一种α,β-不饱和酰胺的制备方法
阅读说明：本技术 一种α,β-不饱和酰胺的制备方法 (Preparation method of alpha, beta-unsaturated amide ) 是由 黄子俊 李跃辉 易兵 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明揭示了一种α,β-不饱和酰胺化合物的制备方法,该制备方法包括如下步骤：在反应容器中加入催化剂、炔烃、铵盐及溶剂,通入一氧化碳(CO)并加热反应,反应完成后分离得到产物α,β-不饱和酰胺。本发明使用易于操作的铵盐能有效降低设备要求,所用的铵盐廉价易得,反应过程无需添加配体,有利于节约成本。本制备方法具有优秀的底物实用性,其操作步骤简捷,反应条件温和易控,原料廉价易得,产品收率及产品纯度高,适于大规模工业化生产。(The invention discloses a preparation method of an alpha, beta-unsaturated amide compound, which comprises the following steps: adding a catalyst, alkyne, ammonium salt and a solvent into a reaction vessel, introducing carbon monoxide (CO), heating for reaction, and separating to obtain the product alpha, beta-unsaturated amide after the reaction is finished. The method can effectively reduce the equipment requirement by using the ammonium salt which is easy to operate, the used ammonium salt is cheap and easy to obtain, and a ligand is not required to be added in the reaction process, so that the cost is saved. The preparation method has excellent substrate practicability, simple and direct operation steps, mild and easily-controlled reaction conditions, cheap and easily-obtained raw materials, high product yield and product purity, and is suitable for large-scale industrial production.)
技术领域
本发明属于酰胺类有机化合物合成技术领域，特别涉及一种α,β-不饱和酰胺的制备方法。
背景技术
α,β-不饱和酰胺是一类重要的化学品，被广泛用于化工和精细化学品生产行业，在食品、医药、农药、材料等方面均有重要应用。传统的α,β-不饱和酰胺制备方法：1）基于羧酸衍生物和酰基氯化物对胺的亲核取代；2）在活化试剂存在下羧酸衍生物与胺环化反应得到α,β-不饱和酰胺（R. M. de Figueiredo, J.-S. Suppo, J.-M. Campagne, Chem. Rev.,2016, 116, 12029）。在众多含氮氧化合物的羰基化反应中，胺化羰化反应一直是人们研究重点，该反应以不饱和化合物（例如：烯烃、炔烃等）、一氧化碳、胺为原料，采用“一步法”直接合成α,β-不饱和酰胺化合物。
目前，已报道的过渡金属催化的胺化羰化反应制备α,β-不饱和酰胺化合物需要用到贵金属、昂贵复杂的配体、氧化剂、刺激性恶臭气味氨气或者有机胺（S. Zhang, H.Neumann, M. Beller. Synthesis of α,β-unsaturated carbonyl compounds bycarbonylation reactions. Chem. Soc. Rev., 2020, 49, 3187）。这些因素使得胺化羰化反应增加了反应成本，不利于工业化生产；同时，还存在增加后续“三废”处理费用、设备折旧率过高等缺陷，这些缺陷势必会给工业应用带来不良的影响。
比如专利号为CN103232357A的中国发明专利公开了一种α,β-不饱和酰胺的方法，该方法所采用铁盐作为催化剂，使用氧化剂，以肉桂酸类化合物与甲酰胺类化合物为反应物合成α,β-不饱和酰胺。该方法使用了氧化剂增加了制备成本，且反应底物范围有限，不利于应用。
因此，需要开发一种新型的使用廉价催化剂、原料廉价易得、产物收率高、反应过程简单、安全、环保、底物普适性好的合成 α,β-不饱和酰胺制备方法很有必要。
发明内容
本发明的目的在于丰富α,β-不饱和酰胺的制备方法，提出一种新型的由炔烃制备α,β-不饱和酰胺的制备方法，该制备方法的反应体系原料廉价易得，使用廉价过渡金属催化剂，反应过程无需添加配体。
为了实现上述目的，本发明所提供的技术方案如下：
一种α,β-不饱和酰胺的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：在反应容器中加入催化剂、炔烃、铵盐及溶剂，通入CO并加热反应，反应完成后分离得到α,β-不饱和酰胺，其中所述铵盐是由铵离子和酸根离子构成的离子化合物。
进一步地，所述炔烃碳原子数为2至30的整数，且所述炔烃包括末端炔烃或者内炔烃中的一种。
进一步地，所述过渡金属催化剂是选自FeCl3、FeCl2、Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3CO12、Fe、NiCl2、Ni(COD)2、Ni、CoCl2、Co2(CO)8、Cr(CO)6、Mo(CO)6、W(CO)6、RuCl3、Ru3CO12、ZnCl2、Zn、MnCl2、Mn、Mn2(CO)10中的一种或多种。
优选地，所述过渡金属催化剂是选自Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3CO12、CoCl2、Co2(CO)8、Mo(CO)6、W(CO)6、Ru3CO12、Mn2(CO)10、Fe、Ni、Zn、Mn中的一种或多种。
进一步地，所述反应无需配体。
进一步地，所述铵盐是选自NH4Cl、NH4F、NH4Br、NH4I、NH4OAc、NH4PF6、NH4HCO3、(NH4)2CO3、HCOONH4中的一种或多种。
进一步地，一氧化碳为反应原料。
进一步地，所述反应溶剂是选自四氢呋喃、1,4-二氧六环、甲苯、乙腈、1,2-二氯乙烷、N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种。
进一步地，所述铵盐的用量为炔烃用量的1~50摩尔当量。
进一步地，所述炔烃与过渡金属催化剂的摩尔比为1：（0.001-0.5）。
进一步地，所述反应温度为60-160℃。
优选地，所述反应温度为100-160℃。
进一步地，所述反应容器中CO的压力为1-60 bar。
优选地，所述反应容器中CO的压力为10-40 bar。
进一步地，所述反应时间为1-48 h。
优选地，所述反应时间为12-30 h。
进一步地，所述反应产物为直链型α,β-不饱和酰胺。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：
1．本发明使用廉价过度金属作为催化剂体系催化炔烃与铵盐进行胺化羰化反应制备α,β-不饱和酰胺，反应无需配体，反应条件温和，活性较高，时间短，收率高。
2. 本发明公开的方法与现有技术相比，使用催化剂的量少，将多步反应缩短为一步反应，处理简单，有利于产物的纯化，更重要的是避免了易挥发有刺激性恶臭气味的氨气或有机胺的使用。
3. 本发明公开的催化剂体系对多种类型的炔烃具有普适性。
4．本发明使用的原料来源广泛，廉价易得，反应过程简单可控，适于大规模工业化生产。
具体实施方式
本发明要求保护一种α,β-不饱和酰胺的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：在氮气氛围下，在反应容器中加入催化剂、炔烃、铵盐及溶剂，CO的压力为1-60 bar，加热至60-160 ℃，反应1~48 h，反应完成后，在室温下缓慢释放反应容器的压力。反应液中的产物通过分离得到α,β-不饱和酰胺，表征确定产率，或者通过内标法和气相色谱的方法确定产率。
该反应的反应通式如下：
以下实施例1-10是制备有机羧酸的具体实施例，体现如下：
实施例1
在氮气氛围下，将Co2(CO)8（0.01 mmol, 3.4 mg）, NH4Cl（3 mmol, 160 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入四氢呋喃（2 mL）， 苯乙炔（1 mmol, 102 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至35 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到140摄氏度的金属模块中，搅拌24小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（126mg），收率为86%。其核磁数据为 ：1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.64 (d, J = 15.7 Hz,1H), 7.51 – 7.42 (m, 2H), 7.39 – 7.35 (m, 3H), 6.47 (d, J = 15.7 Hz, 1H),5.89 (br, 2H). 13C NMR (100 MHz, CDCl3) δ 168.1, 142.5, 134.5, 130.0, 128.9,127.9, 119.6。
实施例2
在氮气氛围下，将Fe3(CO)12（0.01 mmol, 5 mg），NH4HCO3 （5 mmol, 400 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入四氢呋喃（2 mL），3-氯苯乙炔（1 mmol, 136 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至30 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到140摄氏度的金属模块中，搅拌18小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（146 mg），收率为81 %。其核磁数据为 ：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.63 (s, 1H),7.53 (d, J = 7.2 Hz, 2H), 7.43 (s, 2H), 7.39 (s, 1H), 7.19 (s, 1H), 6.70 –6.66 (m, 1H). 13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 166.8, 138.0, 137.7, 134.1, 131.2,129.5, 127.6, 126.5, 124.6。
实施例3
在氮气氛围下，将FeCl2（0.02 mmol, 2.6 mg）， NH4HCO3（3 mmol, 240 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入1,4-二氧六环（2 mL），4-氰基苯乙炔（1 mmol, 127mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至30 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到130摄氏度的金属模块中，搅拌18小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。使用十二烷作为内标，通过气相色谱的工作曲线确定其产率为58 %。
实施例4
在氮气氛围下，将ZnCl2（0.02 mmol, 2.7 mg），HCOONH4（3 mmol, 189 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入四氢呋喃（2 mL），2-甲氧基苯乙炔（1 mmol, 132 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至25 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到130摄氏度的金属模块中，搅拌24小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（155.8 mg），收率为88 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.67 (d, J =16.0 Hz, 1H), 7.51 (d, J = 7.0 Hz, 2H), 7.35 (t, J = 7.7 Hz, 1H), 7.06 (d, J= 8.0 Hz, 2H), 6.97 (t, J = 7.4 Hz, 1H), 6.63 (d, J = 16.0 Hz, 1H), 3.85 (s,3H). 13C NMR (100 MHz, DMSO) δ 167.0, 157.5, 134.2, 130.7, 127.7, 123.3,122.6, 120.6, 111.7, 55.5, 40.1。
实施例5
在氮气氛围下，将Ni(COD)2（0.01 mmol, 2.8 mg），NH4OAc（6 mmol, 462 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入N,N-二甲基甲酰胺（2 mL）, 2-氟苯乙炔（1 mmol,120 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至25 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到120摄氏度的金属模块中，搅拌25小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（138.6 mg），收率为84 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, CDCl3) δ 7.65(d, J = 15.9 Hz, 1H), 7.43 (t, J = 7.5 Hz, 1H), 7.26 (dd, J = 13.1, 6.3 Hz,1H), 7.05 (dt, J = 19.2, 8.1 Hz, 2H), 6.53 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 5.76 (br,2H). 13C NMR (101 MHz, CDCl3) δ 168.0, 162.8, 135.6, 131.4, 131.4, 129.89,124.6, 124.5, 122.7, 116.4, 116.2。
实施例6
在氮气氛围下，将Co2(CO)8（0.01 mmol, 3.4 mg），HCOONH4（3 mmol, 189 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入甲苯（2 mL），4-叔丁基苯乙炔（1 mmol, 158 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至35 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到140摄氏度的金属模块中，搅拌18小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（182.7 mg），收率为90 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.65 – 7.32 (m,6H), 7.08 (s, 1H), 6.59 – 6.55 (m, 1H), 1.27 (s, 10H). 13C NMR (100 MHz, DMSO)δ 166.8, 152.2, 139.0, 132.1, 127.3, 125.6, 121.4 34.4, 30.9。
实施例7
在氮气氛围下，将Mn2(CO)10（0.01 mmol, 3.9 mg），NH4OAc（6 mmol, 462 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入1,2二氯乙烷（2 mL）, 4-甲酸甲酯苯乙炔（1 mmol,160.2 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至25 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到130摄氏度的金属模块中，搅拌30小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（166 mg），收率为81 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.97(d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.69 (d, J = 8.2 Hz, 2H), 7.61 (s, 1H), 7.47 (d, J =15.9 Hz, 1H), 7.21 (s, 1H), 6.74 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 3.86 (s, 3H).13C NMR(100 MHz, DMSO) δ 166.2, 165.8, 139.5, 137.8, 129.9, 129.7, 127.7, 125.0,52.1。
实施例8
在氮气氛围下，将Fe3(CO)12（0.01 mmol, 5 mg），NH4F（5 mmol, 185 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入甲苯（2 mL）， 4-(三氟甲基)苯乙炔（1 mmol, 170 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至25 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到110摄氏度的金属模块中，搅拌25小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（169.8 mg），收率为79 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.85 – 7.70 (m,4H), 7.62 (s, 1H), 7.49 (d, J = 15.9 Hz, 1H), 7.22 (s, 1H), 6.74 (d, J = 15.9Hz, 1H). 13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 166.2, 138.9, 137.4, 129.3, 129.0, 128.1,125.6 (t, J = 16.0 Hz), 125.2.
实施例9
在氮气氛围下，将Ru3(CO)12（0.01 mmol, 6.4 mg），NH4HCO3（3 mmol, 240 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入1,4-二氧六环（2 mL），二苯基乙炔（1 mmol, 178mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至25 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到140摄氏度的金属模块中，搅拌25小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。反应结束后蒸馏除去溶剂，浓缩后通过简单的柱层析（洗脱剂使用石油醚（60~90℃）与乙酸乙酯的混合溶剂）即可得到产物（102.6 mg），收率为46 %。其核磁数据为：1H NMR (400 MHz, DMSO) δ 7.48 –7.33 (m, 4H), 7.30 –7.26 (m, 1H), 7.20 – 7.15 (m, 5H), 7.03 – 6.94 (m, 2H),6.86 (s, 1H). 13C NMR (101 MHz, DMSO) δ 169.0, 136.7, 136.6, 135.0, 133.9,129.6, 129.3, 128.8, 128.2, 128.1, 127.8。
实施例10
在氮气氛围下，将Fe2(CO)9（0.01 mmol, 3.6 mg），(NH4)2CO3（2 mmol, 192 mg）和磁子加入到5 mL的玻璃管中。 随后加入甲苯（2 mL），1-辛炔（1 mmol, 110 mg）。将反应管放至反应釜中，密封反应釜，移除反应釜内空气并用一氧化碳清洗三次，最后加压一氧化碳至35 bar。添加完毕后，将反应釜置于事先预热到140摄氏度的金属模块中，搅拌24小时。待反应完毕，将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。将反应体系冷却至室温并缓慢释放压力。使用十二烷作为内标，通过气相色谱的工作曲线确定其产率为55%。
需要指出的是，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
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