CN1300730A - 用co2代替剧毒的光气制备氨基甲酸酯类化合物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明避免使用光气,而采用胺与卤代烃在CO2气氛中,在极性溶剂和非极性溶剂的摩尔比为1∶0—100的混合溶剂中,在1,8－二氮杂双环[5.4.0]十一烷－7－烯的碱性条件下,于常温常压或加热加压下反应生成氨基甲酸酯类化合物。提高CO2的压力、温度、反应时间对反应有明显的促进作用。本发明所用的碱简单易得,反应条件温和,产率高,为脂肪胺的保护提供了一个环境友好的新方法。
Description
本发明涉及一种生产氨基甲酸酯类化合物的方法。
工业上制备氨基甲酸酯类化合物，一般是使用剧毒的光气，这样必然对生产设备及工艺流程提出了很高的要求，同时也严重威胁人类的生存，不符合可持续发展的战略需要。
许多科学家都试图研究使用地球上储量丰富，并且造成日益严重的温室效应的CO2代替剧毒的光气来制备氨基甲酸酯类化合物，据报道伯胺、仲胺及芳香胺与卤代烃在CO2中于高压和无机碱的作用下，可得到氨基甲酸酯类化合物。不同的碱会得到不同的结果，以前有人考察了三种无机碱Na2CO3,K2CO3,Cs2CO3,发现用Cs2CO3时，生成氨基甲酸酯类化合物的产率最高。但是使用无机碱的反应对溶剂的依赖性很大，如果用CH3CN或四氢呋喃(THF)作溶剂根本就不反应[Ken J.Buther Synlett 1994,825.][Seok-InKim,Feixia Chu,Eric E.Dueno,and Kyung Woon Jung,Journal of Organic Chemistry1999,64,4578-4579]。关于Cs2CO3也有的学者提出不同的看法认为Na2CO3,K2CO3,Cs2CO3几乎具有相同的作用[Carlo Galli Organic preparations and ProceduresInternational 24(3),285-307(1992)]。1994年，Ken.J.Butcher报道，胺与卤代烃在Cs2CO3作用下反应生成氨基甲酸酯类化合物，产率可达96％。但我们在相同的条件下对该反应反复进行了实验，却未能得到这一良好结果，对此我们表示怀疑[SYNLETT.,1994,825-826.]。
此外，胺、CO2与卤代烃在有机碱和高压作用下，也可反应得到氨基甲酸酯类化合物。不同的碱对反应的影响很大。1995年，W.McGhee等人发现，N-cyclohexyl-N′,N″,N″′,N″″-tetramethyl guanidine(CyTMG)类碱对胺，卤代烃与CO2的反应效果很好，它得到的氨基甲酸酯类化合物的分离产率最高可达76％，但是该反应在高温高压(55℃,80 psig)进行，而且CyTMG类化合物的合成很麻烦。[J.Org.Chem.1995,60,2820-2830.][J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1994,699-700]。现在关于胺，卤代烃与CO2的反应以及醇，卤代烃与CO2的反应，其关键的问题就是碱的选择，一般来说，碱性强，位阻大，极化度大的碱有利于该反应的进行[J.Org.Chem.1995,60,6205-6207.；J.Chem.Soc.,Perkin.Trans.I.,1999,2205-2208.]
本发明的目的是提供一种简单易行、无污染、条件温和、高产率地制备氨基甲酸酯类化合物的方法。
本发明涉及用胺、卤代烃与CO2反应制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其中胺的结构、卤代烃的种类、碱的性质、CO2的压力、反应温度和反应时间等因素均对反应有不同程度的影响。
具体来说，本发明用分子式为R1NHR2的胺、分子式为R3X的卤代烃与CO2在有机碱存在下和在20-100℃反应10-60h，生成分子式为R1(R2)NCO2R3的氨基甲酸酯类化合物。其中R1=H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、
或CmH2m+1-,R2=H、H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、
或CmH2m+1-，或者R1和
R3=R4PhCnH2n-，其中R4=H、X、CF3或CkH2k+1n、k=1-4,m=1-8,X=卤素。反应式如下：
本发明的方法是在常压或压力下进行，反应压力是0-6.0×106Pa。提高CO2的压力对反应体系生成氨基甲酸酯类化合物有明显的促进作用，提高反应压力有利于提高产率，通常采用反应压力是1.0-6.0×106Pa。推荐反应压力为3.0-5.0×106Pa。
本发明的反应是在极性溶剂和非极性溶剂的摩尔比为1∶0-100的混合溶剂中进行，推荐极性溶剂和非极性溶剂的摩尔比为1∶0.8-10。上述极性溶剂可以是丙酮、甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺等，非极性溶剂可以是二氧六环、苯、环己烷、石油醚等。上述极性溶剂可以是丙酮、甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺等，非极性溶剂可以是二氧六环、苯、环己烷、石油醚等。
本发明中胺∶卤代烃∶碱的反应摩尔比是1∶0.5-3∶0.8-5，优选反应摩尔比为1∶0.8-1.5∶1-3。上述有机碱是1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烷-7-烯(DBU)。
本发明的方法所得产物可经蒸发、柱层析等方法提纯。
此外，改变加料顺序，对产率也有影响；反应最好在高温下进行；反应过程最好在搅拌下进行；上述反应体系中少量水的存在大大提高了反应产率；延长反应时间有利于氨基甲酸酯类化合物产率的提高。
本发明可以在常温常压下反应生成氨基甲酸酯类化合物，条件温和，能耗小；本发明避免了使用传统剧毒的光气的方法，为脂肪胺的保护提供了一个环境友好的新方法，实现了无毒、无污染，有利于保护生态环境并满足可持续发展的要求；本发明用简单易得的DBU作碱，对胺，卤代烃与CO2的反应进行了较为详细的研究，使氨基甲酸酯类化合物的分离产率达75％。这一数据足以与使用市场上很难得到的CyTMG类化合物为碱时的产率相媲美；本发明中反应体系少量水的存在反而有利于反应产率的提高，在常温常压下，其分离产率也可达40％，这样就使该反应体系没必要要求无水无氧的苛刻条件，增加了实用性。
通过下述实例将有助于进一步理解本发明，但不能限制本发明的内容。
实施例1
将2.8mmol苄基胺(或丁基胺、哌啶)、20mL甲苯与10-30mL正己烷混合溶剂、DBU 426mg(2.8mmol)加入反应釜，先通入CO2搅拌约0.5hr，然后再加入环己基溴2.8mmol，继续通CO2搅拌约24hr，停止反应，除去溶剂，过柱得到胺基甲酸酯，产率40％。
实施例2
苄氨基甲酸苄基酯.
将300g(2.8mmol)苄基胺、20mL乙苯与10ml环己烷溶剂、DBU 426mg(2.8mmol)和苄基氯354mg(2.8mmol)加入反应釜，通入CO2气体置换三次，然后使CO2达到40atm，置于油浴中加热至70℃，反应24h后。取出高压釜置于冰水中冷却至室温。打开高压釜放掉气体。其余部分转移至一圆底烧瓶中，在旋转蒸发仪上旋干、过柱。得白色固体468mg，产率72％。m.p.60-62℃;IR(CHCl3)ν1687cm-1(C=O);1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J5.8,CH2),5.04(1H,s,NH),5.14(2H,s,CH2),7.26-7.37(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.19,66.89,127.53,128.14,128.53,128.69,136.51,138.40,156.40(C=O);MS(EI)m/z287(M+)[Calc.for C15H15NO2(241.2851):C,74.67;H,6.27;N,5.81.Found:C,74.67;H,6.29;N,5.69％]。
实施例3
苄胺基甲酸邻三氟甲基苄基酯.
将2.8mmol苄基胺、20mL DMF、DBU 10mmol加入反应釜，先通入CO2搅拌约0.5hr，然后再加入邻三氟甲基苄基溴1.4mmol，继续通CO2搅拌约24hr，停止反应，除去溶剂，过柱得腊状固体399mg，产率60％。IR(CHCl3)ν1703cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J5.8,CH2),5.17(1H,s,NH),5.19(2H,s,CH2),7.25-7.63(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.22,65.89,124.87(q,J3.5 Hz),127.12,127.53,127.61,128.16,128.49,128.73,131.15,131.48,137.64,138.24,156.11(C=O);MS(EI)m/z 310(MH)+[Calc.for C16H14F3NO2(309.2831):requires M,309.0977.Found:M+,309.0996]。
实施例4
苄胺基甲酸对氟苄基酯.
将2.8mmol苄基胺、40mL甲苯与正己烷(1∶1)混合溶剂、DBU 426mg(2.8mmol)加入反应釜，先通入CO2搅拌约0.5hr，然后再加入环己基溴2.8mmol，继续通CO2搅拌约24hr，停止反应，除去溶剂，过柱得到胺基甲酸酯。实验步骤同例1。得白色固体475mg，产率65％。m.p.45-48℃;IR(CHCl3)ν1714 cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J6.0,CH2),5.0(1H,s,NH),5.10(2H,s,CH2),7.25-7.50(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.17,66.12,127.02,127.54,128.14,128.43,129.71,130.15,138.33,156.29(C=O),163.55(d,J50Hz);MS(EI)m/z260(MH)+[Calc.for C15H14FNO2(259.2756):requires M,259.1009.Found:M+259.1014].
实施例5
N-对氟苄基苄胺基甲酸对氟苄基酯.
将2.8mmol N-对氟苄基苄基胺、20mL溶剂、DBU 426mg(2.8mmol)和对氟苄基氯2.8mmol加入反应釜，通入CO2气体置换三次，然后使CO2达到50atm，置于油浴中加热至90℃，反应60h后。取出高压釜置于冰水中冷却至室温。打开高压釜放掉气体。其余部分转移至一圆底烧瓶中，在旋转蒸发仪上旋干、过柱。得腊状固体697mg，产率67％。IR(CHCl3)ν1696cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.41(4H,br.,s,CH2),5.19(2H,s,CH2),7.0-7.50(13H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ49.21,66.12,127.53,127.54,128.11,128.66,129.84,129.95,130.06,132.40(d,J3.2Hz),133.07(d,J3.2Hz),137.15,156.54(C=O),160.75(d,J30Hz),164.10(d,J30Hz);MS(EI)m/z368(MH)+[Calc.forC22H19F2NO2(367.3886):requires M,367.1384.Found:M+367.1396].
实施例6
苄胺基甲酸对甲基苄基酯。
实验步骤同例1。得白色固体245mg，产率34％。m.p.72-74℃；IR(CHCl3)ν1682cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ2.35(3H,s,CH3),4.38(2H,d,J6.0,CH2),5.10(1H,s,NH),5.10(2H,s,CH2),7.25-7.63(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ21.19,45.17,66.86,127.51,128.31,128.68,129.22,133.48,138.00,138.44,156.47(C=O);MS(EI)m/z287(M-H)+[Calc.for C16H17NO2(255.3117):requires M,255.1259.Found:M+255.1257].
实施例7
丁胺基甲酸苄基酯.
实验步骤同实施例2。得腊状固体239mg，产率41％。IR(CHCl3)ν1701cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ0.91(3H,t,J7.3Hz,CH3),1.27-1.37(2H,m,CH2),1.38-1.52(2H,m,CH2),3.15-3.22(2H,m,CH2),4.77(1H,s,NH),5.09(2H,s,CH2),7.26-7.36(5H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ13.68,19.85,32.02,40.80,66.54,128.03,128.48,136.70,156.41(C=O);MS(EI)m/z208(MH)+[Calc.for C12H17NO2(207.2689):requires M,207.1259. Found:M+207.1273].
实施例8
N-苄基丁基胺甲酸苄基酯.
将2.8mmol苄基丁基胺、10mL正己烷溶剂、DBU2.8mmol加入反应釜，先通入CO2搅拌约0.5hr，然后再加入苄基溴1.4mmol，继续通CO2搅拌约10hr，停止反应，除去溶剂，过柱得白色固体12mg，产率8％。IR(CHCl3)ν1695 cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ0.83-0.91(6H,m,CH3),1.27-1.38(4H,m,CH2),1.39-1.58(4H,m,CH2),3.15-3.28(4H,m,CH2),4.50(2H,s,CH2),5.17(2H,s,CH2),7.13-7.45(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ13.80,19.98,30.10,30.26,45.98,46.96,50.17,67.14,127.25,127.81,127.89,128.44,128.52,138.02,156.41(C=O);MS(EI)m/z207(M-90)+[Calc.forC19H23NO2(297.3915):requiresM,297.1729.Found:M+297.1719].
实施例9
苯乙胺基甲酸苄基酯
将2.8mmol苯乙胺、20mL丙酮溶剂、K2CO3 2.8mmol、冠醚2.8mmol和苄基氯354mg(2.8mmol)加入反应釜，通入CO2气体置换三次，然后使CO2达到40atm，置于油浴中加热至70℃，反应24h后。取出高压釜置于冰水中冷却至室温。打开高压釜放掉气体。其余部分转移至一圆底烧瓶中，在旋转蒸发仪上旋干、过柱。得白色固体286mg，产率40％。m.p.54-56℃;IR(CHCl3)ν1714cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ1.48(3H,d,J6.9Hz,CH3),4.85-4.88(1H,m,CH),5.02(1H,s,NH),5.05(1H,d,J12.3Hz),5.12(1H,d,J12.3Hz),7.20-7.46(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ22.51,50.81,66.76,125.94,127.36,128.11,128.52,128.67,136.51,155.57(C=O);MS(EI)m/z256(MH)+[Calc.forC16H17NO2(255.3117):requires M,255.1259.Found:M+255.1243].
实施例10
二乙胺基甲酸苄基酯.
实验步骤同实施例1。得腊状固体6mg，产率5％。IR(CHCl3)ν1700cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ1.07(6H,t,J7.2Hz,CH3),2.52(4H,q,J7.2Hz,CH2),5.12(2H,s,CH2),7.13-7.50(5H,m,Ar);MS(EI)m/z207(M+)[Calc.forC12H17NO2(207.2689):requiresM,207.1259.Found:M+207.1250].
实施例11
环己胺基甲酸苄基酯
实验步骤同实施例2。得产品300mg。m.p.93-94℃1H NMR(CDCl3)δ1.1-1.99(Cy,10H,m),3.54(1H,m,Cy),4.7(1H,s,NH),5.13(2H,s,CH2),7.30-7.40(5H,m,Ar).13C NMR(CDCl3)δ24.7,25.5,33.4,49.9,66.4,28.0,128.0,128.1,128.5,136.7,155.5.MS(EI)m/z=253(M+) IR(CHCl3)1711cm-1.Ahal.Calcd.for C14H19NO2:C,72.07;H,821;N,6.00.Found:C,72.45;H,8.36;N,5.98.
实施例12
1,6-己二胺基二乙基甲酸酯
实验步骤同实施例1。得白色固体250mg。m.p.84-86℃1H NMR(DMSO-d6)δ1.15(6H,t,J=7Hz,CH3),1.2-1.4(8H,m,CH2),2.95(4H,q,J=6.5Hz,CH2),3.97(4H,q,J=7Hz,CH2),δ7.01(2H,t,br,CH2).13C NMR(DMSO-d6)δ14.6,25.9,29.3,40.0,59.3,156.1
MS(FAB)m/z =267(M++Li)Anal.Calcd.forC12H24N2O4:C,55.35;H,9.30;N,10.76;Found:C,55.40;H,9.10;N,10.63.
Claims (7)
1．一种制备氨基甲酸酯类化合物的方法，包括用分子式为R1NHR2的胺、分子式为R3X的卤代烃与CO2在有机碱存在下和在20-100℃反应10-60h，其特征是在0-6.0×106Pa的压力下，在极性溶剂和非极性溶剂的摩尔比为1∶0-100的混合溶剂中反应，所述的有机碱是1,8-二氮杂双环[5.4.0]十一烷-7-烯，其中R1=H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、
或CmH2m+1-,R2=H、H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、
或CmH2m+1-，或者R1和
R3=R4PhCnH2n-，其中R4=H、X、CF3或CkH2k+1n、k=1-4,m=1-8,X=卤素。
2．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是反应压力为1.0-6.0×106Pa。
3．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是反应压力为3.0-5.0×106Pa。
4．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是所述极性溶剂是丙酮、甲苯、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺。
5．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是所述非极性溶剂是二氧六环、苯、环己烷、石油醚。
6．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是所述极性溶剂和非极性溶剂的摩尔比为1∶0.8-10。
7．如权利要求1所述的制备氨基甲酸酯类化合物的方法，其特征是反应体系中存在少量水。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
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Granted publication date: 20030430 |