一種伯醇制備腈的方法技術

本發明專利技術公開了一種催化氧化伯醇制備腈的方法，所述方法按如下步驟進行：以式(I)或式(III)所示的伯醇為原料，以銅鹽為催化劑，以空氣為氧化劑，以TEMPO(2,2,6,6?四甲基哌啶氮氧化物)為助氧化劑，氨水為助催化劑和溶劑，于80～120℃下反應15～30h，反應結束后，所得反應液經后處理得到式(II)或式(IV)所示的腈；本發明專利技術反應轉化率、收率高，操作方便，成本低，反應安全，整個過程對環境友好，無污染。

Process for preparing nitrile from primary alcohol

The invention discloses a method for catalytic oxidation of primary alcohols nitrile, said method comprising the following steps: to type (I) or (III) primary alcohol is shown as raw material, using copper salt as catalyst, using air as oxidant to TEMPO (2,2,6,6 four methyl piperidine nitrogen oxides) as auxiliary oxidant, ammonia as catalyst and solvent, from 80 to 120 DEG C for 15 ~ 30h, after the reaction, the reaction mixture by postprocessing by type (II) or (IV) shown in the invention; the reaction conversion rate, high yield, convenient operation and low cost. The reaction safety, the whole process is friendly to the environment, no pollution.

【技術實現步驟摘要】
一種伯醇制備腈的方法(一)
本專利技術涉及一種催化伯醇制備腈的方法。(二)
技術介紹
腈類化合物是有機合成化學中最重要的有機合成中間體之一，在農藥、醫藥、染料等精細化學品中有著廣泛應用。傳統意義上，大多數腈類化合物主要通過Sandmeyer反應、含鹵化合物與金屬氰化物的親核取代反應或芳基C-H鍵的氰基化反應制備。然而這些方法存在著諸多缺陷：化學計量的有毒金屬氰化物作為氰源；產生無機鹽等副產物，易造成產物二次污染；反應原子經濟性和選擇性差；反應條件苛刻(高溫高壓)；后處理繁瑣、成本較高等。在過去的幾十年，為避免有毒金屬氰化物的使用，醛肟(或肟)、酰胺的脫水反應、過渡金屬催化一級胺的氧化反應作為替代方法被廣泛報道。但是，反應過程往往需要使用含磷脫水劑或者貴金屬催化劑，并且反應往往需要在苛刻的反應條件(高溫，高壓)下進行。因此，發展綠色環保的合成方法制備腈具有重要意義。近年來，采用氨水(或者銨鹽)為氮源，在氧化劑作用下，通過一鍋法直接氧化醇制備腈類化合物的方法倍受關注。這些方法不僅能夠有效避免有毒氰化物的使用，同時反應可以在相對溫和的條件下進行，這使得副反應得到有效控制，反應選擇性得到較大提高，而且體系擁有更為廣泛的底物適應性。根據已有的文獻報道，目前，直接以醇為原料，采用氧化劑，通過醇氧化的方式制備腈類化合物的反應體系主要包括：以氧氣(或空氣)作為最終氧化劑的反應體系；有機氧化劑參與的反應體系(DDQ：2,3-二氯-5,6-二氰對苯醌,TBHP：過氧化叔丁基等)；無機氧化劑參與的反應體系(金屬氧化物，單質碘，高價碘等)三大類。FowelinChristian等人用三氟甲磺酸與芐醇反應，使其氧化成腈，溶劑為水，但該方法反應步驟繁瑣處理麻煩會生成大量的三廢污染[FowelinChristianetal.,Eur.J.Org.Chem.,2007,(6):1013.]。RajenderReddyK.等用過氧叔丁醇與芐醇反應制備腈，其中還加入了KI，氨，最后還要加硫代硫酸鈉除去多余的過氧化物。其缺點還是過氧化物相對危險，還需后處理，增加實驗步驟，對反應的經濟性不利[RajenderReddyK.etal.,TetrahedronLett.,2009,50(18),2050.]。VateleJean-Michel等人通過加入醋酸碘苯，醋酸銨，TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)，在水中氧化醇為腈。該反應的催化劑為高碘化合物成本較大，而且污染較大。[VateleJean-Michel,synlett,2014,25(9),1275.]綜上所述，現有技術中合成腈的方法，存在不少缺點與不足，如：成本較高，不夠綠色環保，反應溫度較高，反應周期較長等。(三)
技術實現思路
為解決現有技術存在的問題，本專利技術的目的在于提供一種催化氧化制備腈的新方法。本專利技術采用的技術方案是：一種伯醇制備腈的方法，所述的方法按如下步驟進行：以式(I)或式(III)所示的伯醇為原料，以銅鹽為催化劑，以空氣為氧化劑，以TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)為助氧化劑，氨水為助催化劑和溶劑，于80～120℃下反應15～30h，反應結束后，所得反應液經后處理得到式(II)或式(IV)所示的腈；所述伯醇與銅鹽、TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)的物質的量之比為1：0.03～0.08：0.03～0.08；所述氨水的物質的量濃度為1.5～1.8mol/L；所述氨水的體積用量以伯醇的物質的量計為3～7mL/mmol，式(I)、(II)、(III)、(IV)中：所述R1為氫或氫被甲基、甲氧基、氟、氯、溴、碘、硝基、甲硫基、羧基、芐氧基或烯丙氧基單取代或多取代；所述Het為2-吡啶基、2-呋喃基、2-噻吩基、1-萘基或苯乙烯基。進一步，所述催化劑為CuI、CuBr、CuCl、CuO、CuBr2、CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2、Cu(OAc)2或Cu(OTf)2。再進一步，優選所述催化劑為CuI、CuBr或CuCl。進一步，所述R1為氫或氫被甲基、甲氧基、氟、氯、溴、碘、硝基、甲硫基、羧基、芐氧基或烯丙氧基單取代。再進一步，所述式(I)所述的化合物為3,4-二甲基芐醇、3,4,5-三甲氧基芐醇或2,4-二氯芐醇。本專利技術所述反應液的后處理方法為：待反應結束后，反應液冷卻至室溫，用乙酸乙酯萃取，合并有機層，真空濃縮除去乙酸乙酯得粗產品，所得粗產品經柱層析分離純化，以石油醚：乙酸乙酯＝5～10：1為洗脫劑進行洗脫，得到式(II)或式(IV)所示的腈。本專利技術所述反應過程在開放的空氣氣氛中進行。本專利技術的有益效果主要體現在：1、原料價廉易得，反應在常壓下進行，綠色安全。2、反應轉化率、產率較高，底物適用性強，操作方便。3、反應的副產物為水，整個過程對環境友好，不會對環境造成污染。(四)具體實施方式下面結合具體實施例對本專利技術進行進一步描述，但本專利技術的保護范圍并不僅限于此：實施例中厚壁耐壓管為欣維爾100mL規格。實施例1：在150mL的配有磁子攪拌的厚壁耐壓管中，在空氣氣氛下，向體系中加芐醇(即結構式(I)中的R1為H)1.0mmol(108.1mg)，氨水(1.6mol/L)5.0mL，碘化亞銅5mol％(9.5mg)，TEMPO5mol％(7.8mg)，100℃下反應15h，待反應結束后，反應液冷卻至室溫，用乙酸乙酯萃取(3×5.0mL)。合并有機層，真空濃縮除去乙酸乙酯得粗產品。粗產品經柱色譜純化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得純的目標產物。得94.9mg，收率為92％。核磁共振氫譜:1HNMR(500MHz,CDCl3):δ7.61–7.53(m,3H),7.43(t,J＝7.8Hz,2H).核磁共振碳譜:13CNMR(125MHz,CDCl3):δ132.5,131.8,128.9,118.5,112.1.實施例2：所用的反應物為對甲基芐醇(即結構式(I)中的R1為對位COOH)1.0mmol(152.1mg)，實驗方法和步驟同實施例1，氨水(1.8mol/L)3.0mL，催化劑溴化亞銅的用量為8mol％(11.5mg)，TEMPO的用量為5mol％(7.8mg)，反應溫度為120℃，反應時間為24h，粗產品經柱色譜純化(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)，得純的目標產物，得129.4mg收率88％。核磁共振氫譜:1HNMR(500MHz,CDCl3):δ8.23(d,J＝8.4Hz,1H),7.81(d,J＝8.4Hz,1H).核磁共振碳譜:13CNMR(125MHz,CDCl3):δ169.1,133.1,132.4,130.6,117.7,117.2.實施例3：所用的反應物為鄰甲氧基芐醇(即結構式(I)中的R1為鄰位OCH3)1.0mmol(138.2mg)，實驗方法和步驟同實施例1，氨水(1.7mol/L)5.0mL，催化劑氯化亞銅的用量為8mol％(7.9mg)，TEMPO的用量為8mol％(12.5mg)，反應溫度為120℃，反應時間為24h，粗產品經柱色譜純化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得純的目標產物，得123.9mg收率93％。核磁共振氫譜:1HNMR(500MHz,CDCl3):δ7.57–7.51(m,2本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種伯醇制備腈的方法，其特征在于：所述的方法按如下步驟進行：以式(I)或式(III)所示的伯醇為原料，以銅鹽為催化劑，以空氣為氧化劑，以TEMPO(2,2,6,6?四甲基哌啶氮氧化物)為助氧化劑，氨水為助催化劑和溶劑，于80～120℃下反應15～30h，反應結束后，所得反應液經后處理得到式(II)或式(IV)所示的腈；所述伯醇與銅鹽、TEMPO(2,2,6,6?四甲基哌啶氮氧化物)的物質的量之比為1：0.03～0.08：0.03～0.08；所述氨水的物質的量濃度為1.5～1.8mol/L；所述氨水的體積用量以伯醇的物質的量計為3～7mL/mmol，

【技術特征摘要】
1.一種伯醇制備腈的方法，其特征在于：所述的方法按如下步驟進行：以式(I)或式(III)所示的伯醇為原料，以銅鹽為催化劑，以空氣為氧化劑，以TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)為助氧化劑，氨水為助催化劑和溶劑，于80～120℃下反應15～30h，反應結束后，所得反應液經后處理得到式(II)或式(IV)所示的腈；所述伯醇與銅鹽、TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)的物質的量之比為1：0.03～0.08：0.03～0.08；所述氨水的物質的量濃度為1.5～1.8mol/L；所述氨水的體積用量以伯醇的物質的量計為3～7mL/mmol，式(I)、(II)、(III)、(IV)中：所述R1為氫或氫被甲基、甲氧基、氟、氯、溴、碘、硝基、甲硫基、羧基、芐氧基或烯丙氧基單取代或多取代；所述Het為2-吡啶基、2-呋喃基、2-噻吩基、1-萘基或苯乙烯基。2.如權利...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張國富，趙以勇，張貴華，丁成榮，俞藝棟，呂井輝，
申請(專利權)人：浙江工業大學，
類型：發明
國別省市：浙江,33