一種催化合成n,n′-二取代脲衍生物和咪唑衍生物的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高效、綠色、以負(fù)載功能離子液體為催化劑合成Ν,γ-二取代脲衍 生物和咪唑衍生物的方法。 技術(shù)背景
[0002] 近年來，負(fù)載非均相催化技術(shù)引起了人們足夠的重視，已經(jīng)作為一種綠色反應(yīng)技 術(shù)廣泛用于有機(jī)合成生產(chǎn)中（S.E.Davis,etal.，GreenChem.,2013,15,17-45)。用于固載 的載體包括介孔分子篩（101-41和384-15)、碳和聚合物等〇.(：.8 &11616七31.，〇3 Catal·, 2012,2,2537-2546 ;Μ·A·Newton,Chem·Soc·Rev·, 2008,37,2644-2657)。然而這些 固體負(fù)載的催化劑或多或少存在以下缺陷：與均相催化劑相比，催化活性低，導(dǎo)致反應(yīng)速率 和收率不理想;催化劑有效重復(fù)使用次數(shù)少和后處理比較復(fù)雜等。
[0003] 為了避免以上缺陷，人們開發(fā)了一種全新的載體-超順磁性納米顆粒。與傳統(tǒng)負(fù)載 催化劑相比，超順磁性負(fù)載催化劑具有催化活性高（高比較面積）、制備工藝簡單（容易負(fù) 載）、回收容易(通過外加磁場回收)和重復(fù)使用性好等特點(diǎn)，結(jié)合均相催化劑和非均相催化 劑兩者的優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在Michael加成（A.Ying，etal·，Catal·Sci·Technol·，2014,4， 2115-2125)、Knoevenagel縮合反應(yīng)（AYing，etal.，RSCAdv. ,2014,4,33175-33183)、 Ritter反應(yīng)（M.BGawande，etal.，GreenChem.,2013,15,1895-1899)、芳基化反應(yīng) (J.Lee,etal· ,Tetrahedron,2013,69,5660-5664)等?？紤]到超順磁性納米顆粒負(fù)載催化 劑的優(yōu)異性能，我們設(shè)計(jì)超順磁性納米顆粒負(fù)載功能離子液體，用于催化制備N，N~二取代 脲衍生物和咪唑衍生物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是利用新型負(fù)載催化劑催化芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯 制備N，Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑與缺電子烯烴Michae1加成制備咪唑衍生物的 方法。
[0005] 根據(jù)本發(fā)明，所述通過芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯縮合反應(yīng)合成N，f-二取代脲衍生物的方法包括：以超順磁納米顆粒負(fù)載的離子液體為催化劑，60~100°C和常 壓下，無需有機(jī)溶劑，芳香胺與碳酸二甲酯、碳酸二乙酯縮合反應(yīng)8~14小時(shí)，得到相應(yīng)的N， Μ-二取代脲衍生物；以超順磁納米顆粒負(fù)載的離子液體為催化劑，10~50°C和常壓下，以 乙醇為溶劑，取代咪唑與缺電子烯烴Michael加成反應(yīng)1~5小時(shí)，得到相應(yīng)的咪唑衍生物。 其中，所沭催化劑為：
[0006]
[0007]其中，所述芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯的摩爾比為1:0.5~1:0.6;所述 咪唑類物質(zhì)與缺電子烯烴的摩爾比為1:1~1:1.3。
[0008] 其中，所述負(fù)載功能離子液體的摩爾量為芳香胺和咪唑類物質(zhì)的0.001:1~0.01: 1倍。
[0009]其中，所述芳香胺為苯胺、4-甲氧基苯胺、2-甲基苯胺、3-甲基苯胺、4-甲基苯胺、 4-乙氧基苯胺和4-氯苯胺；咪唑類物質(zhì)為咪唑、4-硝基咪唑、4-甲基咪唑和苯并咪唑；缺電 子烯烴為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯腈。
[0010]其中，芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯反應(yīng)結(jié)束后，加無水乙醇回流攪拌半 小時(shí)，外加磁場吸住催化劑，趁熱傾倒反應(yīng)液，冷卻結(jié)晶析出固體即為反應(yīng)產(chǎn)物;咪唑類物 質(zhì)與缺電子烯烴反應(yīng)結(jié)束后，用外加磁場吸住催化劑，傾倒反應(yīng)液，柱層析分離產(chǎn)物(洗脫 液為乙酸乙酯甲醇體系）；以上催化劑用外加磁體吸附回收，無水乙醇洗滌，60°C真空干燥5 小時(shí)后用于下一批次反應(yīng)，催化劑在芳香胺參與反應(yīng)、咪唑參與反應(yīng)中分別重復(fù)使用5次和 6次，未發(fā)現(xiàn)催化效率明顯下降。
[0011] 本發(fā)明提供的利用新型超順磁納米顆粒負(fù)載的功能離子液體芳香胺與碳酸二甲 酯或者碳酸二乙酯制備Ν,Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑與缺電子烯烴Michael加成 制備咪唑衍生物的方法，是通過以下途徑來實(shí)現(xiàn)的：
[0012] 本發(fā)明所使用的新型超順磁磁納米顆粒負(fù)載功能離子液體的制備過程：
[0013] 稱取咪唑（1.(^，15111111〇1)放入盛有51^無水四氫呋喃的圓底燒瓶中，搖勻備用;稱 取氫化鋰(0.168,2〇1111]1〇1)在冰浴條件下緩慢加入到盛有51]11^無水四氫咲喃的10〇1]11^圓底燒 瓶中，搖勻備用；在冰浴及氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，將咪唑溶液緩慢滴加到氫化鋰溶液中，再將1-氯-3-溴丙烷（lmL，10mmol)的四氫呋喃溶液在氮?dú)夥諊芯徛渭又辽鲜龌旌先芤褐校?5 °C反應(yīng)24h。緩慢滴加蒸餾水淬滅反應(yīng)，至有明顯分層為止;再將真空常溫旋蒸以除去四氫 呋喃；用二氯化碳萃取(5X5mL)，合并有機(jī)層，蒸干二氯化碳得到中間體1。制備得到的中間 體用1HNMR，13CNMR結(jié)構(gòu)確認(rèn)。所沭中間體1結(jié)構(gòu)為：
[0014]
[0015]往反應(yīng)瓶中加入二氧化硅包荷的四氧化三鐵(2g)，加無水甲苯(40mL)，超聲lh，取3_氯丙基三乙氧基硅烷(0.72mL)溶于無水甲苯(20mL)中然后滴加到反應(yīng)體系中，氮?dú)獗Ｗo(hù) 下回流攪拌反應(yīng)48h，反應(yīng)結(jié)束后外加磁場吸附催化劑，用乙醇洗滌(4X10mL)，真空烘干得 到固體顆粒2。所述中間體2結(jié)構(gòu)為：
[0016]
[0017] 取2g固體顆粒2,加無水甲苯(20mL)，超聲lh，取中間體1(0.8648,6臟〇1)溶于無水 甲苯(10mL)中然后滴加到反應(yīng)體系中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流攪拌反應(yīng)48h，反應(yīng)結(jié)束后外加磁場 吸附催化劑，用乙醇洗滌(4X10mL)，真空烘干得到負(fù)載的功能化離子液體催化劑。所述中 間體3結(jié)構(gòu)為：
[0018]
[0019] 取lg固體顆粒3,加20mL無水乙醇，超聲lh，取了80(1.258,5111111〇1)溶于無水乙醇 (5mL)中然后滴加到反應(yīng)體系中，氮?dú)獗Ｗo(hù)下回流攪拌反應(yīng)48h，反應(yīng)結(jié)束后外加磁場吸附 催化劑后傾倒反應(yīng)液，吸住的催化劑繼續(xù)用乙醇洗滌(6X10mL)，真空烘干得到最終催化劑 (IL-TBD0MNP)，結(jié)構(gòu)為
[0020]
?〇
[0021]N，-二取代脲衍生物的制備過程是：
[0022]
[0023]在裝有磁力攪拌裝置的三口燒瓶中，依次加入芳香胺、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯 和催化劑（IL-TBD0MNP)。其中芳香胺與碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的摩爾比為1:0.5-1:0.6， 催化劑與芳香胺的摩爾比為0.001:1~0.01:1，無溶劑60~100°C常壓反應(yīng)8~14小時(shí)，薄層 色譜(TLC)跟蹤反應(yīng)進(jìn)度。反應(yīng)結(jié)束后，加入無水乙醇回流半小時(shí)，外加磁場吸住催化劑，傾 倒液體冷卻結(jié)晶析出固體即為Ν,Υ-二取代脲衍生物。將產(chǎn)物進(jìn)行核磁表征。回收的催化劑 用無水乙醇洗滌，60°C真空干燥5小時(shí)后用于下一批次反應(yīng)，催化劑重復(fù)使用5次，未發(fā)現(xiàn)反 應(yīng)收率明顯下降。反應(yīng)產(chǎn)物用咕NMR，13CNMR結(jié)構(gòu)確認(rèn)。
[0024]咪唑衍生物的制備過程是：
[0025]
[0026]在裝有磁力攪拌裝置的三口燒瓶中，依次加入咪唑類物質(zhì)、缺電子烯烴、無水乙醇 和催化劑（IL-TBD0MNP)。其中咪唑類物質(zhì)與缺電子烯烴的摩爾比為1:1~1:1.3,催化劑與 咪唑類物質(zhì)的摩爾比為0.001:1~0.01:1，10~50°(3常壓反應(yīng)1~5小時(shí)，薄層色譜(11〇跟 蹤反應(yīng)進(jìn)度。反應(yīng)結(jié)束后，外加磁場固定催化劑，傾倒反應(yīng)液，柱層析分離得到產(chǎn)物，催化劑 用無水乙醇洗滌3后60°C真空干燥5小時(shí)后用于下一批次反應(yīng)，催化劑重復(fù)使用6次，未發(fā)現(xiàn) 催化效率明顯下降。反應(yīng)產(chǎn)物用咕NMR，13CNMR結(jié)構(gòu)確認(rèn)。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下將結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，本發(fā)明的實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明的 技術(shù)方案，并非限定本發(fā)明。
[0028]實(shí)施例1
[0029] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反應(yīng)，反應(yīng)8小時(shí)，TLC檢測，原料反應(yīng)完全，加入無水乙醇（10mL)，回流 攪拌半小時(shí)，冷卻結(jié)晶，析出固體經(jīng)真空干燥得到產(chǎn)品，收率70%，含量99%。
[0030] 1,3-Diphenylurea
[0031] 咕MMR(400MHz，DMS0)(ppm) :S6.96(t，2H，J= 7.2Hz)，7.28(t，4H，J= 7.2Hz)， 7.44(d，4H，J= 7.6Hz)，8.64(s，2H);13C匪R(100MHz，DMS0) :δ123·42，127·02，133·99， 144.93,157.75.MSm/z:212.09,Anal.CalcdforCi3Hi2N2〇:C,73.56；H,5.70；N,13.20；0, 7.54；foundC,73.50；H,5.74；N,13.18；0,7.58.
[0032] 實(shí)施例2
[0033] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0 · 218g,0 · 006mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，100°C反應(yīng)，反應(yīng)10小時(shí)，TLC檢測，原料未反應(yīng)完全，加入無水乙醇（lOmL)， 回流攪拌半小時(shí)，冷卻結(jié)晶，析出固體經(jīng)真空干燥得到產(chǎn)品，收率61%，含量98%。
[0034] 實(shí)施例3
[0035] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3.6mmol)和催化劑（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反應(yīng)，反應(yīng)8小時(shí)，TLC檢測，原料反應(yīng)完全，加入無水乙醇（10mL)，回流 攪拌半小時(shí)，冷卻結(jié)晶，析出固體經(jīng)真空干燥得到產(chǎn)品，收率69%，含量98%。
[0036] 實(shí)施例4
[0037] 將4-甲氧基苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0 ·lg，0 · 0275mmol)依次 加入到50mL三口瓶中，80°C反應(yīng)，反應(yīng)8小時(shí)，TLC檢測，原料反應(yīng)完全，加入無水乙醇 (10mL)，回流攪拌半小時(shí)，冷卻結(jié)晶，析出固體經(jīng)真空干燥得到產(chǎn)品，收率76%，含量99%。