一种腈类化合物的制备方法
阅读说明：本技术 一种腈类化合物的制备方法 (Preparation method of nitrile compound ) 是由 朱周静 刘斌 唐文强 仝红娟 徐小娜 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明属于有机合成技术领域,具体涉及一种腈类化合物的制备方法,以醛肟衍生物为原料,加入DPPA和DBU,在有机溶剂中反应,一步制备得到腈类化合物,其合成路线如下：其中,R为芳基、烷基、烯基。本发明制备的腈类化合物具有原料廉价易得,合成路线短,反应操作简单,反应时间短,产率高,后处理容易,环境污染小,具有客观的经济实用价值,同时在药物合成领域具有广泛的应用前景。(The invention belongs to the technical field of organic synthesis, and particularly relates to a preparation method of a nitrile compound, which comprises the following steps of taking an aldoxime derivative as a raw material, adding DPPA and DBU, reacting in an organic solvent, and preparing the nitrile compound in one step, wherein the synthetic route is as follows: wherein R is aryl, alkyl or alkenyl. The nitrile compound prepared by the invention has the advantages of cheap and easily available raw materials, short synthetic route, simple reaction operation, short reaction time, high yield, easy post-treatment, small environmental pollution, objective economic and practical value and wide application prospect in the field of drug synthesis.)
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种腈类化合物的制备方法。
背景技术
腈是一类非常重要的有机合成中间体。作为精细化学品生产中常用的重要原料及中间体，腈类化合物在医药、材料、农业和化工等领域具有广泛的用途。近年来，随着科技的快速发展，腈类化合物在各个领域中的应用更加广泛。因此，研究腈类化合物合成方法、拓展腈类化合物的种类多样性已经成为有机化学领域的热点课题之一。
目前，关于腈类化合物的合成方法报道较多，按照合成原料的不同，主要分为：以卤代烃氰化法制备、胺氧化脱氢制备、芳香烷烃C-H或C-C键断裂制备、芳香烯烃C＝C键断裂制备、芳香炔烃C≡C键断裂制备、芳香醇C-O键断裂制备、芳香醛酮和酰胺C＝O键断裂制备、醛肟C＝N键断裂制备等方法。其中，通过醛肟C＝N键断裂制备腈类化合物是一个重要的方向，由醛肟C＝N转变制备腈C≡N过程中主要采用脱水的方法，传统的脱水剂有强酸性(乙酸酐、三氟甲磺酸酐、邻苯二甲酸酐、二氯亚砜、磺酸等)、强碱性(氢氧化钠、氢氧化钾等)以及金属化合物(氯铬酸吡啶、三氟乙酸钪等)，然而，上述方法尚存在一些局限性，如金属(重金属或过渡金属)脱水剂的使用、反应条件苛刻(高温、无水环境、反应时间长)、底物适用性有限等。因而，探索腈类化合物的新法合成具有重要意义。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种腈类化合物的制备方法，原料廉价易得，合成路线短，反应操作简单，反应速度快，后处理容易，产率高，环境污染小，适用于工业化生产，具有客观的经济实用价值的腈类化合物的制备方法。
本发明的目的是提供一种腈类化合物的制备方法，以醛肟衍生物为原料，加入DPPA和DBU，在有机溶剂中反应，一步制备得到腈类化合物，1、其合成路线如下：
其中，R为芳基、烷基、烯基。
优选的，所述芳基为苯芳环类、吡啶类、咪唑类、噻吩类、噻唑类、嘧啶类或吲哚类。
优选的，所述叠氮磷酸二苯酯DPPA、1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯DBU和醛肟衍生物的摩尔比为1.2:1.1:1。
优选的，所述有机溶剂为乙腈、二氯甲烷和氯仿的一种。
优选的，所述反应的时间为0.5-2h。
优选的，所述反应的温度为25-80℃。
优选的，所述腈类化合物包括以下步骤制备：在反应瓶中加入有机溶剂，然后依次加入醛肟衍生物和1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯DBU，搅拌均匀后缓慢加入叠氮磷酸二苯酯DPPA，室温反应后进行减压浓缩，得到腈类化合物粗品，然后进行层析分离。
优选的，采用薄层色谱法检测反应是否完全，反应完全后停止反应。
优选的，所述层析分离的洗脱剂为石油醚和乙酸乙酯，石油醚和乙酸乙酯的体积比为2-10:1。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
本工艺具有原料廉价易得，合成路线短，反应操作简单，反应时间短，产率高，后处理容易，环境污染小，具有客观的经济实用价值，同时在药物合成领域具有广泛的应用前景。
附图说明
图1为本发明制备腈类化合物的合成路线图；
图2为本发明实施例2制备的2-硝基苯腈化合物的1H-NMR图；
图3为本发明实施例3制备的4-溴苯腈化合物的1H-NMR图；
图4为本发明实施例4制备的4-氰基苯甲酸甲酯化合物的1H-NMR图；
图5为本发明实施例5制备的4-丙氧基苯腈化合物的1H-NMR图；
图6为本发明实施例6制备的4-丁氧基苯腈化合物的1H-NMR图；
图7为本发明实施例7制备的4-苄氧基苯腈化合物的1H-NMR图；
图8为本发明实施例8制备的2,2-二甲氧基苯腈化合物的1H-NMR图；
图9为本发明实施例9制备的2-氰基吡啶化合物的1H-NMR图；
图10为本发明实施例10制备的(E)-肉桂腈化合物的1H-NMR图；
图11为本发明实施例11制备的(E)-4-氯肉桂腈化合物的1H-NMR图；
图12为本发明实施例12制备的(E)-2-亚苄基庚腈化合物的1H-NMR图；
图13为本发明实施例13制备的(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈化合物的1H-NMR图；
图14本发明实施例13制备的(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈化合物的单晶结构图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围，除非另有特别说明，本发明以下各实施例中用到的各种原料、试剂、仪器和设备均可通过市场购买得到或者通过现有方法制备得到，其中DPPA为叠氮磷酸二苯酯，DBU为1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯。
实施例1
一种腈类化合物的制备方法，以醛肟衍生物为原料，加入DPPA和DBU，在有机溶剂中反应，一步制备得到腈类化合物，其合成路线如下：
其中，R为芳基、烷基、烯基、吡啶类。其腈类化合物的合成路线图如图1，可能的反应机理如下：
实施例2 2-硝基苯腈的合成
将498mg(3.0mmol)2-硝基苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应30min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到棕黄色固体，收率68.5％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:8.39(d,J＝8.8Hz,2H),8.19(d,J＝8.8Hz,2H)。具体见附图2。
实施例3 4-溴苯腈的合成
将597mg(3.0mmol)4-溴苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应1h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到白色固体，收率71.0％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:7.66(d,J＝7.6Hz,2H),7.55(d,J＝7.6Hz,2H)。具体见附图3。
实施例4 4-氰基苯甲酸甲酯的合成
将537mg(3.0mmol)4-(羟基亚氨基)甲基苯甲酸甲酯、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应2h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色固体，收率66.2％。1H NMR(400MHz,CDCl3)δ:8.16(d,J＝7.5Hz,2H),7.77(d,J＝7.5Hz,2H),3.98(s,3H)。具体见附图4。
实施例5 4-丙氧基苯腈的合成
将537mg(3.0mmol)4-丙氧基苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入氯仿(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应30min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色液体，收率80.7％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.75(dd,J＝9.2,2.2Hz,2H),7.12-7.06(m,2H),4.01(t,J＝6.5Hz,2H),1.78-1.66(m,2H),0.97(t,J＝7.4Hz,3H)。具体见附图5。
实施例6 4-丁氧基苯腈的合成
将579mg(3.0mmol)4-丁氧基苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入二氯甲烷(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应45min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色液体，收率78.3％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.81-7.68(m,2H),7.76-7.70(m,2H),7.14-7.02(m,2H),7.10-7.04(m,2H),4.03(t,J＝6.5Hz,2H),1.69(dt,J＝14.4,6.5Hz,2H),1.47-1.34(m,2H),0.91(t,J＝7.4Hz,3H)。具体见附图6。
实施例7 4-苄氧基苯腈的合成
将681mg(3.0mmol)4-苄氧基苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为50℃下反应30min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到白色固体，收率82.2％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.83-7.75(m,2H),7.49-7.44(m,2H),7.44-7.38(m,2H),7.37(dd,J＝6.4,2.0Hz,1H),7.23-7.15(m,2H),5.21(s,2H)。具体见附图7。
实施例8 2,2-二甲氧基苯腈的合成
将543mg(3.0mmol)2,4-二甲氧基苯甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在室温25℃下反应30min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色液体，收率81.4％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.50(d,J＝8.4Hz,1H),6.54(d,J＝8.5Hz,1H),6.48(s,1H),3.93(s,3H),3.88(s,3H)。具体见附图8。
实施例9 2-氰基吡啶的合成
将366mg(3.0mmol)吡啶-2-甲醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为80℃下反应1.5min，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝5:1)得到红棕色液体，收率64.2％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:4.87(s,2H),4.54(s,2H),4.38(s,5H)。具体见附图9。
实施例10(E)-肉桂腈的合成
将441mg(3.0mmol)肉桂醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为50℃下反应1h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色液体，收率66.4％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.7-7.62(m,3H),7.50-7.41(m,3H),6.49(d,J＝16.8Hz,1H)。具体见附图10。
实施例11(E)-4-氯肉桂腈的合成
将543mg(3.0mmol)4-氯肉桂醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)的反应瓶中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为60℃下反应1.5h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝10:1)得到淡黄色液体，收率62.8％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.40(s,1H),7.29(t,J＝3.8Hz,4H),5.89(d,J＝16.7Hz,1H)。具体见附图11。
实施例12(E)-2-亚苄基庚腈的合成
将651mg(3.0mmol)ɑ-戊基肉桂醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为50℃下反应1.5h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝5:1)得到无色液体，收率58.4％。1H NMR(400MHz,DMSO-d6)δ:7.49-7.38(m,6H),2.46(t,J＝7.7Hz,2H),1.61-1.52(m,2H),1.31-1.24(m,4H),0.84(t,J＝6.8Hz,3H)。具体见附图12。
实施例13(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈的合成
将411mg(3.0mmol)3-(2-呋喃基)丙烯醛肟、548mg(3.6mmol)DBU加入乙腈(4mL)中，搅拌均匀后，再缓慢加入908mg(3.3mmol)DPPA，在温度为50℃下反应2h，TLC监测反应结束后，减压浓缩，所得粗品经柱层析分离(洗脱剂V石油醚:V乙酸乙酯＝5:1)得到棕黄色固体，收率63.6％。1HNMR(400MHz,CDCl3)δ:7.52(s,1H),7.14(d,J＝16.3Hz,1H),6.65(s,1H),6.53(s,1H),5.79(d,J＝16.2Hz,1H)。具体见附图13。
将(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈溶解于二氯甲烷和甲醇的混合溶剂中，室温自然挥发，大约5天后得到无色晶体，选取0.15×0.12×0.08mm3的单晶，通过APEXII CCD型X-射线单晶衍射仪收集数据采用石墨单色化的MoKɑ射线 用ω-2θ扫描方式收集衍射点，数据的处理采用SHELXL-97程序直接解出晶体结构。
产物(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈(1q)晶体结构属于单斜晶系，如表1所示，P21/n空间群，晶胞参数ɑ＝γ＝90.00°，β＝102.59(4)°，Z＝4，T＝170.0K，Dc＝1.314g/cm3，μ＝0.09mm-1，F(000)＝248。通过X-ray单晶衍射可以看到产物1q的立体结构，具体见附图14。
表1产物(E)-3-(呋喃-2-基)丙烯腈(1q)的晶体数据和结构细化
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
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