CN109535074A - 2-氰基-5-溴吡啶的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有机合成领域,具体涉及2‑氰基‑5溴吡啶的制备方法。本发明解决上述技术问题的方案是提供一种以环丁砜为溶剂的2‑氰基‑5溴吡啶的制备方法。本发明方法具有操作简单、步骤少等优点,制备得到的2‑氰基‑5溴吡啶未经进一步纯化纯度即可达到94%;经过纯化后,产品纯度能够达到99%。

Description

2-氰基-5-溴吡啶的制备方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及2-氰基-5溴吡啶的制备方法。
背景技术
2-氰基-5-溴吡啶是一个重要的中间体,广泛应用于药物化学、有机合成及材料化学等领域。2-氰基-5-溴吡啶的合成路线报道较多,如以2,5-二溴吡啶为原料在超低温下与正丁基锂进行Li-Br反应,然后加入DMF或叔丁基异氰酸酯反应得到相应的醛或酰胺,在经过缩合反应得到2-氰基-5溴吡啶,但是该方法需要在超低温条件下进行,且在很稀的反应浓度下进行,不利于工业化生产。如CN104496979A、EP2692727A2、《European Journal ofMedicinal Chemistry》(2011,46(4):1027)以DMF为溶剂,反应后需向其中加入水,并用乙酸乙酯萃取,再将有机层用盐水洗涤并脱水、过滤和真空浓缩,步骤繁琐。
所以,现有制备2-氰基-5-溴吡啶的方法存在反应步骤多、纯度低、收率低、需使用催化剂等缺点。
发明内容
针对现有技术制备2-氰基-5溴吡啶的方法存在的缺陷,本发明提供了一种新的2-氰基-5溴吡啶的制备方法。该方法具有操作简单、步骤短、安全、低毒、不采用催化剂,产品副产物少、纯度高、收率高等优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案为,以环丁砜为溶剂。
其中,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,原料为2,5-二溴吡啶、金属氰化物。
具体的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述金属氰化物为NaCN和CuCN。
具体的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法,包括以下步骤:在反应装置中加入2,5-二溴吡啶、NaCN和环丁砜,升温至反应温度,加入CuCN,保持温度充分反应;反应结束后,减压蒸馏,收集无色或微黄色馏分,馏分与水混合,析出白色固体,过滤,滤饼即为产品。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,还包括馏分与水混合后在0~5℃搅拌1~2h。有利于过滤和提高收率。
进一步的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,还包括对滤饼进行重结晶。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述重结晶具体操作为:加热至溶剂将滤饼完全溶解,然后自然降至室温,过滤即可。
更优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,重结晶自然降至室温后,再在0~5℃搅拌1~2h,然后再过滤。
进一步的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述重结晶采用的溶剂为无水乙醇或乙酸乙酯。
再进一步的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法,重结晶时,每1g滤饼加入1~10mL无水乙醇;或者每1g滤饼加入0.5~5mL乙酸乙酯。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法,重结晶时,每1g滤饼加入4mL无水乙醇;或者每1g滤饼加入2.5mL乙酸乙酯。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,每1g原料2,5-二溴吡啶对应添加5~15mL环丁砜。更优选每1g原料2,5-二溴吡啶对应添加10mL环丁砜。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述反应温度为150~190℃。更优选为160~180℃。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述反应时间为4~6h。
具体的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述氰化亚铜用量为0.3~0.5当量。
具体的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述***用量为0.4~1.0当量。
优选的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述2,5-二溴吡啶、***、氰化亚铜的摩尔比为1﹕0.9﹕0.3。
进一步的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,当反应4h时,再额外加入0.2当量NaCN。
具体的,上述2-氰基-5溴吡啶的制备方法中,所述减压蒸馏温度为160~170℃。所述减压蒸馏压力为10mmHg。
本发明制备2-氰基-5溴吡啶的方法选择了合适的溶剂,具有操作简单、步骤少、可不采用催化剂等优点,制备得到的2-氰基-5溴吡啶未经进一步纯化纯度即可达到94%;经过纯化后,产品纯度能够得到99%。本发明方法为2-氰基-5溴吡啶的制备提供了一条更为有效的选择。
具体实施方式
试验例1溶剂的筛选
溶剂与2,5-二溴吡啶(2BP)的体积质量比为10mL﹕1g;2BP﹕NaCN﹕CuCN=1mol﹕0.9mol﹕0.5mol。
按下表1的条件进行反应,2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 254nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表1。
DMAC为二甲基乙酰胺;DMI为1,3-二甲基-2-咪唑啉酮;DMF为N,N-二甲基甲酰胺。
表1
溶剂和反应温度 反应时间 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
DMAC,回流 3h 67.9% 6.0% 10.2%
DMI,180℃ 3h 65.4% 12.7% 2.7%
DMF,回流 3.5h 65.1% 1.5% 27.2%
DMSO,180℃ 2h 59.2% 4.8% 4.8%
环丁砜,180℃ 1h 81.3% 6.2% 3.1%
从上表1可以看出,环丁砜作为溶剂时,反应效率较高;其他物质作为溶剂时,所得CBP含量低,难以将CBP通过减压蒸馏的方式有效蒸出,因此优选环丁砜作为反应溶剂。
试验例2反应温度的筛选
以环丁砜为溶剂,反应时间为4h,环丁砜与2BP的体积质量比为10mL﹕1g,2BP﹕NaCN﹕CuCN=1mol﹕0.9mol﹕0.5mol。
2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 232nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表2。
表2
反应温度 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
140℃ 41.5% 2.8% 54.7%
160℃ 66.5% 13.1% 19.5%
180℃ 63.5% 12.3% 22.7%
200℃ 55.5% 10.7% 32.6%
从上表2可以看出,反应温度超过140℃时,随着温度升高,CBP含量增大,原料减少,双氰杂质含量也增大;当上升到一定温度时,CBP含量降低,原料又开始增加,双氰杂质含量有所降低,所以控制反应温度为150~190℃。优选反应温度为160~180℃。
试验例3反应时间的筛选
以环丁砜为溶剂,反应温度为160℃,环丁砜与2BP的体积质量比为10mL﹕1g,2BP﹕NaCN﹕CuCN=1mol﹕0.9mol﹕0.5mol。
2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 254nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表3。
反应4h后补加0.2当量的NaCN,反应7h后补加0.1当量的CuCN。
表3
反应时间 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
4h 66.5% 13.1% 19.5%
6h 67.5% 14.8% 16.4%
7h 67.6% 15.0% 15.8%
8h 67.6% 15.2% 15.2%
9h 68.5% 18.7% 10.8%
10.5h 67.0% 18.7% 8.5%
从上表3可以看出,反应时间4~6h最优,继续反应,目标产物CBP不增加,而双氰基杂质增多。
试验例4CuCN添加量的筛选
以环丁砜为溶剂,反应温度为180℃,环丁砜与2BP的体积质量比为10mL﹕1g。
2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 254nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表4。
表4
2BP:NaCN:CuCN 反应时间 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
1mol:0.9mol:0.5mol 2.5h 67.5% 21.1% 9.8%
1mol:0.9mol:0.5mol 4h 67.2% 22.9% 8.0%
1mol:0.9mol:0.4mol 2h 64.7% 14.5% 19.4%
1mol:0.9mol:0.4mol 4h 65.2% 15.1% 17.7%
1mol:0.9mol:0.4mol 6h 64.9% 15.1% 17.3%
1mol:0.9mol:0.4mol 7.25h 64.6% 15.2% 17.0%
1mol:0.9mol:0.3mol 4h 63.5% 12.3% 22.7%
从上表4可以看出,CuCN添加量在0.3~0.5当量之间,产物CBP的含量变化不大,所以控制CuCN为0.3~0.5当量。进一步的,当CuCN为0.3当量时,双氰基杂质含量最少,反应时间也较短;尽管2BP含量也多,但2BP作为原料可回收利用。因此,综合经济性考虑,优选CuCN为0.3当量。
试验例5NaCN添加量的筛选
以环丁砜为溶剂,反应温度为180℃;催化剂为5%苯基三乙基氯化铵;环丁砜与2BP的体积质量比为10mL﹕1g。2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 254nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表5。
表5
2BP:NaCN:CuCN 反应时间 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
1mol:1mol:0.5mol 1h 63.2% 13.1% 20.1%
1mol:1mol:0.5mol 2h 65.5% 17.9% 11.9%
1mol:1mol:0.5mol 3h 65.3% 19.8% 9.5%
1mol:1mol:0.5mol 4h 65.1% 20.7% 8.4%
1mol:0.9mol:0.5mol 2.5h 65.7% 20.3% 9.0%
1mol:0.9mol:0.5mol 4h 65.2% 21.5% 7.8%
1mol:0.4mol:0.5mol 4h 56.9% 9.6% 17.1%
1mol:0.4mol:0.5mol 6h 53.8% 9.0% 16.8%
从上表5可以看出,NaCN为0.9当量时,收率较高;NaCN为0.4当量时,双氰杂质含量较低。可根据实际需求,合理地在0.4~1.0当量范围内容选择或调整则NaCN的添加量。
试验例6氰化试剂与原料配比的筛选
以环丁砜为溶剂,反应温度为180℃;催化剂为5%苯基三乙基氯化铵。
2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 232nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表6。
表6
2BP:NaCN:CuCN 反应时间 CBP含量 双氰杂质含量 2BP含量
1mol:1mol:0.2mol 1h 39.3% 3.2% 55.1%
1mol:1mol:0.2mol 2h 44.0% 4.3% 48.0%
1mol:1mol:0.2mol 3h 45.6% 4.8% 45.3%
1mol:1mol:0.2mol 4h 47.1% 5.2% 42.8%
1mol:0.9mol:0.3mol 1h 46.5% 4.5% 46.4%
1mol:0.9mol:0.3mol 2h 52.0% 6.3% 37.7%
1mol:0.9mol:0.3mol 3h 53.3% 6.9% 35.0%
1mol:0.9mol:0.3mol 4h 54.0% 7.2% 33.3%
从上表6可以看出,2BP﹕NaCN﹕CuCN=1mol﹕0.9mol﹕0.3mol效果较佳。
试验例7溶剂与原料添加量的筛选
以环丁砜为溶剂,催化剂为5%苯基三乙基氯化铵;2BP:NaCN:CuCN=1mol:0.9mol:0.5mol。
2-氰基-5溴吡啶(CBP)含量、2,5-二氰基吡啶(双氰杂质)含量和2,5-二溴吡啶(2BP)含量为在HPLC 254nm条件下检测反应液得到的相对含量,见下表7。
表7
从上表7可以看出,溶剂与2BP优选10mL环丁砜中加入1g2BP。
试验例8催化剂的筛选
从下表8可以看出,是否加入催化剂苯基三乙基氯化铵对本发明反应的影响不大,所以,本发明方法可不添加催化剂。
表8
试验例9重结晶
(1)60gCBP固体(纯度81%),加90mL(1.5V)无水乙醇,74℃全溶后搅1h自然降温,室温20℃过滤,湿品60℃烘干得产品44.8g,收率74.7%。
经HPLC(240nm)检测:CBP:88.2%;双氰杂质8.4%;2BP:2.7%。
(2)以(1)的产物为原料
方法一:20g CBP固体(纯度88%),加50mL(2.5V)无水乙醇,74℃全溶后搅1h自然降温,室温20℃过滤,湿品60℃烘干得产品15.1g,收率75.5%。
经HPLC(240nm)检测:CBP:93.0%;双氰杂质:5.0%;2BP:1.5%。
方法二、20gCBP固体(纯度88%),加100mL(5V)无水乙醇,74℃全溶后搅1h自然降温,室温20℃过滤,湿品60℃烘干得产品13.5g,收率67.5%。
经HPLC(240nm)检测:CBP:95.2%;双氰杂质3.3%;2BP:1.1%。
采用打浆方式重结晶:加入较少的无水乙醇(1V),常温下搅拌4h,过滤,湿品60℃烘干得产品,经HPLC(240nm)检测,产品和杂质含量变化不大。
实施例
(1)制备2-氰基-5-溴吡啶(CBP)粗品
2L的四口瓶中依次加入100g 2BP(0.422mol)、18.61g***(0.380mol)和1261g(1000mL)环丁砜。升温至内温160℃时,加入11.34g氰化亚铜(0.127mol),保温反应6h,HPLC监控反应终点。反应完全后,160-170℃油泵减压蒸馏,收集无色或微黄色馏分约1350g。向馏分中快速滴加2500g纯化水,溶剂环丁砜与水互溶,从而析出白色固体,滴毕,降温至0-5℃并保温搅拌1h。过滤,滤饼60℃鼓风干燥6-8h,得白色粗品54g,收率70%。
HPLC(240nm)检测:CBP:93.6%;双氰杂质:3.9%:2BP:2.3%。
(2)2-氰基-5-溴吡啶粗品的纯化
取制备得到的2-氰基-5-溴吡啶粗品,进行纯化。
①19g粗品中加入57mL(3V)无水乙醇,升温至内温73℃时溶清,自然降至室温(18℃)后,过滤得白色滤饼,滤饼于60℃鼓风干燥5h,得白色固体15.8g,收率83%。
HPLC(240nm):CBP:98%;双氰杂质:1.2%;2BP:0.6%。
②19g粗品中加入57mL(3V)乙酸乙酯,升温至内温58℃时溶清,自然降至室温(20℃)后,过滤得白色滤饼,滤饼于60℃鼓风干燥5h,得白色固体11.6g,收率61%。
HPLC(240nm):CBP:99%;双氰杂质:0.5%;2BP:0.3%。
重结晶时,自然降温至室温后,0-5℃搅拌1-2h,可提高收率。无水乙醇用4V时,单杂<1.0%,乙酸乙酯用2.5V即可。

Claims (10)

1.2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:以环丁砜为溶剂。
2.根据权利要求1所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:原料为2,5-二溴吡啶、金属氰化物;所述金属氰化物为NaCN和CuCN。
3.根据权利要求2所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:包括以下步骤:在反应装置中加入2,5-二溴吡啶、NaCN和环丁砜,升温至反应温度,加入CuCN,保持温度充分反应;反应结束后,减压蒸馏,收集无色或微黄色馏分,馏分与水混合,析出白色固体,过滤,滤饼即为产品。
4.根据权利要求3所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:还包括对滤饼进行重结晶;所述重结晶采用的溶剂为无水乙醇或乙酸乙酯。
5.根据权利要求1~4任一项所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:每1g原料2,5-二溴吡啶对应添加5~15mL环丁砜;优选每1g原料2,5-二溴吡啶对应添加10mL环丁砜。
6.根据权利要求1~4任一项所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:所述反应温度为150~190℃;优选160~180℃。
7.根据权利要求1~4任一项所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:所述反应时间为4~6h。
8.根据权利要求1~4任一项所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:所述氰化亚铜用量为0.3~0.5当量;所述***用量为0.4~1.0当量。
9.根据权利要求7所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:所述2,5-二溴吡啶、***、氰化亚铜的摩尔比为1﹕0.9﹕0.3。
10.根据权利要求1~9任一项所述的2-氰基-5溴吡啶的制备方法,其特征在于:所述减压蒸馏温度为160~170℃。
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