碳二亚胺胺化合成用催化剂、合成方法及所得胍基化合物
阅读说明：本技术 碳二亚胺胺化合成用催化剂、合成方法及所得胍基化合物 (Catalyst for carbodiimide amination synthesis, synthesis method and obtained guanidyl compound ) 是由 马小莉 孙晨光 于 2021-07-27 设计创作，主要内容包括：本发明公开了碳二亚胺胺化合成用催化剂、合成方法及所得胍基化合物,所述催化剂为三乙基硼氢化锂。本发明所述催化剂具有廉价易得、低毒绿色等特点,所述合成方法可得到高纯度的胍基化合物,其过程简单、产率高、原子经济性高、能量消耗低。(The invention discloses a catalyst for carbodiimide amination synthesis, a synthesis method and an obtained guanidino compound, wherein the catalyst is lithium triethylborohydride. The catalyst has the characteristics of low price, easy obtaining, low toxicity, greenness and the like, the synthesis method can obtain the high-purity guanidyl compound, and the method has the advantages of simple process, high yield, high atom economy and low energy consumption.)
技术领域
本发明涉及胍基化合物合成的
技术领域
。背景技术
胍是一类具有重要生理活性的化合物，含有胍基的分子多表现出如抗菌、抗病毒、酶抑制剂等生理活性，它的骨架广泛存在于药物和天然产物中。胍及其衍生物还是一类重要的辅助配体，被广泛用于合成包括主族金属、过渡金属和稀土金属在内的金属有机化合物。胍类化合物作为催化剂也已经被广泛应用于有机合成中，比如它们可以高效地催化Streckers反应、硅烷化反应、Henry反应、Michael加成、酯的合成反应等，在催化过程中，胍类化合物表现出可以缓和反应条件、简化反应过程等优点。因此，胍具有很大的工业价值，对其的合成研究己经受到广泛的关注。
现有技术中，胍类化合物的合成研究如：
2021年，Lukas Lohmeyer合成了具有氧化还原活性胍配体和acac共配体的八面体配位钴(II)配合物，这种胍配体氧化时氢键强度的增加触发了氧化还原诱导的电子转移(RIET)，而在与具有完全烷基化胍基的胍配体的复合物中不存在这种情况。因此，单阳离子Co III的单电子氧化与中性胍配体的配合物导致胍配体的金属还原和双电子氧化，产生具有双阳离子胍配体单元的Co II配合物。这项研究的结果证明了通过引入分子内氢键相互作用来改变氧化还原过程的结果和启动分子内电子转移(IET)的可能性。
中国专利申请CN 110746325A中公开了一种基于胍骨架的η型掺杂化合物，以1.2当量胍化合物(CyNH)2C＝N-Ar(-Ar是取代或未取代的芳香基)与1当量的CH3OCOOCOOCH3在甲醇钠的催化下反应24小时得到胍骨架的η型掺杂化合物，利用30纳米的的Alq3/胍骨架η型掺杂化合物(60:40)作为电子传输层，蒸镀到透明阳极电极ITO基板上，其通过胍骨架的分子结构设计，可使该类掺杂剂不仅具有高效的导电性，同时作为电子传输层的掺杂剂使用时能够具备良好的热稳定性。从测试结果可以看出，增加n型掺杂剂之后，有机电致发光器件的电流效率明显提高，而且驱动电压也略微下降，色坐标基本不变。
2017年，Maryam Nazari通过苯磺酰氯和芳香胍的三组分分子内C-H活化反应，由铜催化下一锅合成各种苯并噻二嗪1,1-二氧化物衍生物，在温和的条件下和易于纯化的高产率使该反应成为合成各种苯并噻二嗪1,1-二氧化物衍生物的合适方法。
相对于上述现有合成方法，通过胺与碳化二亚胺的加成反应直接制备胍是一条更符合绿色化学要求的、高度原子经济性的路线，但其对催化剂的要求较高，如在近期的研究工作中，Bei Zhao等合成了一系列双酰胺三价稀土金属配合物，其中，带有不同基团的双酰胺基稀土金属配合物对转化的影响不同，性能较优的为镧和钕的配合物；或如JayeetaBhattacharjee等合成了一系列含磷配体支持的双核钛配合物，催化芳香族胺加成到碳二亚胺中，可以在较温和的条件下以高产率得到相应的产物，且可催化的底物范围更广。
如上述方法所示，现有技术中通过胺与碳化二亚胺的加成反应直接制备胍的方法常具有以下缺陷：(1)所用的催化剂多为过渡金属催化剂，这些过渡金属元素大部分属于比较稀有且开采难度较大的金属元素，应用在工业生产中往往需要较大的成本，且其中部分金属对环境有污染，无法大规模使用；(2)部分催化过程需要加热至较高温度才能获得令人满意的产率，能量消耗大、反应经济性较差；(3)催化剂制备难度大，无法进行大规模的工业应用。
发明内容
本发明的目的在于提出一种新的可用于碳二亚胺加氢胺化合成胍基化合物中的催化剂及应用该催化剂的合成方法，所述催化剂具有廉价易得、低毒绿色等特点，所述合成方法原子经济性高、反应过程能量消耗较低。
本发明首先提供了如下的技术方案：
碳二亚胺胺化合成用催化剂，其为三乙基硼氢化锂，所述合成为胺基化合物与碳化二亚胺基化合物间的合成。
本发明进一步提供了基于所述催化剂的胍基化合物合成方法，其包括：
(1)在惰性氛围下，将所述胺基化合物与所述碳化二亚胺基化合物进行混合；
(2)向步骤(1)所得混合物中加入所述催化剂三乙基硼氢化锂，在室温下反应0.5～1h，其后暴露在空气中终止反应；
(3)向步骤(2)所得混合物中加入重结晶溶剂，进行重结晶，得到所述胍基化合物。
根据本发明的一些优选实施方式，所述胺基化合物与所述碳化二亚胺基化合物的物质的量之比为1:1。
根据本发明的一些优选实施方式，所述催化剂的摩尔量为所述胺基化合物摩尔量的0.1～1％。
根据本发明的一些优选实施方式，所述重结晶溶剂选自甲醇和/或正己烷。
根据本发明的一些优选实施方式，所述胺基化合物选自芳香型胺基化合物，其所含芳香基选自取代或未取代芳香基。
根据本发明的一些优选实施方式，所述取代芳香基的取代基选自碳原子数为1-4的烷基、烷氧基、硝基、羰基，端炔基和卤原子中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述胺基化合物选自苯胺、溴苯胺、邻氯苯胺、2,6-二氯苯胺、氟苯胺、1-萘胺、2-氨基二苯硫醚、甲氧基苯胺、正丁基苯胺中的一种或多种。
根据本发明的一些优选实施方式，所述碳化二亚胺基化合物具有如下的结构式：
其中，R1、R2选自异丙基或环己基。
根据本发明的一些优选实施方式，所述碳化二亚胺基化合物选自N,N-二异丙基碳二亚胺和/或N,N-二环己基碳二亚胺。
本发明进一步提供了根据权利上述合成方法合成得到的胍基化合物，其具有如下的结构式：
本发明具备以下有益效果：
(1)本发明首次发现商业化的三乙基硼氢化锂试剂能高效催化胺与碳二亚胺的加成反应，该催化剂廉价易得，高度符合原子经济合成；
(2)本发明将三乙基硼氢化锂用于催化胺与碳二亚胺的加成反应，其具有高度的催化活性，用量仅为底物摩尔量的0.1％-1％，而其他现有金属催化剂的催化剂用量多在底物摩尔量的2％-5％之间；
(3)本发明使用三乙基硼氢化锂催化胺与碳二亚胺的加成反应所需要的反应时间短，大多数的底物在1小时内即可获得令人满意的产率，且产率均在95％以上，而其他金属催化剂的大多须要1-3小时才能获得令人满意的产率；
(4)现有技术中使用金属盐类化合物作为催化剂时，反应过程中一般需要进行加热，本发明的合成方法在所有反应过程中均无需加热，在室温下即可顺利进行，能量消耗较少、生产成本较低；
(5)本发明的合成方法通过重结晶即可顺利获得纯化产物，不必使用其他现有技术所需要的柱层析法进行纯化，步骤更为简单，有利于大规模工业生产。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行详细描述，但需要理解的是，所述实施例仅用于对本发明进行示例性的描述，而并不能对本发明的保护范围构成任何限制。所有包含在本发明的发明宗旨范围内的合理的变换和组合均落入本发明的保护范围。
根据本发明的技术方案，一种具体的碳二亚胺加氢胺化合成胍基化合物的方法包括以下步骤：
(1)在惰性气体氛围下，将胺基化合物与碳化二亚胺基化合物按物质的量之比为1：1加入反应瓶中进行混合；
(2)将三乙基硼氢化锂加入步骤(1)所得混合物中，在室温下反应0.5～1h，其后暴露在空气中终止反应；
(3)向完成步骤(2)的产物体系中加入溶剂甲醇和/或正己烷，进行重结晶，得到所述胍基化合物；
其中，所述三乙基硼氢化锂可直接使用商业化的三乙基硼氢化锂试剂，无需进行处理纯化，其催化量优选在所述胺基化合物的0.1％-1％当量的范围内；
所述胺基化合物优选为芳香型胺基化合物，其所含芳香基(Ar-)可选自取代或未取代的芳香基，其中，取代芳香基的取代基优选为碳原子数为1-4的烷基、烷氧基、硝基、羰基，端炔基和卤原子(F、Cl、Br、I)中的一种或多种，其取位置无特别限制，邻位、间位、对位均可。
所述碳化二亚胺基化合物优选具有如下的结构式：
其中，R1、R2选自异丙基(i-Pr)或环己基(Cy)。
通过优选的胺基化合物和优选的碳化二亚胺基化合物合成所述胍基化合物的过程如下所示：
本发明进一步提供了如下的一些具体实施例：
实施例1
三乙基硼氢化锂催化苯胺与N,N-二异丙基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.09313克(1mmol)的苯胺和0.1262克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.5小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入3毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率99％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.17(d,J＝7.5Hz,1H),6.86(t,J＝7.4Hz,1H),6.82–6.76(m,2H),3.70(s,2H),3.49(s,1H),1.10(d,J＝6.4Hz,12H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝150.32,150.11,129.25,123.54,121.33,43.21,23.36.
实施例2
三乙基硼氢化锂催化对溴苯胺与N,N-二异丙基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1720克(1mmol)的对溴苯胺和0.1262克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.5小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入5毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率99％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.11(d,J＝8.6Hz,2H),6.70(d,J＝8.6Hz,2H),3.67(dt,J＝12.7,6.3Hz,2H),3.50–3.45(m,2H),1.08(d,J＝6.4Hz,12H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝149.08,148.60,131.11,124.31,112.74,42.13,22.28。
实施例3
三乙基硼氢化锂催化邻氯苯胺与N,N-二异丙基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1720克(1mmol)的邻氯苯胺和0.1262克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.5小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入5毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率99％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ7.28(dd,J＝7.9,1.3Hz,1H),7.07(td,J＝7.8,1.4Hz,1H),6.87–6.77(m,2H),3.79–3.63(m,2H),1.12(d,J＝6.4Hz,12H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝156.87,154.46,150.71,137.77,126.21,124.52,122.20,116.06,43.31,23.31。
实施例4
三乙基硼氢化锂催化2,6-二氯苯胺与N,N-二环己基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1650克(1mmol)的2,6-二氯苯胺和0.2063克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.5小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入6毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率98％。
产物核磁数据如下,1H NMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.18(s,2H),6.72(t,J＝7.9Hz,2H),3.40(s,2H),2.00(d,J＝10.7Hz,4H),1.58(dd,J＝39.3,12.7Hz,6H),1.28(dd,J＝24.4,12.1Hz,4H),1.08(dd,J＝23.8,11.8Hz,6H).13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝149.28,144.55,129.99,128.22,122.21,50.33,33.86,25.68,24.91.
实施例5
三乙基硼氢化锂催化对氟苯胺与N,N-二环己基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1111克(1mmol)的对氟苯胺和0.2063克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.75小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入6毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率98％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.37(dd,J＝7.9,0.9Hz,1H),7.20–7.13(m,1H),6.92(ddd,J＝15.2,8.3,4.0Hz,2H),3.57(s,1H),3.47(dd,J＝11.8,8.4Hz,2H),2.07(dd,J＝12.3,2.6Hz,4H),1.78–1.58(m,6H),1.46–1.32(m,4H),1.25–1.07(m,6H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝149.77,147.23,129.91,128.44,127.48,125.36,122.39,50.22,33.83,25.69,24.91。
实施例6
三乙基硼氢化锂催化1-萘胺与N,N-二异丙基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1432克(1mmol)的1-萘胺和0.1262克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.005毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.75小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入8毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率98％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝8.00(d,J＝8.0Hz,1H),7.71(d,J＝7.5Hz,1H),7.41–7.26(m,4H),6.84(dd,J＝7.2,0.9Hz,1H),3.80(d,J＝5.0Hz,2H),3.54(s,2H),1.11(d,J＝6.4Hz,12H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝150.11,134.85,129.60,127.76,126.41,125.79,124.77,124.32,121.61,117.95,43.42,23.45。
实施例7
三乙基硼氢化锂催化2-氨基二苯硫醚与N,N-二环己基碳二亚胺的反应在手套箱中取0.2013克(1mmol)的2-氨基二苯硫醚和0.2063克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.01毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.75小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入5毫升甲醇溶解，重结晶得到产物,产率95％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ＝7.36–7.30(m,2H),7.25–7.13(m,4H),7.01(td,J＝7.7,1.4Hz,2H),6.87(dd,J＝7.8,1.2Hz,2H),6.74(ddd,J＝15.1,8.2,4.1Hz,2H),3.54(s,2H),3.32(t,J＝9.9Hz,2H),1.99–1.88(m,4H),1.65–1.45(m,6H),1.25(tt,J＝15.3,3.2Hz,4H),1.11–0.95(m,6H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝149.56,148.29,135.24,132.62,131.56,129.47,129.03,127.04(d,J＝2.6Hz),123.25,122.03,50.16,33.90,25.73,24.94。
实施例8
三乙基硼氢化锂催化对甲氧基苯胺与N,N-二环己基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1231克(1mmol)的对甲氧基苯胺和0.2063克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.01毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌0.5小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入5毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率95％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝6.84–6.74(m,4H),3.77(s,3H),3.40(s,2H),1.99(d,J＝9.8Hz,4H),1.74–1.52(m,6H),1.41–1.27(m,4H),1.22–1.02(m,6H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝154.56,150.54,143.33,124.27,114.61,55.43,50.13,33.81,25.69,24.90。
实施例9
三乙基硼氢化锂催化对正丁基苯胺与N,N-二环己基碳二亚胺的反应
在手套箱中取0.1492克(1mmol)的对正丁基苯胺和0.2063克(1mmol)的N,N-二异丙基碳二亚胺加入干燥的反应瓶中，然后用注射器加入0.01毫升的1mol/L的三乙基硼氢化锂的四氢呋喃溶液，在室温下搅拌1小时，在空气中敞口放置0.5小时，使反应停止，加入6毫升正己烷溶解，重结晶得到产物,产率95％，通过核磁氢谱和碳谱证实所得化合物为目的化合物，如下：
1HNMR(400MHz,CDCl3)δ＝6.97(d,J＝8.2Hz,2H),6.68(d,J＝8.2Hz,2H),3.33(s,2H),2.51–2.41(m,2H),1.97–1.87(m,4H),1.66–1.44(m,8H),1.33–1.18(m,6H),1.14–0.96(m,6H),0.84(t,J＝7.3Hz,3H)；
13C NMR(101MHz,CDCl3)δ＝150.21,147.47,135.70,129.16,123.23,50.23,35.01,33.80,25.70,24.92,22.30,13.97。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。