一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法技术

本发明专利技术公开了一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，该方法是将胺类化合物与甲酰胺类化合物在氧化石墨烯催化作用下一锅反应生成甲酰胺衍生物；该方法反应原料及催化剂廉价易得，催化剂可回收并重复使用，且反应步骤及操作简单，具有反应选择性高、产率高、可扩量反应等优点，克服了现有技术中反应试剂毒性大，催化剂昂贵、反应步骤多，副产物多等缺陷。

A method for the synthesis of formamide derivatives by a catalytic formylation of graphene oxide

【技术实现步骤摘要】
一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法
本专利技术涉及一种甲酰胺衍生物的合成方法，特别涉及一种以甲酰胺类化合物作为酰化试剂，在氧化石墨烯催化下对伯胺氢或仲胺氢进行甲酰化反应一步合成甲酰胺衍生物的方法，属于有机合成

技术介绍
甲酰胺衍生物是重要的有机化合物之一，它广泛存在于生物活性分子(如下分子结构式)、有机合成中间体及功能高分子材料中。多种有机小分子可以作为羰基源来制备甲酰胺衍生物，如甲酸及其盐[B.A.Aleiwi,K.Mitachi,M.Kurosu,TetrahedronLett.2013,54,2077；P.GanapatiReddy,G.D.Kishorekumar,S.Baskaran,TetrahedronLett.2000,41,9149]、甲酰胺[L.Becerra-Figueroa,A.Ojeda-Porras,D.Gamba-Sánchez,J.Org.Chem.2014,79,4544]、酯[L.Hie,N.F.FineNathel,X.Hong,Y.-F.Yang,K.N.Houk,N.K.Garg,Angew.Chem.Int.Ed.2016,55,2810]、甲醇[N.Ortega,C.Richter,F.Glorius,Org.Lett.2013,15,1776]、DMF等。其中甲酸及其盐价格较其它几种试剂要高，且具有较强的还原性和一定的毒性，保存条件要求较高。甲酰胺的价格也比后续三种工业产品的价格要高，推高了甲酰胺的合成成本。而以酯为羰基源制备甲酰胺衍生物的方法中，需要用到镍催化，同时反应体系中需要添加30mol％的咪唑盐和1.25当量的三烷氧基铝，成本高昂。甲醇是一种价廉易得的常用化学试剂，然而以其为羰基源合成甲酰胺衍生物时，需要用金属钌作为催化剂，且需要加入叔丁醇钾和1,3-二环己基氯化咪唑促进反应，推高了合成成本。DMF是一种广泛使用且价廉易得的工业化产品，其可以作为甲酰胺基、二甲胺基、羰基、甲基以及醛基的来源[S.Ding,N.Jiao,Angew.Chem.Int.Ed.2012,51,9226；J.Muzart,Tetrahedron2009,65,8313；H.Ohtaki,PureAppl.Chem.1987,59,1143；S.Kobayashi,M.Sugiura,C.Ogawa,Adv.Synth.Catal.2004,346,1023；I.PastorizaSantos,L.M.Liz-Marzan,Adv.Funct.Mater.2009,19,679]。DMF用作醛基源来合成甲酰胺衍生物也有相关报道。2017年，Jagtap报道了镍催化的取代胺与DMF的反应[R.B.Sonawane,N.K.Rasal,S.V.Jagtap,Org.Lett.2017,19,2078]。该反应中需要添加3当量的咪唑，反应的原子经济效率不高，合成成本较大。2016年，Shankarling报道了四氧化三铁催化的伯胺与DMF的反应，反应产率不是太高，而且底物适用范围较受限，只适用于伯胺与DMF的反应[P.B.Thale,P.N.Borase,G.S.Shankarling,RSCAdv.2016,6,52724]。同年，Blanchet报道了硼酸衍生物催化的取代胺与DMF的反应，该反应催化剂较为昂贵且分离困难，另外反应体系中需要另外添加20mol％的醋酸，增加了后处理的难度[T.M.ElDine,D.Evans,J.Rouden,J.Blanchet,Chem.Eur.J.2016,22,5894]。2013年，Sheppard报道了B(OCH2CF3)3催化的取代胺与DMF的反应，该方法对于伯胺具有较好的效果，然而仲胺的反应产率非常不理想，且反应所需的催化剂价格较为昂贵，分离也较为困难[R.M.Lanigan,P.Starkov,T.D.Sheppard,J.Org.Chem.2013,78,4512]。因此，开发一种廉价金属催化的、以价廉易得的工业化试剂DMF为醛基源的方法来合成甲酰胺衍生物，具有重要的理论和应用价值。
技术实现思路
针对现有技术中以DMF作为酰化试剂合成甲酰胺衍生物的方法存在使用有毒硼酸衍生物催化剂，或采用价格昂贵的贵金属催化剂，或收率低、副产物较多等问题，本专利技术的目的是在于提供一种以甲酰胺类化合物作为酰胺化试剂，采用廉价氧化石墨烯作为催化剂通过甲酰化反应制备甲酰胺衍生物的方法；该方法使用廉价易得氧化石墨烯和酰胺化试剂，且在温和条件下可以获得高收率甲酰胺衍生物，尤其是氧化石墨烯易回收和重复使用，该方法具有很好的应用前景。为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，该方法是将式1胺类化合物与甲酰胺类化合物在氧化石墨烯催化作用下一锅反应生成式2甲酰胺衍生物；其中，R1和R2独立选自氢、脂肪烃基、芳烃基或芳杂环基，且R1和R2不同时为氢。优选的方案，所述胺类化合物为四氢异喹啉、6-甲氧基四氢异喹啉、7-溴四氢异喹啉、7-硝基四氢异喹啉、4,5,6,7-四氢噻吩并[3.2-c]吡啶、异吲哚啉、6,7-二氢-5H-吡咯并[3,4-b]吡啶、N-苯基哌嗪、4-苯基哌啶、环己亚胺、N-甲基-4-三氟甲基苄胺、N-甲基-4-甲氧基苄胺、N-甲基苄胺、N-乙基苄胺、N-甲基苯基乙胺、N-甲基-1-萘甲胺、氟西汀、苄胺、苯乙胺、苯丙胺、3,4-二甲氧基苯乙胺、α-苯乙胺、十二烷基伯胺或1-氨基茚满。本专利技术的技术方案在氧化石墨烯催化作用下，甲酰胺类化合物不仅仅对伯胺具有较好的甲酰化效率，有意思的是对仲胺的甲酰化效率液相当高。优选的方案，所述胺类化合物通过甲酰化反应后转化成式2甲酰胺衍生物，这些甲酰胺衍生物为N-甲酰基四氢异喹啉、N-甲酰基-6-甲氧基四氢异喹啉、N-甲酰基-7-溴四氢异喹啉、N-甲酰基-7-硝基四氢异喹啉、N-甲酰基-4,5,6,7-四氢噻吩并[3.2-c]吡啶、N-甲酰基异吲哚啉、N-甲酰基-6,7-二氢-5H-吡咯并[3,4-b]吡啶、N-甲酰基-N’-苯基哌嗪、N-甲酰基-4-苯基哌啶、N-甲酰基环己胺、N-甲基-N-甲酰基-4-三氟甲基苄胺、N-甲基-N-甲酰基-4-甲氧基苄胺、N-甲基-N-甲酰基苄胺、N-乙基-N-甲酰基苄胺、N-甲基-N-甲酰基苯基乙胺、N-甲基-N-甲酰基-1-萘甲胺、N-甲酰基氟西汀、N-甲酰基苄胺、N-甲酰基苯乙胺、N-甲酰基苯丙胺、N-甲酰基-3,4-二甲氧基苯乙胺、N-甲酰基-α-苯乙胺、N-甲酰基十二烷基胺、1-甲酰胺基茚满。优选的方案，所述的甲酰胺类化合物为DMF、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺中至少一种；从经济方面考虑，甲酰胺类化合物进一步优选为DMF。优选的方案，所述反应的温度为130～160℃，时间为6～24小时。进一步优选的方案，反应温度为140～150℃，反应时间为12～18小时。反应温度过高会相应增加副反应产物，而温度偏低会降低底物转化率。同样，反应时间过长会相应增加副反应产物，而反应时间缩短会降低底物转化率。在优选的反应时间和温度范围内可以达到最佳的反应效果。优选的方案，所述胺类化合物在甲酰胺类化合物中的浓度为本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，其特征在于：式1胺类化合物与甲酰胺类化合物在氧化石墨烯催化作用下一锅反应生成式2甲酰胺衍生物；

【技术特征摘要】
1.一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，其特征在于：式1胺类化合物与甲酰胺类化合物在氧化石墨烯催化作用下一锅反应生成式2甲酰胺衍生物；其中，R1和R2独立选自氢、脂肪烃基、芳烃基或芳杂环基，且R1和R2不同时为氢。2.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，其特征在于：所述胺类化合物为四氢异喹啉、6-甲氧基四氢异喹啉、7-溴四氢异喹啉、7-硝基四氢异喹啉、4,5,6,7-四氢噻吩并[3.2-c]吡啶、异吲哚啉、6,7-二氢-5H-吡咯并[3,4-b]吡啶、N-苯基哌嗪、4-苯基哌啶、环己亚胺、N-甲基-4-三氟甲基苄胺、N-甲基-4-甲氧基苄胺、N-甲基苄胺、N-乙基苄胺、N-甲基苯基乙胺、N-甲基-1-萘甲胺、氟西汀、苄胺、苯乙胺、苯丙胺、3,4-二甲氧基苯乙胺、α-苯乙胺、十二烷基伯胺、1-氨基茚满。3.根据权利要求1所述的一种氧化石墨烯催化甲酰化反应合成甲酰胺衍生物的方法，其特征在于：所述的甲酰胺类化合物为DMF、甲酰胺、N-甲基甲酰胺、N-乙基甲酰胺中至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚行，谢桂林，蔡昌群，张景雨，
申请(专利权)人：湘潭大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43