一种新型氮杂卡宾-胺基-钌催化剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种新型氮杂卡宾

【技术实现步骤摘要】
一种新型氮杂卡宾
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胺基
‑
钌催化剂及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于有机合成领域，具体涉及一种新型氮杂卡宾
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胺基
‑
钌催化剂及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]有机胺的选择性N
‑
甲基化反应是一类非常重要的反应，在有机化学领域特别是生物活性分子或药物合成等方面有着广泛的应用。传统的N
‑
甲基化反应需要使用毒性较大的甲基化试剂如碘甲烷和硫酸二甲酯等，且伴随着大量的副产物和有机废料，对人类健康和环境影响较大。甲醇具有毒性低、储量丰富和简单易得等特点，是一种理想的甲基化试剂。然而，由于甲醇的化学惰性，其甲基化反应具有较大的挑战。近年来，基于“借氢反应”策略，利用甲醇作为甲基化试剂，成功的实现了有机胺的选择性N
‑
甲基化反应。该反应毒性低，原子效率高，且副产物只有水，是目前最有发展前途的一种方法。目前，对这类反应的研究已经取得了一定的进展，但其催化应用仍然具有局限性：(1)反应温度高，一般高达130
‑
150℃；(2)需要过量的强碱如叔丁醇钾等；(3)底物适用性窄，大多数反应体系只适用于芳香胺底物，脂肪胺的选择性氮烷基化反应相对较少。如2018年Hong等(Angew.Chem.Int.Ed.2018,57,6166
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6170)设计合成了PNHP
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Ru催化剂A，实现了胺与甲醇的选择性N
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甲基化反应；但是其反应条件较为苛刻，不利用进一步的工业生产，对于芳香胺底物的反应温度高达150℃，对于脂肪胺底物需要4MPa的氢气条件下反应。2021年Natte等(ChemCatChem 2021,13,1722
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1729)应用RuCl3.xH2O催化剂B，实现了胺与甲醇的选择性N
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单甲基化反应；但是该催化体系存在着很多局限性，如需要2当量的叔丁醇钾作为碱，反应温度也高达130
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150℃。2022年Rit等(Catal.Sci.Technol.,2022,12,67
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74)设计合成了氮杂卡宾
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苯基催化剂C，实现了胺与甲醇的选择性N
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甲基化反应；但是，其反应温度高达150℃，且需要1当量的KOH作为强碱。因此，开发出一种新型的催化剂，应用于简单高效的有机胺与醇的N
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甲基化反应具有广阔应用前景。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种新型氮杂卡宾
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胺基
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钌催化剂，该催化剂合成简单，并且可以在较温和的条件下以甲醇为原料进行有机胺的N
‑
甲基化反应。
[0004]本专利技术的另一目的在于提供一种上述催化剂的制备方法。
[0005]本专利技术的再一目的在于提供一种上述催化剂的应用，通过催化甲醇与胺反应，应用于N
‑
甲基胺类化合物的合成反应中。
[0006]本专利技术的目的通过下述技术方案实现：
[0007]一种新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂，其结构式如式一所示：
[0008][0009]式中，R为烷基取代基、芳香取代基或取代苯基；R1为H、给电子取代基、吸电子取代基或
‑
CH＝CH
‑
CH＝CH。
[0010]所述R优选甲基、乙基、异丙基或苯基；R1优选H、甲基、乙基、卤素或
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CH＝CH
‑
CH＝CH。
[0011]所述新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的制备方法，如式二所示，是将氧化银，胺基
‑
氮杂咪唑盐配体和[Ru(p
‑
cymene)Cl2]2加入到二氯甲烷溶剂中，避光、室温、氮气保护条件下反应12～24h；反应后过滤、旋干溶剂，加入KPF6和丙酮，50
‑
80℃反应0.5
‑
4h，旋干，二氯甲烷
‑
乙醚重结晶，得到氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂。
[0012]氧化银、胺基
‑
氮杂咪唑盐配体、[Ru(p
‑
cymene)Cl2]2、KPF6和丙酮的摩尔用量比为(1～2):1.1:1:(3～5):(50～200)。
[0013][0014]所述胺基
‑
氮杂咪唑盐配体的制备方法，如式三所示，包括下述步骤：(1)以2
‑
硝基溴苄1与取代咪唑衍生物2(其摩尔用量比为1:1～1:1.8)为原料，以乙腈为溶剂，50～100℃下反应8～20h，冷却，过滤，得到中间体3；(2)以锌粉、甲醇、氯化铵为还原剂，中间体3(锌粉：甲醇：氯化铵：中间体3的摩尔用量比为(20～25):(5～8):(250～400):1)在50～100℃下反应15～60min，冷却，过滤，旋干，甲醇溶解，
‑
8～0℃放置过夜，过滤，旋干，得到胺基
‑
氮杂咪唑盐配体4。
[0015][0016]所述的新型氮杂卡宾
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胺基
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钌催化剂的应用，是作为金属催化剂催化胺与甲醇的
反应，用于制备N
‑
甲基化合物。
[0017]所述N
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甲基化合物的通式为：
[0018]所述胺的通式为：
[0019]上述两个通式中，R2为吸电子取代基或给电子取代基，所述吸电子取代基优选氟、氯或溴等，所述给电子取代基优选甲基或甲氧基等；R3为环状烷基取代基或非环状烷基取代基等。
[0020]所述的新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的应用，如式四所示，包括下述步骤：将新型氮杂卡宾
‑
胺基
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钌催化剂、碳酸铯或碳酸钾、胺和甲醇，加入到反应器中，氮气保护下在90～120℃反应6～18h；反应完毕，降至室温，用乙酸乙酯稀释，过柱纯化、干燥，得到N
‑
甲基化合物。
[0021]所述新型氮杂卡宾
‑
胺基
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钌催化剂、碳酸铯或碳酸钾、胺和甲醇的摩尔比为(0.005～0.02):(0.1～0.3):1：25。
[0022][0023]本专利技术与现有技术相比具有如下优点和效果：
[0024](1)本专利技术的新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的合成原料简单，操作步骤简单易行，并且在空气中稳定存在。
[0025](2)本专利技术催化剂的应用条件温和，可以使用催化量的弱碱碳酸铯或碳酸钾作为激活剂，对环境比较友好。
[0026](3)本专利技术催化剂对底物的适应范本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种新型氮杂卡宾
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胺基
‑
钌催化剂，其特征在于：其结构式如式一所示：式中，R为烷基取代基、芳香取代基或取代苯基；R1为H、给电子取代基、吸电子取代基或
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CH＝CH
‑
CH＝CH。2.根据权利要求1所述的新型氮杂卡宾
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胺基
‑
钌催化剂，其特征在于：所述R为甲基、乙基、异丙基或苯基；R1为H、甲基、乙基、卤素或
‑
CH＝CH
‑
CH＝CH。3.一种权利要求1或2所述的新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的制备方法，其特征在于：将氧化银、胺基
‑
氮杂咪唑盐配体和[Ru(p
‑
cymene)Cl2]2加入到二氯甲烷溶剂中，避光、室温、氮气保护条件下反应12～24h；反应后过滤、旋干溶剂，加入KPF6和丙酮，50～80℃反应0.5～4h，旋干，二氯甲烷
‑
乙醚重结晶，得到氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂。4.根据权利要求3所述的新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的制备方法，其特征在于：氧化银、胺基
‑
氮杂咪唑盐配体、[Ru(p
‑
cymene)Cl2]2、KPF6和丙酮的摩尔用量比为(1～2)：1.1：1：(3～5)：(50～200)。5.根据权利要求3所述的新型氮杂卡宾
‑
胺基
‑
钌催化剂的制备方法，其特征在于：所述胺基
‑
氮杂咪唑盐配体通过下述步骤制备得到：(1)以2
‑
硝基溴苄与取代咪唑衍生物为原料，其摩尔用量...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄明，蔡明君，冯馨舒，
申请(专利权)人：广东药科大学，
类型：发明
国别省市：