一种催化氧化杂环芳香伯醇制备杂环芳香醛的方法

摘要

本发明提供了一种催化氧化杂环芳香伯醇制备相应杂环芳香醛的方法。该方法以硝酸钒酰为催化剂，以空气为氧化剂，在常压条件下将杂环芳香伯醇高选择性的氧化成杂环芳香醛。该方法氧化收率高，副产物为水，绿色经济环保；反应条件温和，操作简单。所述催化体系使用空气为氧化剂，以非贵金属为催化剂，反应条件温和，氧化效率高，绿色经济，能够将杂环芳香伯醇高效催化选择氧化成相应杂环芳香醛。与贵金属催化体系及含氮氧自由基的催化体系相比，所述催化体系氧化反应成本低廉，具有很高的应用价值。

权利要求

1.一种催化氧化杂环芳香伯醇制备杂环芳香醛的方法，其特征在于，步骤如下：将杂环芳香伯醇、催化剂、氧化剂与溶剂混合，在常压下，反应温度为20-120℃，反应时间为1-30小时，得到相应的杂环芳香醛；

所述的杂环芳香伯醇为含取代基的吡啶甲醇、哌嗪甲醇或噻吩甲醇：R1、R2、R3和R4为氢、烷基、苯基、-F、-Cl、-Br、-NO2、甲氧基、乙氧基、氨基或乙酰氨基，R1、R2、R3和R4相同或不同；

所述催化剂为硝酸钒酰，硝酸钒酰的用量为杂环芳香伯醇的0.5-20mol％；

所述的氧化剂为空气或氧气；

所述的溶剂用量为杂环芳香伯醇的50-300wt％。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，杂环上含取代基的杂环芳香伯醇分子中，取代基位置是邻位、间位、对位中的一种或两种以上，取代基种类是一种或两种以上，取代基的个数是一个或两个以上。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述催化剂的用量为杂环芳香伯醇的

1-10mol％。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为乙腈、丙腈、异丁腈、戊腈、二乙胺、三乙胺中的一种或两种以上混合。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的溶剂为乙腈、丙腈、异丁腈、戊腈、二乙胺、三乙胺中的一种或两种以上混合。

说明书

一种催化氧化杂环芳香伯醇制备杂环芳香醛的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及到一种制备杂环芳香醛的方法。具体涉及到一种以分子氧为氧源催化选择氧化杂环芳香伯醇制备相应杂环芳香醛的方法。

背景技术

[0002] 杂环芳香醛类化合物是一类重要的有机化工中间体，在精细化工行业具有重要的应用。例如2-吡啶甲醛可作为合成抗HIV蛋白酶抑制剂的原料，3-噻吩甲醛作为重要的医药中间体用于合成杀菌剂、雄性激素抑制剂、除草剂、除莠剂、植物生长调节剂等。选择氧化杂环芳香醇是制备相应的杂环芳香醛类化合物的重要方法。传统使用化学计量氧化剂的方法，如例如Sarrett试剂、Jones试剂、活性二氧化锰、Dess-Martin试剂等，虽然能够高收率的实现杂环芳香醇氧化转化相应的杂环芳香醛，但氧化过程会产生有害废渣，污染环境。使用氧气为氧化剂时，氧化过程生成的副产物仅为水，绿色环保(Green Chem.,2012,14,547–564)，开发使用氧气为氧源的高效催化氧化体系具有重要的应用价值和前景。但是吡啶、哌嗪、噻吩含有N、S杂原子，其强的络合作用易使金属催化剂失活，杂环芳香化合物选择氧化非常具有挑战性。例如基于贵金属Ru的催化体系能够高效催化氧化不含杂原子的苄醇、脂肪醇类化合物，但遇到含N、S的杂环化合物容易失活，其实用性受到很大的限制(J.Am.Chem.Soc.2001,123,6826-6833)；以氮氧自由基作为关键组分的催化体系表现出较高的催化活性，其中以2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧自由基为代表。例如中国专利CN1796349A，CN1789225A分别报道了NaNO2/Br2/TEMPO，NaNO2/HCl/TEMPO这类催化体系都用到TEMPO，但TEMPO类化合物价格昂贵。开发一种使用空气作为氧化剂，并且不使用贵金属，能够在低温、常压条件下高效催化氧化杂环芳香伯醇制备相应的杂环芳香醛的新技术，具有重要的意义和应用背景。

发明内容

[0003] 本发明的目的在于提供一种以分子氧为氧源催化选择氧化杂环芳香伯醇制备相应杂环芳香醛的方法，此方法的氧化剂为空气或氧气，催化剂廉价易得，催化活性高，反应条件温和，副产物少。

[0004] 一种催化氧化杂环芳香伯醇制备杂环芳香醛的方法，步骤如下：

[0005] 将杂环芳香伯醇、催化剂、氧化剂与溶剂混合，在常压下，反应温度为20-120℃，反应时间为1-30小时，得到相应的杂环芳香醛；

[0006] 所述的杂环芳香伯醇为含取代基的吡啶甲醇、哌嗪甲醇或噻吩甲醇：

[0007]

[0008] R1、R2、R3和R4为氢、烷基、苯基、-F、-Cl、-Br、-NO2、甲氧基、乙氧基、氨基或乙酰氨基，R1、R2、R3和R4相同或不同；

[0009] 杂环上含取代基的杂环芳香伯醇分子中，取代基位置是邻位、间位、对位中的一种或两种以上，取代基种类是一种或两种以上，取代基的个数是一个或两个以上。

[0010] 所述催化剂为硝酸钒酰，硝酸钒酰的用量为杂环芳香伯醇的0.5-20mol％，优选1-10mol％；催化剂用量增大时，完全转化时间缩短，但是成本提高。

[0011] 所述的氧化剂为空气或氧气；

[0012] 所述的溶剂为乙腈、丙腈、异丁腈、戊腈、二乙胺、三乙胺中的一种或两种以上混合，所述的溶剂用量为杂环芳香伯醇的50-300wt％。

[0013] 本发明的有益效果：所述催化体系使用空气为氧化剂，以非贵金属为催化剂，反应条件温和，氧化效率高，绿色经济，能够将杂环芳香伯醇高效催化选择氧化成相应杂环芳香醛。与贵金属催化体系及含氮氧自由基的催化体系相比，所述催化体系氧化反应成本低廉，具有很高的应用价值。

具体实施方式

[0014] 以下结合技术方案进一步说明本发明的具体实施方式。

[0015] 实施例1

[0016] 将1.09g 4-吡啶甲醇，2mol％硝酸钒酰(相对于底物4-吡啶甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL异丁腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持2h，，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，4-吡啶甲醇的转化率96.5％，4-吡啶甲醛的选择性大于99％。

[0017] 实施例2

[0018] 将10g 4-吡啶甲醇，1mol％硝酸钒酰(相对于底物4-吡啶甲醇)，加入到250mL反应管中，加入20mL异丁腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至100℃，并保持30h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，4-吡啶甲醇的转化率99.2％，4-吡啶甲醛的选择性大于99％。

[0019] 实施例3

[0020] 将1.14g 2-噻吩甲醇，0.5mol％硝酸钒酰(相对于底物2-噻吩甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL乙腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持30h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，2-噻吩甲醇的转化率98.5％，2-噻吩甲醛的选择性大于99％。

[0021] 实施例4

[0022] 将1.44g 3-氯-2-吡嗪甲醇，2mol％硝酸钒酰(相对于底物3-氯-2-吡嗪甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL乙腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至40℃，并保持10h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，3-氯-2-吡嗪甲醇的转化率
96.1％，3-氯-2-吡嗪甲醛的选择性大于99％。

[0023] 实施例5

[0024] 将1.88g 3-溴吡啶-5-甲醇，5mol％硝酸钒酰(相对于底物3-溴吡啶-5-甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL三乙胺，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至90℃，并保持5h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，3-溴吡啶-5-甲醇的转化率
99.8％，3-溴吡啶-5-甲醛的选择性大于99％。

[0025] 实施例6

[0026] 将1.88g 3-溴吡啶-5-甲醇，5mol％硝酸钒酰(相对于底物3-溴吡啶-5-甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL乙腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持8h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，3-溴吡啶-5-甲醇的转化率99.3％，3-溴吡啶-5-甲醛的选择性大于99％。

[0027] 实施例7

[0028] 将1.09g 2-吡啶甲醇，1mol％硝酸钒酰(相对于2-吡啶甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL乙腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持6h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，2-吡啶甲醇的转化率98.2％，2-吡啶甲醛的选择性大于99％。

[0029] 实施例8

[0030] 将1.09g 3-吡啶甲醇，1mol％硝酸钒酰(相对于3-吡啶甲醇)，加入到50mL反应管中，加入10mL异丁腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至100℃，并保持10h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，3-吡啶甲醇的转化率99.0％，3-吡啶甲醛的选择性大于99％。

[0031] 实施例9

[0032] 将1.23g5-甲基吡啶-2-甲醇，2mol％硝酸钒酰(相对于5-甲基吡啶-2-甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL二乙胺，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至50℃，并保持6h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，5-甲基吡啶-2-甲醇的转化率95.2％，5-甲基吡啶-2-甲醛的选择性大于99％。

[0033] 实施例10

[0034] 将1.38g 2-甲氨基-3-吡啶甲醇，5mol％硝酸钒酰(相对于2-甲氨基-3-吡啶甲醇)，加入到50mL反应管中，加入10mL三乙胺，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持5h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，2-甲氨基-3-吡啶甲醇的转化率97.2％，2-甲氨基-3-吡啶甲醛的选择性大于99％。

[0035] 实施例11

[0036] 将1.82g 3,5-二甲基-4-硝基吡啶-2-甲醇，5mol％硝酸钒酰(相对于3,5-二甲基-4-硝基吡啶-2-甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL乙腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至80℃，并保持6h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，3,5-二甲基-4-硝基吡啶-2-甲醇的转化率98.9％，3,5-二甲基-4-硝基吡啶-2-甲醛的选择性大于
99％。

[0037] 实施例12

[0038] 将1.67g 4-甲氧基-3,5-二甲基-2-吡啶甲醇，5mol％硝酸钒酰(相对于4-甲氧基-3,5-二甲基-2-吡啶甲醇)，加入到50mL反应管中，加入5mL异丁腈，充入空气球，关毕反应管，搅拌下升温至100℃，并保持6h，待反应结束，冷却至室温。取样使用气相色谱进行分析，
4-甲氧基-3,5-二甲基-2-吡啶甲醇的转化率99.5％，4-甲氧基-3,5-二甲基-2-吡啶甲醛的选择性大于99％。