一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法技术

本发明专利技术公开了一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，即以分子式为[(ArN=C(CH3)NCH2CH2NCH2C6H5)CH]Cl的咪唑氯盐（其中Ar=2,6‑二‑CH(CH3)2‑C6H3）为催化剂，常压下通过芳香杂环化合物和二氧化碳的羧基化反应来合成芳香杂环甲酸酯类化合物。这是由咪唑盐催化的通过芳香杂环化合物和二氧化碳的羧基化反应来制备芳香杂环甲酸酯类化合物的第一例，与现有技术相比，不仅催化剂更加绿色，合成更容易，而且反应条件温和，具有相当或更好的催化活性和官能团忍受性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于化学合成领域，具体涉及利用含单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法。
技术介绍
芳香杂环甲酸酯类化合物是有机合成中重要的原料或中间体，也是天然产物、农药或医药中的重要骨架。近年来，以二氧化碳作为C1源，通过芳香杂环化合物的羧基化反应来制备芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，得到了迅速的发展。2010年，Nolan等人发现在室温和氢氧化钾存在下金(I)的氮杂环卡宾配合物能催化芳香杂环化合物和二氧化碳（1.4个大气压）的羧基化反应，可用于芳香杂环甲酸酯类化合物的合成；随后，该课题组报道了类似的铜(I)的氮杂环卡宾配合物在40℃和氢氧化铯存在下，也能催化芳香杂环化合物和二氧化碳（1.4个大气压）的羧基化反应；与此同时，侯召民等人利用类似的铜(I)的氮杂环卡宾配合物在80℃和叔丁醇钾存在下，合成这类化合物（参见：I.I.F.Boogaerts,S.P.Nolan,J.Am.Chem.Soc.,2010,132,8858-8859;I.I.F.Boogaerts,G.C.Fortman,M.R.L.Furst,C.S.J.Cazin,S.P.Nolan,Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,8674-8677;L.Zhang,J.Cheng,T.Ohishi,Z.Hou,Angew.Chem.Int.Ed.,2010,49,8670-8673）。现有技术使用过渡金属催化剂，利用金属活性，能够实现芳香杂环甲酸酯类化合物的合成，但金系催化剂价格昂贵，铜系催化剂又具有毒性，大部分还需要一定压力的二氧化碳，存在不安全应因素。到目前为止，还未见以单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂，通过芳香杂环化合物和二氧化碳在常压下的羧基化反应来合成芳香杂环甲酸酯类化合物的报道。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，即以分子式为[(ArN=C(CH3)NCH2CH2NCH2C6H5)CH]Cl的咪唑氯盐（其中Ar=2,6-二-CH(CH3)2-C6H3）为催化剂，在叔丁醇钾存在下，通过芳香杂环化合物和二氧化碳在常压下的羧基化反应来合成芳香杂环甲酸酯类化合物。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，包括以下步骤，在惰性气体气氛中，以含单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂，以芳香杂环化合物与二氧化碳为原料，在碱存在下，进行常压反应；反应结束后加入卤代烃，酯化反应得到芳香杂环甲酸酯类化合物；所述含单亚胺功能化的咪唑氯盐的化学结构式如下：。上述技术方案中，芳香杂环化合物为苯并噁唑类化合物、苯并噻唑类化合物或者苯并咪唑类化合物；本专利技术方法底物适用性优异，不仅可以以常规芳香杂环化合物为原料，还可以催化较难反应的底物，比如苯并咪唑类化合物、苯并噻唑类化合物，从而制备更多结构的芳香杂环甲酸酯类化合物。上述技术方案中，常压反应温度为50～85℃，时间为12～24小时；酯化反应温度为45～75℃，时间为0.5～2小时。上述技术方案中，反应在有机溶剂中进行，比如N,N-二甲基甲酰胺(DMF)或N,N-二甲基乙酰胺(DMA)，优选DMF，可以良好的溶解反应原料，使得反应均匀。上述技术方案中，卤代烃为碘代烃，优选碘甲烷，碘甲烷是很好的O-甲基化试剂，能使酯化反应顺利进行。上述技术方案中，以含单亚胺功能化的咪唑氯盐作为单组分催化剂，叔丁醇钾或者碳酸铯作为碱存在下，通过芳香杂环化合物和二氧化碳在常压下的羧基化反应来合成芳香杂环甲酸酯类化合物，具体包括以下步骤：在惰性气体气氛中，依次将催化剂、碱、溶剂、芳香杂环化合物加入到反应瓶中；然后通入二氧化碳气体；于50～85℃下，常压下搅拌反应12～24小时；然后加入卤代烃，酯化反应得到芳香杂环甲酸酯类化合物。上述技术方案中，酯化反应结束后，反应液冷却后用去离子水终止反应，再用乙酸乙酯萃取，最后通过柱层析处理得到芳香杂环甲酸酯类化合物。上述技术方案中，按摩尔比，催化剂的用量范围是芳香杂环化合物的1%～5%，碱的用量范围是芳香杂环化合物的1.0～1.5倍。优选的技术方案中，当芳香杂环化合物为苯并噁唑类化合物时，以物质的量计，碱的用量为苯并噁唑类化合物的1.2倍，催化剂的用量为苯并噁唑类化合物的5%，卤代烃的用量为苯并噁唑类化合物的3.0倍；常压反应温度为80℃，时间为18小时；酯化反应温度为65℃，时间为1小时。本专利技术还公开了含单亚胺功能化的咪唑氯盐作为催化剂在催化芳香杂环化合物与二氧化碳反应中的应用；以及含单亚胺功能化的咪唑氯盐作为催化剂在制备芳香杂环甲酸酯类化合物中的应用。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：1.本专利技术首次避免金属催化剂的使用，采用单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂，具有价廉易得、绿色环境友好、在空气中稳定的特点，有利于大规模合成使用。2.本专利技术公开的合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法中，反应在常压下进行，有效保证安全性，克服了现有技术认为需要一定压力，比如1.4大气压才能有效反应的问题，制备的产物气相收率达到95%，取得了意想不到的技术效果。3.本专利技术公开的合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法中，常压反应温度为50～85℃，优选65～80℃，最优选80℃；现有技术认为无金属参与下，芳香杂环化合物与二氧化碳的羧基化反应，有效温度至少在100℃，低于100℃则不能很好转化（产率低于80%）甚至不能转化（65℃下无产物），采用本专利技术的技术方法可在80℃下反应产率高达95%，甚至在65℃下反应产率可达72%，取得了意想不到的技术效果。4.本专利技术公开的制备方法对多种反应底物具有普适性，不仅能够高效催化苯并噁唑类芳香杂环化合物的羧基化反应，对于运用现有技术无法实现的苯并噻唑类化合物的羧基化反应，采用本专利技术的方法能顺利实现，相比现有技术底物普适性和产物收率均有明显提高。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：本实施例中，催化剂含单亚胺功能化的咪唑氯盐分子式为[(ArN=C(CH3)NCH2CH2NCH2C6H5)CH]Cl（其中Ar=2,6-二-CH(CH3)2-C6H3），化学结构式如下：。实施例一苯并噁唑和二氧化碳的羧基化反应合成苯并噁唑-2-甲酸甲酯在反应瓶中，氩气保护下依次加入催化剂（9.9毫克，0.025毫摩尔，5mol%），叔丁醇钾（0.0672克，0.6毫摩尔），DMF（3.0毫升），苯并噁唑（50.7微升，0.5毫摩尔），通入二氧化碳气体，常压下80℃搅拌反应18小时。冷却至65℃，加入碘甲烷（93微升，1.5毫摩尔），65℃搅拌反应1小时。冷却至室温，用去离子水终止反应，反应产物用乙酸乙酯萃取，经气相色谱分析产率为95%，柱层析提纯（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶10的混合溶剂为展开剂），产率为90%。在反应瓶中，氩气保护下依次加入催化剂（9.9毫克，0.025毫摩尔，5mol%），叔丁醇钾（0.056克，0.5毫摩尔），DMF（3.0毫升），苯并噁唑（50.7微升，0.5毫摩尔），通入二氧化碳气体，常压下80℃搅拌反应18小时。冷却至65℃，加入碘甲烷（93微升，1.5毫摩尔），65℃搅拌反应1小时。冷却至室温，用去离子水终止反应，反应产物用乙酸乙酯萃取，柱层析提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤，在惰性气体气氛中，以含单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂，以芳香杂环化合物与二氧化碳为原料，在碱存在下，进行常压反应；反应结束后加入卤代烃，酯化反应得到芳香杂环甲酸酯类化合物；所述含单亚胺功能化的咪唑氯盐的化学结构式如下：。

【技术特征摘要】
1.一种合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于，包括以下步骤，在惰性气体气氛中，以含单亚胺功能化的咪唑氯盐为催化剂，以芳香杂环化合物与二氧化碳为原料，在碱存在下，进行常压反应；反应结束后加入卤代烃，酯化反应得到芳香杂环甲酸酯类化合物；所述含单亚胺功能化的咪唑氯盐的化学结构式如下：。2.根据权利要求1所述合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述芳香杂环化合物包括噁唑类化合物、噻唑类化合物、咪唑类化合物。3.根据权利要求1所述合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述常压反应温度为50～85℃，时间为12～24小时；酯化反应温度为45～75℃，时间为0.5～2小时。4.根据权利要求1所述合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于：所述卤代烃为碘代烃；所述碱为叔丁醇钾或者碳酸铯；所述反应在有机溶剂中进行。5.根据权利要求4所述合成芳香杂环甲酸酯类化合物的方法，其特征在于，具体包括以下步骤：在惰性气体气氛中，依次将催化剂、碱、溶剂、芳香杂环化合物加入到反应瓶中；然后通入二氧化碳气体；于50...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏枚，刘灵，朱凡，周巧云，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32