本发明涉及医药中间体制备领域，具体的涉及一种高效制备5-氮杂吲哚的方法。
背景技术：
氮杂吲哚是精细化工产品的重要中间体，在医药、食品、农药、日用化学品等领域有着广泛的用途。吲哚类衍生物的合成也是有机化学领域的一大热点。虽然已经有很多高效合成吲哚衍生物的方法，由于氮杂吲哚在结构上区别于吲哚，所以一些经典的合成吲哚的方法并不很适用于氮杂吲哚的合成。在氮杂吲哚类化合物中，5-氮杂吲哚更难合成，很多经典的合成吲哚环的方法以及合成其他氮杂吲哚的方法都不能很好地合成5-氮杂吲哚。
国内外报道5-氮杂吲哚合成的主要有以下几种方法：一是以4-氨基-3-溴吡啶(或者4-氨基-3-氯吡啶、4-氨基-3-碘吡啶)为原料合成5-氮杂吲哚。例如blaazer等人从4-氨基-3-溴吡啶出发，经过钯催化的stille反应，然后在酸性条件下成环生成5-氮杂吲哚。该方法的不足之处在于反应时间长，需要反应30h左右，成本高，收率较低，两步总收率为59.6％。whelligandk等人先将乙氧基乙炔与4，4，5，5-四甲基-1，3-二氧杂硼烷反应后与4-氨基-3-溴吡啶反应后得到5-氮杂吲哚。这个方法合成5-氮杂吲哚有一定的困难，原因有两个，其一是氯或溴原子在间位，活化能力小：其二是氨基在对位，共轭效应使其碱性增强(pka值＝7.2)，收率较低。另一种是以3-甲基-4-硝基氮氧化吡啶为原料，采用leimgruber-batcho的吲哚合成法来制备5-氮杂吲哚。例如dormoy等利用leimgruber-batcho的吲哚合成法，首先3-甲基-4-硝基氮氧化吡啶分别于dma、三吗啉甲烷、原甲酸乙酯等反应生成烯胺，然后雷尼镍催化加氢还原得到5-氮杂吲哚。该方法的缺点是产生甲醇，沸点低，降低了反应温度，反应不完全，且需要大量的雷尼镍催化剂。
中国专利(201210150087.1)公开了一种5-氮杂吲哚的制备方法，其是以3-甲基吡啶为原料，在氧化剂的作用下，发生氧化反应，制得3-甲基吡啶氮氧化物；然后在混酸的作用下，发生硝化反应制得3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物氮氧化物；最后与三氯化磷在溶剂中反应，制得3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物；然后将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物与n,n-二甲基甲酰胺缩二烷基缩醛发生反应，制得3-二烷基胺乙烯基-4-硝基吡啶，最后将其在金属催化剂的作用下进行还原反应，并同时关环，制得目标产物，虽然该反应目标产物收率高，但是反应过程比较复杂。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，该方法采用的催化剂催化效率高，可有效缩短反应时间，操作简单，对设备要求低，制得的目标产物收率高。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应15-35min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置20-72h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴100-120℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在60-80℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)金属溶液中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为(1-3)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(1)金属溶液中，所述硫酸铁的摩尔浓度为3-6mol/l。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，所述醋酸钯、乙酸的用量比为1g：(10-15)ml。
作为上述技术方案的优选，步骤(2)中，醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为(2-3.5)：1。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，所述溶剂为n，n-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、n，n-二乙基甲酰胺、乙酸乙酯中的一种或多种混合。
作为上述技术方案的优选，步骤(3)中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：(20-40)ml。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，所述酒石酸溶液的质量浓度为3-8％。
作为上述技术方案的优选，步骤(4)中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：(15-35)ml：(0.015-0.03)g。
本发明具有以下有益效果：
本发明以3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物为原料采用两步法制备目标产物，反应过程简单，条件易于控制；
本发明有效调节催化剂的制备工艺，制得铁、锌掺杂的醋酸钯催化剂，其催化活性高，可有效改善目标产物的收率，在催化剂的制备过程中，本发明有效调节各组分的用量以及原料的滴加速度制得的掺杂醋酸钯力学性能优异，比表面积大，活性位点多，可有效促进反应。
具体实施方式：
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为1：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为3mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应15min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置20h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：10ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为2：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴100℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物氮氧化物、溶剂的用量比为1g：20ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在60℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：15ml：0.015g；目标产物的收率为93.5％。
实施例2
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为3：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为6mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应35min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置72h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：15ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为3.5：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴120℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：40ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在80℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：35ml：0.03g；目标产物的收率为94.5％。
实施例3
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为1.5：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为3.5mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应20min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置30h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：10ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为2.5：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴105℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：30ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在65℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：20ml：0.02g；目标产物的收率为96.1％。
实施例4
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为2：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为4mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应25min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置40h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：10ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为3：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴110℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：20ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在70℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：20ml：0.025g；目标产物的收率为95.5％。
实施例5
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为2.5：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为5mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应25min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置50h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：15ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为3：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴110℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：35ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在70℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：20ml：0.025g；目标产物的收率为92.8％。
实施例6
一种高效制备5-氮杂吲哚的方法，包括以下步骤：
(1)分别将硫酸铁、硫酸锌溶于去离子水中制得金属溶液；其中，硫酸铁、硫酸锌的摩尔比为2.5：1；金属液中硫酸铁的摩尔浓度为5.5mol/l；
(2)将醋酸钯溶于乙酸中制得醋酸钯的乙酸溶液，然后加入上述制得的金属溶液，搅拌混合均匀后，然后在45-55℃下回流反应30min，反应结束后将反应液蒸发浓缩，然后浓缩液静置5h，过滤，收集滤液，将滤液静置70h，收集析出的固体，干燥，制得铁、锌掺杂醋酸钯；其中，醋酸钯、乙酸的用量比为1g：15ml；醋酸钯、硫酸铁的摩尔比为3.2：1；
(3)首先将3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物溶于溶剂中，油浴110℃下回流反应15-20min，反应结束后冷却至室温，减压蒸馏，浓缩物采用无水乙醇洗涤，干燥，制得3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物；其中，3-甲基-4-硝基吡啶氮氧化物、溶剂的用量比为1g：35ml；
(4)将上述制得的3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物和酒石酸溶液混合，然后加入上述制得的铁、锌掺杂醋酸钯催化剂，搅拌混合后在75℃下回流反应10-20min，反应结束后冷却至室温，反应液采用乙酸乙酯萃取，收集有机层，将有机层蒸干，并采用去离子水重结晶制得目标产物5-氮杂吲哚；其中，3-二甲胺乙烯基-4-硝基吡啶氮氧化物、酒石酸溶液、铁、锌掺杂醋酸钯催化剂的用量比为1g：30ml：0.025g；目标产物的收率为94.3％。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。