本发明涉及一种催化伯醇制备腈的方法。
(二)
背景技术：
腈类化合物是有机合成化学中最重要的有机合成中间体之一，在农药、医药、染料等精细化学品中有着广泛应用。传统意义上，大多数腈类化合物主要通过Sandmeyer反应、含卤化合物与金属氰化物的亲核取代反应或芳基C-H键的氰基化反应制备。然而这些方法存在着诸多缺陷：化学计量的有毒金属氰化物作为氰源；产生无机盐等副产物，易造成产物二次污染；反应原子经济性和选择性差；反应条件苛刻(高温高压)；后处理繁琐、成本较高等。在过去的几十年，为避免有毒金属氰化物的使用，醛肟(或肟)、酰胺的脱水反应、过渡金属催化一级胺的氧化反应作为替代方法被广泛报道。但是，反应过程往往需要使用含磷脱水剂或者贵金属催化剂，并且反应往往需要在苛刻的反应条件(高温，高压)下进行。因此，发展绿色环保的合成方法制备腈具有重要意义。
近年来，采用氨水(或者铵盐)为氮源，在氧化剂作用下，通过一锅法直接氧化醇制备腈类化合物的方法倍受关注。这些方法不仅能够有效避免有毒氰化物的使用，同时反应可以在相对温和的条件下进行，这使得副反应得到有效控制，反应选择性得到较大提高，而且体系拥有更为广泛的底物适应性。根据已有的文献报道，目前，直接以醇为原料，采用氧化剂，通过醇氧化的方式制备腈类化合物的反应体系主要包括：以氧气(或空气)作为最终氧化剂的反应体系；有机氧化剂参与的反应体系(DDQ：2,3-二氯-5,6-二氰对苯醌,TBHP：过氧化叔丁基等)；无机氧化剂参与的反应体系(金属氧化物，单质碘，高价碘等)三大类。
Fowelin Christian等人用三氟甲磺酸与苄醇反应，使其氧化成腈，溶剂为水，但该方法反应步骤繁琐处理麻烦会生成大量的三废污染[Fowelin Christian et al.,Eur.J.Org.Chem.,2007,(6):1013.]。Rajender Reddy K.等用过氧叔丁醇与苄醇反应制备腈，其中还加入了KI，氨，最后还要加硫代硫酸钠除去多余的过氧化物。其缺点还是过氧化物相对危险，还需后处理，增加实验步骤，对反应的经济性不利[Rajender Reddy K.et al.,Tetrahedron Lett.,2009,50(18),2050.]。Vatele Jean-Michel等人通过加入醋酸碘苯，醋酸铵，TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)，在水中氧化醇为腈。该反应的催化剂为高碘化合物成本较大，而且污染较大。[Vatele Jean-Michel,synlett,2014,25(9),1275.]综上所述，现有技术中合成腈的方法，存在不少缺点与不足，如：成本较高，不够绿色环保，反应温度较高，反应周期较长等。
(三)
技术实现要素：
为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种催化氧化制备腈的新方法。
本发明采用的技术方案是：
一种伯醇制备腈的方法，所述的方法按如下步骤进行：
以式(I)或式(III)所示的伯醇为原料，以铜盐为催化剂，以空气为氧化剂，以TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)为助氧化剂，氨水为助催化剂和溶剂，于80～120℃下反应15～30h，反应结束后，所得反应液经后处理得到式(II)或式(IV)所示的腈；所述伯醇与铜盐、TEMPO(2,2,6,6-四甲基哌啶氮氧化物)的物质的量之比为1：0.03～0.08：0.03～0.08；所述氨水的物质的量浓度为1.5～1.8mol/L；所述氨水的体积用量以伯醇的物质的量计为3～7mL/mmol，
式(I)、(II)、(III)、(IV)中：
所述R1为氢或氢被甲基、甲氧基、氟、氯、溴、碘、硝基、甲硫基、羧基、苄氧基或烯丙氧基单取代或多取代；
所述Het为2-吡啶基、2-呋喃基、2-噻吩基、1-萘基或苯乙烯基。
进一步，所述催化剂为CuI、CuBr、CuCl、CuO、CuBr2、CuCl2、CuSO4、Cu(NO3)2、Cu(OAc)2或Cu(OTf)2。
再进一步，优选所述催化剂为CuI、CuBr或CuCl。
进一步，所述R1为氢或氢被甲基、甲氧基、氟、氯、溴、碘、硝基、甲硫基、羧基、苄氧基或烯丙氧基单取代。
再进一步，所述式(I)所述的化合物为3,4-二甲基苄醇、3,4,5-三甲氧基苄醇或2,4-二氯苄醇。
本发明所述反应液的后处理方法为：待反应结束后，反应液冷却至室温，用乙酸乙酯萃取，合并有机层，真空浓缩除去乙酸乙酯得粗产品，所得粗产品经柱层析分离纯化，以石油醚：乙酸乙酯＝5～10：1为洗脱剂进行洗脱，得到式(II)或式(IV)所示的腈。
本发明所述反应过程在开放的空气气氛中进行。
本发明的有益效果主要体现在：
1、原料价廉易得，反应在常压下进行，绿色安全。
2、反应转化率、产率较高，底物适用性强，操作方便。
3、反应的副产物为水，整个过程对环境友好，不会对环境造成污染。
(四)具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：
实施例中厚壁耐压管为欣维尔100mL规格。
实施例1：
在150mL的配有磁子搅拌的厚壁耐压管中，在空气气氛下，向体系中加苄醇(即结构式(I)中的R1为H)1.0mmol(108.1mg)，氨水(1.6mol/L)5.0mL，碘化亚铜5mol％(9.5mg)，TEMPO 5mol％(7.8mg)，100℃下反应15h，待反应结束后，反应液冷却至室温，用乙酸乙酯萃取(3×5.0mL)。合并有机层，真空浓缩除去乙酸乙酯得粗产品。粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物。得94.9mg，收率为92％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.61–7.53(m,3H),7.43(t,J＝7.8Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ132.5,131.8,128.9,118.5,112.1.
实施例2：
所用的反应物为对甲基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位COOH)1.0mmol(152.1mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)3.0mL，催化剂溴化亚铜的用量为8mol％(11.5mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为120℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)，得纯的目标产物，得129.4mg收率88％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ8.23(d,J＝8.4Hz,1H),7.81(d,J＝8.4Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ169.1,133.1,132.4,130.6,117.7,117.2.
实施例3：
所用的反应物为邻甲氧基苄醇(即结构式(I)中的R1为邻位OCH3)1.0mmol(138.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.7mol/L)5.0mL，催化剂氯化亚铜的用量为8mol％(7.9mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为120℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得123.9mg收率93％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.57–7.51(m,2H),7.04–6.95(m,2H),3.93(s,3H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.2,134.3,133.7,120.7,116.4,111.3,101.8.
实施例4：
所用的反应物为对氟苄醇(即结构式(I)中的R1为对位F)1.0mmol(126.1mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.5mol/L)7.0mL，催化剂氧化铜的用量为8mol％(6.4mg)，TEMPO的用量为8mol％(7.8mg)，反应温度为80℃，反应时间为18h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得110.2mg收率91％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.70(dd,J＝8.8,5.1Hz,2H),7.19(t,J＝8.6Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ166.1,134.7,134.6,117.9,116.9,116.8.
实施例5：
所用的反应物为对氯苄醇(即结构式(I)中的R1为对位Cl)1.0mmol(142.6mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)3.0mL，催化剂溴化铜的用量为8mol％(17.9mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为120℃，反应时间为15h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝8：1)，得纯的目标产物，得128.0mg收率93％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.62(d,J＝8.7Hz,2H),7.49(d,J＝8.7Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ139.6,133.4,129.7,117.9,110.9.
实施例6：
所用的反应物为对溴苄醇(即结构式(I)中的R1为对位Br)1.0mmol(187.0mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.6mol/L)5.0mL，催化剂氯化铜的用量为8mol％(10.8mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为100℃，反应时间为15h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝8：1)，得纯的目标产物，得172.1mg收率93％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.65(d,J＝8.6Hz,2H), 7.54(d,J＝8.6Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ133.4,132.7,128.0,117.9,111.4.
实施例7：
所用的反应物为邻碘苄醇(即结构式(I)中的R1为邻位I)1.0mmol(234.0mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.6mol/L)5.0mL，催化剂硫酸铜的用量为5mol％(8.0mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为120℃，反应时间为18h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得206.1mg收率90％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.95(d,J＝8.0Hz,1H),7.64(dd,J＝7.8,1.5Hz,1H),7.48(td,J＝7.7,1.1Hz,1H),7.31(td,J＝7.8,1.6Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ139.6,134.3,133.6,128.3,120.8,119.3,98.4.
实施例8：
所用的反应物为对硝基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位NO2)1.0mmol(153.1mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.6mol/L)5.0mL，催化剂硝酸铜的用量为5mol％(9.38mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为100℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)，得纯的目标产物，得136.3mg收率92％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ8.38(d,J＝8.9Hz,2H),7.90(d,J＝8.9Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ150.1,133.5,124.3,118.4,116.7.
实施例9：
所用的反应物为对甲硫基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位SCH3)1.0mmol(154.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.6mol/L)5.0mL，催化剂醋酸铜的用量为3mol％(5.4mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为120℃，反应时间为30h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得132.8mg收率89％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.54(d,J＝8.6Hz,2H),7.28(d,J＝8.5Hz,2H),2.52(s,3H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ146.1,132.2,125.7,118.9,107.9,14.8.
实施例10：
所用的反应物为对苄氧基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位OBn)1.0mmol(214.3mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)5.0mL，催化剂三氟甲磺酸铜的用量为3mol％(10.9mg)，TEMPO的用量为3mol％(4.7mg)，反应温度为80℃，反应时间为20h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得194.6mg收率93％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.61(d,J＝8.9Hz,2H),7.45–7.36(m,5H),7.04(d,J＝8.9Hz,2H),5.13(s,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.9,135.7,134.0,128.8,128.4,127.5,119.2,115.6,104.3,70.3.
实施例11：
所用的反应物为对烯丙氧基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位烯丙氧基)1.0mmol(164.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)5.0mL，催化剂溴化亚铜的用量为5mol％(7.2mg)，TEMPO的用量为8mol％(12.5mg)，反应温度为100℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝8：1)，得纯的目标产物，得151.2mg收率95％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.59(d,J＝8.9Hz,2H),6.98(d,J＝8.9Hz,2H),6.05(ddd,J＝22.5,10.5,5.3Hz,1H),5.43(d,J＝17.3Hz,1H),5.35(d,J＝10.5Hz,1H),4.60(d,J＝5.3Hz,2H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ161.9,133.9,132.1,119.1,118.4,115.4,104.2,69.0.
实施例12：
所用的反应物为吡啶-2-甲醇(即结构式(III)中的Het为2-吡啶基)1.0mmol(109.1mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.5mol/L)5.0mL，催化剂碘化亚铜的用量为5mol％(9.5mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为30h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝8：1)，得纯的目标产物，得91.6mg收率88％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ8.75(d,J＝4.6Hz,1H),7.87(td,J＝7.8,1.7Hz,1H),7.72(d,J＝7.8Hz,1H),7.55(ddd,J＝7.8,4.8,1.1Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ151.1,136.9,134.1,128.5,126.9,117.1.
实施例13：
所用的反应物为呋喃-2-甲醇(即结构式(III)中的Het为2-呋喃基)1.0mmol(98.1mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.7mol/L)5.0mL，催化剂碘化亚铜的用量为8mol％(15.2mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为20h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝8：1)，得纯的目标产物，得85.7mg收率92％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.60(d,J＝1.2Hz,1H),7.11(dd,J＝3.6,0.5Hz,1H),6.55(dd,J＝3.6,1.8Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ147.3,126.2,121.9,111.39(d,J＝6.8Hz).
实施例14：
所用的反应物为噻吩-2-甲醇(即结构式(III)中的Het为2-噻吩基)1.0mmol(114.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.6mol/L)5.0mL，催化剂碘化亚铜的用量为5mol％(9.5mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝5：1)，得纯的目标产物，得104.7mg收率96％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.60(d,J＝4.4Hz,2H),7.11(t,J＝4.4Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ137.2,132.5,127.5,114.0,109.5.
实施例15：
所用的反应物为萘-1-甲醇(即结构式(III)中的Het为1-萘基)1.0mmol(158.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.7mol/L)5.0mL，催化剂碘化亚铜的用量为3mol％(5.7mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得148.6mg收率97％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ8.21(d,J＝7.6Hz,1H),8.05(d,J＝8.3Hz,1H),7.93–7.85(m,2H),7.66(ddd,J＝8.3,6.9,1.3Hz,1H),7.60(ddd,J＝8.1,6.9,1.2Hz,1H),7.49(dd,J＝8.3,7.2Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ133.1,132.8,132.4,132.2,128.5,128.4,127.4,124.9,124.8,117.7,110.0.
实施例16：
所用的反应物为3-苯基-2-丙烯醇(即结构式(III)中的Het为苯乙烯基)1.0mmol(134.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.7mol/L)5.0mL，催化剂氯化亚铜的用量为8mol％(7.9mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得121.4mg收率94％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.53–7.36(m,6H),5.90(d,J＝16.7Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ150.6,133.6,131.2,129.1,127.3,118.1,96.4.
实施例17：
所用的反应物为3,4-二甲基苄醇(即结构式(I)中的R1为对位、间位两个CH3)1.0mmol(136.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)5.0mL，催化剂溴化亚铜的用量为5mol％(7.2mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为80℃，反应时间为20h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得128.6mg收率98％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.45–7.36(m,2H),7.23(d,J＝7.7Hz,1H),2.33(s,3H),2.30(s,3H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ142.4,137.9,132.9,130.3,129.6,119.3,109.6,20.1,19.5.
实施例18：
所用的反应物为3,4,5-三甲氧基苄醇(即结构式(I)中的R1为3位，4位，5位三个甲氧基)1.0mmol(198.2mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)5.0mL，催化剂溴化亚铜的用量为5mol％(7.2mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为100℃，反应时间为20h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得185.5mg收率96％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ6.88(s,2H),3.91(s,3H),3.89(s,6H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ153.6,142.4,118.9,109.5,106.7,61.1,56.4.
实施例19：
所用的反应物为2,4-二氯苄醇(即结构式(I)中的R1为邻位、对位两个Cl)1.0mmol(177.0mg)，实验方法和步骤同实施例1，氨水(1.8mol/L)5.0mL，催化剂溴化亚铜的用量为5mol％(7.2mg)，TEMPO的用量为5mol％(7.8mg)，反应温度为80℃，反应时间为24h，粗产品经柱色谱纯化(石油醚：乙酸乙酯＝10：1)，得纯的目标产物，得166.8mg收率97％。
核磁共振氢谱:1H NMR(500MHz,CDCl3):δ7.63(d,J＝8.4Hz,1H),7.56(d,J＝1.9Hz,1H),7.39(dd,J＝8.4,1.9Hz,1H).
核磁共振碳谱:13C NMR(125MHz,CDCl3):δ140.1,137.9,134.6,130.3,127.9,115.2,111.9。