一种固体碱催化制备芳香酰胺化合物的方法

摘要

本发明涉及一种芳香酰胺类化合物的制备方法，所述方法包括使芳香醛类化合物与胺在固体碱催化剂催化下进行反应的步骤，还可加入助催化剂以促进反应，从而制备得到芳香酰胺类化合物。所述方法具有产率高、选择性好等突出优点，此外，反应条件温和、时间短，具有良好的工业化应用前景。

权利要求

1.一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，所述方法包括：在固体碱催化剂存在下，式(II)化合物与式(III)化合物在有机溶剂中发生反应，其中，Ar为取代或未取代的苯基或呋喃基；所述取代基为卤素、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基或羟基；

R1或R2本身之间相同或不同，且各自独立地选自H、C1-C6烷基、苯基，或R1和R2与N原子形成5-6元环胺；

所述固体碱催化剂是由Zr的氧化物、La的氧化物与Mg的氧化物复合而成；

所述固体碱催化剂中，以金属原子的摩尔比计，Mg、Zr与La的比例为0.5:1:0.1-0.5。

2.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：所述芳基取代基为卤素、甲基、乙氧基；R1和R2与N原子形成的5-6元环胺为四氢吡咯。

3.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：所述式(II)与(III)化合物的摩尔比为1:1-5。

4.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：所述固体碱催化剂的质量为(II)与(III)两者质量之和的1-5%。

5.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、正己烷、四氢呋喃、乙醚、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：所述有机溶剂为四氢呋喃、氯仿或甲苯。

7.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：反应时间为1-6小时。

8.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：反应温度为40-80℃。

9.根据权利要求1所述一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物的方法，其特征在于：向反应体系中进一步加入助催化剂，所述助催化剂为聚乙二醇，所述聚乙二醇的分子量为

400g/mol、1000g/mol或2000g/mol，以质量计，助催化剂与固体碱催化剂之比为1-4:1。

说明书

一种固体碱催化制备芳香酰胺化合物的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及有机化学领域酰胺类化合物的制备方法，更具体地涉及一种芳香醛和胺在固体碱催化剂作用下反应制备芳香酰胺的新方法。

背景技术

[0002] 芳香酰胺类化合物广泛应用于生物医药、有机合成以及香料、染料等领域，酰胺键的形成也是有机化学领域最为重要的反应类型之一，而现有酰胺的合成方法大都存在试剂昂贵、产率低下等缺点，由此2007年美国化学会绿色化学研究机构提议“酰胺形成中避免弱(poor)原子经济性试剂”是有机化学的首要挑战(Top Challenge)，从而使得研究酰胺类化合物的新颖有效的制备方法成为众多科研工作者关注的焦点。

[0003] 具体而言，对于该类化合物，有如下的合成方法。

[0004] 传统的酰胺合成方法依赖于偶联或缩合试剂将不活泼的羧酸转化为活泼的羧酸酯进而与胺反应制备酰胺；或者是采用酰氯与胺反应来制备酰胺。这些反应由于采用偶联或缩合试剂导致产物纯化困难，或采用酰氯作为原料存在原料难于保存、反应刺激性强的缺点，使得这些方法在放大化生产中留有隐患。

[0005] Chidambaram Gunanathan等(“Direct synthesis of amides from alcohols and amines with liberation of H2”, Science, 2007, 317, 790-792)公开了一种酰胺的合成方法。所述方法以醇为原料，在钌催化剂的作用下经氧化与胺反应制备得到酰胺化合物，其中使用了昂贵的钌螯合催化剂，不具备工业化生产的前景，并且其后对于催化剂的改进受到了局限。

[0006] Chan Wing-Kei 等 (“ amide synthesis and N-terminal a-amino group ligation of peptides in aqueous medium”, J. Am. Chem. Soc., 2006, 128,14796-14797)公开了一种酰胺的制备方法。所述方法为芳香和脂肪炔类在锰-卟啉催化剂作用下于碱性-氧化条件下与胺反应制备得到酰胺，其中同样采用了昂贵的催化剂，反应条件苛刻且产物收率差异较大，没有产业化的前景。

[0007] CN102424645A公开了一种芳香酰胺的制备方法。所述方法以芳醛与胺在无机碱(如碳酸氢钾)或有机碱(如叔丁醇钾)的作用下制备得到相应的芳香酰胺，但产物的收率较低(<50%)、选择性差。

[0008] 由此可见，如何寻找一条成本低、收率高、适于工业化生产的芳香酰胺化合物的制备方法，是目前国内外研究的重点课题。

发明内容

[0009] 针对上述存在的诸多缺陷，本发明人经过大量的深入研究，在付出了大量的创造性劳动后，研发了一种新的芳香酰胺类化合物的制备方法。令人惊讶的是，本发明由于采用新颖的固体碱催化剂、进行合适且合理的工艺参数选择而取得了意想不到的技术效果。本发明所述方法具有反应收率高、成本低、选择性好等诸多优点，具有很好的工业化前景。

[0010] 具体而言，本发明提供了一种固体碱催化剂催化制备式(I)化合物(即芳香酰胺类化合物)的方法，

[0011]

[0012] 所述方法包括：在固体碱催化剂存在下，式(II)化合物与式(III)化合物在有机溶剂中发生反应，

[0013]

[0014] 其中，Ar为取代或未取代的芳基；所述芳基为苯基、萘基、吡啶基、吡咯基、噻吩基或呋喃基；所述取代基为卤素、C1-C6烷基、C1-C6烷氧基、羟基、硝基或-NR3R4；所述取代基优选卤素、甲基、乙基、正丙基、异丙基、叔丁基、羟基、硝基、甲氧基、乙氧基、二甲氨基或二乙氨基；

[0015] R3、R4各自独立地选自H或C1-C6烷基；更优选为H、甲基、乙基、正丙基、异丙基或叔丁基；

[0016] R1或R2本身之间相同或不同，且各自独立地选自H、C1-C6烷基、与上述Ar相同的芳基；或R1和R2与N原子形成5-6元环胺，例如可形成四氢吡咯、六氢吡啶、四氢咪唑、噁唑烷或哌嗪。

[0017] 在本发明的所述方法中，卤素原子是指氟、氯、溴原子。

[0018] 在本发明的所述方法中，C1-C6烷基是指具有1-6个碳原子的烷基，其可为直链或支链，非限定性地例如可为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、仲丁基、异丁基、叔丁基、正戊基、异戊基、正己基等。

[0019] 在本发明的所述方法中，C1-C6烷氧基则是指上述定义的“C1-C6烷基”与O原子相连后的基团。

[0020] 在本发明的所述方法中，式(II)与(III)反应时的有机溶剂并没有特别的限定，可为有机合成领域中所使用的任何常规溶剂，非限定性地例如可为苯、甲苯、二氯乙烷、二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、正己烷、四氢呋喃(THF)、乙醚、乙腈、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、丁醇、戊醇、己醇等中的一种或多种，优选四氢呋喃、氯仿、甲苯、乙腈。

[0021] 在本发明的所述方法中，所述式(II)与(III)化合物的摩尔比为1:1-5，该范围包括了其中的任何子区间范围，如1:1.1-1.9、1:2.1-2.9、1:3.1-3.9、1:4.1-4.9，也包括了其中的任何具体点值，示例性地例如可为1:1.5、1:1.6、1:2、1:2.5、1:3、1:3.5、1:4、1:4.5或1:5。

[0022] 在本发明的所述方法中，所述固体碱催化剂的含义是指由多种金属氧化物复合而成的固体碱，具体而言，所述固体碱催化剂是由La的氧化物、Zr的氧化物、Mg的氧化物复合而成，其中，以金属原子的摩尔比计，Mg、Zr与La的比例为0.5:1:0.1-0.5，非限定性地例如可为0.5:1:0.1、0.5:1:0.2、0.5:1:0.3、0.5:1:0.4或0.5:1:0.5。

[0023] 在本发明的所述方法中，所述固体碱催化剂的质量为(II)与(III)两者质量之和的1-5%，该范围包括了其中的任何子区间范围，如1-4%、2-3%，也包括了其中的任何具体点值，示例性地例如可为(II)与(III)两者质量之和的1%、1.5%、2%、2.5%、3%、3.5%、4%、4.5%或5%。

[0024] 更优选地，除使用上述固体碱催化剂外，还可向反应体系中进一步加入助催化剂，所述助催化剂为聚乙二醇类化合物，例如可为PEG-400 (分子量为400 g/mol)、PEG-600 (分子量为600 g/mol)、PEG-800 (分子量为800 g/mol)、PEG-1000 (分子量为1000 g/mol)或PEG-2000 (分子量为2000 g/mol)等。发明人发现当在上述固体碱催化剂的基础上，进一步加入聚乙二醇类助催化剂时，出人意料地进一步改善了反应进程，例如缩短了反应时间、提高了收率。其中以质量计，助催化剂与固体碱催化剂之比可为1-4:1，如1:1、1.5:1、2:1、2.5:1、3:1、3.5:1或4:1。

[0025] 在本发明的所述方法中，反应时间并无特别的限定，例如可通过液相色谱检测目的产物或原料的残留百分比而确定合适的反应时间，其通常为1-6小时，非限定性地例如为1小时、2小时、3小时、4小时、5小时或6小时。

[0026] 在本发明的所述方法中，反应温度为40-80℃，非限定性地例如可为40℃、45℃、50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃或80℃。

[0027] 在本发明的所述方法中，所述固体碱催化剂的制备可采用常规的催化剂制备方法，如共沉淀法、浸渍法等。

[0028] 本发明通过使用固体碱催化剂，以及优选地进一步加入碱金属氢氧化物，而有效地使式II与III化合物发生反应，得到了芳香酰胺化合物，且具有成本低、收率高、选择性好等诸多优点，具有良好的工业应用前景和经济效益。

具体实施方式

[0029] 下面结合具体实施例对本发明进行详细说明，但这些例举性实施方式并非对本发明的实际保护范围构成任何形式的任何限定。

[0030] 制备例1：Mg-Zr-La固体碱催化剂的制备

[0031] 采用共沉淀-浸渍法进行制备，作为一种示例性制备方法，其制备步骤如下：

[0032] (1) 在室温下，将300 ml浓度为0.05 mol/L的La(NO3)2水溶液、300 ml浓度为0.5 mol/L的ZrOCl2水溶液混合搅拌溶解，控制水浴温度为60℃，向混合液缓慢滴加浓度为
1 mol/L的氨水溶液中，形成沉淀，调节pH至9-10，离心洗涤，抽滤、烘干后于130℃下煅烧
3-5小时，研磨成粉状备用。

[0033] (2) 称取Mg(NO3)2(按照Zr:Mg摩尔比为1:0.5)配成水溶液，加入装有上述干粉的烧杯中，浸渍液液面高于固体1 cm左右，将其放入烘箱中，不断搅拌至水分挥发，混合物呈糊状，于130℃下烘干，取出研磨，于600℃下焙烧，制得Mg-Zr-La固体碱催化剂，其中以金属原子摩尔比计，Mg:Zr:La = 0.5:1:0.1，将其命名为催化剂MZL-1。

[0034] 按照上述方法，固定ZrOCl2的用量和浓度，而通过改变La(NO3)3的浓度，而分别制得了以金属原子摩尔比计，Mg:Zr:La = 0.5:1:0.2和1:0.3的Mg-La固体碱催化剂，分别命名为催化剂MZL-2和MZL-3。

[0035] 实施例1

[0036]

[0037] 在100 ml烧瓶中一次加入20 ml四氢呋喃，10 mmol二乙胺，以及2 mmol对甲基苯甲醛，加热搅拌下加入为两种反应原料总质量3%的催化剂MZL-1，于60℃下搅拌反应2h,反应完毕后冷却至室温，加去离子水洗涤，二氯甲烷萃取，旋蒸，过柱纯化，真空干燥得到目标产物N,N-二乙基-4-甲基苯甲酰胺的白色固体0.24 g。N,N-二乙基-4-甲基苯甲酰胺的产率为62%。

[0038] 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) δ：1.35 (t, 6H)，2.34 (s, 3H)，3.99 (m, 4H)，7.39-7.90 (m, 4H)。

[0039] MS m/z：191.12 (M+1, 100)。

[0040] 实施例2

[0041]

[0042] 在100 ml烧瓶中一次加入30 ml四氢呋喃，15 mmol正丁胺，以及5 mmol2-羟基-3-乙氧基苯甲醛，加热搅拌下加入为两种反应原料总质量4.5%的催化剂MZL-2，于65℃下搅拌反应4.5 h,反应完毕后冷却至室温，加去离子水洗涤、二氯甲烷萃取，旋蒸，过柱纯化，真空干燥得到目标产物N-丁基-2-羟基-3-乙氧基苯甲酰胺的白色固体0.79 g。
N-丁基-2-羟基-3-乙氧基苯甲酰胺的产率为67%。

[0043] 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) δ：0.90 (t, 3H)，1.30 (m, 2H)，1.33 (t, 3H)，1.56 (m, 2H), 3.31 (t, 2H), 4.09 (m, 2H), 5.35 (s, 1H), 7.09-7.41 (m, 3H), 8.03 (s,1H)。

[0044] MS m/z：237.16 (M+1, 100)。

[0045] 实施例3

[0046]

[0047] 在100 ml烧瓶中一次加入15 ml甲苯，8 mmol四氢吡咯，以及5 mmol 3-氟苯甲醛，加热搅拌下加入为两种反应原料总质量2%的催化剂MZL-3，于50℃下搅拌反应4 h,反应完毕后冷却至室温，加去离子水洗涤，二氯甲烷萃取，旋蒸，过柱纯化，真空干燥得到目标产物N-(3-氟甲酰基)四氢吡咯0.59 g。N-(3-氟甲酰基)四氢吡咯的产率为61%。

[0048] 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) δ：1.95 (t, 4H)，3.48 (m, 4H)，7.49-7.8 (m, 4H)。

[0049] MS m/z：193.09 (M+1, 100)。

[0050] 实施例4

[0051]

[0052] 在100 ml烧瓶中一次加入25 ml氯仿，6 mmol N,N-二苯基甲酰胺，以及4 mmol2-呋喃甲醛，加热搅拌下加入为两种反应原料总质量5%的催化剂MZL-2，于45℃下搅拌反应3 h，反应完毕后冷却至室温，加去离子水洗涤、二氯甲烷萃取，旋蒸，过柱纯化，真空干燥得到目标产物N,N-二苯基-2-呋喃甲醛0.68 g。N,N-二苯基-2-呋喃甲醛的产率为65%。

[0053] 1H-NMR (CDCl3, 300 MHz) δ：6.83 (t, 1H)，7.19-7.23 (m, 3H)，7.43-7.47 (m,8H)，8.09 (d, 1H)。

[0054] MS m/z：263.09 (M+1, 100)。

[0055] 实施例5-6

[0056] 分别以实施例1、4的方式进行了实施例5、6，区别之处在于采用叔丁醇钾作为反应的催化剂。具体结果见下表4。

[0057] 表1. 实施例5、6的产品收率和纯度

[0058]

[0059] 实施例7-10

[0060] 分别以实施例1-4的方式进行了实施例7-10，区别之处在于还向反应体系中加入了与固体碱质量比为1.5:1的PEG类助剂(其种类见下表)，以及缩短了达到反应终点时所需的时间。具体结果见下表42。

[0061] 表2. 实施例7-10的产品收率和纯度

[0062]

[0063] 实施例11-14

[0064] 分别以实施例1-4的方式进行了实施例11-14，区别之处在于还向反应体系中加入了与固体碱质量比为4:1的PEG类助剂(其种类见下表)，以及缩短了达到反应终点时所