一种由胺、甲酸和硅烷制备N‑甲基胺的方法技术

本发明专利技术涉及一种由胺、甲酸和硅烷制备N‑甲基胺的方法，使用简单的铜盐作为催化剂，甲酸和硅烷分别作为甲基化试剂和还原剂，醚类或甲苯作为溶剂，催化剂用量5mol％，反应温度为60～80℃，反应时间为2～16h，分离收率最高可达98％。本发明专利技术的优点是：首次将廉价金属应用于该反应体系，催化剂构成简单、无需配体、廉价易得、实验过程易于实施；使用可再生资源甲酸，避免了传统有毒甲基化试剂或大量甲醛的使用；底物适用范围广，一级胺、二级胺、脂肪胺、芳香胺、亚胺均可得到相应的N‑甲基化产物。

A method for preparation of formic acid and silane amine, N methyl amine

The present invention relates to a method of preparing silane amine, formic acid and N methyl amine, using simple copper salt as catalyst, acid and silane as methylating agent and reducing agent, ether and toluene as solvent, catalyst 5mol%, reaction temperature is 60 to 80 DEG C, the reaction time is 2 ~ 16h, the separation yield up to 98%. The invention has the advantages that the first cheap metals used in the reaction system, the catalyst composition is simple, easy to implement without ligand, cheap, experimental process; the use of renewable resources to avoid the use of toxic traditional acid methylation reagent or large amounts of formaldehyde; substrate range, primary amine and two amine fatty amine, aromatic amine and imine and N can be obtained Methyled corresponding.

【技术实现步骤摘要】
一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法
本专利技术涉及N-甲基胺的合成方法，特别是一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法。
技术介绍
由于在制药工程、农药、染料以及材料领域的广泛应用，N-甲基胺在大宗化学品和精细化学品工业中都占有重要地位。如常用的抗过敏药苯海拉明、镇痛药氨基比林都包含N-甲基结构。N-甲基胺的工业生产方法主要是采用经典的Eschweiler–Clarke反应，即采用大大过量的甲醛作为原料；而实验室则使用高活性的甲基化试剂(如硫酸二甲酯和碘甲烷等)。这些方法因自身反应性质，不可避免的用到有毒试剂、空气敏感的原料、产生当量的卤化物。因此，发展一种廉价、高效、环境友好、易于操作的N-甲基化方法具有重要意义。近十年来，碳酸二甲酯、二氧化碳、甲醇等绿色可再生的甲基化试剂作为甲基来源参与N-甲基化反应引起了广泛兴趣。然而这些方法虽然从原料的使用上选择了无毒无害的原料，但由于自身的化学性能等问题，又不可避免地使用了贵金属催化剂，较高的反应温度及压力。对于生产成本、设备条件以及操作方面都产生了一定的影响。甲酸作为一种来源广泛的可再生资源，既可以通过生物质的氧化反应获得；也可由二氧化碳的催化氢化反应制备。甲酸不仅无毒无害、生物兼容、方便储存和运输。而且在储氢材料、食品添加剂及制备能源产品等方面，它都展现了极其优异的性能。近两年来，以甲酸为甲基化试剂，与胺通过还原制备N-甲基胺的方法吸引了越来越多的关注。目前已见报道的由胺、甲酸(羧酸)、硅烷制备N-甲基(烷基)胺的反应，根据还原试剂的不同可以分为以下几类：硅烷、硼烷、氢气、甲酸作为还原剂。以硼烷为还原剂的报道主要集中在上世纪七、八十年代，该类还原体系的官能团兼容性较差，因此底物类型不宽，参见：(a)Gribble,G.W.；Heald,P.W.Synthesis1975,650-652.(b)Marchini,P.；Liso,G.；Reho,A.；Liberatore,F.；Moracci,F.M.J.Org.Chem.1975,40,3453-3456.(c)Trapani,G.；Reho,A.；Latrofa,A.Synthesis1983,10,1013-1014。氢气作为还原剂，需要一定的反应压力，对实验操作的安全性、设备耐压性能的要求较高，设备成本高，参见：I.Sorribes,J.R.Cabrero-Antonino,C.Vicent,K.JungeandM.Beller,J.Am.Chem.Soc.,2015,137,13580-13587；甲酸作为储氢材料提供还原剂的报道目前只有一例，并且产物的选择性较差，参见：S.Savourey,G.Lefevre,J.-C.BerthetandT.Cantat,Chem.Commun.,2014,50,14033-14036。作为一种高效还原剂，硅烷种类繁多、操作方便，自2014年来被广泛应用于胺、甲酸(羧酸)和硅烷制备N-甲基(烷基)胺的反应。Beller课题组使用Pt/dppp催化体系在苯硅烷的还原作用下首次实现了以胺、甲酸和硅烷来制备N-甲基胺，参见：I.Sorribes,K.JungeandM.Beller,Chem.Eur.J.,2014,20,7878-7883。随后他们利用类似的Pt/dppe催化体系实现了胺、高级羧酸和硅烷制备N-烷基胺的反应，参见：I.Sorribes,K.JungeandM.Beller,J.Am.Chem.Soc.,2014,136,14314-14319。随后，金属钌、铑、铱催化体系也适用于该反应，参见：M.Minakawa,M.OkuboandM.Kawatsura,TetrahedronLett.,2016,57,4187-4190；T.V.Q.Nguyen,W.-J.YooandS.Kobayashi,Adv.Synth.Catal.,2016,358,452-458；K.G.Andrews,D.M.Summers,L.J.DonnellyandR.M.Denton,Chem.Commun.,2016,52,1855-1858。朱磊课题组使用非均相Pt/C催化体系，实现了胺或亚胺、甲酸和硅烷制备N-烷基胺，催化剂可实现回收3次，然而催化效果有所下降，参见：L.Zhu,L.-S.Wang,B.Li,W.LiandB.Fu,Catal.Sci.Technol.,2016,6,6172-6176。傅尧课题组首次将非金属催化剂三五氟苯硼烷应用于该反应，可顺利实现胺、高级羧酸和硅烷制备N-烷基胺，这也是目前为止唯一的非金属催化剂的报道，参见：(a)M.-C.Fu,R.Shang,W.-M.ChengandY.Fu,Angew.Chem.Int.Ed.,2015,54,9042-9046；(b)Q.Zhang,M.C.Fu,H.Z.YuandY.Fu,J.Org.Chem.,2016,81,6235-6243。由以上甲酸(羧酸)为碳源、硅烷作为还原剂的制备N-甲基(烷基)胺的报道中可以看出，现有的金属催化体系全部使用了贵金属催化剂(铂、钌、铑、铱)以及相对昂贵的配体；从实验操作过程来看，也大多需要严格的无水无氧环境，即操作条件相对苛刻。这些对工业生产都是不利的。因此，开发一种廉价的、水氧兼容的、可适用于工业生产的催化体系可以大大降低生产成本，简化实验操作，提高制备效率。此外，中国专利(CN103073372B)也公开了由(甲)醇合成N-(甲)烷基胺的方法，催化剂为磺酸功能化的离子液体，产物收率为31-95％。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法中所使用的贵金属催化体系、实验操作过程相对复杂等问题，提供一种廉价金属的催化体系。该方法使用阴离子中含有亲硅元素(氧、氟)的铜盐为催化剂，实现了温和条件下甲酸和胺还原制备N-甲基胺的目的。使用可再生的原料、催化剂廉价易得、实验操作简单、催化效率高、底物适用范围广。本专利技术涉及反应式如下：本专利技术采用的技术方案是：一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法，制备步骤如下：步骤一将催化剂、溶剂、胺、硅烷和甲酸加入到反应容器中，提升温度进行反应；步骤二反应结束后，将反应体系冷却至室温，柱色谱分离，分离获得N-甲基胺。优选的，催化剂为铜盐催化剂。优选的，铜盐催化剂为Cu(OAc)2、Cu(NO3)2·2.5H2O、CuSO4.5H2O、Cu(acac)2、Cu(OTf)2、CuF2中的一种。其中，步骤一中提升温度为40～120℃，优选为60～80℃。其中，步骤一中反应时间为2～16h。优选的，胺为一级胺、二级胺、脂肪胺、芳香胺、亚胺中的一种。其中，当胺为一级脂肪胺、芳香胺时，步骤一中反应时间优选为12-16h，当胺为二级脂肪胺、芳香胺、亚胺中时，步骤一中反应时间优选为6-8h。优选的，催化剂添加比例为1～5％。优选的，胺、甲酸和硅烷的摩尔比为1:1.1～2.5:2～6。其中，当胺为一级脂肪胺、芳香胺时，胺、甲酸和硅烷的摩尔比为1：1.5～2.5：3～6。，当胺为二级脂肪胺、芳香胺、亚胺中的一种，胺、甲酸和硅烷的摩尔比为1：1.1～:1.5:2～3优选的，溶剂为正丁醚、甲苯、乙醚、四氢呋喃、N,本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由胺、甲酸和硅烷制备N‑甲基胺的方法，其特征在于：制备步骤如下：步骤一 将催化剂、溶剂、胺、硅烷和甲酸加入到反应容器中，提升温度进行反应；步骤二 反应结束后，将反应体系冷却至室温，柱色谱分离，分离获得N‑甲基胺。

【技术特征摘要】
1.一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法，其特征在于：制备步骤如下：步骤一将催化剂、溶剂、胺、硅烷和甲酸加入到反应容器中，提升温度进行反应；步骤二反应结束后，将反应体系冷却至室温，柱色谱分离，分离获得N-甲基胺。2.根据权利要求1所述的一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法，其特征在于：所述催化剂为铜盐催化剂。3.根据权利要求2所述的一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法，其特征在于：所述铜盐催化剂为Cu(OAc)2、Cu(NO3)2.2.5H2O、CuSO4.5H2O、Cu(acac)2、Cu(OTf)2、CuF2中的一种。4.根据权利要求1-3中任一所述的一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基胺的方法，其特征在于：所述胺为一级胺、二级胺、脂肪胺、芳香胺、亚胺中的一种。5.根据权利要求1-3中任一所述的一种由胺、甲酸和硅烷制备N-甲基...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔畅，刘晓放，周智华，何良年，张洪学，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：天津,12