本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种2-吡啶酮的催化合成方法。
背景技术：
最近十多年来，关于铜催化的杂环化合物合成功能反应研究的较多，并且出现了各种新型的配体稳定的铜催化剂的报道，同时也取得了较大的进展。随着工业化产业的发展，负载型多相催化剂的运用无疑是减少了均相催化剂的使用及提高了生产的效率。对铜基均相催化剂来讲，绝大多数均相反应均需要有机配体的引入来提高铜催化剂的催化效率。因此，将配体通过各种方法负载于非均相载体上，从而实现铜催化的非均相化成为研究趋势。
2-吡啶酮是一类重要的含氮杂环化合物，广泛存在于天然产物及人工合成化合物之中，且此类化合物大多具有重要的生物、药物活性。例如，lycoricidine、narciclasine和pancratistatin是从水仙属植物中分离得到的生物碱，均具有良好的生物活性，如昆虫拒食活性等。目前，人们对含羟基的2-吡啶酮类化合物合成方法研究主要集中在1-羟基-2-吡啶酮和4-羟基-2-吡啶酮两类化合物上，采用：1)非环反应前体，如二羰基化合物、炔酮、共轭烯酮、二硫缩烯酮等合成中间体，通过经典的knoevenagel缩合、michael加成、diels-alder反应、vilsmeier反应等常用方法；2)采用已有的2-吡啶酮母核结构，通过亲电、亲核取代，氧化还原，催化偶联等方法对原有母核结构进行修饰，以此构建新的2-吡啶酮化合物。而6-羟基-2-吡啶酮作为一类含羟基2-吡啶酮，在医药、农药及染料等行业也有着许多应用，但关于6-羟基-2-吡啶酮合成方法的报道却较少。
技术实现要素：
本发明针对现有技术的不足之处，提供一种工艺简单、收率高、环境友好的2-吡啶酮的催化合成方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种2-吡啶酮的催化合成方法，将5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物、取代乙腈类化合物、催化剂、溶剂混合进行反应。所述5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物与取代乙腈类化合物的摩尔比为1:1.05～1.2，所述5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物与催化剂hcp-nhc-cu的摩尔比为的1:0.01～0.1，所述催化剂hcp-nhc-cu为卡宾基微孔有机聚合物负载cucl，所述反应温度为80-120℃，所述反应时间为6.0-10.0小时。反应结束后，经过滤，柱层析后即得2-吡啶酮。
反应方程式可表示如下：
进一步，所述的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物结构为：
其中所述r1基团可以为：ph-、-ch3、-ch2ch3、-(ch2)2ch3、-ch(ch3)2、-(ch2)3ch3、-ch2ch(ch3)2、-(ch2)4ch3、-ch2c(ch3)3、phch2-、-och3、-och2ch3、-o(ch2)2ch3、-och(ch3)2、-o(ch2)3ch3、-och2ch(ch3)2、-o(ch2)4ch3、-och2c(ch3)3、ch2＝chch2o-、phch2o-、4-ch3phch2o-、4-(ch3o)phch2o-、4-clphch2o-、4-brphch2o-、3-ch3phch2o-、3-(ch3o)phch2o-、3-clphch2o-、3-brphch2o-、2-ch3phch2o-、2-(ch3o)phch2o-、2-clphch2o-或2-brphch2o-；
所述r2基团可以为：-ch3、-ch2ch3、-(ch2)2ch3、-ch(ch3)2、-(ch2)3ch3、-ch2ch(ch3)2、-(ch2)4ch3、-ch2c(ch3)3、ph-、biphenyl、4-ch3ph-、4-(ch3ch2)ph-、4-[ch3(ch2)2]ph-、4-[(ch3)2ch]ph-、4-(phch2o)ph-、4-ch3oph-、4-(ch3ch2o)ph-、4-(ch3(ch2)2o)ph-、4-[(ch3)2cho]ph-、4-clph-、4-brph-、4-fph-、4-no2ph-、4-cnph-、4-[(ch3)2n]ph-、4-(ch3o2c)ph-、4-(ch3ch2o2c)ph-、3-ch3ph-、3-(ch3ch2)ph-、3-[ch3(ch2)2]ph-、3-[(ch3)2ch]ph-、3-(phch2o)ph-、3-ch3oph-、3-(ch3ch2o)ph-、3-(ch3(ch2)2o)ph-、3-[(ch3)2cho]ph-、3-clph-、3-brph-、3-fph-、3-no2ph-、3-cnph-、3-[(ch3)2n]ph-、3-(ch3o2c)ph-、3-(ch3ch2o2c)ph-、2-ch3ph-、2-(ch3ch2)ph-、2-[ch3(ch2)2]ph-、2-[(ch3)2ch]ph-、2-(phch2o)ph-、2-ch3oph-、2-(ch3ch2o)ph-、2-(ch3(ch2)2o)ph-、2-[(ch3)2cho]ph-、2-clph-、2-brph-、2-fph-、2-no2ph-、2-cnph-、2-[(ch3)2n]ph-、2-(ch3o2c)ph-、2-(ch3ch2o2c)ph-、2,4-(ch3)2ph-、3,4-(ch3)2ph-、3,5-(ch3)2ph-、3,4,5-(ch3)3ph-、2,4-(ch3o)2ph-、3,4-(ch3o)2ph-、3,5-(ch3o)2ph-、3,4,5-(ch3o)3ph-、2-ch3-4-clph-、2-ch3o-4-clph-、2-ch3-4-brph-、2-ch3o-4-brph-、2-furyl、2-thienyl、2-pyridyl、3-pyridyl或4-pyridyl；
所述r3基团可以为：h、-ch3、-ch2ch3、-(ch2)2ch3、-ch(ch3)2、-(ch2)3ch3、-ch2ch(ch3)2、-(ch2)4ch3、-ch2c(ch3)3。
进一步，所述的取代乙腈类化合物结构为：
其中所述r4基团可以为：cn、cooch3、cooch2ch3、cooch2ch2ch3、coch3、coph、conhph、conhch3、conh2。
进一步，所述的2-吡啶酮为6-羟基-2-吡啶酮，结构为：
进一步，所述的催化剂hcp-nhc-cu为一种卡宾基微孔有机聚合物负载cucl，其结构为：
进一步，所述的卡宾基微孔有机聚合物负载cucl催化剂hcp-nhc-cu，其特征在于hcp-nhc与cucl的质量比为1:0.2～0.6。
进一步，所述的2-吡啶酮的制备方法，其特征在于所述5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物与取代乙腈类化合物的摩尔比为1:1.05～1.2。
进一步，所述的2-吡啶酮的制备方法，其特征在于所述5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物与催化剂hcp-nhc-cu的摩尔比为的1:0.01～0.1。
进一步，所述的2-吡啶酮的制备方法，其特征在于所述反应温度为80-120℃，所述反应时间为6.0-10.0小时。
进一步，所述的2-吡啶酮的制备方法，其特征在于所述反应溶剂为极性质子溶剂，优选为dmf、dmso、ch3ch2oh。
以下从理论上对本发明进行说明：
催化剂hcp-nhc-cu未负载cu时，催化剂基材hcp-nhc最高bet比表面积可达831m2g-1，负载cu后，催化剂hcp-nhc-cu的bet比表面积可达500m2g-1。[1]催化剂hcp-nhc-cu基材上的微孔在反应时可吸附反应物5-酰基-3,4-二氢吡喃和取代乙腈类化合物，将其限定在基材hcp-nhc的微孔内，使其能充分同cu进行接触，从而催化反应的进行。
催化剂hcp-nhc-cu中cu的含量对催化反应也有很大影响，cu的含量较高时，催化剂催化剂hcp-nhc-cu比表面积降低太多，不利于吸附反应物进入微孔进行反应；cu的含量较低时，虽然能很好吸附反应物进入微孔，但不能同金属cu进行有效接触，同样会降低反应催化效率。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、反应条件温和，工艺简单，经一步反应即制得2-吡啶酮；
2、反应采用金属负载型催化剂hcp-nhc-cu，催化剂易于回收利用，环境友好，三废少；
3、反应收率高，产品收率在82％以上，最高可达95％。
具体实施方式
本实施例中催化剂hcp-nhc-cu的制备：催化剂的合成参考文献“功能性微孔有机聚合物的合成及其性能研究，王科伟，华中科技大学，博士论文，2016”。
1)n,n-二苄基苯并咪唑盐酸盐的合成
将苯并咪唑(7.08g，60mmol)，四丁基溴化铵(0.25g，0.75mmol)加入到50ml的30％naoh水溶液中，搅匀。室温下将氯化苄(7.02ml,61.00mmol)滴加于上述体系中，升温至55℃，在该温度下反应3个小时。反应结束后，将反应液倒入200ml蒸馏水中，搅拌，抽滤所得固体用二氯甲烷溶解，用水洗至中性，将有机层蒸干，干燥得n-苄基苯并咪唑。
将上述所得n-苄基苯并咪唑全部加入100ml的甲苯中，室温下加入11.00ml的氯化苄，后升温回流24小时。反应完成后，冷却至室温，将甲苯旋蒸至少液体时，将100ml乙酸乙酯加入反应瓶中，搅匀，抽滤，得到17.08g白色的n，n-二苄基并咪唑盐酸盐，产率为85％。
2)卡宾基微孔有机聚合物(hcp-nhc)的合成
将n,n-二苄基苯并咪唑盐酸盐(0.67g，2.00mmol)、苯(0.47g，6.00mmol)和二甲氧基甲烷(1.37g，18.00mmol)加入到4ml1,2-二氯乙烷中。在35℃下，向上述溶液中加入三氯化铁(2.92g，18.00mmol)，随后升温至45℃反应5小时，最终升温至80℃反应19小时。得到的固体用甲醇洗涤3次，再用甲醇索氏提取24小时，在60℃下真空干燥24小时。得1.12g棕黑色固体粉末，产率为98％。
3)hcp-nhc-cu-i的制备
在氮气保护下，取hcp-nhc(0.50g)，cucl(0.10g)，t-buona(0.39g，4.00mmol)加入到10ml无水thf中，室温反应24小时。抽滤所得的固体，用thf，甲醇洗涤5次。
用thf索式提取48小时以除去物理吸附的铜盐，最后在60℃下真空干燥而得hcp-nhc-cu-i。
4)hcp-nhc-cu-ii的制备
在氮气保护下，取hcp-nhc(0.50g)，cucl(0.20g)，t-buona(0.39g，4.00mmol)加入到10ml无水thf中，室温反应24小时。抽滤所得的固体，用thf，甲醇洗涤5次。
用thf索式提取48小时以除去物理吸附的铜盐，最后在60℃下真空干燥而得hcp-nhc-cu-ii。
5)hcp-nhc-cu-ii的制备
在氮气保护下，取hcp-nhc(0.50g)，cucl(0.30g)，t-buona(0.39g，4.00mmol)加入到10ml无水thf中，室温反应24小时。抽滤所得的固体，用thf，甲醇洗涤5次。
用thf索式提取48小时以除去物理吸附的铜盐，最后在60℃下真空干燥而得hcp-nhc-cu-iii。
2-吡啶酮的制备方法通过下述实施例来说明：
实施例1：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cooch2ch31.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-i0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-i，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-甲酸乙酯基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率86％。
产物数据表征：
1hnmr(400mhz,cdcl3)δ＝1.23-1.29(m,3h),1.61(t,j＝6.8hz,2h),2.26(s,3h),2.45(t,j＝7.2hz,2h),3.40-3.44(m,2h),4.19-4.22(m,2h),4.65(t,j＝4.8hz,1h),6.87(t,j＝7.2hz,2h),7.26(d,j＝7.6hz,2h),7.56(d,j＝8.0hz,2h).
13cnmr(100mhz,cdcl3)δ＝10.5,14.3,15.2,34.3,61.2,63.5,86.3,120.4,127.9,128.8,136.1,138.7,148.3,156.5,165.7,177.2.
anal.calcdforc18h21no5:c,65.24；h,6.39；n,4.23.found:c,66.45；h,6.71；n,4.39.
实施例2：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cooch2ch31.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-甲酸乙酯基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率95％。
实施例3：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cooch2ch31.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-iii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-iii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-甲酸乙酯基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率91％。
实施例4：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-(4-甲基苯胺基)-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cooch2ch31.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-(4-甲基苯基)-3-甲酸乙酯基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率93％。
实施例5：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-(4-甲基苯胺基)-3-苯甲酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cooch2ch31.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu–ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-(4-甲基苯胺基)-3-甲酸乙酯基-4-苯基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率93％。
实施例6：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cn1.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-氰基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率94％。
实施例7：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cn1.0mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-氰基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率87％。
实施例8：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cn1.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmf15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至80℃，在此温度下继续搅拌9.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-氰基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率85％。
实施例9：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cn1.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂ch3ch2oh15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至回流，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1-苯基-3-氰基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率86％。
实施例10：
将下式中所示的5-酰基-3,4-二氢吡喃类化合物2-苯胺基-3-乙酰基-5,6-二氢-4h-吡喃1.0mmol加入在50毫升圆底烧瓶中，再依次加入取代乙腈类化合物cnch2cn1.2mmol、催化剂hcp-nhc-cu-ii0.05mmol、溶剂dmso15ml，搅拌均匀。将反应液逐渐升温至100℃，在此温度下继续搅拌8.0小时后，停止反应。反应液冷却至室温后，过滤回收催化剂hcp-nhc-cu-ii，滤液经柱层析分离后得产品：6-羟基-1苯基-3-氰基-4-甲基-5-(3-羟丙基)-2-吡啶酮，产品收率94％。