脂肪腈的催化氧化合成方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于化学技术领域，特别是涉及一种脂肪腈的催化氧化合成方法。
【背景技术】
[0002] 腈类化合物是有机合成中重要的合成砌块，且是很多染料、医药、农药和电子材料 的关键结构单元。由于其所含的氰基拥有向其他重要官能团如氨基、酰胺基，醛基、羧基及 酯基等转化的性能，所以腈类化合物也是有机合成中的重要中间体。腈类化合物最传统的 合成方法是通过Sandmeyer reaction或Rosenmund-von Braun反应合成，但这两个方法具 有严重的缺陷，都需要使用化学计量的CuCN，反应条件比较剧烈。此后，又开发了过渡金属 催化的芳香卤代物的氰化反应路线合成芳香腈，反应中要使用KCN、NaCN、Zn(CN) 2、TMSCN、 K4[Fe(CN)6]等氰源。这类合成方法的缺陷在于：（1)使用的氰源一般都是有毒的，使用过程 中必须小心以免有毒HCN的产生；（2)不可避免要产生化学计量的金属废弃物，由此引起产 生了环境问题；（3)反应过程的控制要求比较严格。酰胺脱水是合成芳香腈的另一种方法， 但反应必须要用P 205、P0C13、S0C12和?(：15等脱水剂，且反应温度比较高。腈类化合物也可以 醛肟为原料合成，但往往存在产物收率较低以及过量使用有毒试剂的缺点。考虑到原料的 来源方便，人们对以醛、醇或酸为原料，以尿素、氨或羟胺等为氮源的合成方法越来越关注， 然而在这些已报道的大部分方法中，使用过渡金属以及有毒试剂仍然是不可避免的。
[0003] 近年来，以分子氧作清洁氧源的绿色催化氧化技术日益受到人们的重视。因为分 子氧是可持续使用的自然资源，使用成本低，原子经济性高，氧化反应副产物仅为水，不产 生污染。Jinho Kim(J. Org. Chem. 2015,80，11624 )报道了一种以醛类化合物为原料，以 醋酸铵为氮源，以4-乙酰氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧自由基为催化剂，以氧气为氧化剂 合成腈类化合物的方法，但这个方法有使用的局限性，脂肪醛作为底物不适用。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种以脂肪醛为原料，以六甲基二硅胺为氮源，通过催化氧 化反应制备脂肪腈的方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：以脂肪醛为反应底物，以2，2，6，6-四 甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)、碱金属盐、亚硝酸叔丁酯（TBN)为催化剂，以六甲基二硅氮 烷(HMDS)为氮源，氧气为氧化剂，反应底物在有机溶剂中，于常压下、温度25~50°C的条件 下反应，反应结束后经分离处理得到所述的脂肪腈。
[0006] 本发明中，所述的脂肪醛为饱和链状脂肪醛（例如C1~C20的脂肪醛）、不饱和链状 脂肪醛(例如C1~C20的不饱和脂肪醛）、脂环醛(例如3~8元环结构的脂环醛）、取代的饱和杂 环醛或者带有其他官能团的醛;所述的取代的饱和杂环醛是指含N、0等杂原子的饱和杂环 醛的杂环上被一个或多个取代基取代，所述的取代基各自独立选自下列之一:C1-C4的烷 基、卤素、C1-C4的烷氧基、叔丁氧羰基;所述的带有其他官能团的醛是指取代的饱和链状脂 肪醛、取代的不饱和链状脂肪醛，所述的取代的饱和链状脂肪醛、取代的不饱和链状脂肪醛 是指饱和链状脂肪醛或不饱和链状脂肪醛的烃基被一个或多个取代基取代，所述的取代基 各自独立选自下列之一:苯基、取代苯基、卤素、C1-C4的烷氧基。
[0007] 进一步，所述脂肪醛优选下列之一:正十二醛、环己基甲醛、1-金刚烷甲醛、3-苯丙 醛、肉桂醛、α-甲基肉桂醛、新洋茉莉醛、N-Boc-4-哌啶甲醛。
[0008] 本发明中，所述有机溶剂为N，N'_二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、乙腈，优选为乙腈。 [0009] 本发明中，所述金属盐为NaBF4、NaCl、KPF6优选为KPF6。
[0010] 本发明中，所述反应底物脂肪醛与金属盐、TEMP0、TBN的摩尔比为100:5~25:5~25 : 5~25，优选 100:10~20:10~20:10~20。
[0011] 本发明中，所述反应底物脂肪醛与HMDS的摩尔比1:1.5~3.5，优选1:2~3。
[0012] 本发明中，所述溶剂质量用量推荐为反应底物的45~100倍。
[0013] 本发明中，所述反应温度为25~50°C，优选为30~40°C。
[0014] 本发明中，所述反应时间为6~20 h，优选为8~12 h。
[0015] 通常所述反应液后处理的方法为:反应结束后，反应液中加入硫代硫酸钠溶液搅 拌，然后用乙醚萃取，分离出有机层，减压蒸除溶剂，再进行柱层析分离，以乙酸乙酯/石油 醚体积比1:100的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂即得产物脂肪 臆。
[0016] 本发明具体推荐所述的以脂肪醛为反应底物合成脂肪腈的方法按照以下步骤进 行:在乙腈溶剂中，加入2,2,6,6_四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)、无机盐、亚硝酸叔丁酯 (TBN)和六甲基二硅氮烷(HMDS)，常压氧气条件下，在30~40°C下缓慢加入反应底物脂肪醛， 反应8~12 h后，反应液中加入硫代硫酸钠溶液搅拌，然后用乙醚萃取，分离出有机层，减压 蒸除溶剂，再进行柱层析分离，以乙酸乙酯/石油醚体积比1:100的混合液为洗脱剂，收集含 目标化合物的洗脱液，蒸除溶剂即得产物脂肪腈;所述反应底物脂肪醛与金属盐、TEMPO、 TBN的摩尔比为100:10~20:10~20:10~20;所述反应底物脂肪醛与HMDS的摩尔比1:2~3。
[0017] 本发明所述的合成方法，操作简便安全，其有益效果主要在于： A)与传统的使用化学计量的常规氧化剂，例如12和NaCl2相比，本发明中以TEMPO为催 化剂，清洁氧气为终端氧化剂，降低了环境成本。
[0018] B)克服了α不饱和醛的羟醛缩合副反应，大大提高了此类反应底物的收率。
【具体实施方式】
[0019] 下面通过具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
[0020] 下述实施例所用的脂肪醛的结构式分别如式(1-1Μ1-8)所示：
对应制得的脂肪腈的结构式分别如式(2-1M2-8)所示：
实施例1:正十二腈(式(2-1))的制备 在 100ml 的烧瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧气置换瓶内空气，用橡胶塞密闭瓶口后，插入氧气球，将反应瓶放入预 先升温的水浴锅中加热至30°C，缓慢加入4mmo 1的十二醛(式（1 -1))，反应8h。反应液中加入 硫代硫酸钠溶液搅拌，然后用乙醚萃取，分离出有机层，减压蒸除溶剂，再进行柱层析分离， 以乙酸乙酯/石油醚体积比1: 200的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液，蒸除溶 剂得到十二腈，分离收率为75%。
[0021]实施例2:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是乙腈改为N，N'_二甲基甲酰胺，反应20h，十二腈的分 离收率为46%。
[0022]实施例3:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是乙腈改为二甲基亚砜，反应20h，十二腈的分离收率为 53%〇
[0023] 实施例4:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是KPF6改为NaBF4，反应8h，十二腈的分离收率为73%。 [0024]实施例5:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是KPF6改为NaCl，反应8h，十二腈的分离收率为63%。 [0025] 实施例6:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是TEMP0、KPF6和TBN的用量均改为0.8mmol，反应6h，十 二腈的分离收率为80%。
[0026]实施例7:正十二腈(式(2-1))的制备 反应步骤同实施例1，所不同的是HMDS的用量改为14_〇1，反应8h，十二腈的分离收率 为 72%〇
[0027] 实施例8:环己基甲腈(式(2-2))的制备 在 100ml 的烧瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧气置换瓶内空气，用橡胶塞密闭瓶口后，插入氧气球，将反应瓶放入预 先升温的水浴锅中加热至30°C，缓慢加入4mmo 1的环己基甲醛(如式（1 -2))，反应8h。反应液 中加入硫代硫酸钠溶液搅拌，然后用乙醚萃取，分离出有机层，减压蒸除溶剂，再进行柱层 析分离，以乙酸乙酯/石油醚体积比1:200的混合液为洗脱剂，收集含目标化合物的洗脱液， 蒸除溶剂得到环己基甲腈，分离收率为76%。
[0028]实施例9:1-金刚烷甲腈(式(2-3))的制备 在 100ml 的烧瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧气置换瓶内空气，用橡胶塞密闭瓶口后，插入氧气球，将反应瓶放入预 先升温的