具体实施方式

本发明提供了一种N-甲基化含氮芳香杂环化合物的制备方法，包括以下步骤：

在酸性物质HY的存在下，以脂肪醇甲醚为N-甲基化试剂，对含氮芳香杂环化合物进行N-甲基化反应，形成N-甲基化含氮芳香杂环化合物；

所述含氮芳香杂环化合物为式I和/或式Ⅱ所示结构：

其中，

X为O、NH、S或S(O)；

R₁、R₂、R₃各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₂及R₃与母环上的双键构成环状烃基结构；

R₄、R₅、R₆、R₇各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₅及R₆与母环上的单键构成环状烃基结构；或R₆及R₇与母环上的双键构成环状烃基结构；

所述脂肪醇甲醚为式Ⅲ所示结构：

其中，R₈选自烷基、或含有第三基团的烷基；所述第三基团为羟基、酯基、醚基或芳香基团；

所述N-甲基化含氮芳香杂环化合物为式Ⅳ和/或式Ⅴ所示结构：

其中，

X为O、NH、S或S(O)；

为来自所述酸性物质HY中的酸根离子；

R₁、R₂、R₃各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₂及R₃与母环上的双键构成环状烃基结构；

R₄、R₅、R₆、R₇各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₅及R₆与母环上的单键构成环状烃基结构；或R₆及R₇与母环上的双键构成环状烃基结构。

本发明提供的将芳香氮杂环进行N-甲基化的方法中，通过一定的酸的催化，采用特定的式Ⅲ所示脂肪醇甲醚为N-甲基化试剂，能够选择性地实现含氮芳香杂环的N-甲基化，且提高对含氮芳香杂环的选择性；同时，本发明采用的N-甲基化试剂安全无毒；另外，本发明无需使用碱性物质，而是在酸性催化剂作用下进行，能够避免使用碱性物质，对于那些对碱敏感的含氮芳香杂环化合物，本发明提供的方法更有适用性。

本发明采用酸活化脂肪醇甲醚，使甲醚中的甲基具有亲电活性，易于受到含氮芳香杂环上氮的亲核进攻，使甲基转移到芳香杂环上，实现含氮芳香杂环的N-甲基化。其中，含氮芳香杂环化合物原料与脂肪醇甲醚进行N-甲基化反应的合成路线如下：

本发明中，反应原料含氮芳香杂环化合物为式I和/或式Ⅱ所示结构：

对于式I化合物：

化合物I为五元杂环化合物、苯并五元杂环化合物及其衍生物，其中：

X为O、NH、S或S(O)；所述S(O)是指亚砜结构，

R₁、R₂、R₃各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₂及R₃与母环上的双键构成环状烃基结构。其中，所述取代或非取代的烷基中，烷基优选为C1～C18的烷基。所述环状烃基结构优选为环烷烃或环芳烃。化合物I可以是X、R₁、R₂和R₃的任意组合，例如：X为S，R₁为甲基，R₂和R₃为氢，则化合物I为2-甲基噻唑；X为S，R₁为氢，R₂和R₃与母环上的双键构成苯环，则化合物I为苯并噻唑。

更优选的，所述式I化合物选自2-甲基噻唑、2-乙基噻唑、2-苯基噻唑、4,5-二甲基噻唑、2,4,5-三甲基噻唑、苯并噻唑、2-甲基苯并噻唑、2-甲基咪唑、苯并咪唑和苯并噁唑、N-戊基苯并噻唑-6-胺、N,N-二甲基苯并噻唑-6-胺和2-二甲胺基苯并噻唑中的一种或几种。

对于式Ⅱ化合物：

式Ⅱ化合物为嘧啶类化合物及其衍生物，其中：

R₄、R₅、R₆、R₇各自独立的选自氢、取代或非取代的烷基、取代或非取代的芳香基；或R₅及R₆与母环上的单键构成环状烃基结构；或R₆及R₇与母环上的双键构成环状烃基结构。其中，所述取代或非取代的烷基中，烷基优选为C1～C18的烷基。所述环状烃基结构优选为环烷烃或环芳烃。

更优选的，所述式Ⅱ化合物选自嘧啶、2-甲基嘧啶、2-氯嘧啶、4-甲基嘧啶、5-甲基嘧啶、5-氯嘧啶、喹唑啉、5-二甲胺基嘧啶和N-甲基-嘧啶-5-甲胺中的一种或几种。

本发明中，所述N-甲基化试剂脂肪醇甲醚具有式Ⅲ所示结构：

其中，R₈选自饱和烷基、或含有第三基团的烷基；所述第三基团为羟基、酯基、醚基或芳香基团。

更优选的，所述式Ⅲ化合物选自二甲醚、甲基乙基醚、甲基正丙基醚、甲基异丙基醚、甲基正丁基醚、甲基异丁基醚、甲基叔丁基醚、甲基苯甲醚、甲基苯乙醚、乙二醇单甲醚、乙二醇二甲醚、二缩乙二醇单甲醚、二缩乙二醇二甲醚、三缩乙二醇单甲醚、三缩乙二醇二甲醚、3-甲氧基丙酸乙酯和4-甲氧基丁酸乙酯中的一种或几种。

本发明中，所述式Ⅲ所示脂肪醇甲醚与所述含氮芳香杂环化合物的用量比优选为(4～30)mL∶1g，更优选为(6～20)mL∶1g。

本发明中，所述酸性物质HY为无机酸和有机酸中的一种或几种。其中，所述无机酸优选为HBr、HCl、HF、HBF₄、HPF₆、H₂SO₄、KHSO₄和NaHSO₄中的一种或几种。所述有机酸优选为CF₃CO₂H、CF₃SO₃H和CH₃SO₃H中的一种或几种。从便于操作的角度考虑，所述酸性物质更优选为KHSO₄和/或NaHSO₄。采用上述酸性物质，可向反应体系提供氢离子活化式Ⅲ所示脂肪醇甲醚，同时也向产物提供阴离子，且采用上述酸性物质能够更好的促成反应，获得相应N-甲基化产物，例如若采用其它酸性物质如醋酸，则效果较差。

本发明中，所述酸性物质HY与含氮芳香杂环化合物的摩尔比优选为(0.05～20.0)∶1，更优选为(0.1～10.0)∶1，进一步优选为(1.0～5.0)∶1，最优选为(1.5～3.0)∶1。

本发明中，所述N-甲基化反应的气氛优选为空气气氛或保护性气氛。本发明对提供保护性气氛的保护性气体种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的常规种类即可，如氮气或氩气等。

本发明中，所述N-甲基化反应的温度优选为室温～160℃，具体可为20～160℃，更优选为80～140℃。本发明中，所述N-甲基化反应的时间优选为2～120h，更优选为4～96h，进一步优选为8～48h。本发明中，所述N-甲基化反应的方式优选为加热回流法。

本发明中，所述制备方法的具体过程优选包括：

a)将含氮芳香杂环化合物、酸性物质HY和脂肪醇甲醚混合反应，得到反应混合物；

b)对所述反应混合物蒸除回收剩余脂肪醇甲醚后，进行沉析和固液分离，得到N-甲基化杂环化合物。

关于步骤a)：本发明的制备方法对含氮芳香杂环化合物原料中氮杂环有更高的选择性，能够高效形成N-甲基化含氮芳香杂环化合物。其中，所述含氮芳香杂环化合物、酸性物质HY和脂肪醇甲醚的种类以及反应条件等与上述技术方案所述一致，在此不再赘述。

关于步骤b)：经上述N-甲基化反应后，进行步骤b)的后处理。其中，所述蒸除回收剩余脂肪醇甲醚的方式优选为减压蒸馏。所述减压蒸馏的温度优选为20～70℃，气压优选为-0.01～-0.09MPa。蒸馏残留物使用少量甲醇溶解，随后进行沉析。所述沉析采用的试剂种类没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的常规沉析试剂即可，如用乙醚沉析。沉析后，进行固液分离；本发明对所述固液分离的方式没有特殊限制，为本领域技术人员熟知的常规分离手段即可，如过滤等。经固液分离后，收集沉淀物，优选对其进行重结晶。本发明中，所述重结晶的溶剂优选为乙醚、乙腈和丙酮中的一种或几种。经上述后处理后，得到N-甲基化含氮芳香杂环化合物。

本发明中，所得N-甲基化含氮芳香杂环化合物为式Ⅳ和/或式Ⅴ所示结构：

其中，为来自所述酸性物质HY中的酸根离子。X、R₁、R₂、R₃、R₄、R₅、R₆、R₇与上述技术方案中所述一致，在此不再赘述。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

实施例1

将2-甲基苯并噻唑149mg(1.0mmol)、硫酸氢钠288mg(2.4mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应48小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液中加入乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物1-甲基-2-甲基苯并噻唑硫酸氢盐。反应结束时，根据1HNMR或HPLC计算所得反应产物收率为87％。

所得产物的核磁共振氢谱(1H NMR)参见图1，图1为实施例1所得产物的核磁共振氢谱图。

实施例2

将2-甲基苯并噻唑149mg(1.0mmol)、硫酸氢钾136mg(1.0mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应24小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液中加入乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物2,3-二甲基苯并噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1HNMR或HPLC计算所得反应产物收率为84％。

实施例3

将噻唑85mg(1.0mmol)、硫酸氢钠288mg(2.4mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到128℃反应72小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液中加入乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物3-甲基噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1H NMR或HPLC计算所得反应产物收率为50％。

所得产物的核磁共振氢谱(1H NMR)参见图2，图2为实施例3所得产物的核磁共振氢谱图。

实施例4

将噻唑85mg(1.0mmol)、硫酸氢钾163mg(1.2mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应48小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液使用乙醚沉析、过滤收集沉淀，得产物3-甲基噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1HNMR或HPLC计算所得反应产物收率为42％。

实施例5将嘧啶80mg(1mmol)、硫酸氢钾163mg(1.2mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应16小时，反应结束后，抽干溶剂，使用少量甲醇溶解，随后通过乙醚沉析、过滤沉淀，得产物1-甲基嘧啶鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1HNMR或HPLC计算产物收率为30％。

所得产物的核磁共振氢谱(1HNMR)参见图3，图3为实施例5所得产物的核磁共振氢谱图。

实施例6

将2-甲基苯并噻唑149mg(1.0mmol)、硫酸氢钾163mg(1.2mmol)及3mL乙二醇二甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应48小时，反应结束后，蒸馏去除溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液用乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物2,3-二甲基苯并噻唑硫酸氢盐。反应结束时，根据1H NMR或HPLC计算所得反应产物收率为91％。

实施例7

将2-甲基苯并噻唑149mg(1.0mmol)、硫酸氢钾1.36g(10.0mmol)及4mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应24小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液中加入乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物2,3-二甲基苯并噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1H NMR或HPLC计算所得反应产物收率为94％。

实施例8

将2-甲基苯并噻唑149mg(1.0mmol)、硫酸氢钾816mg(6.0mmol)及4mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下加热到135℃反应24小时，反应结束后，蒸馏回收溶剂，使用少量甲醇溶解，溶液中加入乙醚沉析、过滤收集沉淀，得到产物2,3-二甲基苯并噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1H NMR或HPLC计算所得反应产物收率为90％。

实施例9

在氮气气氛下，将N-戊基苯并噻唑-6-胺118mg(0.50mmol)、NaHSO₄ 300mg(2.50mmol)及3mL乙二醇单甲醚加入到反应器中，在氮气气氛下135℃反应72小时，反应结束后，减压蒸馏去除溶剂，使用少量甲醇溶解，随后通过乙醚沉析、过滤沉淀。得到产物6-戊胺基-3-甲基苯并噻唑鎓硫酸氢盐。反应结束时，根据1H NMR或HPLC计算所得反应产物收率为89％，选择性为100％，即只有氮杂环上的N被甲基化，侧链上的N未被甲基化，全部形成氮杂环甲基化的产物。

对比例1

按照实施例8的制备过程进行，不同的是，将NaHSO₄替换为等摩尔量的醋酸。结果显示，没有形成含氮芳香杂环化合物，反应原料可回收85％。

对比例2

按照实施例8的制备过程进行，不同的是，使用等摩尔量的N,N-二乙基苄基胺代替2-甲基苯并噻唑。结果显示，无反应发生，未形成任何N-甲基化产物。

对比例3

按照实施例8的制备过程进行，不同的是，使用等摩尔量的N,N-二乙基苯胺代替2-甲基苯并噻唑。结果显示，无反应发生，未形成任何N-甲基化产物。

通过以上述实施例可知，本发明的制备方法在酸性条件下，能够避免使用毒性甲基化试剂，而是采用安全环保的式Ⅲ所示脂肪醇甲醚即可使含氮芳香杂环化合物实现甲基化；而且，对于同时含有氮杂环和脂肪胺结构的芳香化合物，能够有效提升氮杂环上N-甲基化的选择性。与对比例1的效果对比证明，在本发明的酸性物质催化下，才能有效实现氮杂环的N-甲基化。另外，从上述实施例可以看出，本发明的制备方法不需使用碱性物质，对于那些对碱敏感的含氮芳香杂环化合物，本发明提供的方法更有适用性。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。