一种n-甲酰胺类化合物的制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种N?甲酰胺类化合物的制备方法，以二氧化碳和有机胺为原料，并添加含氢硅烷作还原剂，以0.1?1.0 mol% salen型金属配合物为催化剂，在压力为0.1?5.0 MPa、温度为25?100℃的条件下，添加或不添加助催化剂时，合成N?甲酰胺类有机化合物；反应结束后，加入有机溶剂，离心，分离出催化剂，上层清液通过旋蒸除掉溶剂后得到N?甲酰胺类化合物。本制备方法具有反应条件温和、无需添加任何有机溶剂，操作简单、催化活性高、底物相容性好等优点，符合绿色合成工艺，适合工业化生产。此外，本发明所提供的催化体系通过加入溶剂可以方便地与反应体系分离，实现催化剂的循环使用。
【专利说明】
一种N-甲酰胺类化合物的制备方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及绿色化学技术领域，具体地说，涉及一种N-甲酰胺类化合物的制备方 法。
【背景技术】
[0002] 随着全球温室效应的加剧与有机化学的发展，许多科研工作者将C02作为环境友 好且廉价易得的C1资源通过化学反应转化成各类高附加值化学品。其中，通过二氧化碳而 不是有毒的一氧化碳得到甲酰胺的绿色化学引起了化学家的重视。
[0003] 氢气是还原二氧化碳的最原子经济性的还原剂，但苛刻的反应条件，如气体混合 物的高压和高的反应温度，这些阻止了氢气的广泛应用。除此之外，氢气的来源限制了反应 的工业化应用。但是廉价无毒的含氢硅烷有低的还原电位(例如SiH4有92千卡每摩尔，而H 2 有104千卡每摩尔）。因此含氢硅烷作为还原剂代替氢气还原二氧化碳可以节约能源。此外， 选用含氢硅烷可以实现高度的化学选择性和温和的反应条件。
[0004]
[0005]
[0006]
[0007]通式(6)
[0008]目前，以C02和含氢硅烷为原料，有机胺的N-甲酰化反应一般都存在需要重金属催 化剂，惰性气氛，复杂的反应体系，高温高压，以及催化剂分离困难等缺点。2012年， T. Cantat课题组最早报道了以5. Omol % TBD为催化剂，苯硅烷PhSiH3为还原剂，在常压的C〇2 和反应温度为l〇〇°C条件下，反应24h时，得到收率>99%的N-甲酰胺系列产品(Angew Chem Int Ed 2012,51,187-190)。随后，他们进一步发现以5.0mol%NHC为催化剂，PHMS为还原 剂，THF为溶剂，在常温常压下就能实现上述反应(J. Am. Chem. Soc. 2012，134，2934-2937.)。 但是该体系中催化剂对空气和湿都很敏感，并且其用量也较大，不利于工业化生产。由此可 见，当前的研究虽然取得了较好的成果，但是需要反应溶剂，反应温度高或是高的催化剂负 载量，这样有违绿色催化的核心思想，不利于反应机理的研究，同时也限制了底物的适用范 围。但是salen型金属配合物作为催化剂只需要很低的负载量，在温和条件下无需加入任何 溶剂，就可以得到收率很高的N-甲酰胺类化合物，而且底物适用范围很宽。salen型金属配 合物物理、化学性质稳定，制备过程简单，无毒且易于从反应液中分离重复使用。因此本发 明以salen型金属配合物为催化剂进行有机胺、有机硅烷和二氧化碳反应得到N-甲酰胺类 化合物的反应。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是针对现有的N-甲酰胺类化合物合成路线中存在着需要重金属催 化剂、惰性气气氛、复杂的反应系统、高温和压力、产物难分离、催化剂难以重复使用等问 题，提供一种N-甲酰胺类化合物的制备方法。该方法具有简单易行、绿色环保、清洁高效等 优点。
[0010]为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0011] -种N-甲酰胺类化合物的制备方法，以二氧化碳和有机胺为原料，并添加含氢硅 烷作还原剂，以0.1-1. Omol % salen型金属配合物为催化剂，在压力为0.1-5. OMPa、温度为 25-100°C的条件下，添加或不添加助催化剂时，合成N-甲酰胺类有机化合物;反应结束后， 加入有机溶剂，离心，分离出催化剂，上层清液通过旋蒸除掉溶剂后得到N-甲酰胺类化合 物；
[0012] 在上述N-甲酰胺类化合物的制备方法，所述的salen型金属配合物催化剂的结构 选自通式（1):
[0013]
[0014] 通式（1)
[0015] 通式中，R^R2选自1〇1以811、^)2』匕0〇13和季鐵盐，1? 3选自!1、？11、-(〇12)4-，金属 中心 Μ选自 Zn、Al、Co、Cu、Fe、Mn* -种。
[0016]在上述N-甲酰胺类化合物的制备方法，所述助催化剂为通式(2)中的一种，或选自 DMAP、TBD、DBU、Et3N、DMF;
[0017；
[0018] 通式(2)
[0019] 通式中，R4为Et或nBu;X是 Cl、Br或 I。
[0020]在上述N-甲酰胺类化合物的制备方法，所述的含氢硅烷为苯硅烷、二苯基硅烷、三 苯基硅烷、甲基苯基硅烷、二甲基苯基硅烷、二乙基甲基硅烷、三(三甲硅烷氧基)硅烷、三乙 氧基硅烷或聚甲基氣硅烷。
[0021] 在上述N-甲酰胺类化合物的制备方法，所述的有机胺为伯胺或仲胺，伯胺结构选 自通式(3):
[0022] R5-NH2 [0023]通式（3)
[0024] 通式中，R5为正丙基、正丁基、苯基或环己基；
[0025] 仲胺结构为通式(4)，或选自吗啉、四氢异喹啉、吲哚啉、哌啶、哌嗪；
[0026]
[0027] 通式（4)
[0028] 通式中，R6选自苯基、间甲基苯基、对甲基苯基、苄基、卤素离子、对甲氧基苯基、邻 甲氧基苯基;办选自甲基、乙基、异丙基、苯基、烯丙基。
[0029] 在上述N-甲酰胺类化合物的制备方法，所述反应结束后，加入的有机溶剂为乙醚、 乙酸乙酯、正己烷、石油醚的一种。
[0030] 与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
[0031] 1.现有的N-甲酰胺类化合物合成路线中，采用有毒的重金属催化剂，此类催化剂 制备过程复杂，有毒，成本高，催化剂难以重复使用，温和条件下催化活性低，选择性差。而 salen型催化体系作催化剂，不仅制备简单，无毒，成本低和催化剂可以重复使用而且还可 以克服在温和条件下重金属催化活性低，选择性低的问题。因此，本发明将salen型金属配 合物作为使有机胺甲酰化的催化剂。
[0032] 2.与现有技术相比，本反应条件温和，工艺过程简单，操作方便，催化体系简单，催 化活性好，选择性高，能够通过简单地加入溶剂实现催化剂与产物的分离。不需要加入溶 剂，环境友好。
[0033] 3.本发明能够同时对二氧化碳和多种胺类物质反应实现催化活化。
【具体实施方式】 [0034] 实施例1:
[0035] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zr^RhRhRs 都为氢基）和〇 · OOlmmol助催化剂(通式（2)中R4为正丁基），lmmo N-甲基苯胺和lmmol苯娃 烷作为原料，调节二氧化碳压力为〇.5MPa，在温度为25°C下进行搅拌反应15h，反应结束后， 加入乙醚离心分离回收催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物N-甲基甲酰苯胺，收率95%。
[0036] 实施例2:
[0037] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为AURhRs 都为氢基）和〇 · OOlmmol助催化剂(通式（2)中R4为正丁基），lmmo N-甲基苯胺和lmmol苯娃 烷作为原料，调节二氧化碳压力为5MPa，在温度为100°C下进行搅拌反应3h，反应结束后，加 入乙酸乙酯离心分离回收催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物 N-甲基甲酰苯胺，收率99 %。
[0038] 实施例3:
[0039] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Co，RjPR3为 都为氢基，R2为甲基)和O.OOlmmol助催化剂(通式(2)中R4为正丁基），lmmol 2-甲氧基-N-甲 基苯胺和lmmol二苯基硅烷作为原料，调节二氧化碳压力为IMPa，在温度为60 °C下进行搅拌 反应6h，反应结束后，加入二氯甲烷离心分离回收催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶 剂，真空干燥后得到产物2-甲氧基-N-甲基甲酰苯胺，收率97%。
[0040] 实施例4:
[0041 ] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Cu，R#PR3为 都为氢基，R2为甲基)和0 · 00 lmmo 1助催化剂(通式⑵中R4为乙基），lmmo 1 4-溴-N-甲基苯胺 和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化碳压力为0.5MPa，在温度为60°C下进行搅拌反应4h， 反应结束后，加入石油醚离心分离回收催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥 后得到产物4-溴-N-甲基甲酰苯胺，收率97 %。
[0042] 实施例5:
[0043] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zn，!^为氢 基，R2为甲基，R3为甲氧基)和O.OOlmmol助催化剂(通式（2)中R4为乙基），lmmol 4-溴-N-甲 基苯胺和lmmol二苯基硅烷作为原料，调节二氧化碳压力为0.5MPa，在温度为25°C下进行搅 拌反应12h，反应结束后，加入石油醚离心分离回收催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶 剂，真空干燥后得到产物4-溴-N-甲基甲酰苯胺，收率95%。
[0044] 实施例6:
[0045] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zn，R^R3为 都为氢基，R2为季鐵盐结构的单元），lmmol吗啉和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化碳压 力为0.5MPa，在温度为25°C下进行搅拌反应12h，反应结束后，加入石油醚离心分离回收催 化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物吗啉-4-甲醛，收率100%。 [0046] 实施例7:
[0047] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zn，!^为甲 基，R2为季鐵盐结构的单元，R3为氢基），lmmol吗啉和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化碳 压力为1.5MPa，在温度为40°C下进行搅拌反应6h，反应结束后，加入乙醚离心分离回收催化 剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物吗啉-4-甲醛，收率100%。
[0048] 实施例8:
[0049] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Al，Ri为甲 基，R2为季鐵盐结构的单元，R3为氢基），lmmol吗啉和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化碳 压力为1.5MPa，在温度为40°C下进行搅拌反应6h，反应结束后，加入乙醚离心分离回收催化 剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物吗啉-4-甲醛，收率80%。
[0050] 实施例9:
[0051 ] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zn，!^为甲 基，R2为季鐵盐结构的单元，R3为氢基），lmmol二乙胺和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化 碳压力为5MPa，在温度为25°C下进行搅拌反应12h，反应结束后，加入乙醚离心分离回收催 化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物二乙基甲酰胺，收率100%。 [0052] 实施例10:
[0053] 在10mL不锈钢高压反应釜中，加入O.OOlmmol的催化剂(通式（1)中Μ为Zn，!^为甲 基，R2为季鐵盐结构的单元，R3为氢基），lmmol二乙胺和lmmol苯硅烷作为原料，调节二氧化 碳压力为〇.5MPa，在温度为100°C下进行搅拌反应6h，反应结束后，加入乙醚离心分离回收 催化剂，上层清液通过旋转蒸发除掉溶剂，真空干燥后得到产物二乙基甲酰胺，收率100%。
【主权项】
1. 一种N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于以二氧化碳和有机胺为原料，并添 加含氢硅烷作还原剂，以〇 . 1-1 . Omol % salen型金属配合物为催化剂，在压力为O . 1-5.010^、温度为25-100°(：的条件下，添加或不添加助催化剂时，合成1甲酰胺类有机化合 物;反应结束后，加入有机溶剂，离心，分离出催化剂，上层清液通过旋蒸除掉溶剂后得到N-甲酰胺类化合物。2. 如权利要求1所述的N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述的salen型金 属配合物催化剂的结构选自通式(1):通式中，Ri或R2选自H、CH3、tBu、NO2、Br、OCH 3和季鑰盐，R3选自H、Ph、- (CH2) 4_，金属中心M 选自 Zn、Al、Co、Cu、Fe、Mr^-种。3. 如权利要求1所述的N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述助催化剂为通 式 由的一种.或诜白 DMAP、TRD、DRU、FU、DMF，通式中，R4为Et或nBu;X是Cl、Br或I。4. 如权利要求1所述的N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述的含氢硅烷为 苯硅烷、二苯基硅烷、三苯基硅烷、甲基苯基硅烷、二甲基苯基硅烷、二乙基甲基硅烷、三(三 甲硅烷氧基)硅烷、三乙氧基硅烷或聚甲基氢硅烷。5. 如权利要求1所述的N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述的有机胺为伯 胺或仲胺，伯胺结构选自通式(3): R5-NH2 通式(3) 通式中，R5为正丙基、正丁基、苯基或环己基； 仲胺结构为通式(4)，或选自吗啉、四氢异喹啉、吲哚啉、哌啶、哌嗪；通式中，R6选自苯基、间甲基苯基、对甲基苯基、苄基、卤素离子、对甲氧基苯基、邻甲氧 基苯基;R7选自甲基、乙基、异丙基、苯基、稀丙基。6. 根据权利要求1所述的N-甲酰胺类化合物的制备方法，其特征在于，所述反应结束 后，加入的有机溶剂为乙醚、乙酸乙酯、正己烷、石油醚的一种。
【文档编号】C07C233/05GK106008401SQ201610408092
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年6月9日
【发明人】纪红兵, 林小微, 罗荣昌, 周贤太
【申请人】中山大学惠州研究院