一种用于制备酰胺化合物的催化剂及其合成与应用的制作方法

专利名称：一种用于制备酰胺化合物的催化剂及其合成与应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种烷氧基稀土碱金属簇合物，具体涉及一种用于催化胺和醛 合成酰胺的反应制备酰胺化合物的催化剂。
背景技术：
酰胺键的形成反应是有机合成化学中最重要的反应之一，这是因为芳香酰 胺或脂肪酰胺是一类具有重要应用价值的功能基团，它广泛存在于聚合物、天 然产物及药物中。
现有技术中，制备酰胺的方法有以下几种
(1) Humphrey， J. M.等人发表在Chem. ReV. 1997， 97， 2243-2266的文章， Larock， R. C.发表在ComprehensiVe Organic Transformation上的文章公开 了制备酰胺最常用的合成方法胺与活化的羧酸衍生物在氧化剂存在下反应。
(2) Beller， M.等人发表在C. D. J. Mol. Catal. A: Chem. 1995， 104， 17的文 章，Ali， B. E.发表在J. Appl. Organomet. Chem. 2003， 17， 921的文章，Knapton D. J.发表在Org. Lett. 2004, 6, 687的文章，Uenoyama, Y.发表在Angew. Chem. Int. Ed. 2005, 44， 1075的文章等公开了合成酰胺的 一种方法在后过渡金属催 化剂催化下，烯，炔及卤代烃在胺存在下的羰基化反应合成酰胺。
(3) Ramalingan， C.和Park， Y.-T.发表在丄Org. Chem. 2007,72, 4536上的 文章公开了一种以汞盐为催化剂，从酮肟出发经贝克曼重排反应合成酰胺的反 应。
(4) Sharghi， H.和Sar雷i. M. H.发表在Tetrahedron 2002， 58， 10323.的文 章也有报道在湿的Al203作用下，醛与羟氨盐酸盐和甲磺酰氯在100'C反应。
(5) Tillack， A.等人发表在J. Org. Chem. 2001， 523國528的文章，Naota， T. 和M訓hashi， S.发表在Synlett 1991, 693-694的文章，Tamaru， Y.等人发表在 Synthesis 1983， 474-476，以及Nakagawa, K等人发表在Chem. Commun. 1966， 17-18.上的文章报道了从醛的直接氧化胺化是原料宜得的工业最经济的合成方法，后过渡金属钯，钌和铑和镍化合物可以作为催化剂在氧化剂存在下催化 这一反应。
(6) Yoo, W.-J.和Li， C.-J.发表在J. Am. Chem. Soc. 2006, 128， 13064-13065 上的文章报道了碘化亚铜在氧化剂存在下催化伯胺的酰胺化反应。
(7) Kekeli Ekoue-Kovi和Christian Wolf发表在Org. Lett. 2007, 9， 3429上 的文章报道了没有金属化合物存在下，利用叔丁基过氧化氢催化醛和胺生成酰 胺的反应。
(8) Vora， H. U.和Rovis, T.发表在J. Am. Chem. Soc. 2007， 129， 13796-13797的文章以及Bode, J. W.和Sohn， S. S.发表在J. Am. Chem. Soc. 2007， 129， 13798-13799的文章报道了氮杂环卡宾作为催化剂催化醛与胺的酰 胺化反应。
(9) Shie, J,J.和Fang，丄-M.发表在J. Org. Chem. 2003， 68， 1158的文章报 道了醛在碘和过氧化氢作用下在室温反应生成酰胺的方法。
鹏最近，Gunanathan， C.等人发表在Science 2007， 790-792的文章报道用含 双氮杂环卡宾的钌催化剂在回流甲苯溶液中可以直接催化醇与胺的酰化反应， 在这反应中醛作为一个中间体参与氧化胺化反应。
上面这些催化反应都需苛刻反应条件包括需要加入过氧化物，强碱，热或光。
Ishihara, K.和Yano， T.发表在Org. Lett. 2004， 6， 1983-1986的文章报道了 用二异丙基苯胺锂作催化剂通过Cannizzaro反应合成酰胺的方法，Zhang, L等 人发表在J. Org. Chem., 2006， 71, 3149-3153的文章表明稀土氯化物也可以作 为催化剂，催化这一反应，生成酰胺，但这一反应需要计量的胺基锂。
最近Marks发表在Org. Lett. 2008， 10， 317-319的文章报道了 稀土胺化物 Ln[N(SiMe3)23(Lii = La, Sm, Y)可以在室温催化醛与胺的酰胺化反应。该体系 不需外加氧化剂及强碱，反应条件温和，但该催化剂的用量较大，反应时间较 长。而且该催化剂对醛与二级环胺的反应产率不高。

发明内容
本发明目的是提供一种催化醛和胺的酰胺化反应的催化剂，以获得更髙的催化活性，缩短反应时间和催化剂用量，并适用于较宽的底物范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是 一种用于催化醛和胺的酰胺
化反应的催化剂，该催化剂的分子式如下 Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2,
其中Ln表示稀土金属，选自镧系元素中的镧、镨、钕、铕、钐、钇、镱 中的一种。
上述技术方案中的催化剂属于烷氧基稀土碱金属簇合物，该催化剂的分子 式中含有二个稀土金属、十二个氨基醇基配体，二个羟基，八个钠。
(1) 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，氩气保护下用注射器加入LnCb 的四氢呋喃(THF)溶液，然后按物质的量的比LnCl3:氨基醇基钠
(NaOCH2CH2NMe2):氢氧化钠(NaOH) =1:3:1，在室温下用注射器加入氨 基醇基钠(NaOCH2CH2NMe2)的四氢呋喃溶液和NaOH，反应4天；
(2) 真空除溶剂THF，剩余物用甲苯萃取，离心除去沉淀，转移清液到另 一结晶瓶中，经浓缩后，封管，放入冰箱，于5'C冷冻，得到 Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的晶体。
Ln表示稀土金属镧La、镨Pr、钕Nd、铕Eu、钐Sm、钇Y或镱Yb 中的一种。
如不需要得到Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的晶体，可将浓缩液加己 烷就可以将Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2沉出来。
上述垸氧基稀土碱金属簇合物Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)l2(OH)2催化醛和 胺的酰胺化反应的步骤为
(1) 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂 Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的THF溶液，然后用注射器加入胺，在室温下 搅伴30min，再用注射器加入醛，反应3小时；
(2) 过滤除去催化剂，减压除去溶剂，柱层析得到酰胺；
上述催化反应适用的反应物底物包括一级芳胺， 一级脂肪胺，二级脂肪胺 和二级环胺。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点 1.由于催化剂的使用，可以在温和条件下高活性的催化醛和胺合成酰胺，不需要加入过氧化物。
2. 本发明的催化剂的活性比报道的Ln[N(SiMe3)2]3髙，在达到相同收率的 情况下，催化剂用量可为1摩尔％，而且反应时间可以缩短为3小时。
3. 本发明的催化剂对底物的适用范围较宽对芳醛与二级环胺(四氢吡咯， 哌啶，吗啉)的反应有很高催化活性。
3.本发明的催化剂用量较少，有利于产物的纯化。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述 实施例一:Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的合成。
称取无水PrCb 0.74g (3毫摩尔)置于经脱水脱氧处理过的反应瓶中，加 入30毫升THF，室温搅拌半小时后，将其加入到NaOCH2CH2NMe2(18毫摩尔) 的四氢呋喃溶液中，再加入0.12g (3毫摩尔)的NaOH。 一锅煮在40'C油浴中 搅拌反应24小时后，离心除去沉淀，将清液真空抽去溶剂THF,加入适量的甲 苯和THF萃取，并加热离心，清液再转移到一反应瓶中，封管，室温下结晶， 析出绿色晶体1.71g (73%)。
实施例二 Nd2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的合成。
称取无水NdCl3 0.75g (3毫摩尔)置于经脱水脱氧处理过的反应瓶中，加 入30毫升THF,室温搅拌半小时后，将其加入到NaOCH2CH2NMe2(18毫摩尔) 的四氢呋喃溶液中，再加入0.12g (3毫摩尔)的NaOH。 一锅煮在40'C油浴中 搅拌反应24小时后，离心除去沉淀，将清液真空抽去溶剂THF，加入适量的甲 苯和THF萃取，并加热离心，清液再转移到一反应瓶中，封管，室温下结晶， 析出Nd2Na8(OCH2CH2NMe2),2(OH)2浅兰色晶体1.76g (80%)。
实施例三Yb2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的合成。
称取无水YbCb 0.82g (3毫摩尔)置于经脱水脱氧处理过的反应瓶中，加 入30毫升THF,室温搅拌半小时后，将其加入到NaOCH2CH2NMe2(18毫摩尔) 的四氢呋喃溶液中，再加入0.12g (3毫摩尔)的NaOH。 一锅煮在40'C油浴中 搅拌反应24小时后，离心除去沉淀，将清液真空抽去溶剂THF,加入适量的甲苯和THF萃取，并加热离心，清液再转移到一反应瓶中，封管，室温下结晶， 析出Yb2Na8(OCH2CH2NMe2)!2(OH)2无色晶体1.59g (68%)。
实施例四Gd2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的合成。
称取无水GdCl3 0.70g (3毫摩尔)置于经脱水脱氧处理过的反应瓶中，加 入30毫升THF，室温搅拌半小时后，将其加入到NaOCH2CH2NMe2(18毫摩尔) 的四氢呋喃溶液中，再加入0.12g (3毫摩尔)的NaOH。 一锅煮在40'C油浴中 搅拌反应24小时后，离心除去沉淀，将清液真空抽去溶剂THF，加入适量的甲 苯和THF萃取，并加热离心，清液再转移到一反应瓶中，封管，室温下结晶， 析出Gd2Na8(OCH2CH2NMe2),2(OH)2浅兰色晶体1.75g (72%)。
实施例五Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)u(OH)2催化对氯苯甲醛和四氢吡咯成
酰胺
在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂 Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入四 氢吡咯(0.08ml， 1 mmol),然后在室温下搅伴30min，再加入对氯苯甲醛(0.422 g, 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析 (EtOAc/石油醚1/3)得到酰胺Cl-C6H4CONC4Hs 0.170g,产率97%。
实施例六Nd2Na8(OCH2CH2NMe2h2(OH)2催化苯甲醛和四氢吡咯成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂 Nd2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入四 氢吡咯(0.08ml， 1 mmol),然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛 (0.3 ml， 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱 层析(EtOAc/石油醚二 1/3)得到酰胺C6HsCONC4Hs 0.161g，产率92%。
实施例七Sm2Na8(OCH2CH2NMe2)u(OH)2催化苯甲醛和四氢吡咯成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂 Sm2Na8(OCH2CH2NMe2)l2(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入四氢吡咯(0.08ml， 1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛 (0.3 ml， 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱 层析(EtOAcZ石油醚- 1/3)得到酰胺C6HsCONC4H8 0.152g,产率87%。
实施例八Yb2Nas(OCH2CH2NMe2)n(OH)2催化苯甲醛和四氢吡咯成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入含催化剂Yb 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液,然后用注射器加入四氢 吡咯(0.08ml， 1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3 ml，3mm0l)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析 (EtOAc/石油醚l/3)得到酰胺C6HsCONC4H8 0.140g,产率80%。
与之相比，如果采用Ln[N(SiMe3)23为催化剂，反应24小时后，产率只有 38%。
实施例九Pr2Na8(OCH2CH2NMe2h2(OH)2催化苯甲醛和六氢吡啶成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入六氢 吡啶(0.10m1，1 mmol)，然后在室温下搅伴30min,再用注射器加入苯甲醛(0.3 ml，3mmo1)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析 (EtOAc/石油醚二 1/8)得到酰胺C6H5CONCsHK) 0.170 g，产率90%。
实施例十Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)。(OH)2催化苯甲醛和N-甲基苄胺成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入N-甲 基苄胺(0.13ml， 1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3 ml，3mmo1)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析 (EtOAc/石油醚^ 1/8)得到酰胺C6HsCON(CH3)CH2C(sHs 0.207 g，产率92%。
实施例十一Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)i2(OH)2催化苯甲醛和苄胺成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.02 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入苄胺 (O.llml， 1 mmol),然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3 ml， 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析(EtOAc/ 石油醚=1/7)得到酰胺C6HsCONHCH2C6H5 0.173 g,产率82%。
实施例十二 Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)u(OH)2催化对氟苯甲醛和四氢吡咯 成酰胺
在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂 Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液,然后用注射器加入四 氢吡咯(0.08ml， 1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再加入对氟苯甲醛(0.32 ml，3mmo1)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析 (EtOAc/石油醚1/3)得到酰胺F-C6H4CONC4H8 0.179g，产率93%。
实施例十三Pr2Na8(OCH2CH2NMe2h2(OH)2催化苯甲醛和吗啉成酰胺 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入吗啉 (0.09 mi, 1 mmoi)，然后在室温下搅伴30min,再用注射器加入苯甲醛(0.3 mi， 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱层析(EtOAc/ 石油醚=1/5)得到酰胺C6HsCONC4H80 0.166 g，产率87%。
实施例十四Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)u(OH)2催化对甲氧基苯甲醛和吗啉 成酰胺
在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.02 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入吗啉 (0.09 ml， 1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入对甲氧基苯甲醛 (0.36 ml， 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱 层析(EtOAcZ石油醚- 1/5)得到酰胺p-CHjO-C6H5CONC4H80 0.199 g，产率 90%。实施例十五Pr2Na8(OCH2CH2NMe2)u(OH)2催化对氟苯甲醛和六氢吡啶 成酰胺
在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，在氩气保护下加入催化剂Pr 2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2 (0.01 mmol)的THF溶液，然后用注射器加入六氢 吡啶(0.10m1，1 mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入对氟苯甲醛 (0.32 ml, 3 mmol)，反应3小时后，用砂心漏斗滤去催化剂，减压除去溶剂，柱 层析(EtOAcZ石油醚- 1/8)得到酰胺F-C6H5CONC5H,。
0.193 g，产率93%。
权利要求
1.一种用于制备酰胺化合物的催化剂，其特征在于该催化剂的分子式如下Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2，其中Ln表示稀土金属，选自镧系元素中的镧、镨、钕、铕、钐、钇、镱中的一种。
2. 权利要求1所述催化剂的合成方法，其特征在于，具体包括以下步骤(1) 在经过脱水脱氧处理过的反应瓶中，氩气保护下用注射器加入LnCl3 的四氢呋喃溶液，然后按物质的量的比LnCl3:氨基醇基钠:氢氧化钠=1:3:1， 在室温下用注射器加入氨基醇基钠的四氢呋喃溶液和氢氧化钠，反应4天；(2) 真空除溶剂四氢呋喃，剩余物用甲苯萃取，离心除去沉淀，转移清液到 另一结晶瓶中，经浓缩后，处理获得Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2;其中Ln表示稀土金属镧、镨、钕、铕、钐、钇或镱中的一种。
3. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于所述浓缩后的处理包 括封管，冷冻，得到Ln2Na8(OCH2CH2NMe2)12(OH)2的晶体。
4. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于所述浓縮后的处理为， 在浓縮液中加入己烷，将Ln2Nas(OCH2CH2NMe2)n(OH)2沉淀出来。
5. 权利要求1中的催化剂在催化胺和醛合成酰胺的反应中的应用。
全文摘要
本发明公开了一种用于制备酰胺化合物的催化剂，该催化剂的分子式如下Ln₂Na₈(OCH₂CH₂NMe₂)₁₂(OH)₂，其中Ln表示稀土金属，选自镧系元素中的镧、镨、钕、铕、钐、钇、镱中的一种。其合成方法是，先加入LnCl₃的四氢呋喃溶液，然后按物质的量的比LnCl₃∶氨基醇基钠∶氢氧化钠＝1∶3∶1，在室温下用注射器加入氨基醇基钠的四氢呋喃溶液和氢氧化钠，反应4天；去除溶剂，剩余物用甲苯萃取，离心除去沉淀，转移清液到另一结晶瓶中，经浓缩后，封管，冷冻，得到所需晶体。本催化剂催化胺和醛合成酰胺的时候，具有反应条件温和，适用的底物范围宽，反应时间短，用量少等优点。
文档编号B01J31/02GK101318145SQ200810023120
公开日2008年12月10日 申请日期2008年7月14日 优先权日2008年7月14日
发明者李俊梅, 琪 沈 申请人:苏州大学