CN116120226A - 一种5-羟甲基烟腈的合成工艺 - Google Patents

一种5-羟甲基烟腈的合成工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种5‑羟甲基烟腈的合成工艺,包括以氯代异丙烷为起始原料,制备格氏试剂,与3,5‑二溴吡啶反应,得5‑溴‑3‑吡啶甲醛;通过硼氢化钠还原,得5‑溴‑3‑吡啶甲醇;通过氰基化反应,得5‑羟甲基烟腈,最后的纯化过程通过异丙醇和庚烷进行重结晶。本发明中氰基化试剂为亚铁氰化钾,与传统的氰基化试剂相比其无毒,反应体系简单,无需添加昂贵的催化剂以及配体等,对环境污染小且该合成工艺方法简单、反应条件要求不高,步骤少、收率高,后处理简单,适合工业化生产。

Description

一种5-羟甲基烟腈的合成工艺
技术领域
本发明涉及有机合成及工艺领域,具体说是一种5-羟甲基烟腈的合成工艺。
背景技术
常规的5-羟甲基烟腈合成一般在吡啶环上的3位或者5位进行。如以3-溴吡啶-5-甲醇为起始原料与氰化亚铜、氰化锌反应制备,加以催化量的三(二亚苄基丙酮)二钯或1,1'-双(二苯基膦)二茂铁进行,获得目标产物,此方法需要用到昂贵的催化剂,且3-溴吡啶-5-甲醇通常通过5-溴烟酸甲酯与氢化铝锂还原制备,并且需要低温,反应有一定的危险性,不是适合大规模生产。或以5-溴烟酸甲酯为起始原料,先与氰化亚铜反应生成5-氰基烟酸甲酯,再与氢化铝锂反应将5-氰基烟酸甲酯还原得相应的醇,此方案也需用到氢化铝锂。或以5-乙烯基-烟腈为起始原料,与N-甲基-N-氧化吗啉、高碘酸钠进行氧化反应,然后再与硼氢化钠进行还原反应得到目标产物,此方案需要用到强氧化剂和强还原剂,且产率不高,也不适合大规模生产。
发明内容
针对上述问题,本发明提供一种应步骤少,纯化简单,原料简单,对环境污染小且反应产率高的5-羟甲基烟腈的合成工艺。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种5-羟甲基烟腈的合成工艺,包括以氯代异丙烷为起始原料,制备格氏试剂,与3,5-二溴吡啶反应,得5-溴-3-吡啶甲醛;通过硼氢化钠还原,得5-溴-3-吡啶甲醇;通过氰基化反应,得5-羟甲基烟腈,最后的纯化过程通过异丙醇和庚烷进行重结晶,
所述5-羟甲基烟腈合成路线:
Figure BDA0004023112540000011
具体包括以下步骤:
S1、格氏试剂的制备:将镁屑、THF、单质碘加入反应瓶溶于干燥的第一反应溶剂,加热至40℃,氯代异丙烷的THF溶液缓慢滴加溶于干燥的第一反应溶剂,滴加约十分之一体积,同时加入溴乙烷,反应温度升高至50-70℃,继续滴加氯代异丙烷直至滴加完毕,保温搅拌2-10h;
S2、5-溴-3-吡啶甲醛的制备:将上述S1制得的反应液降温至10℃,将3,5-二溴吡啶缓慢滴加,并保持体温温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌0.5-2h,将DMF缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌2-5h,将醋酸水溶液缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,搅拌0.5-2h,减压蒸干THF,过滤,加入二氯甲烷溶解,饱和NaHCO3洗涤,无水硫酸镁干燥,过滤,减压蒸干二氯甲烷,正庚烷打浆,过滤,干燥;
S3、5-溴-3-吡啶甲醇的制备:将S2制备的5-溴-3-吡啶甲醛溶于第二反应溶剂,分批加入硼氢化钠,反应5-10h,反应结束后,加适量水淬灭体系,旋干第二反应溶剂,加入适量水,用乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥,过滤,旋干乙酸乙酯得产物;
S4、5-羟甲基烟腈的制备:将S3制备得到的5-溴-3-吡啶甲醇和亚铁氰化钾、碱溶于干燥的第三反应溶剂并加以催化量的钯进行氰基化,搅拌下,氮气置换6次,反应温度120-150℃,反应时间0.5-3h,反应完毕,加入乙酸乙酯,过滤,滤饼用乙酸乙酯洗涤至无色,残余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和氯化铵溶液洗涤,旋干有机相,加入甲基叔丁基醚,升温,加入活性炭脱色,过滤,旋干,得油状物用异丙醇溶解,缓慢降温析出晶体,再加入庚烷,充分析晶,过滤,洗涤滤饼,如还有杂质,用甲基叔丁基醚再溶解,活性炭脱色,异丙醇和庚烷重结晶。
作为优选,所述步骤S1中,格氏试剂制备所加入的引发剂单质碘、溴乙烷,氯代异丙烷与镁屑的摩尔比为1:0.95~1.1:0.0001~0.01:0.001~0.01,第一反应溶剂为四氢呋喃、乙醚,优选四氢呋喃。
作为优选,所述步骤S2中,3,5-二溴吡啶与格氏试剂以及DMF的反应摩尔比为1:1~2:2~4。
作为优选,所述步骤S3中,5-溴-3-吡啶甲醛与硼氢化钠反应的摩尔比为1:1~2,第二反应溶剂为甲醇、乙醇或碱性水溶液,优选甲醇。
作为优选,所述步骤S4中,5-溴-3-吡啶甲醇与亚铁氰化钾、碱反应摩尔比为1:1~2:1~3,第三反应溶剂为DMF、DMSO或乙腈,优选DMF,所用碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化钠或氢氧化钾,优选碳酸钠。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
1、本发明先通过原料易得的氯代异丙烷制备高活性格氏试剂和3,5-二溴吡啶反应制备5-溴-3-吡啶甲醛,然后再通过还原获得5-溴-3-吡啶甲醇,通过氰基化试剂亚铁氰化钾与其反应制备5-羟甲基烟腈,与传统的氰基化试剂相比此试剂基本无毒,并且这种氰基化反应催化体系简单,无需添加昂贵的催化剂配体,对环境污染小,本发明反应步骤少,纯化简单,原料简单,对环境污染小,是制备5-羟甲基烟腈的有效手段;
2、本发明每步反应产率高,原子经济性高,不需高温高压,适合大规模生产。
附图说明
图1是本发明5-羟甲基烟腈的核磁共振氢谱图;
图2是本发明5-羟甲基烟腈的高效液相色谱图。
具体实施方式
下面将结合图1-2详细说明本发明,在此本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明,但并不作为对本发明的限定。
一种5-羟甲基烟腈的合成工艺,其包括以氯代异丙烷为起始原料,制备格氏试剂,与3,5-二溴吡啶反应,得5-溴-3-吡啶甲醛;通过硼氢化钠还原,得5-溴-3-吡啶甲醇;通过氰基化反应,得5-羟甲基烟腈,最后的纯化过程通过异丙醇和庚烷进行重结晶,
所述5-羟甲基烟腈合成路线:
Figure BDA0004023112540000031
具体包括以下步骤:
S1、格氏试剂的制备:将镁屑、THF、单质碘加入反应瓶溶于干燥的第一反应溶剂,加热至40℃,氯代异丙烷的THF溶液缓慢滴加溶于干燥的第一反应溶剂,滴加约十分之一体积,格氏试剂制备所加入的引发剂单质碘、溴乙烷,氯代异丙烷与镁屑的摩尔比为1:0.95~1.1:0.0001~0.01:0.001~0.01,第一反应溶剂为四氢呋喃、乙醚,优选四氢呋喃,同时加入溴乙烷,反应温度升高至50-70℃,继续滴加氯代异丙烷直至滴加完毕,保温搅拌2-10h;
S2、5-溴-3-吡啶甲醛的制备:将上述S1制得的反应液格氏试剂降温至10℃,将3,5-二溴吡啶缓慢滴加,并保持体温温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌0.5-2h,将DMF缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌2-5h,3,5-二溴吡啶与格氏试剂以及DMF的反应摩尔比为1:1~2:2~4,将醋酸水溶液缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,搅拌0.5-2h,减压蒸干THF,过滤,加入二氯甲烷溶解,饱和NaHCO3洗涤,无水硫酸镁干燥,过滤,减压蒸干二氯甲烷,正庚烷打浆,过滤,干燥;
S3、5-溴-3-吡啶甲醇的制备:将S2制备的5-溴-3-吡啶甲醛溶于第二反应溶剂,分批加入硼氢化钠,反应5-10h,5-溴-3-吡啶甲醛与硼氢化钠反应的摩尔比为1:1~2,第二反应溶剂为甲醇、乙醇或碱性水溶液,优选甲醇,反应结束后,加适量水淬灭体系,旋干第二反应溶剂,加入适量水,用乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥,过滤,旋干乙酸乙酯得产物;
S4、5-羟甲基烟腈的制备:将S3制备得到的5-溴-3-吡啶甲醇和亚铁氰化钾、碱溶于干燥的第三反应溶剂并加以催化量的钯进行氰基化,5-溴-3-吡啶甲醇与亚铁氰化钾、碱反应摩尔比为1:1~2:1~3,第三反应溶剂为DMF、DMSO或乙腈,优选DMF,所用碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化钠或氢氧化钾,优选碳酸钠,搅拌下,氮气置换6次,反应温度120-150℃,反应时间0.5-3h,反应完毕,加入乙酸乙酯,过滤,滤饼用乙酸乙酯洗涤至无色,残余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和氯化铵溶液洗涤,旋干有机相,加入甲基叔丁基醚,升温,加入活性炭脱色,过滤,旋干,得油状物用异丙醇溶解,缓慢降温析出晶体,再加入庚烷,充分析晶,过滤,洗涤滤饼,如还有杂质,用甲基叔丁基醚再溶解,活性炭脱色,异丙醇和庚烷重结晶。
实施例1:
(1)称取32.0g镁屑加入至2000ml反应瓶,加入120ml四氢呋喃、0.5g单质碘,加入至40℃。将120ml氯代异丙烷溶于240ml四氢呋喃中,慢慢滴加十分之一体积溶液至上述体系,加入4ml溴乙烷,温度升高至70℃,再缓慢将剩余溶液滴加完毕,保温搅拌2h,降温至10℃。255.8g的3,5-二溴吡啶溶于770ml四氢呋喃中,保持温度20℃,滴加完毕,保温搅拌0.5h。250ml DMF慢慢滴加至上述体系,保温搅拌2h。将120ml冰醋酸和120ml水慢慢滴加至上述体系,保持体系温度20℃,滴加完毕,搅拌0.5h。减压蒸干四氢呋喃,过滤,加入二氯甲烷,用饱和碳酸氢钠洗涤,然后水洗,有机相无水硫酸镁干燥,过滤,减压蒸尽四氢呋喃,加入700ml正庚烷打浆,过滤,干燥的134.4g产物,产率67%。
称取120g 5-溴-3-吡啶甲醛溶于500ml甲醇中,分批加入10.2g硼氢化钠,保持温度0℃,搅拌反应5h,反应结束后,加适量水淬灭反应,旋干甲醇,加入100ml水,乙酸乙酯萃取三次,加入无水硫酸钠干燥,过滤旋干得产物96g,产率80%。
(2)称取90g 5-溴-3-吡啶甲醇,三水亚铁氰化钾201.6g,碳酸钠60.3g,钯2.5g溶于1000ml DMF中,氮气置换六次,反应温度维持在135℃,反应2h。反应结束,降至室温,加入5000ml乙酸乙酯和5000ml叔丁基甲基醚,过滤,滤饼用1000ml乙酸乙酯洗涤至无色,滤液旋干,加入500ml乙酸乙酯溶解,用饱和氯化铵洗涤残余的DMF和脱溴副产物,有机相旋干,加入1000ml叔丁基甲基醚升温溶解,加入活性炭脱色,趁热过滤,滤液旋干,得油状物加入少量异丙醇溶解,缓慢降温析出晶体,再加入庚烷,继续降温,充分析晶,得产物20g,产率31%。
实施例2:
(1)称取12.8Kg镁屑加入至1000L反应釜中,加入100Kg四氢呋喃,加入至50℃,将41.4Kg氯代异丙烷溶于86Kg四氢呋喃,缓慢滴加约百分之七的氯代异丙烷至上述釜中,加入0.25Kg单质碘,维持反应温度60℃,将剩余氯代异丙烷滴加完毕,保温搅拌5h,温度降至10℃。将100Kg 3,5-二溴吡啶溶于285Kg四氢呋喃中,保持温度20℃,滴加完毕,保温搅拌2h。将121kg DMF滴加至上述体系,保持温度20℃,滴加完毕,保温搅拌5h。93Kg冰醋酸和180Kg水慢慢滴加,保持温度20℃,滴加完毕,搅拌5h。减压蒸干四氢呋喃,离心,得固体,加入4Kg碳酸氢钠和100L水搅拌0.5h,离心,得固体,加入150kg水,离心,得固体,加入100Kg叔丁基甲基醚打浆,离心,固体真空干燥得52.6Kg产物,产率67%。
(2)称取135g 5-溴-3-吡啶甲醇,三水亚铁氰化钾302.4g,碳酸钠90.45g,钯3.75g溶于1500ml DMF中,氮气置换六次,反应温度维持在135℃,反应2h。反应结束,降至室温,加入7500ml乙酸乙酯和7500ml叔丁基甲基醚,过滤,滤饼用1500ml乙酸乙酯洗涤至无色,滤液旋干,加入750ml乙酸乙酯溶解,用饱和氯化铵洗涤残余的DMF和脱溴副产物,有机相旋干,加入1500ml叔丁基甲基醚升温溶解,加入活性炭脱色,趁热过滤,滤液旋干,得油状物加入少量异丙醇溶解,缓慢降温析出晶体,再加入庚烷,继续降温,充分析晶,得产物30g,产率31%。
将实验1和实验2制得的5-羟甲基烟腈纯化后进行核磁共振氢谱实验和高效液相色谱测试,图1为5-羟甲基烟腈的核磁共振氢谱图,由图可知,化学位移4.60,5.54,8.20,8.81,8.91为5-羟甲基烟腈上的羟基,亚甲基和吡啶环上的氢,证明此工艺能成功制备5-羟甲基烟腈;图2为纯化后的5-羟甲基烟腈的高效液相色谱图,保留时间为1.001min,其它杂峰较小,证明其纯度较高。
以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍,本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明实施例,在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处,综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (5)

1.一种5-羟甲基烟腈的合成工艺,其特征在于,包括以氯代异丙烷为起始原料,制备格氏试剂,与3,5-二溴吡啶反应,得5-溴-3-吡啶甲醛;通过硼氢化钠还原,得5-溴-3-吡啶甲醇;通过氰基化反应,得5-羟甲基烟腈,最后的纯化过程通过异丙醇和庚烷进行重结晶,
所述5-羟甲基烟腈合成路线:
Figure FDA0004023112530000011
具体包括以下步骤:
S1、格氏试剂的制备:将镁屑、THF、单质碘加入反应瓶溶于干燥的第一反应溶剂,加热至40℃,氯代异丙烷的THF溶液缓慢滴加溶于干燥的第一反应溶剂,滴加约十分之一体积,同时加入溴乙烷,反应温度升高至50-70℃,继续滴加氯代异丙烷直至滴加完毕,保温搅拌2-10h;
S2、5-溴-3-吡啶甲醛的制备:将上述S1制得的反应液降温至10℃,将3,5-二溴吡啶缓慢滴加,并保持体温温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌0.5-2h,将DMF缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,保温搅拌2-5h,将醋酸水溶液缓慢滴加至上述体系,保持体系温度10-20℃,滴加完毕,搅拌0.5-2h,减压蒸干THF,过滤,加入二氯甲烷溶解,饱和NaHCO3洗涤,无水硫酸镁干燥,过滤,减压蒸干二氯甲烷,正庚烷打浆,过滤,干燥;
S3、5-溴-3-吡啶甲醇的制备:将S2制备的5-溴-3-吡啶甲醛溶于第二反应溶剂,分批加入硼氢化钠,反应5-10h,反应结束后,加适量水淬灭体系,旋干第二反应溶剂,加入适量水,用乙酸乙酯萃取,无水硫酸钠干燥,过滤,旋干乙酸乙酯得产物;
S4、5-羟甲基烟腈的制备:将S3制备得到的5-溴-3-吡啶甲醇和亚铁氰化钾、碱溶于干燥的第三反应溶剂并加以催化量的钯进行氰基化,搅拌下,氮气置换6次,反应温度120-150℃,反应时间0.5-3h,反应完毕,加入乙酸乙酯,过滤,滤饼用乙酸乙酯洗涤至无色,残余物加入乙酸乙酯溶解,用饱和氯化铵溶液洗涤,旋干有机相,加入甲基叔丁基醚,升温,加入活性炭脱色,过滤,旋干,得油状物用异丙醇溶解,缓慢降温析出晶体,再加入庚烷,充分析晶,过滤,洗涤滤饼,如还有杂质,用甲基叔丁基醚再溶解,活性炭脱色,异丙醇和庚烷重结晶。
2.根据权利要求1所述5-羟甲基烟腈的合成工艺,其特征在于:所述步骤S1中,格氏试剂制备所加入的引发剂单质碘、溴乙烷,氯代异丙烷与镁屑的摩尔比为1:0.95~1.1:0.0001~0.01:0.001~0.01,第一反应溶剂为四氢呋喃、乙醚。
3.根据权利要求1所述5-羟甲基烟腈的合成工艺,其特征在于:所述步骤S2中,3,5-二溴吡啶与格氏试剂以及DMF的反应摩尔比为1:1~2:2~4。
4.根据权利要求1所述5-羟甲基烟腈的合成工艺,其特征在于:所述步骤S3中,5-溴-3-吡啶甲醛与硼氢化钠反应的摩尔比为1:1~2,第二反应溶剂为甲醇、乙醇或碱性水溶液。
5.根据权利要求1所述5-羟甲基烟腈的合成工艺,其特征在于:所述步骤S4中,5-溴-3-吡啶甲醇与亚铁氰化钾、碱反应摩尔比为1:1~2:1~3,第三反应溶剂为DMF、DMSO或乙腈,所用碱为碳酸钠、碳酸钾、碳酸铯、氢氧化钠或氢氧化钾。
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