CN114057644A - 一种六氢-1h-氮杂卓-1-甲醛的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种六氢‑1H‑氮杂卓‑1‑甲醛的合成方法,包括以下步骤:1)己内酰胺还原得到环己亚胺:己内酰胺在催化剂催化下,在溶剂中与还原剂发生还原反应,分离得到环己亚胺;2)环己亚胺与甲酰胺进行酰胺化反应得到六氢‑1H‑氮杂卓‑1‑甲醛:环己亚胺与甲酰胺在减压条件下冷凝回流反应,反应结束后提纯得到六氢‑1H‑氮杂卓‑1‑甲醛。本发明合成方法采用减压的方法,避免了二乙酸碘苯等催化剂的使用,降低了生产成本,反应的选择性较高,反应产物的收率和纯度高,反应条件温和,所用的溶剂易得且毒性较低,伴随反应产生的三废较少,对环境造成的污染较小。
Description
技术领域
本发明属于杂环化合物技术领域,具体涉及一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法。
背景技术
六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛(Hexahydro-1H-azepine-1-carbaldehyde),分子式为C7H13NO,相对分子质量为127.18,CAS号为25114-81-2,化学结构式如下:
六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛为制备美西林和匹美西林等药物的中间体,这两种药物皆可用于大肠杆菌、克雷伯氏菌属、肠杆菌属等敏感微生物引起的单纯性或复合性泌尿道感染,以及由此引起的败血症。中间体六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的制备是整个药物合成路线的关键步骤。Corinna Kohlmeyer等采用环己亚胺和甲酰胺为原料,二乙酸碘苯为催化剂,合成了六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。但二乙酸碘苯不仅价格昂贵,而且处理复杂,在生产上受到一定的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的上述不足,提供一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,该方法避免使用昂贵催化剂,反应条件温和,起始原料廉价易得,反应步骤较短,产生的三废污染少,收率高,是一种更加经济的合成方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是:
提供一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,包括以下步骤:
3)己内酰胺还原得到环己亚胺:己内酰胺在催化剂催化下,在溶剂中与还原剂发生还原反应,分离得到环己亚胺;
4)环己亚胺与甲酰胺进行酰胺化反应得到六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛:环己亚胺与甲酰胺在减压条件下冷凝回流反应,反应结束后提纯得到六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。
按上述方案,步骤1)具体反应步骤为:将溶剂冷冻至-5~0℃,加入催化剂和还原剂,搅拌1~4h后放置于室温环境自然升温至室温,然后加入己内酰胺,升温进行还原反应。路易斯酸和硼氢化钠性质活泼,低温搅拌可以减少副产物的生成。
按上述方案,步骤1)所述催化剂为无水氯化锌,无水四氯化锆,无水四氯化锡中的一种或几种。优选为无水四氯化锡。
按上述方案,步骤1)所述己内酰胺与催化剂摩尔比为1:1.2~1.8。
按上述方案,步骤1)所述溶剂为四氢呋喃,乙腈,乙醚,甲苯,二氯甲烷中的一种或几种。优选为四氢呋喃。
按上述方案,步骤1)所述己内酰胺与溶剂的摩尔体积比为0.05~0.15mol/100mL。
按上述方案,步骤1)所述还原剂为硼氢化钠,硼氢化钾中的一种或两种。优选为硼氢化钠。
按上述方案,步骤1)所述己内酰胺与还原剂的摩尔比为1:1.2~1.8。
按上述方案,步骤1)所述还原反应条件为:60~70℃下回流反应15~20h。
按上述方案,步骤2)所述环己亚胺与甲酰胺摩尔比为1:1.1~2.5。
按上述方案,步骤2)减压条件下冷凝回流反应为:10~30KPa下,于65~95℃冷凝回流反应16~24h,再升温至100~110℃冷凝回流反应2~24h。
此反应为酰胺化反应,反应过程中会产生氨气,在减压条件下将产生的氨气逐渐抽走,促使反应正向进行,提高反应速率和产率。
本发明的反应路线如下:
本发明的有益效果在于:本发明合成方法采用减压的方法,避免了二乙酸碘苯等催化剂的使用,降低了生产成本,反应的选择性较高,反应产物的收率和纯度高,反应条件温和,所用的溶剂易得且毒性较低,伴随反应产生的三废较少,对环境造成的污染较小。
附图说明
图1为本发明实施例1步骤1)所得产物的核磁氢谱图;
图2为实施例1步骤2)所得产物的核磁氢谱图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
本发明实施例所用原料均为分析纯。
实施例1
一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,具体步骤如下:
1)在干燥的反应器中加入100mL无水四氢呋喃,将反应器置于冷井中设置温度为-5℃,并开启搅拌,之后缓慢加入39.07g(0.15mol)无水四氯化锡,5.67g(0.15mol)硼氢化钠,搅拌1h后,将反应器置于室温环境,待反应器内升至室温后加入11.3g(0.1mol)的己内酰胺,然后升温至70℃回流反应20小时,使用TLC检测确定反应完全后,将反应液倒入300mL冰水中,搅拌加入15g氢氧化钠固体,调整pH值≥12,用300mL二氯甲烷萃取,共萃取3次,合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品通过常压蒸馏,收集135~140℃的馏分,得到8.78g黄色液体;
2)在反应器中加入第一步纯化所得到的8.78g黄色液体,然后加入5.98g(0.133mol)甲酰胺,升温至80℃,并采用真空泵进行减压,压强为30KPa,冷凝回流24h,然后继续升温至110℃,反应4h,使用TLC检测确定反应完全后,待反应液自然冷却至室温,加入100mL蒸馏水,用200mL二氯甲烷萃取3次并合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品经硅胶柱层析纯化(洗脱剂乙酸乙酯:石油醚=1:1,体积比)得到8.56g黄色液体(纯度97.5%)。2步反应的总收率为69.78%。
图1为本实施例步骤1)所得产物的核磁氢谱图,测试所用溶剂为氘代氯仿,测试所用仪器频率为400兆赫,特征峰及化学位移如下:δ2.55–2.78(d,J=9.3Hz,4H),1.79–1.85(d,J=5.7Hz,8H),1.55(dd,J=9.1,5.8Hz,1H)。证实步骤1)所得产物为环己亚胺。
图2为本实施例步骤2)所得产物的核磁氢谱图,测试所用溶剂为氘代氯仿,测试所用仪器频率为400兆赫,特征峰及化学位移如下:δ8.08(s,1H),3.49–3.35(m,4H),1.79–1.51(m,8H)。证实步骤2)所得产物为六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。
对比例1
一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,步骤2)环己亚胺与甲酰胺溶于甲苯中进行酰胺化反应,具体步骤如下:
1)在干燥的反应器中加入100mL无水四氢呋喃,将反应器置于冷井中设置温度为-5℃,并开启搅拌,之后缓慢加入39.07g(0.15mol)无水四氯化锡,5.67g(0.15mol)硼氢化钠,搅拌1h后,将反应器置于室温环境,待反应器内升至室温后加入11.3g(0.1mol)的己内酰胺,然后升温至60℃回流反应20小时,使用TLC检测确定反应完全后,将反应液倒入300mL冰水中,搅拌加入15g氢氧化钠固体,调整pH值≥12,用300mL二氯甲烷萃取3次并合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品通过常压蒸馏,收集135~140℃的馏分,得到8.64g黄色液体。化合物结构经核磁氢谱鉴定为环己亚胺。
2)在反应器中加入第一步纯化所得到的8.64g黄色液体,然后加入5.98g(0.133mol)甲酰胺,然后加入10mL甲苯为溶剂,升温至80℃,并采用真空泵进行减压,压强为30KPa,冷凝回流24h,然后继续升温至110℃,反应4h,使用TLC检测确定反应完全后,待反应液自然冷却至室温,加入100mL蒸馏水,用200mL二氯甲烷萃取3次并合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品经硅胶柱层析纯化(乙酸乙酯:石油醚=1:1,体积比)得到3.0g黄色液体(纯度96.8%)。化合物结构经核磁氢谱鉴定为六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。2步反应的总收率为49.79%。本对比例收率较低的原因是步骤2)以甲苯作为溶剂时,通过薄层色谱点板检测,产生了其他副产物。
对比例2
一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,步骤2)在常压下进行回流反应,具体步骤如下:
1)在干燥的反应器中加入100mL无水四氢呋喃,将反应器置于冷井中设置温度为-5℃,并开启搅拌,之后缓慢加入39.07g(0.15mol)无水四氯化锡,5.67g(0.15mol)硼氢化钠,搅拌1h后,将反应器置于室温环境,待反应器内升至室温后加入11.3g(0.1mol)的己内酰胺,然后升温至70℃,回流反应20小时,使用TLC检测确定反应完全后,将反应液倒入300mL冰水中,搅拌加入15g氢氧化钠固体,调整pH值≥12,用300mL二氯甲烷萃取3次并合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品通过常压蒸馏,收集135~140℃的馏分,得到8.78g黄色液体。化合物结构经核磁氢谱鉴定为环己亚胺。
2)在反应器中加入第一步纯化所得到的8.78g黄色液体,然后加入5.98g(0.133mol)甲酰胺,升温至100℃,冷凝回流反应24h,使用TLC检测确定反应完全后,待反应液自然冷却至室温,加入100mL蒸馏水,用200mL二氯甲烷萃取3次并合并有机相,用饱和食盐水洗涤有机相,再用无水硫酸钠干燥,减压浓缩后的粗品经硅胶柱层析纯化(乙酸乙酯:石油醚=1:1,体积比)得到7.09g黄色液体(纯度97.1%)。化合物结构经核磁氢谱鉴定为六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。本对比例2步反应的总收率为55.43%。
Claims (10)
1.一种六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)己内酰胺还原得到环己亚胺:己内酰胺在催化剂催化下,在溶剂中与还原剂发生还原反应,分离得到环己亚胺;
2)环己亚胺与甲酰胺进行酰胺化反应得到六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛:环己亚胺与甲酰胺在减压条件下冷凝回流反应,反应结束后提纯得到六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛。
2.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)具体反应步骤为:将溶剂冷冻至-5~0℃,加入催化剂和还原剂,搅拌1~4h后放置于室温环境自然升温至室温,然后加入己内酰胺,升温进行还原反应。
3.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述催化剂为无水氯化锌,无水四氯化锆,无水四氯化锡中的一种或几种。
4.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述己内酰胺与催化剂摩尔比为1:1.2~1.8。
5.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述溶剂为四氢呋喃,乙腈,乙醚,甲苯,二氯甲烷中的一种或几种,步骤1)所述己内酰胺与溶剂的摩尔体积比为0.05~0.15mol/100mL。
6.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述还原剂为硼氢化钠,硼氢化钾中的一种或两种。
7.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述己内酰胺与还原剂的摩尔比为1:1.2~1.8。
8.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤1)所述还原反应条件为:60~70℃下回流反应15~20h。
9.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤2)所述环己亚胺与甲酰胺摩尔比为1:1.1~2.5。
10.根据权利要求1所述的六氢-1H-氮杂卓-1-甲醛的合成方法,其特征在于,步骤2)减压条件下冷凝回流反应为:10~30KPa下,于65~95℃冷凝回流反应16~24h,再升温至100~110℃冷凝回流反应2~24h。
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CORINNA KOHLMEYER ET AL.,: "Formamide-Catalyzed Nucleophilic Substitutions: Mechanistic Insight and Rationalization of Catalytic Activity" * |
THOMAS LEBLEU ET AL.,: "Formylation of amines through catalyst- and solvent-freetransamidation reaction" * |
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