一种铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳基腈的方法

本发明涉及化学化工领域，具体涉及铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法。

背景技术：

1、芳基腈作为一种非常重要的化合物广泛存在于天然产物、农药化学品、功能性材料以及药物分子中。此外，由于其独特的反应性也常被用为合成酰胺、亚胺、酸、醛以及杂环化合物的前驱体。目前，制备芳基腈的常用方法主要包括一下三种：

2、(1)桑德迈尔反应：亚铜盐为金属催化剂，但是需要对原料进行预处理，时间较长，比如文献：sandmeyer,t.(1884).ueber die ersetzung der amidgruppedurchchlor inden aromatischensubstanzen.berichte der deutschenchemischen gesellschaft,17(2),1633-1635.

3、(2)过渡金属催化芳基卤素氰基化：pd/k4[fe(cn)6]体系，但是所用的氰基化试剂具有一定的致毒性，比如文献：schareina t,zapf a,beller m.potassiumhexacyanoferrate(ii)-a new cyanating agent for the palladium-c atalyzedcyanation of aryl halides[j].chemical communications,2004(12):1388-1389.

4、(3)碳氢键直接氰基化：v2o5/tio2为催化剂，氧气为氧化剂，但是所用催化剂具有毒性，且反应温度较高，比如文献：kumar c p,reddy k r,rao v v,et al.vapour phaseammoxidation of toluene over vanadium oxide supported on nb2o5–tio2[j].greenchemistry,2002,4(5):513-516.

5、上述报道的方法虽然成功得到了芳基腈，但是预处理原料、采用毒性试剂和化学计量金属氧化物的策略存在明显的安全、环境及经济缺陷。而烷基取代的芳环及芳杂环廉价易得并且工业储量丰富，因此以烷基取代的芳环及芳杂环为原料将其直接转化为芳基腈的合成策略引起许多研究者们的兴趣。但是过度依赖化学计量和环境不友好型氧化剂、爆炸性叠氮化物和不稳定的亚硝酸叔丁酯以及较窄的底物范围一直是此类反应进一步发展的限制性因素。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明提供了一种底物适用范围广、操作简便、安全、环境友好及反应条件温和的铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法。

2、一种铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法，在铜盐、碘化物和氧气的作用下，式(i)所示的烷基取代的芳环或者式(ii)所示的烷基取代的芳杂环与氮源发生碳碳键断裂氰基化反应，反应温度为120-180℃，反应时间为16-72h，反应结束后，反应液经过后处理得到式(iii)所示的芳基腈类产物：反应式如下：

3、

4、式(i)表示式(w1)、式(w2)所示的结构

5、

6、式(w1)和式(w2)中，取代基r1为h、c1-c5烷基、烷氧基、芳烃、氰基、硝基、三氟甲基、酯基、磺酸酯基、氟、氯和溴

7、式(ii)表示式(w3)、(w4)、(w5)和(w6)所示的结构

8、

9、式(w3)和式(w4)中，取代基r2为h、烷氧基、芳烃、环烷烃；n＝0-13式(w3)和式(w5)中，取代基r1为h、c1-c5烷基、烷氧基、芳烃、氰基、硝基、酯基、磺酸酯基、三氟甲基、氟、氯和溴

10、式(w4)、(w5)和式(w6)中，et取代位置为1位、2位或者3位取代所述铜盐为氯化亚铜、硝酸铜、碘化亚铜、溴化亚铜、氟化铜、醋酸铜，醋酸亚酮、三氟甲磺酸铜与铜粉，优选为醋酸亚铜。

11、所述的氨源为氨气、氢氧化铵、碳酸铵、甲酸铵、碳酸氢铵与尿素，优选为尿素。

12、所述的碘化物为碘、碘化钠、碘化钾、碘化锂与三碘化铈，优选为三碘化铈。

13、氮源与铜盐的摩尔比为1：0.05～2，优选为1：0.01～0.20。

14、氮源与碘化物的摩尔比为1：0.1～0.5，优选为1：0.1～0.25。

15、反应液经后处理的步骤为：向反应液中加入无水甲醇和二氯甲烷进行稀释，超声2分钟，所得混合液通过柱层析色谱分离，以石油醚和乙酸乙酯混合溶剂作为洗脱剂，收集含目标产物的洗脱液，蒸除溶剂得到目标产物，即得式(iii)所示的芳基腈衍生物。

16、石油醚与乙酸乙酯的体积比为20～60：1。

17、于高压反应釜中进行反应，反应釜中固体和液体原料的装料量小于等于反应釜容积的50％；

18、本发明与现有技术相比较，有益效果体现在：

19、(1)以铜盐为催化剂，使反应更加温和，成本更低。

20、(2)底物范围广，长链类芳环及芳杂环、短链类芳环及芳杂环、支链类芳环及芳杂环、喹啉类衍生物、噻吩类衍生物等多种烷基取代类型的芳环及芳杂环均能使用该方法通过碳碳键断裂制备芳基腈类产物。

21、(3)本发明反应不仅反应选择性好，而且操作简单，产物收率良好。

22、综上所述，本发明提供了一种铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法。本发明利用铜盐为催化剂，氧气为氧化剂，实现了烷基取代的芳环及芳杂环与氮源反应生成芳基腈的反应，该发明拓展了反应的底物适用范围，长链类芳环及芳杂环、短链类芳环及芳杂环、支链类芳环及芳杂环、喹啉类衍生物、噻吩类衍生物等多种烷基取代类型的芳环及芳杂环均能使用该方法通过碳碳键断裂制备芳基腈类产物。本发明具有原料易得、操作简单、反应选择性好，绿色、经济环保等优点，是一种具有较好应用前景的碳碳键断裂制备芳基腈类衍生物的方法。

技术特征：

1.一种铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法，其特征在于，将原料烷基苯或者烷基芳杂环类化合物中的一种或二种以上和氨源混合，然后加入铜催化剂，再加入碘化物，在氧气条件下于120℃～180℃反应16-72h，反应合成芳基腈类化合物。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应式如下：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的铜催化剂为氯化亚铜、硝酸铜、碘化亚铜、溴化亚铜、氟化铜、醋酸铜，醋酸亚酮、三氟甲磺酸铜与铜粉中的一种或二种以上。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的氨源为氨气、氢氧化铵、碳酸铵、甲酸铵、碳酸氢铵与尿素中的一种或二种以上。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的碘化物为碘、碘化钠、碘化钾、碘化锂与三碘化铈中的一种或二种以上。

6.根据权利要求1、2或4所述的或二种以上方法，其特征在于，氨源与铜盐的摩尔比为1：0.05～2，氨源与碘化物的摩尔比为1：0.1～0.5。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，反应后生成的反应液经后处理的步骤进行分析，具体为：向反应液中加入无水甲醇和/或二氯甲烷(2-4ml/0.5mmol氨源)进行稀释，超声2-5分钟，所得混合液通过柱层析色谱分离，以石油醚和乙酸乙酯混合溶剂作为洗脱剂，收集含目标产物的洗脱液，蒸除溶剂得到目标产物，即得式(iii)所示的芳基腈衍生物。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述的石油醚与乙酸乙酯的体积比为20～60：1。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

技术总结
本发明公开了一种铜催化烷基取代的芳环及芳杂环碳碳键氧化断裂制备芳腈的方法：该方法以烷基苯或者烷基芳杂环化合物作为原料，加入铜催化剂，加入氨源，加入碘化物添加剂，经氧气置换并充压至2.0MPa后，加热到120‑180℃，在搅拌下反应16‑72h，经过分离纯化后即得到以芳基腈为主产物的化学品。本发明利用铜催化实现了烷基取代的芳环及芳杂环类化合物通过碳碳键氧化断裂制备芳腈的反应。

技术研发人员：戴文,薛盖君,吕迎
受保护的技术使用者：中国科学院大连化学物理研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29