一种制备腈类化合物的氰化方法技术

本发明专利技术提供一种制备腈类化合物的氰化方法，将有机卤化物或拟卤化物与廉价易得的CO2、NH3及还原剂反应，在过渡金属催化剂的存在下发生选择性氰化反应，获得目标产物有机腈类化合物。在本发明专利技术中使用了一种全新的反应路线，通过金属催化CO2和NH3的反应，“一锅法”直接实现卤化物及拟卤化物的脱(拟)卤氰化，避免了传统氰基化反应需要用到当量剧毒氰化物的问题，同时提供了一种直接、方便的新方法制备同位素标记的腈类化合物，可以用于医学、示踪、生物学和药物研发中。

A cyanide method for the preparation of nitrile compounds

The present invention provides a cyanide method for preparing nitrile compounds, which reacts organic halide or quasi halide with cheap and readily available CO2, NH3 and reductant, and produces selective cyanidation in the presence of transition metal catalysts to obtain organic nitrile compounds of target products. In the invention, a new reaction route was used. Through the reaction of metal catalyzed CO2 and NH3, \one pot method\ was used to direct halide and pseudo halide removal from cyanide. The problem of toxic cyanide needed for traditional cyanidation was avoided, and a new method of direct and convenient preparation was provided. The labelled nitrile compounds can be used in medicine, tracer, biology and drug research and development.

【技术实现步骤摘要】
一种制备腈类化合物的氰化方法
本专利技术属于腈类化合物合成
，特别涉及一种制备腈类化合物的氰化方法。
技术介绍
有机腈类化合物是一类重要的化学品，被广泛用于化工和精细化学品生产行业，在材料、医药、农药及染料等方面均有重要应用。目前，以有机卤代物或磺酸酯为原料合成有机腈类化合物主要有两种方法：SN2取代法和过渡金属催化氰化法。SN2取代法适用于脂肪基卤代物或磺酸酯为原料的反应(见：Bioorg.Med.Chem.2003，18，4093-4102及其参考文献；US4623662A1)；过渡金属盐存在情况下的氰化法适用于芳基卤代物或磺酸酯为原料的反应，反应常以Pd或Cu的盐为促进剂，在催化反应中往往需要加配体和加热(见：US2005/0054701A1使用三(二亚苄基丙酮)二钯和1，1′-双(二苯基膦)二茂铁的催化体系，以氰化锌为氰源，实现了溴代芳烃的氰化；中国专利CN201510194625.0采用钯盐和膦配体的催化体系，以叠氮化钠为原料实现了苄氯的氰化；CatalysisLetters，2010，139，56-60使用醋酸钯和2-二环己基磷-2，4，6-三异丙基联苯的催化体系，实现了芳基磺酸酯的氰化)。不论是采用取代合成法还是过渡金属促进的偶联合成法，这些方法都存在原料剧毒或者不易得，底物适用范围小，生产环保压力大的问题，无法满足现代化工生产过程中对绿色环保的需求。虽然近年来人们开发出低毒的K4[Fe(CN)6]作为氰基化试剂，但其价格偏贵，大大阻碍了其在工业实际生产中的应用(TetrahedronLetters，2005，46，2585-2588)。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种制备腈类化合物的氰化方法，该氰化方法丰富了腈类化合物制备方法，填补了现有技术缺陷，提出一种全新的由有机卤化物或拟卤化物制备腈类化合物的方法，所述方法通过全新的还原氰化方法，在过渡金属催化剂的存在下将廉价易得的CO2和NH3转化为氰基。本方法中产物氰基中的C原子和N原子分别来自于CO2和NH3，避免了使用剧毒氰化物。并且，本专利技术的通过使用同位素标记的CO2和NH3作为氰基的合成原料，提供一种简便的制备同位素标记氰基化合物的方法，从而避免了传统同位素标记腈类化合物制备过程中需要用到昂贵的剧毒同位素标记氰化物的问题。所得同位素标记的腈类化合物可以进一步用于制备同位素标记的功能分子，应用于医药、示踪、生物学和药物研发等诸多方面。为了达到上述目的，本专利技术提供一种制备腈类化合物的氰化方法，其本质上是一种有机卤化物或拟卤化物的脱(拟)卤氰化方法，该方法以CO2和NH3作为氰源，在一定催化剂及反应条件下，实现有机卤代物等的直接氰化反应，合成路线如下：优选地，所述有机卤化物及拟卤化物包括氯苯及其衍生物，溴苯及其衍生物，碘苯及其衍生物，三氟甲基磺酸苯酯及其衍生物，对甲苯基磺酸苯酯及其衍生物，甲磺酸苯酯及其衍生物，溴代苯乙烯及其衍生物，苄溴及其衍生物，碘代萘及其衍生物，溴代萘及其衍生物，碘代咔唑及其衍生物，溴代咔唑及其衍生物，碘代芴及其衍生物，溴代芴及其衍生物，溴丁烷及其衍生物，碘丁烷及其衍生物。一般地，芳环上取代基团的数目可以是单取代，双取代和多取代。取代基团可以是烷基、芳基、烯基、卤素、酯基、醚基、羟基、氨基、烯丙胺基、酰基、酰胺基、三氟甲基中的一种或多种。进一步地，所述反应溶剂包括二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、均三甲苯或二氧六环中的一种或多种。优选地，所述反应溶剂包括N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃或N-甲基吡咯烷酮中的一种或多种。进一步地，所述催化剂包括Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Cu、Zn的盐、氧化物或它们与有机配体形成的络合物。优选地，所述金属盐的阴离子可以是卤素离子、硝酸根离子、三氟乙酸根离子、氟硼酸根离子、甲磺酸根离子、醋酸根离子、乙酰丙酮酸根离子等中的一种或多种组合。所述金属氧化物可以是FeO、Fe2O3、CoO2、Co2O3、NiO、RuO2、Rh2O3、PdO、Ir2O3、Cu2O、CuO或ZnO的一种或多种。所述金属络合物的有机配体包括膦配体如三苯基膦、三环己基膦、三叔丁基膦、二苯基-2-吡啶膦、双(金刚烷-1-基)膦、三异丙叉丙酮基膦、1，2-双(二苯基膦)乙烷、1，3-双(二苯基膦)丙烷、1，5-双(二苯基膦基)戊烷、双(2-二苯基膦乙基)苯基磷、1，1，1-三(二苯基膦甲基)乙烷、三(3-甲氧基苯基)膦、二环己基苯基膦、1，2-二(二苯基膦基)苯、正丁基二(1-金刚烷基)膦、2-二苯基膦-2’-甲氧基联苯等中的一种或多种；氮配体如1，2-环己二胺、乙二胺、N，N’-二甲基乙二胺、N，N’-二苯基乙二胺、2，2’-联吡啶、4，4’-二甲氧基-2，2’-联吡啶、4，4’-二甲基-2，2’-联吡啶、邻菲罗啉等中的一种或多种。进一步地，所述氰化方法还包括助催化剂，所述助催化剂为无机盐中的一种或多种。优选地，所述助催化剂可以是Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sb、Ti等的不同价态的金属盐，如Fe(CO)5、Fe2(CO)9、Fe3(CO)12、FeBr2、FeCl2、FeBr3、FeCl3、Fe(acac)3、Fe(OTf)3、CoCl2、Co(OAc)2、AlCl3、Al(OTf)3、ZnCl2、Zn(OAc)2、Zn(OTf)2、SbF5或TiCl4等中的一种或多种。进一步地，所述还原剂包括氢气、硅烷或硼烷中的一种。进一步地，所述还原剂中的硅烷可以是单取代，双取代和三取代硅烷。取代基团包括烷基、烷氧基、卤素、苯基、取代苯基、三氟甲基，以及聚甲基氢硅氧烷等。进一步地，所述CO2和NH3的总用量相对有机卤化物或拟卤化物的摩尔比例是1∶1～100∶1。进一步地，所述CO2相对NH3的摩尔比例是0.1∶1～100∶1。进一步地，所述反应压力为1-100bar。进一步地，反应使用的CO2和NH3可以分别采用同位素标记的13CO2，14CO2，及15NH3。所述方法使用了一种全新的反应路线，通过金属催化CO2和NH3的反应，“一锅法”直接实现卤代烃或拟卤化物的脱卤氰化。采用该方法，本专利技术以中等到优秀的产率获得了多种腈类化合物。本专利技术的四个要素是：有机卤化物及拟卤化物作为反应底物；氰基来源是CO2和NH3；还原剂是氢气、硅烷或硼烷；催化剂是过渡金属Fe，Co，Ni，Ru，Rh，Pd，Ir，Cu，Zn的盐，氧化物或金属有机配合物。专利技术所述的还原剂可以是氢气、硅烷或硼烷，优选氢气和硅烷。专利技术所述的催化剂包括Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Cu、Zn等形成的盐、氧化物或它们与有机配体形成的络合物。金属盐的阴离子可以是卤素离子、硝酸根离子、三氟乙酸根离子、氟硼酸根离子、甲磺酸根离子、醋酸根离子、乙酰丙酮酸根离子等中的一种或多种组合。所述金属氧化物可以是FeO、Fe2O3、CoO2、Co2O3、NiO、RuO2、Rh2O3、PdO、Ir2O3、Cu2O、CuO或ZnO的一种或多种。所述金属络合物的有机配体包括膦配体，如三苯基膦、三环己基膦、三叔丁基膦、二苯基-2-吡啶膦、双(金刚烷-1-基)膦、三异丙叉丙酮基膦、1，2-双(二苯基膦)乙烷、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备腈类化合物的氰化方法，其特征在于：以CO2和NH3作为氰源，在一定催化剂及反应条件下，实现有机卤化物或拟卤化物等的直接氰化反应，合成路线如下：

【技术特征摘要】
1.一种制备腈类化合物的氰化方法，其特征在于：以CO2和NH3作为氰源，在一定催化剂及反应条件下，实现有机卤化物或拟卤化物等的直接氰化反应，合成路线如下：X＝Cl，Br，I，OTf，OTs，OMs。2.如权利要求1所述的一种制备腈类化合物的氰化方法，其特征在于：所述反应溶剂包括二甲亚砜、N，N-二甲基甲酰胺、四氢呋喃、乙腈、N-甲基吡咯烷酮、甲苯、二甲苯、均三甲苯或二氧六环中的一种或多种。3.如权利要求1所述的一种制备腈类化合物的氰化方法，其特征在于：所述催化剂包括Fe、Co、Ni、Ru、Rh、Pd、Ir、Cu、Zn的金属盐、氧化物或是它们与有机配体形成的络合物。4.如权利要求1所述的一种制备腈类化合物的氰化方法，其特征在于：其还包括助催化剂，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李跃辉，王花，董亚楠，克里斯提安·山多夫，
申请(专利权)人：中国科学院兰州化学物理研究所苏州研究院，
类型：发明
国别省市：江苏,32