一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法技术

本发明专利技术属于有机合成领域，涉及一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法。该方法以邻硝基苯胺类化合物、醇类化合物为原料，在铁催化剂和质子供体存在的条件下，通过铁催化的氧化还原偶联反应，生成苯并咪唑类化合物。本发明专利技术所述的方法为苯并咪唑类药物和农药的合成提供了新的途径。相比传统的以邻苯二胺类化合物和羧酸或羧酸衍生物为原料的苯并咪唑类化合物合成方法，本发明专利技术所述的方法提高了整个流程的原子利用率，降低了生产成本和生产过程中产生的“三废”污染。

【技术实现步骤摘要】
一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法
本专利技术属于有机合成领域，涉及一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法。
技术介绍
苯并咪唑等含氮杂环化合物是医药、农药等生物活性分子中极为常见的结构。在传统化工生产中，苯并咪唑类化合物通常由邻苯二胺类化合物与羧酸及其衍生物(例如：酰氯、羧酸酯、酰胺等)在高温、脱水剂或催化剂等存在的反应条件下通过缩合环化反应制备。在工业生产中，邻苯二胺类化合物一般通过还原对应的邻硝基苯胺类化合物的方法制备。因此，相比邻硝基苯胺类化合物，通常邻苯二胺类化合物制备更为困难，成本高，且在制备过程中会产生更多“三废”污染。其次，在工业上，甲酸等羧酸类化合物通常需要以对应醇为原料通过包括氧化反应在内的一步或多步反应制备。因此，相比甲酸等羧酸类化合物，甲醇等醇类化合物是更为绿色、经济的碳源。另外，传统苯并咪唑类化合物合成方法常常需要毒性较大的催化剂或脱水剂，不符合绿色化学理念。然而，传统方法同时具有产率高、可操作性强等优点，因此其仍然是现阶段工业生产中应用最为广泛的苯并咪唑类化合物合成方法之一。为了解决传统苯并咪唑类化合物合成方法的上述缺点，需要解决以下两个问题：(1)以邻硝基苯胺类化合物和醇类化合物为原料。专利技术适当的催化剂I，在反应过程中以醇为还原剂还原硝基，同时实现醇的催化氧化和硝基的催化还原；(2)专利技术适当的催化剂II，有效的催化醇的氧化产物和硝基的还原产物之间的偶联反应，最终实现苯并咪唑类化合物的合成。在最理想的条件下，催化剂I和催化剂II为同一种催化剂。本专利技术所描述的技术非常好的解决了上述两个问题，基于地球含量丰富且对生物和环境友好的铁催化剂建立了催化氧化还原偶联反应，可以直接以邻硝基苯胺类化合物和醇类化合物为原料合成苯并咪唑类化合物，反应条件温和，产率高，适用范围广。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法。本专利技术使用廉价、易得的邻硝基苯胺类化合物和醇类化合物为原料，采用廉价、无毒的铁催化剂催化反应。铁催化剂同时可以催化醇的氧化，硝基的还原以及偶联三个过程。该反应以廉价的铁粉为原料，在反应中原位生成具有催化活性的铁催化剂。本专利技术解决了传统苯并咪唑类化合物合成方法需要使用邻苯二胺和羧酸或者羧酸衍生物为原料，且常需使用有毒催化剂、脱水剂的问题。为实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：上述一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，该方法以通式(1)所示的邻硝基苯胺类化合物和通式(2)所示的醇类化合物为原料，在铁催化剂和质子供体存在的条件下，通过铁催化剂来催化的氧化还原偶联反应，生成通式(3)所示的苯并咪唑类化合物；其中，R1为单取代或多取代；R1为氢、直链或支链的烷基、卤素、醚基中的一种；R2为氢、直链或支链的烷基、取代的烷基、取代或未取代的芳香烃或杂环中的一种；R3为氢或直链烷基；所述铁催化剂是铁盐、铁配合物或者是以铁单质作为催化剂前体在反应中原位生成的铁催化剂。一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，包括如下步骤：步骤1：将邻硝基苯胺类化合物、质子供体和铁催化剂或铁催化剂前体加入反应容器中；步骤2：将油浴锅升温至预定目标反应温度；步骤3：惰性气体保护；步骤4：向反应容器中加入醇类化合物；步骤5：在目标反应温度下，持续搅拌反应混合物直到预设的反应时间；步骤6：将饱和碳酸氢钠溶液注入反应体系淬灭反应，待反应液冷却到室温，过滤，用二氯甲烷萃取水相、合并有机相，干燥、浓缩后得到苯并咪唑类产物；优选地，步骤1中，反应容器为反应管；优选的，步骤2中，目标反应温度为50-80℃；优选的，步骤3中，惰性气体为氮气或者氩气；优选的，步骤5中，搅拌为剧烈搅拌，反应时间为24-48h；优选的，步骤6中，所述过滤为硅藻土过滤。上述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，所述醇类化合物为伯醇；优选的，醇类化合物为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的一种；优选的，醇类化合物为甲醇、乙醇中的一种；优选的，醇类化合物为无水甲醇、无水乙醇中的一种；上述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，所述铁催化剂是铁盐、铁配合物或者是以铁单质作为催化剂前体在反应中原位生成的铁催化剂；优选的，铁催化剂是二茂铁、乙酰丙酮铁、酞菁铁或以铁单质为前体在反应中原位生成的铁催化剂；优选的，铁催化剂是以铁单质为前体在反应中原位生成的铁催化剂；优选的，作为铁催化剂前体的铁单质为铁粉。上述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，所述质子供体选自氯化铵、溴化铵、盐酸；优选的，质子供体为氯化铵。上述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，所述步骤2中的目标反应温度为50-80℃；优选的，目标反应温度为68-70℃。上述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，所述邻硝基苯胺类化合物和铁催化剂前体的摩尔比为1：4～1：10；所述的邻硝基苯胺类化合物和质子供体的摩尔比为1：4～1：10；所述的邻硝基苯胺类化合物在醇类化合物中浓度为0.05-0.08mol/L；优选的，所述邻硝基苯胺类化合物和铁粉的摩尔比为1：5.5；所述的邻硝基苯胺类化合物和质子供体的摩尔比为1：5.5；所述的邻硝基苯胺类化合物在醇类化合物中浓度为0.06mol/L。本专利技术的有益效果在于：1)本专利技术使用廉价、易得的邻硝基苯胺类化合物和醇类化合物为原料。传统的苯并咪唑类化合物合成方法需要使用邻苯二胺类化合物和羧酸或者羧酸衍生物为原料。在工业生产中，邻苯二胺类化合物一般通过还原对应邻硝基苯胺类化合物制备，而甲酸等羧酸类化合物通常通过氧化对应醇类化合物的方法制备。因此，直接使用邻硝基苯胺类化合物和醇类化合物为原料合成苯并咪唑可以避免对邻硝基苯胺类化合物的还原过程和对醇类化合物的氧化过程，节约经济成本，减少“三废”污染。2)本专利技术使用几乎无毒的催化剂和质子供体。本专利技术使用铁粉作为催化剂前体。铁粉会在反应中原位生成高活性铁催化剂。廉价、稳定的氯化铵被用作为质子供体。3)本专利技术可以使用甲醇、乙醇等醇类化合物作为碳源。甲醇、乙醇等醇类化合物是可再生的化工原料，但是以其直接作为碳源参与偶联反应的方法却非常有限。本专利技术提供了一种有效利用这一资源的合成工艺。4)本专利技术所述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法具有适用范围广、产率高、纯化过程简便的优点。5)本专利技术所述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法无需使用高温高压操作，最优的反应温度范围为68～70℃，常压操作即可。6)本专利技术所述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，可用于改进苯并咪唑类药物的合成工艺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，其特征在于：该方法以通式(1)所示的邻硝基苯胺类化合物和通式(2)所示的醇类化合物为原料，在铁催化剂和质子供体存在的条件下，通过铁催化剂来催化的氧化还原偶联反应，生成通式(3)所示的苯并咪唑类化合物；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，其特征在于：该方法以通式(1)所示的邻硝基苯胺类化合物和通式(2)所示的醇类化合物为原料，在铁催化剂和质子供体存在的条件下，通过铁催化剂来催化的氧化还原偶联反应，生成通式(3)所示的苯并咪唑类化合物；



其中，R1为单取代或多取代；R1为氢、直链或支链的烷基、卤素、醚基中的一种；R2为氢、直链或支链的烷基、取代的烷基、取代或未取代的芳香烃或杂环中的一种；R3为氢或直链烷基；
所述铁催化剂是铁盐、铁配合物或者是以铁单质作为催化剂前体在反应中原位生成的铁催化剂。


2.如权利要求1所述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：将邻硝基苯胺类化合物、质子供体和铁催化剂或铁催化剂前体加入反应容器中；
步骤2：将油浴锅升温至预定目标反应温度；
步骤3：惰性气体保护；
步骤4：向反应容器中加入醇类化合物；
步骤5：在目标反应温度下，持续搅拌反应混合物直到预设的反应时间；
步骤6：将饱和碳酸氢钠溶液注入反应体系淬灭反应，待反应液冷却到室温，过滤，用二氯甲烷萃取水相、合并有机相，干燥、浓缩后得到苯并咪唑类产物。


3.如权利要求1所述的一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，其特征在于，所述醇类化合物为伯醇；
所述伯醇为甲醇、乙醇、丙醇或丁醇中的一种。


4.如权利要求1所述的所述一种基于铁催化氧化还原偶联反应的苯并咪唑类化合物合成方法，其特征在于，所述步骤1中，反应容器为反应管；
所述步骤2中，目标反应温度为...

【专利技术属性】
技术研发人员：安杰，李恒朝，张运通，赖泽敏，杨若岩，严子涵，宁磊，姚尚初，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11