本发明属于化学领域，具体涉及一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系及其应用。
背景技术：
：酰胺是一类非常重要的结构单元，广泛存在于材料、天然产物、生物或药物活性分子，也是蛋白质结构中的关键连接体。因此，对于酰胺类化合物的合成，一直受到人们的广泛重视。在酰胺的合成方法中，最简单和原子经济性最高的方法是氰类化合物在强酸或强碱中水解。但该方法对于在强酸强碱条件下不稳定的底物容易发生副反应，并且还容易过度水解生成羧酸。与此同时，在后处理阶段，由于强酸强碱反应条件，需要进行中和，从而产生大量的盐，造成环境污染或导致生产成本上升。随后，各种过渡金属，如pt、au、cu、ru、pd等催化的氰基水解反应被广泛报道。这些催化体系具有很高的催化效率和反应选择性，然而较高的价格、较复杂的反应过程、催化剂的前期制备、金属残留风险等，限制了这类反应在工业上的应用。且目前无过渡金属参与的其它催化体系也有相关的文献报道。因此，发明一种价格低廉，碱用量少，催化效率高且底物适应性广的反应体系仍是当前该类反应的客观要求，必将有很好的应用前景。有鉴于此，本发明提出一种新的用于氰基水解制备酰胺的反应体系及其应用。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系，该反应体系以氨水(nh4oh)、二甲基亚砜(dmso)、无机碱催化氰类化合物水解制备酰胺，该反应体系具有无过渡金属参与、反应条件温和、底物适用范围广，产物易于分离等优点。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系，所述的反应体系包括：nh4oh、dmso和无机碱；所述的无机碱选自koh、naoh、k2co3、k3po4、na2co3、cs2co3、csoh中的一种。进一步的，所述的无机碱为naoh。进一步的，所述的nh4oh、dmso的体积比为1：1。本发明的另一个目的在于提供上述反应体系的应用，在应用过程中具有反应条件温和、底物适用范围广，产物易于分离等优点。为了实现上述目的，所采用的技术方案为：上述的用于氰基水解制备酰胺的催化体系的应用，包括以下步骤：将权利要求1所述的用于氰基水解制备酰胺的催化体系和原料加入到反应器中，加热搅拌反应；所述的原料为脂肪腈、芳香腈、或杂环腈；反应结束后，将反应液分离并纯化，得到酰胺类化合物；或者反应结束后，将反应液倒入冰水，析出产物，抽滤分离，得到酰胺类化合物。进一步的，所述的原料的化学式为：r-cn；式中，r为c1-c6烷基、三元—六元环烷烃、苯环、取代苯环、萘环、取代萘环、或被n、o、s原子取代的五元或六元芳香基。进一步的，所述的用于氰基水解制备酰胺的催化体系中的无机碱与原料的摩尔比为0.1-0.5：1。进一步的，所述的反应温度为60-100℃，时间为2-24h。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：1、本发明为以nh4oh和dmso为反应溶剂，无机碱为催化剂，在此条件下，不同类型的脂肪腈或芳香(杂环)腈均能顺利的发生水解反应，并以优良的产率提供酰胺类化合物，产率在60-96％。2、本发明中，以不同比例的nh4oh-dmso体系为反应溶剂，在此溶剂体系中，反应底物易于溶解且无机碱的催化效率大大提高，因此可有效减少碱的使用量，为底物摩尔量的5-50％。与文献报道的同类型反应相比，本体系催化效率高，底物适应范围广，在天然产物、药物及农药的制备方面具有广阔的应用前景。3、本发明用于氰基水解制备酰胺的催化体系的应用，在应用过程中具有操作简单、底物适用范围广、产物简单易于分离(部分底物反应结束后，倒入冰水，即可析出产物，抽滤洗涤即可)、产率高、过程经济等特点。4、本发明中nh4oh-dmso和无机碱组成的三元体系，在氰基水解成酰胺的反应中发挥了较强的协同作用，有效促进了底物的溶解并增强无机碱的水解能力和选择性，因而碱的使用量大大减少且产物以酰胺为主，过度水解成羧酸的量较少，同时降低了反应温度并缩短了反应时间。具体实施方式为了进一步阐述本发明一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系及其应用，达到预期发明目的，以下结合较佳实施例，对依据本发明提出的一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系及其应用，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。下面将结合具体实施例对本发明一种用于氰基水解制备酰胺的催化体系及其应用做进一步的详细介绍：本发明为以氨水-二甲基亚砜(nh4oh-dmso)体系为反应溶剂的无机碱催化的氰类化合物水解制备酰胺的催化体系。所述的溶剂为不同比例的nh4oh-dmso混合液；所述的无机碱为koh、naoh、k2co3、k3po4、na2co3、cs2co3、csoh中的一种。优选的，所述的无机碱为naoh。优选的，所述的nh4oh和dmso的体积比为1：1。本发明以nh4oh-dmso体系为反应溶剂的无机碱催化的氰类化合物水解制备酰胺的应用，其步骤为：将nh4oh-dmso、原料、无机碱加入到反应器中，加热并搅拌，等待反应结束后，将反应液分离并纯化，得到酰胺类化合物；或者直接将反应液倒入冰水，析出产物，抽滤分离，得到酰胺类化合物。其中，所述的原料为脂肪腈、芳香腈、或杂环腈。反应采用以下反应式来表示：r为c1-c6烷基，三元—六元环烷烃，苯环或取代苯环，萘环或取代萘环、或被n、o、s原子取代的五元或六元芳香基；其中r中的取代基选自如下基团(单个或多个)：h、no2、-cn、-cooh、-coor、乙酰基、烷基、烷氧基、芳基、卤素、三氟甲基。优选的，所述的用于氰基水解制备酰胺的催化体系中的无机碱与原料的摩尔比为0.1-0.5：1；反应温度为60-100℃，时间为2-24h。本发明的催化体系的应用中，氨水-二甲基亚砜(nh4oh-dmso)体系为反应溶剂，起到溶解无机碱和原料的作用的同时，与无机碱组合，起到协同作用，可减少碱的使用量的同时，降低反应所需的温度，并提高酰胺类化合物的产率。本发明所述的以nh4oh-dmso体系为反应溶剂的无机碱催化的氰类化合物水解制备酰胺的方法，该方法具有无过渡金属参与、反应条件温和、底物适用范围广，产物易于分离等特点。具体实施例实施例1：苯甲酰胺的合成其反应式如下所示：将103mg(1mmol)苯甲腈，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得苯甲酰胺110mg，收率91％。苯甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.97(s，1h)，7.89-7.86(m，2h)，7.54-7.51(m，1h)，7.44(dd，j＝8.0，6.6hz，2h)，7.36(s，1h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ167.9，134.3，131.2，128.2，127.5。实施例2：2，6-二甲基苯甲酰胺的合成其反应式如下所示：将131mg(1mmol)2，6-二甲基苯甲腈，20mg(0.5mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，100℃下反应18小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得2，6-二甲基苯甲酰胺91mg，收率62％。2，6-二甲基苯甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.72(s，1h)，7.45(s，1h)，7.13(t，j＝7.6hz，1h)，7.02(d，j＝7.6hz，2h)，2.25(s，6h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ171.1，138.9，133.1，127.7，127.0，18.9。实施例3：4-溴苯甲酰胺的合成其反应式如下所示：将182mg(1mmol)4-溴苯甲腈，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得4-溴苯甲酰胺192mg，收率96％。4-溴苯甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ8.04(s，1h)，7.81(d，j＝8.5hz，2h)，7.67-7.65(m，2h)，7.46(s，1h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ167.0，133.4，131.2，129.6，125.0.实施例4：4-乙酰基苯甲酰胺的合成其反应式如下所示：将145mg(1mmol)4-乙酰基苯甲腈，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得4-乙酰基苯甲酰胺147mg，收率90％。4-乙酰基苯甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ8.14(s，1h)，8.01(d，j＝8.4hz，2h)，7.98(d，j＝8.6hz，2h)，7.56(s，1h)，2.61(s，3h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ197.8，167.1，138.7，138.1，128.1，127.8，27.0。实施例5：烟酰胺的合成其反应式如下所示：将104mg(1mmol)3-氰基吡啶，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得烟酰胺103mg，收率84％。烟酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ9.03(d，j＝1.6hz，1h)，8.69(dd，j＝4.8，1.6hz，1h)，8.209(dt，j＝7.6，1.6hz，1h)，8.17(s，1h)，7.61(s，1h)，7.49(dd，j＝7.6，4.8hz，1h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ166.4，151.9，148.7，135.1，129.7，123.4。实施例6：吡嗪-2-甲酰胺的合成其反应式如下所示：将105mg(1mmol)吡嗪-2-甲腈，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得吡嗪-2-甲酰胺100mg，收率81％。吡嗪-2-甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ9.18(d，j＝1.2hz，1h)，8.85(d，j＝2.4hz，1h)，8.71(dd，j＝2.4，1.6hz，1h)，8.25(s，1h)，7.86(s，1h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ165.1，147.4，145.1，143.6，143.4。实施例7：4-吡咯-苯甲酰胺的合成其反应式如下所示：将168mg(1mmol)4-吡咯苯甲腈，20mg(0.5mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得4-吡咯-苯甲酰胺136mg，收率73％。4-吡咯-苯甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ8.01(s，1h)，7.97(d，j＝8.7hz，2h)，7.68(d，j＝8.7hz，2h)，7.48-7.47(m，2h)，7.38(s，1h)，6.31–6.28(m，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ167.1，141.9，130.6，129.2，119.0，118.3，111.1。实施例8：间苯二甲酰胺的合成其反应式如下所示：将128mg(1mmol)间苯二腈，20mg(0.5mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，100℃下反应18小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，析出固体，抽滤，洗涤，烘干，得间苯二甲酰胺98mg，收率60％。间苯二甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ8.38(s，1h)，8.12-7.93(m，4h)，7.53(t，j＝7.6hz，1h)，7.46(s，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ167.6，134.5，130.1，128.3，126.8。实施例9：2-苯基乙酰胺的合成其反应式如下所示：将117mg(1mmol)苯乙腈，4mg(0.1mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得2-苯基乙酰胺100mg，收率74％。2-苯基乙酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.47(s，1h)，7.25-7.31(m，4h)，7.19-7.23(m，1h)，6.89(s，1h)，3.37(s，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ172.3，136.5，129.1，128.2，126.3，42.3。实施例10：环己基甲酰胺的合成其反应式如下所示：将109mg(1mmol)环己基甲酰胺，20mg(0.5mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，100℃下反应12小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，析出固体，过滤，冷水洗涤，干燥，得2-苯基乙酰胺121mg，收率95％。环己基甲酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.12(s，1h)，6.61(s，1h)，2.01-2.07(m，1h)，1.58-1.70(m，5h)，1.08-1.33(m，5h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ177.3，43.7，29.2，25.5，25.3。实施例11：戊酰胺的合成其反应式如下所示：将83mg(1mmol)戊腈，20mg(0.5mmol)naoh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，100℃下反应12小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得戊酰胺93mg，收率92％。戊酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)δ7.21(s，1h)，6.67(s，1h)，2.02(t，j＝7.2hz，2h)，1.41-1.49(m，2h)，1.21-1.30(m，2h)，0.86(t，j＝7.2hz，3h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)δ174.4，34.8，27.3，21.9，13.7。实施例12：2-苯基乙酰胺的合成其反应式如下所示：将117mg(1mmol)苯乙腈，5.6mg(0.1mmol)koh，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应8小时。反应停止后，反应液倒入10ml倒入冰水，析出产物，抽滤分离，得2-苯基乙酰胺94.5mg，收率70％。2-苯基乙酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.47(s，1h)，7.25-7.31(m，4h)，7.19-7.23(m，1h)，6.89(s，1h)，3.37(s，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ172.3，136.5，129.1，128.2，126.3，42.3。实施例13：2-苯基乙酰胺的合成其反应式如下所示：将117mg(1mmol)苯乙腈，27.6mg(0.2mmol)k2co3，1.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，80℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得2-苯基乙酰胺90mg，收率66.6％。2-苯基乙酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.47(s，1h)，7.25-7.31(m，4h)，7.19-7.23(m，1h)，6.89(s，1h)，3.37(s，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ172.3，136.5，129.1，128.2，126.3，42.3。实施例14：2-苯基乙酰胺的合成其反应式如下所示：将117mg(1mmol)苯乙腈，42.4mg(0.2mmol)k3po4，2.0mlnh4oh-dmso(v/v＝1：1)加入到10ml的schlenk反应管中，90℃下反应7小时。反应停止后，反应液倒入10ml水中，用乙酸乙酯萃取(3×20ml)，合并有机相，饱和食盐水洗，无水硫酸钠干燥后，过滤，减压蒸馏去溶剂，硅胶柱柱层析分离提纯，得2-苯基乙酰胺90mg，收率66.6％。2-苯基乙酰胺：1hnmr(400mhz，dmso-d6)：δ7.47(s，1h)，7.25-7.31(m，4h)，7.19-7.23(m，1h)，6.89(s，1h)，3.37(s，2h).13cnmr(100mhz，dmso-d6)：δ172.3，136.5，129.1，128.2，126.3，42.3。通过实施例9、12-14对比可知，可优选naoh为无机碱。不同的催化体系对氰基水解制备酰胺的影响(1)在无机碱相同的情况下，采用不同的溶剂体系。以苯甲腈水解制备苯甲酰胺为例，具体见表1。表1序号反应条件产率(％)1dmso-nh4oh(1:1)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h912dmso-h2o(1:1)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h703etoh-nh4oh(1:1)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h684t-buoh-nh4oh(1:1)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h235dmso-nh4oh(1:0)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h206dmso-nh4oh(0:1)，naoh(0.1equiv.)，80℃，7h677dmso-nh4oh(1:1)，naoh(0.5equiv.)，80℃，7h368dmso-nh4oh(1:1)，naoh(1.0equiv.)，80℃，7h15表中nequiv指：碱的使用量为底物(原料)摩尔量的n倍；dmso-nh4oh后括号里的比例为体积比。通过表1中1-6的对比可知，只有本发明中nh4oh-dmso和无机碱组成的三元体系，在氰基水解成酰胺的反应中才能发挥较强的协同作用。进一步通过1、7-8可知，本发明通过采用nh4oh-dmso和无机碱组成的三元体系，在协同作用下，有效促进了底物的溶解并增强无机碱的水解能力和选择性，使碱的使用量大大减少且产物以酰胺为主，过度水解成羧酸的量较少，避免了过度水解成羧酸的情况(如7-8)。(2)与现有技术相比较。以苯甲腈水解制备苯甲酰胺为例，具体见表2。表2表2中的现有技术均来自文献记载。通过表1中的1号和表2进行比较可知，现有技术的用于氰基水解制备酰胺的催化体系存在碱用量大，价格贵，使用时反应温度高、时间长，条件限制多，适用范围窄等缺点。而本发明通过采用nh4oh-dmso和无机碱组成的三元体系，普适性较强，在氰基水解成酰胺的反应中发挥了较强的协同作用，碱的使用量大大减少的同时，产物以酰胺为主，过度水解成羧酸的量较少，还降低了反应温度，并缩短了反应时间。以上所述，仅是本发明实施例的较佳实施例而已，并非对本发明实施例作任何形式上的限制，依据本发明实施例的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明实施例技术方案的范围内。当前第1页1 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