本发明属于精细化工领域，具体涉及一种氨基吡啶衍生物、其制备方法及其应用，尤其适用于催化酯化领域。
背景技术：
：酰化、酯化、酰胺化是有机合成中最常用的化学反应，1967年litvinenko等人在进行苯胺化合物的酰化研究中，意外发现了4-二甲氨基吡啶(dmap)的特殊催化功效，对比简单的吡啶，dmap催化下的反应速率约增加104倍，从此，dmap以其优良的催化效果，在酰化、酯化、酰胺化等反应中得到了广泛的应用。目前，已知文献报道和生产应用实例中，dmap催化反应时的用量一般为底物的0.05～0.2倍；由于dmap价格较高，且一般无法实现回收套用，这一劣势限制了dmap催化剂更广泛的应用。为了弥补这项不足，实现dmap的回收套用，人们进行了大量的研究，例如将dmap负载在聚苯乙烯、树脂等高聚物上；但是负载后dmap催化剂活性都有不同程度的降低，且回收套用次数仍十分有限，无法满足工业化生产需要。乙酸芳樟酯，又称乙酸沉香酯、乙酸里那酯，天然存在于香柠檬、薰衣草以及香紫苏等植物的精油中；乙酸芳樟酯香气芬芳优雅，近似天然香柠檬，在调香中用途极广，可用于配置古龙水、人造香柠檬油、薰衣草油等多种名贵香料和香精，具有很高的经济价值。目前，在已知文献报道中，乙酸芳樟酯合成方法主要是芳樟醇和乙酸酐在催化剂作用下发生酯化反应，得到乙酸芳樟酯产品，所用催化剂可以是质子酸、路易斯酸或一些碱性催化剂。由于芳樟醇是一种叔醇化合物，醇羟基空间位阻大，其酯化反应具有叔醇酯化的难点；芳樟醇分子结构中还有烯丙基、双键等官能团，化学性质活泼，对酸敏感，在酸性条件下易发生脱水、异构、重排等副反应；因此酸催化芳樟醇酯化的收率中等，产品中的副产物如乙酸香叶酯、乙酸松油酯、月桂烯等副产物也较多，产品分离纯化困难。chakraborti等人利用氧化硅负载的高氯酸作为催化剂，在室温下实现了芳樟醇的乙酸酯化，反应在1小时进行完全，但是乙酸芳樟酯的收率仅有80％(chem.commun2003,1896.)。也有一些文献采用磷酸或固体超强酸催化芳樟醇的酯化反应，反应时间从6小时到20小时不等，收率也仅有50％左右(林产化学与工业,2005,25,43)。在碱性催化剂作用下，芳樟醇和乙酸酐反应一般都能得到较好的选择性和收率，脱水、异构、重排等副产物很少。例如，文献(tetrahedronlett.,1983,24,5709)利用300mol％的吡啶作为催化剂，以95％分离收率得到乙酸芳樟酯；专利cn1566069使用甲基改性的三聚氰胺作为催化剂，在80℃下反应6小时，以75％的转化率、99％的选择性得到乙酸芳樟酯；专利cn102557933以碳酸钾作为催化剂，在85℃下反应25小时，以98％的收率得到乙酸芳樟酯；专利cn102942476以dmap为催化剂，80℃下反应12小时，以94％的收率得到乙酸芳樟酯。虽然碱性催化剂催化芳樟醇和乙酸酐反应一般能得到较好的收率，但是也存在一些明显的缺点，如碱催化剂(甲基改性三聚氰胺、dmap)的用量比较大，而且难于回收；由于dmap等碱催化剂成本高，增加了乙酸芳樟酯的成本。此外，碱催化的酯化反应，要想反应进行完全，反应体系中还需要存在当量的其他种类的碱，用来中和副产物醋酸。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种氨基吡啶衍生物、其制备方法及其应用，其可用于催化芳樟醇乙酯化反应，具有催化剂用量少、成本低，可反复使用的特点。为实现上述目的和达到上述技术效果，本发明采用如下技术方案：一种氨基吡啶衍生物，其结构式如下：其中，r是取代基，r选自c1-c20的烷基、苯基、萘基、甲氧基、苄氧基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基中的一种或多种，取代基r的个数为1-5个。本发明还提供一种上述的氨基吡啶衍生物的制备方法，所述氨基吡啶衍生物由4-氨基吡啶和苄基卤代物在碱试剂作用下发生苄基化反应制备而成。其反应方程式为：本发明中，所述苄基卤代物的结构式为其中x是氯原子、溴原子、碘原子中的一种，优选为氯原子和溴原子，r是取代基，r选自c1-c20的烷基、苯基、萘基、甲氧基、苄氧基、氟、氯、溴、三氟甲基、甲氧羰基中的一种或多种，取代基r的个数为1-5个。本发明中，所述碱试剂是氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、甲醇氨钠、乙醇钠、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢化钠、氢化钾、氢化钙一种或多种，优选为氢化钠和氢化钙。本发明中，所述碱试剂的用量是4-氨基吡啶摩尔量的220～300mol％，优选220～240mol％。本发明中，所述苄基卤代物的用量是4-氨基吡啶摩尔量的220～300mol％，优选220～240mol％。本发明中，所述苄基化反应在非质子型溶剂中进行，非质子型溶剂选自乙醚、甲基叔丁醚、四氢呋喃、甲苯、苯、n,n-二甲基甲酰胺、n,n-二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、二氯甲烷、二氯乙烷中的一种或多种，优选为四氢呋喃；所述非质子型溶剂的用量为4-氨基吡啶质量的5.0～8.0倍，优选5.0～6.0倍。本发明中，所述苄基化反应的温度为60～80℃，优选60～70℃，反应压力为常压，反应时间5～10小时。优选的，氮气氛围中，室温下依次加入4-胺基吡啶、非质子型溶剂，搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后加入碱试剂，搅拌0.5-1小时，然后在60～80℃温度条件下，滴加苄基卤代物，反应5-10小时。本发明还涉及一种上述的氨基吡啶衍生物或上述制备方法制备的氨基吡啶衍生物的应用，其可用于催化酯化反应，优选的，用于催化以醇为底物的乙酸酯化反应。如，上述氨基吡啶衍生物可高效、快速的催化芳樟醇、橙花醇、香叶醇、香茅醇、叶醇、异戊烯醇等醇类底物的乙酸酯化反应。本发明中，所述酯化反应中，所述氨基吡啶衍生物的用量为醇底物摩尔量的1.0～10.0mol％，优选1.0～5.0mol％。本发明中，所述酯化反应中，乙酸的用量为醇底物摩尔量的100-200mol％，优选120-150mol％。本发明中，所述乙酸酯化反应在无溶剂条件下进行。本发明中，所述乙酸酯化的反应温度为120～150℃，优选130～140℃；反应时间5～10小时。本发明中，所述乙酸酯化的反应压力为负压，反应过程中不断的从体系中移出副产物乙酸，促进乙酸酯化反应进行完全。本发明中，所述乙酸酯化反应完成之后，反应液减压蒸馏或精馏分离得到乙酸、乙酸酐和乙酸酯产物等，所述氨基吡啶衍生物催化剂停留在釜残中，含有催化剂的釜残可以回收套用至下一次反应。本发明采用上述技术方案，具有如下积极效果：1、合成原料4-氨基吡啶、苄基卤代物简单易得，成本低廉，苄基化反应收率高，得到的氨基吡啶衍生物分离、纯化简单，无需负载。2、本发明的氨基吡啶衍生物分子量大，沸点高，可以通过蒸馏或精馏的方式实现与主产物、副产物的分离，可以多次回收套用，多次使用催化效率几乎不变，节约了催化剂使用成本，具有较好的工业化应用前景。3、本发明的氨基吡啶衍生物催化芳樟醇、橙花醇、香叶醇、香茅醇、叶醇、异戊烯醇等醇类底物的乙酸酯化反应，具有反应活性高、速度快、底物适用范围广等优点，催化效果几乎和dmap等同。具体实施方式下面通过实施例详述本发明，但本发明并不限于下述的实施例。主要原料信息如下：4-氨基吡啶，阿拉丁，98％；苄基氯、苄基溴、4-甲基苄基氯、3-甲氧基苄基氯、4-三氟甲基苄基氯，安耐吉化学；4-氯甲基苯甲酸甲酯、3-苯基苄基氯、2-氟苄基氯，百灵威试剂；氢化钠(60％分散于矿物油)、氢化钙(60％分散于矿物油)，阿拉丁试剂；四氢呋喃(thf)、n,n-二甲胺基甲酰胺，西陇试剂，ar；芳樟醇、橙花醇、香叶醇、香茅醇、叶醇、异戊烯醇，自制，99％；本发明的气相色谱测试条件如下：仪器型号：agilentgc；色谱柱：agilentcyclodex-b(30m×0.25mm×0.25μm)；柱温：起始温度50℃，以5℃/min升温至100℃，然后以10℃/min升温200℃，最后以5℃/min升温至240℃，保持6min；进样口温度：280℃；fid检测器温度：300℃；分流进样，分流比40:1；进样量：2.0μl；h2流量：40ml/min；空气流量：400ml/min。实施例1：4-二苄基胺基吡啶合成氮气氛围中，室温下依次向装有转子的1l三口瓶中加入4-胺基吡啶(47.53g,99％,0.5mol)、四氢呋喃(285.2g)，开启搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后用药勺分批加入(每次3g左右)氢化钠(48.0g,1.2mol，60％分散于石蜡油)。将所得悬浊液室温搅拌1小时，然后将三口瓶放入70℃油浴中，待四氢呋喃开始回流后(66℃)，滴加苄基氯(140.65g,99％,1.1mol)。5小时后，将三口瓶油浴中移出，待反应液降至室温后，滴加饱和氯化铵(30ml)水溶液，淬灭反应。后处理，旋转蒸发除去溶剂四氢呋喃，将所得粗产物溶于乙酸乙酯(200ml)中，使用分液漏斗分液，有机相依次采用去离子水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到粗产品，甲醇中重结晶得到4-二苄基胺基吡啶纯品122.62g，纯度98％，收率87.6％。实施例2：4-二苄基胺基吡啶合成氮气氛围中，室温下依次向装有转子的1l三口瓶中加入4-胺基吡啶(47.53g,99％,0.5mol)、四氢呋喃(237.7g)，开启搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后用药勺分批加入(每次3g左右)氢化钠(44.0g,1.1mol，60％分散于石蜡油)。将所得悬浊液室温搅拌0.5小时，然后将三口瓶放入60℃油浴中，滴加苄基氯(140.65g,99％,1.1mol)。9小时后，将三口瓶油浴中移出，待反应液降至室温后，滴加饱和氯化铵(30ml)水溶液，淬灭反应。后处理，旋转蒸发除去溶剂四氢呋喃，将所得粗产物溶于乙酸乙酯(200ml)中，使用分液漏斗分液，有机相依次采用去离子水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到粗产品，甲醇中重结晶得到4-二苄基胺基吡啶纯品116.81g，纯度99％，收率84.3％。实施例3：4-二苄基胺基吡啶合成氮气氛围中，室温下依次向装有转子的1l三口瓶中加入4-胺基吡啶(47.53g,99％,0.5mol)、n,n-二甲基甲酰胺(380.2g)，开启搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后用药勺分批加入(每次3g左右)氢化钙(102.72g,1.5mol，60％分散于石蜡油)。将所得悬浊液室温搅拌1小时，然后将三口瓶放入80℃油浴中，滴加苄基氯(127.86g,99％,1.0mol)。9小时后，将三口瓶油浴中移出，待反应液降至室温后，滴加饱和氯化铵(30ml)水溶液，淬灭反应。后处理，旋转蒸发除去溶剂n,n-二甲基甲酰胺，将所得粗产物溶于乙酸乙酯(200ml)中，使用分液漏斗分液，有机相依次采用去离子水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到粗产品，甲醇中重结晶得到4-二苄基胺基吡啶纯品120.38g，纯度98％，收率86.0％。实施例4：4-二苄基胺基吡啶合成氮气氛围中，室温下依次向装有转子的1l三口瓶中加入4-胺基吡啶(47.53g,99％,0.5mol)、四氢呋喃(285.2g)，开启搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后用药勺分批加入(每次3g左右)氢化钠(48.0g,1.2mol，60％分散于石蜡油)。将所得悬浊液室温搅拌1小时，然后将三口瓶放入70℃油浴中，待四氢呋喃开始回流后(66℃)，滴加苄基溴(190.04g,99％,1.1mol)。5小时后，将三口瓶油浴中移出，待反应液降至室温后，滴加饱和氯化铵(30ml)水溶液，淬灭反应。后处理，旋转蒸发除去溶剂四氢呋喃，将所得粗产物溶于乙酸乙酯(200ml)中，使用分液漏斗分液，有机相依次采用去离子水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到粗产品，甲醇中重结晶得到4-二苄基胺基吡啶纯品123.32g，纯度98％，收率88.1％。实施例5：氮气氛围中，室温下依次向装有转子的1l三口瓶中加入4-胺基吡啶(47.53g,99％,0.5mol)、四氢呋喃(285.2g)，开启搅拌，待4-胺基吡啶完全溶解，然后用药勺分批加入(每次3g左右)氢化钠(48.0g,1.2mol，60％分散于石蜡油)。将所得悬浊液室温搅拌1小时，然后将三口瓶放入70℃油浴中，待四氢呋喃开始回流后(66℃)，滴加4-甲基苄基氯(1.1mol)。5小时后，将三口瓶油浴中移出，待反应液降至室温后，滴加饱和氯化铵(30ml)水溶液，淬灭反应。后处理，旋转蒸发除去溶剂四氢呋喃，将所得粗产物溶于乙酸乙酯(200ml)中，使用分液漏斗分液，有机相依次采用去离子水、饱和食盐水洗涤，无水硫酸钠干燥后，旋转蒸发除去乙酸乙酯，得到粗产品，甲醇中重结晶得到苄基上含有取代基的4-二苄基胺基吡啶纯品；如果重结晶无法得到纯品，则采用硅胶柱层析的方法分离得到纯品。实施例6本实施例与实施例5的主要区别之处在于，加入的苄基卤代物为1.1mol的3-甲氧基苄基氯。实施例7本实施例与实施例5的主要区别之处在于，加入的苄基卤代物为1.1mol的2-氟苄基氯。实施例8本实施例与实施例5的主要区别之处在于，加入的苄基卤代物为1.1mol的4-氯甲基苯甲酸甲酯。实施例9本实施例与实施例5的主要区别之处在于，加入的苄基卤代物为1.1mol的4-三氟甲基苄基氯。实施例10本实施例与实施例5的主要区别之处在于，加入的苄基卤代物为1.1mol的3-苯基苄基氯。实施例5～10中的取代基类型和相应的4-二苄基胺基吡啶合成收率请见下表。表1实施例11：4-二苄胺基吡啶催化芳樟醇酯化空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二苄基胺基吡啶(28.0g,98％,0.1mol)、芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至130℃，向反应液滴加乙酸酐(306.27g,3.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸芳樟酯粗产品405.37g，产品纯度为92％，收率95.0％。实施例12：4-二苄胺基吡啶催化芳樟醇酯化空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二苄基胺基吡啶(5.6g,98％,0.02mol)、芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至150℃，向反应液滴加乙酸酐(204.18g,2.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸芳樟酯粗产品378.58g，产品纯度为87％，收率83.9％。实施例13：4-二苄胺基吡啶催化芳樟醇酯化空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二苄基胺基吡啶(55.99g,98％,0.2mol)、芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至150℃，向反应液滴加乙酸酐(408.36g,4.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸芳樟酯粗产品405.66g，产品纯度为93％，收率96.1％。实施例14：4-二苄胺基吡啶衍生物催化芳樟醇酯化空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二(4-甲基苄基)胺基吡啶(0.1mol)、芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至130℃，向反应液滴加乙酸酐(306.27g,3.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸芳樟酯粗产品。实施例15本实施例与实施例14的主要区别之处在于，加入的氨基吡啶衍生物为0.1mol的4-二(3-甲氧基苄基)胺基吡啶。实施例16本实施例与实施例14的主要区别之处在于，加入的氨基吡啶衍生物为0.1mol的4-二(2-氟苄基)胺基吡啶。实施例17本实施例与实施例14的主要区别之处在于，加入的氨基吡啶衍生物为0.1mol的4-二(4-甲氧羰基苄基)胺基吡啶。实施例18本实施例与实施例14的主要区别之处在于，加入的氨基吡啶衍生物为0.1mol的4-二(4-三氟甲基苄基)胺基吡啶。实施例19本实施例与实施例14的主要区别之处在于，加入的氨基吡啶衍生物为0.1mol的4-二(3-苯基苄基)胺基吡啶反应结果见下表：表2编号取代基r产品质量/g产品纯度/％合成收率/％实施例144-甲基412.09195.5实施例153-甲氧基405.19497.0实施例162-氟376.38985.3实施例174-甲氧羰基358.59284.0实施例184-三氟甲基361.38981.9实施例193-苯基364.39386.3实施例20：4-二苄胺基吡啶催化芳樟醇酯化，催化剂循环套用空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二苄基胺基吡啶(28.0g,98％,0.1mol)、芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至130℃，向反应液滴加乙酸酐(306.27g,3.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸芳樟酯粗产品402.70g，产品纯度为93％，收率95.4％。待乙酸芳樟酯产品蒸出以后，催化剂4-4-二苄胺基吡啶残留在三口瓶中，重新向三口瓶中加入芳樟醇(311.61g,99％,2.0mol)，然后滴加滴加乙酸酐(306.27g,3.0mol)，重复上述实验操作，可以再次得到乙酸芳樟酯产品，催化剂可以循环套用十次以上，得到产品纯度在90-94％之间，收率91.1-96.3％之间。实施例21：4-二苄胺基吡啶催化橙花醇、香叶醇、香茅醇、叶醇、异戊烯醇等醇类底物酯化空气中，室温下依次向装有转子的2l三口瓶中加入4-二苄基胺基吡啶(28.0g,98％,0.1mol)、醇类底物(2.0mol)，本实施例中，醇类底物为橙花醇，将三口瓶放入油浴中，三口瓶上方连接一根20cm长的精馏柱(内径24mm)相连，精馏柱内填充三角螺旋填料(3*3)，精馏柱上方连接接收瓶和真空系统。开启搅拌和油浴加热，待反应液内温升至130℃，向反应液滴加乙酸酐(306.27g,3.0mol)，1小时滴加完毕，开启真空系统，调整体系压力至200mmhg，将副产物乙酸从体系移出，促进酯化反应进行完全。5小时后，当体系中不再有乙酸蒸出时，更换接收瓶，进一步降低体系压力至5mmhg以下，精馏出乙酸酯粗产品。实施例22本实施例与实施例21的主要区别之处在于，本实施例中，醇类底物为香叶醇。实施例23本实施例与实施例21的主要区别之处在于，本实施例中，醇类底物为香茅醇。实施例24本实施例与实施例21的主要区别之处在于，本实施例中，醇类底物为叶醇。实施例25本实施例与实施例21的主要区别之处在于，本实施例中，醇类底物为异戊烯醇。表3编号醇底物产品质量/g产品纯度/％合成收率/％实施例21橙花醇393.09797.1实施例22香叶醇392.29695.9实施例23香茅醇378.59893.5实施例24叶醇278.49492.0实施例25异戊烯醇254.59695.3当前第1页12