CN115322116B - 一种腈类化合物的制备工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种腈类化合物的制备工艺，所述制备工艺包括：以醛肟类化合物为原料，氟磺酰咪唑盐、溶剂、碱，于25～50℃下反应10～100min，制得腈类化合物；本发明使用简单易得的醛肟作为原料、以氟磺酰咪唑盐作为促进剂，高效促进腈的生成。该反应过程避免了氰化物类毒性试剂的使用，以氟磺酰咪唑盐作促进剂避免了硫酰氟温室气体等其他毒害试剂的使用，后处理仅需水洗即可除去，因此可以作为制备腈类化合物的标准处理条件的绿色替代品。底物适用性广，能以较好的收率得到相对应的腈类化合物。操作过程简单，适合大规模制备。
Description
(一)技术领域
本发明涉及腈类化合物的制备工艺，特别涉及利用氟磺酸咪唑盐作为促进剂，使醛肟类化合物发生β消除反应一锅法生成腈类化合物的制备工艺。
(二)背景技术
腈类化合物作为一类较高应用价值的化合物，不仅是合成染料、医药和农用化学品等多用途的中间体，而且还是转化为酰胺、羧酸、胺、酮和酯的关键前体。与使用剧毒氰化物合成腈类化合物这一经典构建氰基的策略相比，经醛肟脱水制得腈类化合物这一方法具有较大的优势，因为醛肟易于获得，反应过程中避免了剧毒氰化物的使用，并产生水作为副产物。虽然已经报道了许多醛肟脱水形成腈的方法，但仍存在一定的局限性。例如，2021年，Mary P.Watson等报道了以胺为原料，Katritzky吡啶鎓盐作促进剂，氰化锌作为氰源，同时加入金属催化剂NiCl2和配体Xantphos，在添加剂Et2Zn和ZnBr2存在条件下，二甲基亚砜溶剂中80℃反应16h，合成了腈类化合物[Org.Lett.,2021,23,6242–6245.]；GeraldB.Hammond课题组于2020年报道了以醛类化合物为原料，盐酸羟胺作为氮源，HCl·DMPU作促进剂同时作溶剂，60℃下反应4小时得到目标腈类化合物[Green Chem.,2020,22,4161-4164.]；2019年，秦教授开发了一种在(NH2OH/Na2CO3/SO2F2)体系下直接将醛转化为腈的方法[J.Org.Chem.,2019,84,5803–5812.]。然而，以上方法都存在一些缺点，如需要剧毒氰化物和昂贵的金属催化剂，高温或较高的反应温度以及较长的反应时间，需要添加额外化学计量的化学试剂，此外，温室气体(SO2F2)的反应体系对环境不友好，不易操作，不利于大规模应用。
氟磺酰咪唑盐(结构如式A所示)作为一种稳定、易存储运输的固体类化合物，由董佳家教授等人首次报道合成，并将其作为高效的磺酰氟试剂，在室温和碱条件下即可完成对苯酚、杂芳基酚的氟磺酰化。该反应表现出了非常好的兼容性和效率，且不需过渡金属参与等优点[Angew.Chem.,Int.Ed.,2018，57，2605.]。
但是现有技术中未有采用氟磺酰咪唑盐制备腈类化合物的报道，需要寻找一种高效、环保、经济的合成腈类化合物的方法。
(三)发明内容
本发明针对现有技术中存在的缺陷，提供一种高效、环保、经济的合成腈类化合物的制备工艺，本发明采用价廉易得的醛肟作为原料，以稳定、易储存的氟磺酰咪唑盐(A)作为促进剂，经β消除得到腈类化合物，操作简单，反应高效，收率得到了显著提高。
本发明采用的技术方案是：
本发明提供一种腈类化合物的制备工艺，所述制备工艺包括如下步骤：
以式(I)所示醛肟类化合物为原料，加入氟磺酰咪唑盐、溶剂、碱，于20～50℃下反应0.1～6h，反应液分离纯化，制得(Ⅱ)所示的腈类化合物；所述碱为下列之一：碳酸氢钾(KHCO3)、碳酸氢钠(NaHCO3)、碳酸钠(Na2CO3)、碳酸钾(K2CO3)、磷酸三钾(K3PO4)1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯(DBU)、三乙胺(Et3N)或二异丙基乙胺(DIPEA)；所述溶剂为下列之一：水、甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙腈、乙酸乙酯、二氧六环、甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺；
式(I)中R为芳香基、C1-C14的直链或支链烷基，式(II)中R与式(I)中R相同。
进一步，所述式(I)中R为p-MeOPh(对甲氧基苯基)、p-BrPh(对溴苯基)、2-萘基、4-COOMePh(4-甲酸苯基)或4-联苯基。
进一步，所述溶剂体积用量以式(I)所示腈类化合物物质的量计为1～30ml/mmol，优选1-3ml/mmol。
进一步，所述氟磺酰咪唑盐与式(I)所示醛肟类化合物的物质的量之比为1～5：1，优选1.5:1。
进一步，所述碱与式(I)所示醛肟类化合物的物质的量之比为1～5：1，优选2-3:1。
进一步，所述反应温度优选为25～30℃，反应时间优选为10min。
进一步，所述反应液分离纯化方法为：反应结束后，加入乙酸乙酯和水萃取，有机相经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到所述的产物。所述乙酸乙酯和水体积比为1：1，所述乙酸乙酯和水总体积用量以式(I)所示醛肟类化合物物质的量计为1-30mL/mmol，优选20mL/mmol。
与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
1、本发明使用醛肟作为原料，价廉且易制备。
2、本发明使用结构稳定、易于储存的固体氟磺酰咪唑盐(A)作为促进剂，高效促进醛肟发生β消除，生成腈，且该试剂经水洗即可除去。
3、醛肟、氟磺酰咪唑盐(A)避免了使用氰化物和硫酰氟等危险试剂，因此可以作为制备腈的标准处理条件的绿色替代品。
4、底物适用性广，最高能以99％的收率得到相对应的腈类化合物。
5、操作过程简单，后处理只需水洗即可得到目标产物，适合大规模制备。
(四)附图说明
图1为实施例1化合物的核磁共振氢谱(A)、碳谱(B)图。
图2为实施例2化合物的核磁共振氢谱(A)、碳谱(B)图。
图3为实施例3化合物的核磁共振氢谱(A)、碳谱(B)图。
图4为实施例4化合物的核磁共振氢谱(A)、碳谱(B)图。
图5为实施例5化合物的核磁共振氢谱(A)、碳谱(B)图。
(五)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例1：对甲氧基苯甲腈的制备
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入对甲氧基苯甲醛肟(式Ⅰ-1，R＝p-MeOPh)1.51g(10mmol)，20mL乙腈，4.92g(15mmol)氟磺酰咪唑盐(A)，2.02g(20mmol)三乙胺，25℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到对甲氧基苯甲腈(式Ⅱ-1，R＝p-MeOPh)1.32g，核磁共振氢谱图见图1中A所示，核磁共振碳谱图见图1中B所示，收率99％。
核磁共振氢谱:(400MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):7.57–7.38(m,2H),6.88–6.77(m,2H),3.76(s,3H).
核磁共振碳谱:(101MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):162.83,133.85,119.20,114.76,103.65,55.51.
对照例1：以咪唑盐作促进剂制备对甲氧基苯甲腈
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入对甲氧基苯甲醛肟(式Ⅰ-1，R＝p-MeOPh)1.51g(10mmol)，20mL乙腈，3.69g(15mmol)咪唑盐(A’)，2.02g(20mmol)三乙胺，25℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，未得到对甲氧基苯甲腈(式Ⅱ-1，R＝p-MeOPh)。
实施例2：对溴苯甲腈的制备
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入对溴苯甲醛肟(式Ⅰ-2，R＝p-BrPh)2.00g(10mmol)，20mL二氯甲烷，4.92g(15mmol)氟磺酰咪唑盐(A)，3.03g(30mmol)三乙胺，25℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到对甲氧基苯甲腈(式Ⅱ-2，R＝p-BrPh)1.73g，核磁共振氢谱图见图2中A所示，核磁共振碳谱图见图2中B所示，收率95％。
核磁共振氢谱:(400MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):7.62–7.54(m,2H),7.52–7.45(m,2H).
核磁共振碳谱:(101MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):133.46,132.62,127.97,118.07,111.19.
实施例3：2-萘甲腈的制备
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入2-萘甲醛肟(式Ⅰ-3，R＝2-萘基)1.71g(10mmol)，20mL乙酸乙酯，4.92g(15mmol)氟磺酰咪唑盐(A)，3.04g(20mmol)DBU，25℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到2-萘甲腈(式Ⅱ-3，R＝2-萘基)1.47g，核磁共振氢谱图见图3中A所示，核磁共振碳谱图见图3中B所示，收率96％。
核磁共振氢谱:(400MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):8.15(s,1H),7.85(t,J＝9.1Hz,3H),7.67–7.51(m,3H).
核磁共振碳谱:(101MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):134.60,134.11,132.18,129.20,129.09,128.40,128.06,127.69,126.27,119.31,109.27.
实施例4：4-氰基苯甲酸甲酯的制备
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入2-萘甲醛肟(式Ⅰ-4，R＝4-COOMePh)1.79g(10mmol)，20mL甲醇，4.92g(15mmol)氟磺酰咪唑盐(A)，2.02g(20mmol)三乙胺，30℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到4-氰基苯甲酸甲酯(式Ⅱ-4，R＝4-COOMePh)1.59g，核磁共振氢谱图见图4中A所示，核磁共振碳谱图见图4中B所示，收率99％。
核磁共振氢谱:(400MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):8.07–7.96(m,2H),7.71–7.57(m,2H),3.86(s,3H).
核磁共振碳谱:(101MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):165.27,133.81,132.18,129.99,117.88,116.23,52.63.
实施例5：4-氰基联苯的制备
在一个50mL单口烧瓶中，依次加入2-萘甲醛肟(式Ⅰ-5，R＝4-联苯基)1.97g(10mmol)，20mL二甲基亚砜，4.92g(15mmol)氟磺酰咪唑盐(A)，5.30g(50mmol)碳酸钠，50℃条件下搅拌10min；反应结束后，反应液移入500mL分液漏斗中并加入100mL水和100mL乙酸乙酯萃取，取有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到4-氰基联苯(式Ⅱ-5，R＝4-联苯基)1.77g，核磁共振氢谱图见图5中A所示，核磁共振碳谱图见图5中B所示，收率99％。
核磁共振氢谱:(400MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):7.61(q,J＝8.5,7.7Hz,4H),7.56(d,J＝7.2Hz,2H),7.51–7.37(m,3H).
核磁共振碳谱:(101MHz,Chloroform-d)(δ,ppm):145.41,138.98,132.61,129.23,128.81,127.66,127.24,119.06,110.85.
Claims (8)
1.一种腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述制备工艺包括如下步骤：
以式(I)所示醛肟类化合物为原料，加入氟磺酰咪唑盐(A)、溶剂、碱，于20～50℃下反应0.1～6h，反应液分离纯化，制得(Ⅱ)所示的腈类化合物；所述碱为下列之一：碳酸氢钾、碳酸氢钠、碳酸钠、碳酸钾、磷酸三钾、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯、三乙胺或二异丙基乙胺；所述溶剂为下列之一：水、甲醇、乙醇、二氯甲烷、乙腈、乙酸乙酯、二氧六环、甲苯、四氢呋喃、二甲基亚砜或N,N-二甲基甲酰胺；
式(I)中R为芳香基、C1-C14直链或支链烷基，式(II)中R与式(I)中R相同。
2.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述式(I)中R为对甲氧基苯基、对溴苯基、2-萘基、4-甲酸苯基或4-联苯基。
3.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述溶剂体积用量以式(I)所示醛肟类化合物物质的量计为1～30ml/mmol。
4.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述氟磺酰咪唑盐与式(I)所示醛肟类化合物的物质的量之比为1～5：1。
5.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述碱与式(I)所示醛肟类化合物的物质的量之比为1～5：1。
6.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于，所述反应温度为25～30℃。
7.如权利要求6所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于所述反应时间为0.1h。
8.如权利要求1所述腈类化合物的制备工艺，其特征在于所述反应液分离纯化方法为：反应结束后，加入乙酸乙酯和水，有机相经饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥，浓缩至干，得到所述的产物。
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