本发明专利技术属于有机合成技术领域，涉及一种使用具有式(I)所示的偶氮化合物作为氰化氢替代物合成腈的新方法。本发明专利技术使用廉价易得且低毒的偶氮化合物替代剧毒的氰化氢，目的在于提供一种安全，操作简便，适用性广泛，且可以大规模应用的氢氰化反应。本发明专利技术可以克服现有腈类化合物合成方法中使用剧毒氰化氢或高成本替代试剂的缺点，无需外加活化试剂，条件温和，可以适用于放大量与连续投料反应，为制备腈类化合物提供了一个实用有效的方法。物提供了一个实用有效的方法。物提供了一个实用有效的方法。
【技术实现步骤摘要】
一种使用偶氮化合物作为氰化氢替代物合成腈的方法
[0001]本专利技术涉及一种使用偶氮化合物与烯烃或炔烃进行氢氰化反应合成腈类化合物的方法。
技术介绍
[0002]腈类化合物在药物化学、农药化学和材料化学等领域中有着重要的地位。同时，腈类化合物也可以作为胺、酰胺、羧酸、醛和杂环化合物等的合成前体。为了合成腈类化合物，使用氰化氢对烯烃或者炔烃进行氢氰化反应是最常用且便捷的方法(Rajanbabu,T.V.Hydrocyanation of alkenes and alkynes.Organic Reactions, 2011,1-74,doi:10.1002/0471264180.or075.01)。虽然氰化氢在在工业生产中仍有大规模应用，但其极高的毒性迫使人们去寻找更加安全且经济的替代试剂。文献中兼顾低毒和高效的解决方法主要有两种，一种是使用相对低毒的无机氰化盐做氰基化试剂，例如在镍催化下利用Zn(CN)2/H2O体系对烯烃和炔烃的氢氰化(Liu, Y.；et al.J.Am.Chem.Soc.2018,140,7385；Org.Chem.Front.2019.6,2037.)。但由于该体系需要使用金属还原试剂以及过量的氰化锌，存在反应废弃物多且难以处置的缺点。另一种方法是使用转移氢氰化的方法，使用有机氰化物作为氰化氢替代物(Morandi,B.；et al.Science 2016,351,832；Studer,A.；et al.J.Am.Chem. Soc 2018,140,16353；Oestrich,M.；et al.Angew.Chem,Int.Ed.2019,58,3579.)与烯烃进行交换反应。这类反应虽然避免了使用氰化氢，但存在氰基化试剂成本高和需要额外加入活化试剂等缺点。也正因为以上原因，目前工业上的氢氰化反应仍然沿用氰化氢工艺(Tolman,C.A；et al.Advances in Catalysis,1985,33,1)。而发展安全、高效且成本低廉的氰化氢替代试剂一直是腈类化合物合成和生产领域的重要目标。
技术实现思路
[0003]本专利技术的目的在于提供一种安全低毒，操作简便，适用性广泛，且可以大规模应用的合成腈类化合物的方法。本专利技术可以克服现有制备腈类化合物中使用剧毒氰化氢或高成本替代试剂的缺点，无需外加活化试剂，反应条件温和，可以适用于规模化生产和连续投料等应用场景。
[0004]本专利技术使用的偶氮化合物具有如(I)所示的结构式。
[0005][0006]R1、R2、R3和R4可以独立地选自C1～C8烷基、C1～C8环烷基、苯基、取代的苯基、苄基、酰胺、酯基、羧酸等对反应无不利影响的基团。R1和R2可并为 C3～C8脂肪环，R3和R4同理。
[0007]可选的C1～C8烷基是甲基、乙基、异丁基、叔丁基等，所述的C3～C8脂肪环是环丙基，环丁基，环戊基，环己基，环庚基等。
[0008]所述的偶氮化合物结构为结构式1-4所示：
[0009][0010]本专利技术包括一种零价镍络合物和结构为(PR2)2R
’
的含膦有机配体的催化体系和一种包含有(PR2)2R
’
的含膦有机配体的镍络合物的催化体系。含膦有机配体 (PR2)2R
’
有如(II)所示结构式。
[0011][0012]在含膦有机配体(PR2)2R
’
中，R可以是苯基、取代苯基、萘基和芳氧基。两个R可并为联萘酚基或联苯酚基。R
’
作为一种刚性连接子提供一个相对固定的配位环境，结构如(II)示。X可为氮、碳、氧、硫或硅原子，也可没有。其中当X为氮、碳、硅原子时，原子上其他取代基为C1～C8烷基或氢原子。Y为氧、硫或碳原子。
[0013]所述的含膦有机配体结构为结构式5-8所示。
[0014][0015]所使用的镍催化剂前体为Ni(COD)2，亦可以使用乙酰丙酮镍和乙酸镍。
[0016]所使用的稳定镍络合物结构如(III)所示。其中配体部分的结构与前述内容一致。
[0017][0018]所使用的溶剂为水、甲醇、乙醇、正丙醇、异丙醇、乙腈、甲苯、四氢呋喃、乙醚、二氧六环、DMF、DMSO等有机溶剂中的一种或其中几种的混合溶剂。
[0019]本专利技术关于基团的定义均为本领域普通技术人员所熟知，在此及下文不再做详细的说明。
[0020]依据本专利技术，将配体与金属镍前体原位生成镍络合物或者直接使用合成的镍络合物作为催化剂，催化偶氮化合物与α烯烃、共轭二烯或炔烃的氢氰化反应，得到相应的烷基腈和烯基腈类化合物。本专利技术使用成本低廉，安全性高的偶氮化合物制备烷基腈类化合物
和烯基腈类化合物，克服了氰化氢方法使用剧毒试剂以及其它方法使用成本高、后处理不便的氰化氢替代试剂的缺点。反应过程条件温和、效率高、选择性好，是一条符合绿色化学的腈类化合物合成方法，具有良好的工业应用前景。
具体实施方式
[0021]下述非限制性实施例可以使本领域的普通技术人员更全面地理解本专利技术，但不以任何方式限制本专利技术。实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件以及手册中所述的条件，或者按照制造厂商所建议的条件。如无特殊说明，试剂均可从商业途径得到。所有敏感化合物均在充满氩气的MBRAUN labstar手套箱中称量。所有反应如无特别说明均在真空线上按照标准Schlenk技术操作，以高纯氩气作为保护气。反应溶剂需经标准方法干燥处理。1H NMR、
13
C NMR 和
31
P NMR核磁共振谱都由Bruker AV400核磁共振仪测定，工作频率分别为400 MHz、101MHz和162MHz，化学位移的单位是ppm。其中1H NMR以四甲基硅烷(TMS)为内标校正，
13
C NMR以所使用的氘代溶剂为内标校正，
31
P NMR 谱用85％H3PO4作为外标。高分辨质谱使用APEXII型FT-ICR质谱仪测定，离子源为ESI(电喷雾电离)或MALDI(基质辅助激光解吸附电离)。气相色谱分析使用Agilent 7890A气相色谱仪。少量样品分离时，干法上样，使用Santaitechnology machine T自动层析系统进行分离。检测波长为210nm，固定相为层析硅胶，流动相为乙醚和石油醚，分离程序根据RF值由机器自动生成。
[0022]实施例1
[0023]配体7的制备：
[0024][0025]在氩气保护下，向装有磁力搅拌子的干燥的250mL两口圆底烧瓶中称入二苯醚(9，10g，58.8mmol)和TMEDA(6mL)，随后加入100mL无水THF溶解。在半小时内用滴液漏斗加入正丁基锂(2.4M，60mL)并在滴加完成后在室温下(20～25℃)搅拌两小时。通过氘代水淬灭法确认锂化完全后，将体系冷却至0℃，使用注射器向反应体系逐滴加入二氯二甲基硅烷(6.8g，53.5mmol)。让体系自然升至室温并搅拌12小时，本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种使用偶氮化合物与α烯烃、共轭二烯或炔烃进行氢氰化反应合成腈类化合物的方法，其特征在于包括以下步骤：1)在惰性气体保护条件下，将催化剂或将催化剂前体与配体加入反应器中；2)再将偶氮化合物，反应溶剂和α烯烃、共轭二烯或炔烃底物加入反应器中；3)加热搅拌反应，冷却至室温4)产物分离提纯；所述的催化剂前体为镍络合物，催化剂为膦配体配位饱和的镍络合物，所述的配体为双膦配体；反应条件：催化剂用量为底物物质的量的1～10mol％，偶氮化合物为底物用量的1～3倍，反应温度在70～90℃，反应时间为12～24小时。加料方式为一次性或分批投料。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于使用步骤2)所述的共轭烯烃时需要将偶氮化合物分批次加入，搅拌反应，反应结束，缓慢开盖释放产生气体，产物通过柱层析以及蒸馏等常用方法进行分离提纯。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述的偶氮化合物具有如(I)所示的结构式：R1、R2、R3和R4可以独立地选自C1～C8烷基、C1～C8环烷基、苯基、取代的苯基、苄基、酰胺、酯基、羧酸等对反应无不利影响的基团。R1和R2可并为C3～C8脂肪环，R3和R4同理。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述的C1～C8烷基为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、...
【专利技术属性】
技术研发人员：周其林，樊超，王立新，
申请(专利权)人：南开大学，
类型：发明
国别省市：
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