CN103965057B - 一种腈制备伯胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种腈制备伯胺的方法，在铜化合物的催化下，腈与硼氢化钾在溶剂中发生还原反应，反应完全后，经过后处理得到所述的伯胺；该方法使用硼氢化钾/铜化合物体系，经济安全，环保污染小，反应条件温和，不需要使用高温高压设备，制备伯胺产率在80％以上，并且反应溶剂易纯化回收，成本低，催化剂铜盐易回收利用，绿色环保，可利用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种腈制备伯胺的方法。
背景技术
伯胺是重要的化学中间体，是合成医药、农药、染料等化学品的重要原料。还原腈制备伯胺是一种重要的方法，目前腈的还原多采用催化氢化或氢化铝锂还原，或金属催化硼氢化钠还原法。
催化氢化法(见(1)L.Shaik,S.R.K.Mohan,S.R.J.Reddy,TetrahedronLetters,48(1),77-80；2007；(2)Ostgard,Daniel,PCTInt.Appl,2006050749,18May,2006)多采用Pd/C或兰尼镍作为催化剂，该法产率较高，同时也能抑制副产物(原料与产物形成的仲胺)的生成，但是该法需要高温高压，工业生产中对设备要求较高。另外，还原过程中使用的氨溶液容易腐蚀设备。
氢化铝锂还原法(见(1)V.GevorgyanandE.Lukevics,Chem.Commun,1985,1234-1235)反应较快，但使用极不稳定的氢化铝锂，它易自燃，遇水即爆炸性分解,后处理较危险，不适用于工业生产。硼氢化钠还原法(见(1)A.S.BhanuPrasad,J.V.BhaskarKanthandM.Periasamy,Tetrahedron,1992,48(22),4623-4628；)，该文献报道碘催化硼氢化钠还原腈制备伯胺，产率虽然较高，但是所用碘较为昂贵，不易回收碘，并且碘的毒性较强，不适宜工业生产。
另外，也有文献报道氯化钴或氯化镍催化硼氢化钠制备伯胺(见(1)Brown,AlanDaniel,.PCTInt.Appl.,2005090287,29Sep,2005；见(2)Khurana,JitenderM，Kukreja,Gagan；SyntheticCommunications,2002,32(8),1265-1269)，该法比较成熟，但是缺点是所用催化剂较昂贵，回收处理较为麻烦。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种用硼氢化钾/铜化合物体系还原腈制备胺的方法。该方法产率较高、选择性好、所用还原剂和催化剂价廉易得、环境污染小。
一种腈制备伯胺的方法，在铜化合物的催化下，腈与硼氢化钾在溶剂中发生还原反应，反应完全后，经过后处理得到伯胺；
所述的腈的结构如式(Ⅰ)所示：
所述的伯胺的结构如式(Ⅱ)所示；
式(Ⅰ)和(Ⅱ)中，Ar为取代或未取代的芳基或者杂芳基，所述芳基或者杂芳基上的取代基选自卤素、烃基或者烷氧基；
n为0或1。
当n为0时，CN与芳基或者杂芳基直接相连，原料为芳香腈；当n为1时，原料为带有芳香基的脂肪腈。
其中，所述的芳基指不包含杂原子的芳香环，例如苯基或萘基等；所述的杂芳基指的是包含一个或多个N、O、S等杂原子的芳香环，例如呋喃基或吡啶基等。
本发明中，通过采用铜-硼氢化钾还原体系，能够使各种芳香腈或者含有芳香环的烷基腈发生还原反应，以较高的转化率得到伯胺，并且减少了副产物伯胺的生成；所用的硼氢化钾还原性较硼氢化钠弱，在空气中稳定，无吸湿性，价格较硼氢化钠便宜，所用的铜化合物价格便宜、安全环保、易于回收。
作为优选，所述芳基或者杂芳基上的取代基选自氯、氟、C1～C5烷氧基或者C1～C5烷基；进一步优选为氟、氯、甲基或者甲氧基；其中，所述的取代基可以为一个或者多个，各自之间可以相同或者不同。
所述的Ar优选为取代或者为取代的芳基；作为优选，所述的芳基为苯基，此时，反应的收率高。
作为进一步的优选，所述的腈选自以下化合物中的一种：
对氯苯乙腈、苯乙腈、苯甲腈、3,4-二氯苯乙腈、4-甲氧基苯甲腈、2-氯苯甲腈、3-氟苯甲腈或4-甲氧基苯乙腈。
所述的铜化合物包括各种亚铜和二价铜形成的氧化物和盐；作为优选，所述的铜化合物为氧化铜、氧化亚铜、氯化铜、氯化亚铜、溴化铜、溴化亚铜、碘化亚铜、碘化铜、硫酸铜、乙酰丙酮铜中的至少一种。
所述的溶剂为极性溶剂，作为优选，所述的溶剂选自C1～C4烷基醇和水中的至少一种。
作为优选，所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇中的一种与水的混合溶剂，其中，水在混合溶剂中的体积百分比为15～25％。实验结果表明，所述的还原反应在醇与水的混合溶剂中进行，能够最大限度地减少副产物仲胺(原料与产物进一步反应的产物)的生成，提高反应的选择性。
作为进一步的优选，所述的铜化合物为氯化铜；
所述的溶剂为异丙醇与水的混合溶剂，异丙醇与水的体积比为3～4：1。此时，反应的收率最高，副反应最少，并能适应较多的反应底物。
所述的硼氢化钾与所述的腈的摩尔比1.0～10.0：1，其中，过量的硼氢化钾有利于产率的提高，作为优选，所述的硼氢化钾与所述的腈的摩尔比为3.0～5.0：1。
所述的铜化合物与所述的腈的摩尔比为0.1～1.0：1，作为优选，所述的铜化合物与所述的腈的摩尔比为0.1～0.25：1，最优选为0.25。
所述的还原反应可以在较宽的温度范围内发生，反应温度为-10℃～100℃；作为优选，所述的还原反应的温度为50℃～70℃。
反应过程中，通过TLC或者HPLC监测反应的进行程度，反应时间为0.5h-18h，底物不同，反应时间有差别。
本发明的制备方法的具体操作过程举例如下：
(1)于反应瓶中加入1mmol腈、1-10.0mmol硼氢化钾、0.1mmol-1.0mmol铜盐、0.5-5.0ml甲醇或乙醇或异丙醇或叔丁醇、0-1.0ml水，-15-75℃搅拌30-600min。
(2)除去反应溶剂，加入乙酸乙酯或乙醚或二氯甲烷进行萃取，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠或无水硫酸镁)。
(3)过滤除去干燥剂，除去萃取的溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱机为二氯甲烷和甲醇)，得到伯胺。
同现有技术相比，本发明的有益效果体现在：
(1)还原剂硼氢化钾安全、经济；催化剂铜化合物安全、经济、环保。
(2)反应条件温和，不需高温高压，不需隔绝空气反应。
(3)制备伯胺反应产率在80％以上，反应速度快，反应溶剂、催化剂易回收，成本较低，污染小。
(4)反应中加入水，可以抑制副产物仲胺的生成。
具体实施方式
实施例1苄胺的制备
于反应瓶中加入苯甲腈(103mg,1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(25mg，0.2mmol)、甲醇(1.0ml)，45℃搅拌1h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体苄胺66mg，产率62％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ2.64(t,2H),2.80(t,2H),7.18-7.29(m,5H)；APCI-MS::foundm/z108.11.)，并且得到副产物二苄胺(仲胺)，产率38％。(APCI-MS:foundm/z198.13)
实施例2苄胺的制备
于反应瓶中加入苯甲腈(103mg,1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(25mg，0.2mmol)、叔丁醇(0.8ml)、水(0.2ml)，45℃搅拌1h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体苄胺94mg，产率88％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ2.64(t,2H),2.80(t,2H),7.18-7.29(m,5H)；APCI-MS::foundm/z108.11.)，反应得到副产物二苄胺，产率5％(该产率为GC产率)。
实施例3苯乙胺的制备
于反应瓶中加入苯乙腈(120mg,1mmol)、硼氢化钾(216mg,4.0mmol)、氧化铜(40mg，0.3mmol)、乙醇(1.2ml)、水(0.3ml)，60℃搅拌12h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体苯乙胺97mg，产率80％。(,1H-NMR(400MHz,CDCl3)δ2.64(t,2H,J＝6.4),2.80(t,2H,J＝6.4)，7.18-7.29(m,5H)；APCI-MS:foundm/z122.12)
实施例4对氯苯乙胺的制备
于反应瓶中加入对氯苯乙腈(151mg,1mmol)、硼氢化钾(162mg,3.0mmol)、氯化铜(26mg，0.2mmol)、异丙醇(1.2ml)、水(0.3ml)，50℃搅拌8h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体对氯苯乙胺141mg，产率90％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ2.68(s,2H),3.19(m,2H),7.24(d,2H),7.34(d,2H)；APCI-MS::foundm/z156.00)
实施例54-甲氧基苄胺的制备
于反应瓶中加入4-甲氧基苯甲腈(135mg,1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(33mg，0.25mmol)、异丙醇(1.2ml)、水(0.3ml)，45℃搅拌8h。除去反应溶剂，加入二氯甲烷(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体4-甲氧基苄胺117mg，产率85％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ3.66(s,2H)3.72(s,3H),6.87(d,2H),7.21(d,2H)；APCI-MS:foundm/z139.13)
实施例63-氯苯乙胺
于反应瓶中加入2-氯苯乙腈(156mg,1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(26mg，0.20mmol)、异丙醇(1.2ml)、水(0.3ml)，60℃搅拌10h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(4ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体3-氯苯乙胺125mg，产率80％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ1.77(s,2H),1.89(m,2H),2.75(m,2H)7.24(m,4H)；MS:foundm/z156.02)
实施例73-氟苄胺的制备
于反应瓶中加入3-氟苯甲腈(121mg，1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(40mg，0.3mmol)、异丙醇(1.0ml)、水(0.2ml)，50℃搅拌12h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(3ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体3-氟苄胺102mg，产率82％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ1.56(s,2H),7.10-7.25(m,4H)；MS:foundm/z126.02)
实施例84-甲氧基苯乙胺的制备
于反应瓶中加入4-甲氧基苯乙腈(147mg,1mmol)、硼氢化钾(161mg,3.0mmol)、氯化铜(26mg，0.20mmol)、异丙醇(1.2ml)、水(0.3ml)，45℃搅拌8h。除去反应溶剂，加入乙酸乙酯(4ml)，有机相经水洗、饱和食盐水洗后，干燥(无水硫酸钠)。过滤除去干燥剂，除去溶剂，用三氧化二铝层析(洗脱溶剂为二氯甲烷和甲醇)，得到淡黄色液体4-甲氧基苯乙胺128mg，产率85％。(1H-NMR(400MHz,DMSO-d6)δ2.66(m,2H),2.91(m,2H),3.72(s,3H),6.85(d,2H),7.12(d,2H)；MS:foundm/z151.92.)。
Claims (7)
1.一种腈制备伯胺的方法，其特征在于，在铜化合物的催化下，腈与硼氢化钾在溶剂中发生还原反应，反应完全后，经过后处理得到伯胺；
所述的腈的结构如式(Ⅰ)所示：
所述的伯胺的结构如式(Ⅱ)所示；
式(Ⅰ)和(Ⅱ)中，Ar为取代或未取代的芳基或者杂芳基，所述芳基或者杂芳基上的取代基选自卤素、烃基或者烷氧基；
n为0或1；
所述的铜化合物为氧化铜、氧化亚铜、氯化铜、氯化亚铜、溴化铜、溴化亚铜、碘化亚铜、碘化铜、硫酸铜、乙酰丙酮铜中的至少一种；
所述的溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、叔丁醇中的一种与水的混合溶剂，其中，水在混合溶剂中的体积百分比为15～25％。
2.根据权利要求1所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述芳基或者杂芳基上的取代基选自氯、氟、C1～C5烷氧基或者C1～C5烷基。
3.根据权利要求1或2所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述的芳基为苯基。
4.根据权利要求1所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述的铜化合物为氯化铜；
所述的溶剂为异丙醇与水的混合溶剂，异丙醇与水的体积比为3～4：1。
5.根据权利要求1所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述的硼氢化钾与所述的腈的摩尔比为3.0～5.0：1。
6.根据权利要求1所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述的铜化合物与所述的腈的摩尔比为0.1～0.25：1。
7.根据权利要求1所述的腈制备伯胺的方法，其特征在于，所述的还原反应的温度为50℃～70℃。
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