一种催化合成n,n′-二取代脲衍生物和咪唑衍生物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高效、绿色、以负载功能离子液体为催化剂合成Ν,γ-二取代脲衍 生物和咪唑衍生物的方法。 技术背景
[0002] 近年来，负载非均相催化技术引起了人们足够的重视，已经作为一种绿色反应技 术广泛用于有机合成生产中（S.E.Davis,etal.，GreenChem.,2013,15,17-45)。用于固载 的载体包括介孔分子筛（101-41和384-15)、碳和聚合物等〇.(：.8 &11616七31.，〇3 Catal·, 2012,2,2537-2546 ;Μ·A·Newton,Chem·Soc·Rev·, 2008,37,2644-2657)。然而这些 固体负载的催化剂或多或少存在以下缺陷：与均相催化剂相比，催化活性低，导致反应速率 和收率不理想;催化剂有效重复使用次数少和后处理比较复杂等。
[0003] 为了避免以上缺陷，人们开发了一种全新的载体-超顺磁性纳米颗粒。与传统负载 催化剂相比，超顺磁性负载催化剂具有催化活性高（高比较面积）、制备工艺简单（容易负 载）、回收容易(通过外加磁场回收)和重复使用性好等特点，结合均相催化剂和非均相催化 剂两者的优点，广泛使用在Michael加成（A.Ying，etal·，Catal·Sci·Technol·，2014,4， 2115-2125)、Knoevenagel缩合反应（AYing，etal.，RSCAdv. ,2014,4,33175-33183)、 Ritter反应（M.BGawande，etal.，GreenChem.,2013,15,1895-1899)、芳基化反应 (J.Lee,etal· ,Tetrahedron,2013,69,5660-5664)等。考虑到超顺磁性纳米颗粒负载催化 剂的优异性能，我们设计超顺磁性纳米颗粒负载功能离子液体，用于催化制备N，N~二取代 脲衍生物和咪唑衍生物。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是利用新型负载催化剂催化芳香胺与碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯 制备N，Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑与缺电子烯烃Michae1加成制备咪唑衍生物的 方法。
[0005] 根据本发明，所述通过芳香胺与碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯缩合反应合成N，f-二取代脲衍生物的方法包括：以超顺磁纳米颗粒负载的离子液体为催化剂，60~100°C和常 压下，无需有机溶剂，芳香胺与碳酸二甲酯、碳酸二乙酯缩合反应8~14小时，得到相应的N， Μ-二取代脲衍生物；以超顺磁纳米颗粒负载的离子液体为催化剂，10~50°C和常压下，以 乙醇为溶剂，取代咪唑与缺电子烯烃Michael加成反应1~5小时，得到相应的咪唑衍生物。 其中，所沭催化剂为：
[0006]
[0007]其中，所述芳香胺与碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯的摩尔比为1:0.5~1:0.6;所述 咪唑类物质与缺电子烯烃的摩尔比为1:1~1:1.3。
[0008] 其中，所述负载功能离子液体的摩尔量为芳香胺和咪唑类物质的0.001:1~0.01: 1倍。
[0009]其中，所述芳香胺为苯胺、4-甲氧基苯胺、2-甲基苯胺、3-甲基苯胺、4-甲基苯胺、 4-乙氧基苯胺和4-氯苯胺；咪唑类物质为咪唑、4-硝基咪唑、4-甲基咪唑和苯并咪唑；缺电 子烯烃为丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯腈。
[0010]其中，芳香胺与碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯反应结束后，加无水乙醇回流搅拌半 小时，外加磁场吸住催化剂，趁热倾倒反应液，冷却结晶析出固体即为反应产物;咪唑类物 质与缺电子烯烃反应结束后，用外加磁场吸住催化剂，倾倒反应液，柱层析分离产物(洗脱 液为乙酸乙酯甲醇体系）；以上催化剂用外加磁体吸附回收，无水乙醇洗涤，60°C真空干燥5 小时后用于下一批次反应，催化剂在芳香胺参与反应、咪唑参与反应中分别重复使用5次和 6次，未发现催化效率明显下降。
[0011] 本发明提供的利用新型超顺磁纳米颗粒负载的功能离子液体芳香胺与碳酸二甲 酯或者碳酸二乙酯制备Ν,Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑与缺电子烯烃Michael加成 制备咪唑衍生物的方法，是通过以下途径来实现的：
[0012] 本发明所使用的新型超顺磁磁纳米颗粒负载功能离子液体的制备过程：
[0013] 称取咪唑（1.(^，15111111〇1)放入盛有51^无水四氢呋喃的圆底烧瓶中，摇匀备用;称 取氢化锂(0.168,2〇1111]1〇1)在冰浴条件下缓慢加入到盛有51]11^无水四氢咲喃的10〇1]11^圆底烧 瓶中，摇匀备用；在冰浴及氮气保护条件下，将咪唑溶液缓慢滴加到氢化锂溶液中，再将1-氯-3-溴丙烷（lmL，10mmol)的四氢呋喃溶液在氮气氛围中缓慢滴加至上述混合溶液中，25 °C反应24h。缓慢滴加蒸馏水淬灭反应，至有明显分层为止;再将真空常温旋蒸以除去四氢 呋喃；用二氯化碳萃取(5X5mL)，合并有机层，蒸干二氯化碳得到中间体1。制备得到的中间 体用1HNMR，13CNMR结构确认。所沭中间体1结构为：
[0014]
[0015]往反应瓶中加入二氧化硅包荷的四氧化三铁(2g)，加无水甲苯(40mL)，超声lh，取3_氯丙基三乙氧基硅烷(0.72mL)溶于无水甲苯(20mL)中然后滴加到反应体系中，氮气保护 下回流搅拌反应48h，反应结束后外加磁场吸附催化剂，用乙醇洗涤(4X10mL)，真空烘干得 到固体颗粒2。所述中间体2结构为：
[0016]
[0017] 取2g固体颗粒2,加无水甲苯(20mL)，超声lh，取中间体1(0.8648,6臟〇1)溶于无水 甲苯(10mL)中然后滴加到反应体系中，氮气保护下回流搅拌反应48h，反应结束后外加磁场 吸附催化剂，用乙醇洗涤(4X10mL)，真空烘干得到负载的功能化离子液体催化剂。所述中 间体3结构为：
[0018]
[0019] 取lg固体颗粒3,加20mL无水乙醇，超声lh，取了80(1.258,5111111〇1)溶于无水乙醇 (5mL)中然后滴加到反应体系中，氮气保护下回流搅拌反应48h，反应结束后外加磁场吸附 催化剂后倾倒反应液，吸住的催化剂继续用乙醇洗涤(6X10mL)，真空烘干得到最终催化剂 (IL-TBD0MNP)，结构为
[0020]
?〇
[0021]N，-二取代脲衍生物的制备过程是：
[0022]
[0023]在装有磁力搅拌装置的三口烧瓶中，依次加入芳香胺、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯 和催化剂（IL-TBD0MNP)。其中芳香胺与碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的摩尔比为1:0.5-1:0.6， 催化剂与芳香胺的摩尔比为0.001:1~0.01:1，无溶剂60~100°C常压反应8~14小时，薄层 色谱(TLC)跟踪反应进度。反应结束后，加入无水乙醇回流半小时，外加磁场吸住催化剂，倾 倒液体冷却结晶析出固体即为Ν,Υ-二取代脲衍生物。将产物进行核磁表征。回收的催化剂 用无水乙醇洗涤，60°C真空干燥5小时后用于下一批次反应，催化剂重复使用5次，未发现反 应收率明显下降。反应产物用咕NMR，13CNMR结构确认。
[0024]咪唑衍生物的制备过程是：
[0025]
[0026]在装有磁力搅拌装置的三口烧瓶中，依次加入咪唑类物质、缺电子烯烃、无水乙醇 和催化剂（IL-TBD0MNP)。其中咪唑类物质与缺电子烯烃的摩尔比为1:1~1:1.3,催化剂与 咪唑类物质的摩尔比为0.001:1~0.01:1，10~50°(3常压反应1~5小时，薄层色谱(11〇跟 踪反应进度。反应结束后，外加磁场固定催化剂，倾倒反应液，柱层析分离得到产物，催化剂 用无水乙醇洗涤3后60°C真空干燥5小时后用于下一批次反应，催化剂重复使用6次，未发现 催化效率明显下降。反应产物用咕NMR，13CNMR结构确认。
【具体实施方式】
[0027]以下将结合实施例对本发明做进一步说明，本发明的实施例仅用于说明本发明的 技术方案，并非限定本发明。
[0028]实施例1
[0029] 将苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化剂（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反应，反应8小时，TLC检测，原料反应完全，加入无水乙醇（10mL)，回流 搅拌半小时，冷却结晶，析出固体经真空干燥得到产品，收率70%，含量99%。
[0030] 1,3-Diphenylurea
[0031] 咕MMR(400MHz，DMS0)(ppm) :S6.96(t，2H，J= 7.2Hz)，7.28(t，4H，J= 7.2Hz)， 7.44(d，4H，J= 7.6Hz)，8.64(s，2H);13C匪R(100MHz，DMS0) :δ123·42，127·02，133·99， 144.93,157.75.MSm/z:212.09,Anal.CalcdforCi3Hi2N2〇:C,73.56；H,5.70；N,13.20；0, 7.54；foundC,73.50；H,5.74；N,13.18；0,7.58.
[0032] 实施例2
[0033] 将苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化剂（0 · 218g,0 · 006mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，100°C反应，反应10小时，TLC检测，原料未反应完全，加入无水乙醇（lOmL)， 回流搅拌半小时，冷却结晶，析出固体经真空干燥得到产品，收率61%，含量98%。
[0034] 实施例3
[0035] 将苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3.6mmol)和催化剂（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反应，反应8小时，TLC检测，原料反应完全，加入无水乙醇（10mL)，回流 搅拌半小时，冷却结晶，析出固体经真空干燥得到产品，收率69%，含量98%。
[0036] 实施例4
[0037] 将4-甲氧基苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化剂（0 ·lg，0 · 0275mmol)依次 加入到50mL三口瓶中，80°C反应，反应8小时，TLC检测，原料反应完全，加入无水乙醇 (10mL)，回流搅拌半小时，冷却结晶，析出固体经真空干燥得到产品，收率76%，含量99%。