CN117466818A - 一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无溶剂法制备2‑芳基咪唑啉类化合物的方法，属于有机合成技术领域，所述方法为将苯甲腈及其衍生物、乙二胺、硫脲混合后，进行第一阶段搅拌反应，第一阶段反应的温度为90℃，时间为2h，然后进行第二阶段搅拌反应，反应温度为165℃，时间为6h，然后进行后处理，得到2‑芳基咪唑啉类化合物；本发明的方法安全环保，能够避免溶剂的使用，降低辅助物质的用量，且反应速率快，产率和纯度高。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法。
背景技术
咪唑环是一种含有两个氮原子的五元杂环化合物，它的结构决定了它可以生成多种咪唑衍生物。咪唑类衍生物因具有优良的生理活性和反应活性，以及独特的光学性质和磁性，被广泛应用于分析化学、有机合成、高分子材料、表面活性剂、生物医药、农药、离子液体以及配位化合物等各个领域。
2-芳基咪唑啉类化合物作为一大类咪唑衍生物，在生物医药和精细化工等方面具有广泛的应用，现有的2-芳基咪唑啉类化合物的制备方法主要有以下两种：中国专利CN101348465A盐酸咪唑苯脲的制备方法公开了以间硝基苯甲腈、乙二胺、硫磺为原料，以甲醇为溶剂进行合成，在合成中采用硫磺作为引发剂，硫磺属于易燃易爆固体，安全性低，使用量大（当量为0.5），反应时间过长；且还使用了甲醇作为溶剂，溶剂消耗大，导致环保性差；中国专利CN114773270A一种二丙酸咪唑苯脲的生产制备方法公开了以间硝基苯甲腈为起始原料，在硫化钠的参与下与乙二胺反应，制得2-(3-硝基苯基）咪唑啉；该反应采用硫化钠为引发剂，硫化钠易燃，具有强腐蚀性、刺激性，且使用量大（当量为0.5）；且上述两种方法制得的2-芳基咪唑啉类化合物的杂质多，纯度低。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，安全环保，能够避免溶剂的使用，降低辅助物质的用量，且反应速率快，产率和纯度高。
为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案如下：
一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，以苯甲腈及其衍生物和乙二胺作为反应底物，硫脲作为催化剂，在无溶剂条件下，通过加成环化反应制得2-芳基咪唑啉类化合物。
一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，将苯甲腈及其衍生物、乙二胺、硫脲混合后，进行第一阶段搅拌反应，第一阶段反应的温度为90℃，时间为2h，然后进行第二阶段搅拌反应，反应温度为165℃，时间为6h，然后进行后处理，得到2-芳基咪唑啉类化合物；
所述苯甲腈及其衍生物的结构通式为：
；
所述乙二胺的结构通式为：；
所述2-芳基咪唑啉类化合物的结构通式为：
；
所述苯甲腈及其衍生物和2-芳基咪唑啉类化合物的结构通式中，R1为氢原子、甲基或氯原子；
R2为氢原子、甲基、氯原子或溴原子；
R3为氢原子、甲基、氯原子、溴原子、甲氧基或三氟甲基；
苯甲腈及其衍生物、乙二胺、硫脲的摩尔比为1:1.1:0.1；
所述后处理，降温至结晶析出，使用蒸馏水洗涤后，抽滤，在55℃下干燥8h。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，操作简单，制备过程是在无溶剂条件下进行，安全环保，通过使用硫脲作为催化剂，用量少，苯甲腈及其衍生物与硫脲的摩尔比为1:0.1，且不再需要其他辅助物质，从而降低辅助物质的用量，整个反应分两阶段控温，能够提高反应速率的同时，提高产率，且硫脲易获取；
（2）本发明的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，制备的2-芳基咪唑啉类化合物的纯度高，纯度能够达到98.5-99.5%；
（3）本发明的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，反应后处理是使用蒸馏水处理，蒸馏水容易获取，产生的废水易处理；
（4）本发明的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，反应总时间为8h，反应产率能够达到76.13-95.72%。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。
实施例1
实施例1-10为以苯甲腈和乙二胺作为反应原料合成2-苯基咪唑啉，主要目的在于对最佳反应条件进行筛选。
实施例1
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫脲（0.05mol，3.805g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行气相色谱检测，从检测相对峰面积看，乙二胺与苯甲腈都有剩余，判定催化剂的用量不够，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为108.38g，产率为72.95%，产物纯度为98.4%。
实施例2
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫脲（0.1mol，7.61g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，乙二胺有少量剩余，苯甲腈反应完，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为140.63g，产率为95.72%，产物纯度为99.5%。
实施例3
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫脲（0.15mol，11.42g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，乙二胺有少量剩余，苯甲腈反应完，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为139.46g，产率为94.63%，产物纯度在99.2%。
实施例4
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫化钠（0.1mol，7.8g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，乙二胺与苯甲腈都有大量剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为淡黄色粉末固体，质量为71.6g，产率为48.00%，产物纯度为98%。
实施例5
在三口烧瓶瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫化钠（0.15mol，11.7g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，判断反应中乙二胺与苯甲腈都有剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为淡黄色粉末固体，质量为74.5g，产率为49.84%，产物纯度为97.8%。
实施例6
在三口烧瓶瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫氢化钠（0.1mol，5.6g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，判断反应中乙二胺与苯甲腈有少量的剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为淡黄色粉末固体，质量为89.9g，产率为60.57%，产物纯度为98.5%。
实施例7
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.10g）、硫氢化钠（0.15mol，8.4g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，乙二胺与苯甲腈都有剩余，然后停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为淡黄色粉末固体，质量为100.87g，产率为67.76%，产物纯度为98.2%。
实施例8
在三口烧瓶瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.1mol，66.11g）、硫脲（0.1mol，7.61g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应5h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，判断反应中乙二胺与苯甲腈有少量的剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为127.2g，产率为85.97%，产物纯度为98.8%。
实施例9
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1mol，103.1g）、原料2乙二胺（1.05mol，63.1g）、硫脲（0.1mol，7.61g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，判断反应中苯甲腈有少量的剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为130.1g，产率为88.19%，产物纯度为99.1%。
实施例10
在三口烧瓶中加入原料1a苯甲腈（1 mol，103.1g）、原料2乙二胺（1mol，60.1g）、硫脲（0.1mol，7.61g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的搅拌速度搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，进行GC检测，从检测相对峰面积看，判断反应中苯甲腈有剩余，考虑本次实验目的是条件筛选，应停止反应，自然降温至60℃，结晶析出，使用蒸馏水洗涤，然后进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3a 2-苯基咪唑啉，产物为白色粉末固体，质量为118.4g，产率为80.18%，产物纯度在99%。
由实施例1-10的产率结果可以看出，实施例2的产率最高，即当使用的催化剂为硫脲，反应总时间为8h，苯甲腈、乙二胺、硫脲的摩尔比为1:1.1:0.1，升温后的温度为165℃时，产率最高。
实施例11-17为对苯甲腈及其衍生物在相同的反应条件下进行底物拓展试验。
实施例11
在三口烧瓶瓶中加入原料1b间甲基苯腈（0.5mol，58.575g）、原料2乙二胺（0.55mol，33.05g）、硫脲（0.05mol，3.81g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3b，产物为白色粉末固体，质量为74.9g，产率为92.09%，产物纯度为98.5%。
实施例12
在三口烧瓶中加入原料1c3-氯苯腈（0.5mol，68.785g）、原料2乙二胺（0.55mol，33.05g）、硫脲（0.05mol，3.81g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3c，产物为淡黄色粉末固体，质量为87.18g，产率为95.37%，产物纯度为98.8%。
实施例13
在三口烧瓶中加入原料1d对甲苯腈（0.5mol，58.575g）、原料2乙二胺（0.55mol，33.05g）、硫脲（0.05mol，3.81g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3d，产物为白色粉末固体，质量为76.7g，产率为94.98%，产物纯度在99.2%。
实施例14
在三口烧瓶中加入原料1e对氯苯腈（0.5mol，68.785g）、原料2乙二胺（0.55mol，33.05g）、硫脲（0.05mol，3.81g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3e，产物为淡黄色粉末固体，质量为69.38g，产率为76.13%，产物纯度为99.1%。
实施例15
在三口烧瓶中加入原料1f对溴苯腈（0.25mol，45.54g）、原料2乙二胺（0.275mol，16.53g）、硫脲（0.025mol，1.91g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3f，产物为淡黄色粉末固体，质量为49.47g，产率为86.60%，产物纯度为98.5%。
实施例16
在三口烧瓶中加入原料1g4-甲氧基苯腈（0.5mol，66.57g）、原料2乙二胺（0.55mol，33.05g）、硫脲（0.05mol，3.81g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3g，产物为淡黄色粉末固体，质量为73.31g，产率为82.45%，产物纯度为99.1%。
实施例17
在三口烧瓶中加入原料1h对三氟甲基苯腈（0.25mol，42.78g）、原料2乙二胺（0.275mol，16.53g）、硫脲（0.025mol，1.91g），三口烧瓶上方连接球形冷凝管和附加气体吸收装置，在90℃下以150rpm的转速搅拌2h，然后升温至165℃，搅拌反应6h，停止反应，等待结晶析出，使用蒸馏水洗涤，进行抽滤，在温度为55℃下的鼓风干燥箱中干燥8h，得到产物3h，产物为黄色粉末固体，质量为51.63g，产率为95.65%，产物纯度为99.2%。
除非另有说明，本发明中所采用的百分数均为质量百分数。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，其特征在于，将苯甲腈及其衍生物、乙二胺、硫脲混合后，进行第一阶段搅拌反应，第一阶段反应的温度为90℃，时间为2h，然后进行第二阶段搅拌反应，反应温度为165℃，时间为6h，然后进行后处理，得到2-芳基咪唑啉类化合物；
所述苯甲腈及其衍生物的结构通式为：
；
所述乙二胺的结构通式为：；
所述2-芳基咪唑啉类化合物的结构通式为：
；
所述苯甲腈及其衍生物和2-芳基咪唑啉类化合物的结构通式中，R1为氢原子、甲基或氯原子；
R2为氢原子、甲基、氯原子或溴原子；
R3为氢原子、甲基、氯原子、溴原子、甲氧基或三氟甲基。
2.根据权利要求1所述的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，其特征在于，苯甲腈及其衍生物、乙二胺、硫脲的摩尔比为1:1.1:0.1。
3.根据权利要求1所述的无溶剂法制备2-芳基咪唑啉类化合物的方法，其特征在于，所述后处理，降温至结晶析出，使用蒸馏水洗涤后，抽滤，在55℃下干燥8h。
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