阅读说明：本技术 一种芳香类硝基化合物还原成芳香胺类化合物的方法 (Method for reducing aromatic nitro compound into aromatic amine compound ) 是由 王超 刘宇轩 李昌志 肖建良 张涛 薛东 汤卫军 于 2019-12-05 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种芳香类硝基化合物还原成芳香胺类化合物的方法,在惰性或空气氛围下,以水为溶剂,异丙醇作为氢源,磷酸钾或碳酸钠作为碱,在铑催化剂的作用下,将芳香类硝基化合物在110～130℃反应,得到芳香胺类化合物。本发明操作简单,绿色环保,减少环境污染,反应产率高,可以放大到克级规模制备胺类化合物,催化剂活性高且可循环利用,工业化生产成本低。(The invention discloses a method for reducing aromatic nitro compounds into aromatic amine compounds, which comprises the step of reacting the aromatic nitro compounds at 110-130 ℃ under the action of a rhodium catalyst in an inert or air atmosphere by using water as a solvent, isopropanol as a hydrogen source and potassium phosphate or sodium carbonate as an alkali. The method has the advantages of simple operation, environmental protection, environmental pollution reduction, high reaction yield, high catalyst activity, cyclic utilization and low industrial production cost, and can be used for preparing the amine compound on a gram-scale.)

一种芳香类硝基化合物还原成芳香胺类化合物的方法

技术领域

本发明属于硝基还原技术领域，具体涉及一种芳香类硝基化合物还原成芳香胺类化合物的方法。

背景技术

芳香胺类化合物是染料合成，化妆品，橡胶化学品，制药和农用化学品的重要的中间体。芳香胺类化合物主要是通过芳香硝基类化合物还原得到的。关于芳香类硝基化合物还原的体系比较多，主要有：(1)传统的Fe/HCl或者Sn/HCl体系可得到硝基还原为氨基的产物。(2)Matthias Beller教授课题组(J.Am.Chem.Soc.2011,133,12875–12879)2011年报道了以Fe(BF₄)₂·6H₂O作为催化剂，[P(CH₂CH₂PPh₂)₃作为磷配体，甲酸作为氢源，在40℃、乙醇作为溶剂的条件下，可得到硝基还原为氨基的产物。(3)S.Doherty课题组(Catal.Sci.Technol.,2018,8,1454–1467)在2018年报道了以[email protected]₂-PEGPIILP作为催化剂，在氢气(70psi)或者硼氢化钠作为氢源下，水作为溶剂，可得到硝基还原为氨基的产物。(4)C.Oliver Kappe课题组(Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,10190-10193)在2012年报道了以Fe(acac)₃作为催化剂，在N₂H₄·H₂O作为氢源下，甲醇作为溶剂，可得到硝基还原为氨基的产物。(5)Shouheng Sun课题组(ACS Catal.2014,4,1777-1782)在2014年报道了以NiPd NPs作为催化剂，在NH₃·BH₃作为氢源下，乙醇和水作为溶剂，可得到硝基还原为氨基的产物。(6)Sabuj Kundu课题组(RSC Adv.,2016,6,100532–100545)在2016年报道了以[RuCl₂(p-cymene)]₂作为催化剂，在110℃，异丙醇作为氢源的条件下，可得到硝基还原为氨基的产物。综上所述，已报到的还原硝基的体系中有以下缺点：Fe/HCl或者Sn/HCl体系产生很多废物，后处理麻烦；有的体系需要高压的氢气，不好操作；有的体系需要使用甲酸放出温室气体二氧化碳；有的体系使用比较贵的水合肼或NH₃·BH₃作为氢源；而当以廉价的异丙醇作为氢源时(RSC Adv.,2016,6,100532-100545；Inorg.Chem.,2007,46,5779-5786；Catal.Sci.Technol.,2013,3,3200-3206；New J.Chem.,2015,39,5360-5365；Chem.Eur.J.2011,17,14375-14379)，催化剂活性不高(0.25mmol％-1mmol％)，而且均相体系无法回收利用催化剂。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述方法存在的缺点，提供一种水作溶剂，异丙醇作为氢源，在催化剂存在的条件下还原芳香类硝基化合物中的硝基合成芳香胺类化合物的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：在惰性或空气氛围下，以水为溶剂，异丙醇作为氢源，磷酸钾或碳酸钠作为碱，在铑催化剂的作用下，将式I所示芳香类硝基化合物在110～130℃反应，得到式II所示芳香胺类化合物；

式中R代表H或连在硝基邻、间、对任意一个位置或任意两个位置的C₁～C₄烷基、C₁～C₃烷氧基、甲硫基、氨基、羟基、哌嗪基、氰基中任意一种或两种。

上述的铑催化剂的结构式如下所示：

式中R¹代表4-甲氧基苯基(催化剂1a)、2,4,6-三甲氧基苯基(催化剂1b)、苯基(催化剂1c)、4-三氟甲基苯基(催化剂1d)、2-萘基(催化剂1e)、9-蒽基(催化剂1f)、H(催化剂1g)、氨基(催化剂1h)、羟基(催化剂1i)、羧基(催化剂1j)中任意一种，优选4-甲氧基苯基或羟基。

上述方法中，所述铑催化剂的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的0.25％～2％，优选铑催化剂的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的0.5％～1％。

上述方法中，所述异丙醇的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的15～30倍，优选异丙醇的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的20～25倍。

上述方法中，所述磷酸钾或碳酸钠的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的5％～100％，优选磷酸钾或碳酸钠的加入量为芳香类硝基化合物摩尔量的10％～30％。

本发明的有益效果如下：

本发明采用由芳香硝基类化合物作为底物，异丙醇作为氢源，水作为溶剂，与现有方法相比，操作简单，绿色环保，减少环境污染，反应产率高，可以放大到克级规模制备胺类化合物，催化剂活性高且可循环利用，工业化生产成本低。

具体实施方式

下面结合实例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

在氩气保护下，将123mg(1mmol)硝基苯、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、1.37mg(0.0025mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应10分钟后，经气相色谱检测苯胺的收率为85％；继续在120℃下搅拌反应至3小时(经气相色谱检测苯胺的收率为96％)，冷却至室温，用***萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去***，得到苯胺，其产率为82％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.21-7.16(m,2H),6.81-6.77(m,1H),6.72-6.70(m,2H),3.54(s,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):146.4,129.2,118.4,115.0；MS(EI)C₆H₇N[M]⁺:93。

实施例2

在氩气保护下，将153mg(1mmol)4-硝基甲硫醚、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、5.48mg(0.01mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应24小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到4-甲氧基苯胺，其产率为97％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.75(d,J＝8.8Hz,2H),6.65(d,J＝9.2Hz,2H),3.75(s,3H),3.41(s,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):152.8,140.1,116.4,114.9,55.7；MS(EI)C₇H₉NO[M]⁺:123。

实施例3

在氩气保护下，将169mg(1mmol)4-硝基茴香硫醚、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、9.73mg(0.02mmol)催化剂1j、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应24小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到4-氨基茴香硫醚，其产率为95％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.18(d,J＝8.4Hz,2H),6.63(d,J＝8.4Hz,2H),3.66(s,2H),2.41(s,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):145.1,130.9,125.5,115.7,18.6；MS(EI)C₇H₉NS[M]⁺:139。

实施例4

在氩气保护下，将138mg(1mmol)3-硝基苯胺、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、4.86mg(0.01mmol)催化剂1j、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应24小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到1,3-二苯胺，其产率为90％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):6.94(t,J＝8.0Hz,1H),6.12(dd,J＝7.6,2.0Hz,1H),6.04(t,J＝2.0Hz,1H),3.56(s,4H)；¹³CNMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):147.6,130.1,105.9,102.1；MS(EI)C₆H₈N₂[M]⁺:108。

实施例5

在氩气保护下，将139mg(1mmol)2-硝基苯酚、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、5.48mg(0.01mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应48小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到2-羟基苯胺，其产率为87％，表征数据为：¹H NMR(CD₃OD,400MHz)δ(ppm):6.73(dd,J＝7.6,1.6Hz,1H),6.68(dd,J＝7.6,1.6Hz,1H),6.63(td,J＝7.6,1.6Hz,1H),6.57(td,J＝7.6,1.6Hz,1H)；¹³C NMR(CD₃OD,100MHz)δ(ppm):146.5,135.9,121.0,120.3,117.5,115.6；MS(EI)C₇H₉N[M]⁺:109。

实施例6

在氩气保护下，将151mg(1mmol)4-硝基乙苯、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、1.37mg(0.0025mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应24小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到4-乙基苯胺，其产率为94％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.01(d,J＝8.0Hz,2H),6.64(d,J＝8.4Hz,2H),3.55(s,2H),2.56(d,J＝7.6Hz,2H),1.20(d,J＝7.6Hz,3H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):144.1,134.3,128.5,115.2,27.9,15.9；MS(EI)C₈H₁₁N[M]⁺:121。

实施例7

在氩气保护下，将207mg(1mmol)4-哌嗪-1-硝基苯、106mg(1mmol)碳酸钠、1.37mg(0.0025mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应48小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到4-哌嗪-1-苯胺，其产率为78％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):6.81(d,J＝8.8Hz,2H),6.65(d,J＝8.8Hz,2H),3.02(d,J＝5.2Hz,4H),3.00(d,J＝5.6Hz,4H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):145.2,140.3,118.8,116.3,52.2,46.3；HRMS(ESI)理论值C₁₀H₁₆N₃[M+H]⁺178.1339,实测值178.1333。

实施例8

在氩气保护下，将151mg(1mmol)2,6-二甲基硝基苯、21.2mg(0.1mmol)磷酸钾、5.48mg(0.01mmol)催化剂1a、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应24小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到2,6-二甲基苯胺，其产率为99％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):6.95(d,J＝7.6Hz,2H),6.65(t,J＝7.6Hz,1H),3.58(s,2H),2.19(s,6H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):142.8,128.3,121.7,118.0,17.6；MS(EI)C₈H₁₁N[M]⁺:121。

实施例9

在氩气保护下，将148mg(1mmol)4-硝基苯甲腈、106mg(1mmol)碳酸钠、4.86mg(0.01mmol)催化剂1j、1.53mL(20mmol)异丙醇、1mL水加入厚壁耐压管中，120℃搅拌反应48小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(5×3mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，以石油醚与乙酸乙酯的体积比为10:1的混合液为淋洗剂，快速柱层析分离，得到4-氨基苯甲腈，其产率为24％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.41(dd,J＝6.4,2.0Hz,2H),6.64(dd,J＝6.8,2.0Hz,2H),4.10(s,2H)；¹³C NMR(CDCl₃,100MHz)δ(ppm):150.7,133.8,120.3,114.5,99.8；MS(EI)C₇H₆N₂[M]⁺:118。

实施例10

在氩气保护下，将20.30g(165mmol)硝基苯、3.50g(16.5mmol)磷酸钾、200.68mg(0.4125mmol)催化剂1j、198g(3300mmol)异丙醇、100mL水加入1000mL圆底烧瓶中，120℃搅拌反应8小时，冷却至室温，用***萃取(3×150mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去***，得到苯胺，其产率为80％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):7.19-7.14(m,2H),6.77(dt,J＝7.2,1.2Hz,12H),6.71-6.68(m,2H),3.64(s,2H)；MS(EI)C₆H₇N[M]⁺:93。

实施例11

在氩气保护下，将20.39g(135mmol)2,6-二甲基硝基苯、2.86g(13.5mmol)磷酸钾、328.38mg(0.675mmol)催化剂1j、162g(2700mmol)异丙醇、100mL水加入1000mL圆底烧瓶中，120℃搅拌反应120小时，冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(3×150mL)，有机相用无水硫酸钠干燥，减压蒸馏除去乙酸乙酯，得到2,6-二甲基苯胺，其产率为98％，表征数据为：¹H NMR(CDCl₃,400MHz)δ(ppm):6.95(d,J＝7.6Hz,2H),6.65(t,J＝7.2Hz,1H),3.58(s,2H),2.19(s,6H)；MS(EI)C₈H₁₁N[M]⁺:121。