上述冷却液缓慢加入冷的盐酸(90mL)中,静置分液。水相转入反应釜中,加热回流反应12小时,HPLC监测反应过程,反应完全。冷却至室温,用液碱调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(2)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物12.1g,收率82.5%。HPLC纯度96.7%。
实施例10
该实施例提供了一种(S)-(-)-尼古丁的制备方法,其包括以下步骤:
(1)室温下,在氮气氛围中,先往干燥的反应瓶中加入3-(2,3-二氢吡咯基)吡啶(14.6g,0.1mol),再加入甲酸18mL,三乙胺40mL,机械搅拌30分钟。再加入对异丙基甲基苯二氯化钌(0.025mol%)和(S)-((R)-甲基苯乙基-α-胺基))-苄基-2-萘酚(0.05mol%),搅拌30分钟,加入乙腈10mL。加热至25-30℃反应2-4小时,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃。
(2)将10%纯碱水溶液缓慢加入上述冷却液中,调节体系pH 10.0。用甲苯萃取三次。
(3)合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-3-吡咯烷基吡啶13.2g,收率为89%,HPLC纯度97.3%,ee%值为90%。
(4)室温下,在氮气氛围中,将(S)-(-)-3-吡咯烷基吡啶(14.8g,0.1mol)加入至反应釜中,加入乙醇50mL,水10mL,甲酸2mL,多聚甲醛(4.0g,0.13mol)加热反应,HPLC监测反应过程。反应完全,冷却降温至10℃,用液碱溶液调节体系pH 11.0。用甲苯萃取三次。合并甲苯相,减压浓缩,回收甲苯。再高真空减压蒸馏,真空度-0.098Mpa,得到无色油状物(S)-(-)-尼古丁15.3g,收率为94%,HPLC纯度99.3%,ee%值为90%。
Claims (9)
1.一种制备烟碱的方法,其特征在于,包括:
(1)化合物(III)的合成:以式(I)所示的3-吡啶乙腈,在碱作用下,与式(II)所示的吡咯烷酮进行反应,并将反应后所得产物与酸作用,生成式(III)所示的3-(N-Y-2,3-二氢吡咯基)吡啶;在式(II)中,X为甲基、H、乙烯基、丙烯基、丁烯基、异丁烯基或苯乙烯基;在式(III)中,Y为甲基或H;
(21)在甲酸体系下,将式(III)所示的化合物与催化剂/L1配体,以及配体L2,还原催化,合成得到式(V)所示的烟碱;或者
(22)在甲酸体系下,将式(III)所示的化合物与催化剂/L1配体,以及配体L2,还原催化,合成得式(IV)所示的化合物,再与多聚甲醛反应,生成式(V)所示的烟碱;
在所述催化剂/L1配体中,催化剂试剂为二氯化钯、二氯化钌、醋酸钯、Pd/C、四三苯基磷钯中的至少一种;L1配体为对甲基异丙基苯、苯、甲苯或对二异丙基苯;
2.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(1)中,所述碱为氢化钠、氢化钾、氢化钙、氨基钠、乙醇钠、甲醇钠、叔丁醇钾中的至少一种。
3.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(1)中,所述酸为盐酸、硫酸、三氟乙酸、磷酸、甲基磺酸中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(1)中,反应在有机溶剂下进行,所述有机溶剂选自三乙胺、二乙胺、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(1)中,反应的温度为0-150℃,进一步优选为20-100℃。
6.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(21)中,还原催化反应在有机溶剂下进行,该有机溶剂选自三乙胺、二乙胺、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
7.根据权利要求6所述的方法,其中,在步骤(21)中,还原催化反应的温度为0-150℃,进一步优选在10-80℃,进一步优选在20-55℃。
8.根据权利要求1所述的方法,其中,在步骤(22)中,还原催化反应在在水和有机溶剂下进行,该有机溶剂选自甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、乙腈、乙酸乙酯、甲苯、二甲苯中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的方法,其中,在步骤(22)中,所述还原催化反应的温度为15-110℃,进一步优选为25~85℃。
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