CN101318144A - 用于制备酰胺化合物的催化剂及其合成与应用 - Google Patents
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Abstract
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：Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8，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∶叔丁氧基钠∶氢氧化钠＝1∶10∶1，在室温下加入叔丁氧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。本发明的催化剂用于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。
Description
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J.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Sarvari.M.H.发表在Tetrahedron 2002，58，10323.的文章也有报道在湿的Al2O3作用下，醛与羟氨盐酸盐和甲磺酰氯在100℃反应。
(5)Tillack，A.等人发表在J.Org.Chem.2001，523-528的文章，Naota，T.和Murahashi，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，J.-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。
(10)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)2]3(Ln＝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胺和醛制备酰胺的新的催化剂，以获得更高的催化活性，缩短反应时间和催化剂用量，并适用于更宽的底物范围。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种用于制备酰胺化合物的催化剂，其分子式如下：
Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8，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一个稀土金属、十个叔丁氧基配体，一个羟基，八个钠。
上述烷氧基稀土碱金属簇合物Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8的合成具体包括以下步骤：
(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THF溶液，然后按物质的量的比LnCl3∶Na[OC(CH3)3]∶NaOH＝1∶10∶1，在室温下用注射器加入Na[OC(CH3)3]的THF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℃冷冻，得到Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8的晶体。Ln表示稀土金属：镧、镨、钕、铕、钐、钇、镱中的一种。
如不需要得到Ln [OC(CH3)3]10(OH)Na8的晶体，可将浓缩液加己烷就可以将Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8沉淀出来。
上述烷氧基稀土碱金属簇合物Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8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Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8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.由于本催化剂的使用，可以在温和条件下高活性的催化醛和胺合成酰胺，而且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高，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，同时对底物的适用范围较宽：对苯甲醛和四氢吡咯，哌啶的反应有很高的反应活性。
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：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8的合成：
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适量的NdCl3的THF溶液，然后按1∶10比例在室温下用注射器加入Na[OC(CH3)3]的THF溶液，再加入再加入与NdCl3等摩尔的NaOH，反应4天，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(5℃)冷冻，得到Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8的蓝色晶体。
实施例二：Sm[OC(CH3)3]10(OH)Na8的合成：
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适量的SmCl3的THF溶液，然后按1∶10比例在室温下用注射器加入Na[OC(CH3)3]的THF溶液，再加入与SmCl3等摩尔的NaOH，反应4天，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(5℃)冷冻，得到Sm[OC(CH3)3]10(OH)Na8的无色晶体。
实施例三：Yb[OC(CH3)3]10(OH)Na8的合成：
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适量的YbCl3的THF溶液，然后按1∶10比例在室温下用注射器加入Na[OC(CH3)3]的THF溶液，再加入与YbCl3等摩尔的NaOH，反应4天，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(5℃)冷冻，得到Yb[OC(CH3)3]10(OH)Na8的无色晶体。
实施例四：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8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Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.01mmol，0.011g)的THF溶液，然后用注射器加入N-甲基苄胺(0.13ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3ml，3mmol)，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FC6H4CON(CH3)C7H70.189g，产率84％。
实施例五：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8催化对氟苯甲醛和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Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.01mmol，0.0108g)的THF溶液，然后用注射器加入N-甲基苄胺(0.13ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入对氟苯甲醛(0.32ml，3mmol)，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FC6H4CON(CH3)C7H70.241g，产率99％。
实施例六：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8催化对甲氧基苯甲醛和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Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.01mmol，0.0108g)的THF溶液，然后用注射器加入N-甲基苄胺(0.13ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入对甲氧基苯甲醛(0.36ml，3mmol)，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CH3OC6H4CON(CH3)C7H70.179g，产率70％。
实施例七：Sm[OC(CH3)3]10(OH)Na8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Sm[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.005mmol)的THF溶液，然后用注射器加入四氢吡咯(0.08ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3ml，3mmol)，反应3小时后，减压除去溶剂，柱层析(EtOAc/石油醚＝1/3)得到酰胺C6H5CONC4H80.131g，产率75％。
实施例八：Yb[OC(CH3)3]10(OH)Na8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 [OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.005mmol)的THF溶液，然后用注射器加入四氢吡咯(0.08ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3ml，3mmol)，反应3小时后，减压除去溶剂，柱层析(EtOAc/石油醚＝1/3)得到酰胺C6H5CONC4H80.105g，产率60％。
实施例九：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8催化苯甲醛和苯胺成酰胺
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Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.01mmol，0.0108g)的THF溶液，然后用注射器加入苯胺(0.10ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.30ml，3mmol)，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C6H5CONHC6H50.158g，产率80％。
实施例十：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8催化苯甲醛和苯胺成酰胺
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Nd [OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.03mmol，0.0324g)的THF溶液，然后用注射器加入苄胺(0.11ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.30ml，3mmol)，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C6H5CONHCH2C6H50.169g，产率80％。
实施例十一：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8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Nd(OtBu)10(OH)Na8(0.01mmol，0.011g)的THF溶液，然后用注射器加入四氢吡咯(0.08ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3ml，3mmol)，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C6H5CONC4H80.163g，产率93％。
与之对比，用Ln[N(SiMe3)2]3为催化剂，反应24小时后，产率只有38％
实施例十二：Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8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Nd[OC(CH3)3]10(OH)Na8(0.01mmol，0.011g)的THF溶液，然后用注射器加入六氢吡啶(0.10ml，1mmol)，然后在室温下搅伴30min，再用注射器加入苯甲醛(0.3ml，3mmol)，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＝1/10)得到酰胺C6H5CONC6H100.176g，产率93％。
Claims (5)
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：
Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8，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)无水无氧的条件下，氩气保护下加入LnCl3的四氢呋喃溶液，然后按物质的量的比LnCl3∶叔丁氧基钠(NaOC(CH3)3)∶氢氧化钠＝1∶10∶1，在室温下加入叔丁氧基钠的四氢呋喃溶液和氢氧化钠，反应4天；
(2)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Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8；
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。
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Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8的晶体。
4.根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于：所述浓缩后的处理为，在浓缩液中加入己烷，将Ln[OC(CH3)3]10(OH)Na8沉淀出来。
5.权利要求1所述催化剂在催化胺和醛合成酰胺的反应中的应用。
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