CN112898205B - 一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法，其特点是以含胺基功能化的有序介孔聚合物作为催化剂、邻苯二胺与二氧化碳为原料，二甲氨基硼烷为还原氢试剂，在NMP溶剂中催化二氧化碳与邻苯二胺类化合物反应生成苯并咪唑化合物，所述催化剂用量以邻苯二胺类化合物的氮含量计为0.01~1 mol%；所述二氧化碳充入压力为0.1~2 MPa；所述反应温度为60~180℃；所述催化剂与NMP的摩尔比为1：50～100。本发明与现有技术相比具有催化剂制备简单、催化活性高、可以在温和的条件下催化二氧化碳与邻苯二胺类化合物反应生成苯并咪唑及其衍生物等优点。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成化学，具体的说是一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法。
背景技术
苯并咪唑是一类含氮芳香杂环化合物，由苯环和咪唑环稠合而成，是一种重要的药效基团。苯并咪唑及其衍生物具有良好的生物活性和反应活性，在抗菌、抗癌、抗糖尿病、抗溃疡、抗高血压等方面均有广泛的应用，其合成研究具有深远的意义。最近的研究表明苯并咪唑及其衍生物具有良好的抗凝血活性，而其中达比加群酯作为新型凝血酶抑制剂具有抗凝效果可以预测、口服给药、无需临床检测、药物相互作用少等特点，应用前景广阔。因此，苯并咪唑类化合物在医药化学领域具有重要的研究价值。近年来，此类杂环化合物的合成及其生物活性研究日益成为杂环化学研究的热点。传统的苯并咪唑合成法是以邻苯二胺为原料与羧酸及其衍生物经过环化、脱水反应，该制备方法需要很强的酸性条件，而且操作繁琐(Chemistry Select.2019,4,7968–7975)；另一类方法则采用邻苯二胺与醛在氧化剂作用下获得，但是该方法副产物较多，分离和提纯目标产物相对困难(RSC Adv.,2016,6,86982)。因此，寻求一种较为简单，高效地合成苯并咪唑衍生物的方法，对丰富该类化合物的合成方法及今后更为广泛的生物活性研究具有重要意义。
最近，有关离子液体、有机碱、金属配合物等催化二氧化碳和邻苯二胺生成苯并咪唑的反应也有广泛的报道，并且取得了较大的进展(ACS Catal.2015,5,6648-6652；GreenChem.,2019,21,1695–1701)。但是，均相催化剂由于回收困难、分离麻烦或者金属污染等问题导致均相催化剂进一步应用被限制。此前，一些多相催化剂被报道用于二氧化碳与邻苯二胺的反应，但是由于催化产率低、反应条件苛刻或催化剂载体制备过程复杂等因素，导致这些催化剂的进一步的应用得到限制(ChemCatChem 2017,9,3632–3636；Angew.Chem.Int.Ed.2019,58,5371–5375)。有序介孔酚醛树脂聚合物材料具有制备简单、比表面积大、孔道排布均匀等特点且为有序的二维六方结构，被广泛作为多相催化体系中的载体。因此，发展一种制备简单、稳定性好和催化性能佳的介孔材料催化二氧化碳与邻苯二胺的反应研究具有重要意义。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法，采用以含胺基功能化的有序介孔聚合物为催化剂、邻苯二胺和二氧化碳为原料，二甲氨基硼烷为还原氢试剂，在NMP溶剂中催化合成苯并咪唑化合物，该制备方法具有催化剂制备简单、催化活性高、可以在温和的条件下催化二氧化碳与邻苯二胺类化合物反应生成苯并咪唑及其衍生物等优点。
实现本发明目的具体技术方案为：一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法，其特点是以胺基功能化的有序介孔酚醛树脂聚合物为催化剂，二甲氨基硼烷为还原氢试剂，在NMP溶剂中催化二氧化碳与邻苯二胺类化合物反应生成苯并咪唑化合物，其反应方程式如下：
其中：R＝H、CH3、CH3O、Br、Cl、NO2；
所述催化剂用量以邻苯二胺类化合物的氮含量计为0.01～1mol％；所述二氧化碳充入压力为0.1～2MPa；所述反应温度为60～180℃，反应时间为6～48小时；所述NMP与催化剂的摩尔比为50～100：1。
所述胺基功能化的有序介孔酚醛树脂聚合物的具体制备步骤如下：
(一)、二甲胺基功能化前驱体的制备
将二甲胺基苯酚与苯酚在45℃温度下混合熔化，5～10分钟后加入浓度为10wt％的NaOH溶液搅拌均匀，25～30分钟后加入浓度为38wt％甲醛溶液并升温至70℃，搅拌回流1～2h，反应结束后冷却至室温，反应液用盐酸调至pH为7后旋转蒸发，得产物为二甲胺基功能化前驱体，所述对二甲胺基苯酚与苯酚、甲醛和氢氧化钠摩尔比为1：8～10：14～18：2～4。
(二)、二甲胺基功能化有序介孔聚合物的制备
将上述制备的二甲胺基功能化前驱体与聚醚(F127)和乙醇按1：1：18～25摩尔比混合，搅拌20～50分钟后将其平铺在玻璃板上，室温下挥发8～12h后置于100～120℃烘箱，干燥18～24h，然后将固化薄膜在氮气保护下，在管式炉中以350℃煅烧3h去除模板剂，制得二甲胺基功能化有序介孔酚醛树脂聚合物。
本发明与现有技术相比具有反应条件温和，操作简单，并且多相催化剂容易回收、可重复使用和对环境无污染等优点，是一种环境友好，操作简单，原料方便，高效的制备邻苯二胺化合物的方法。
具体实施方式
通过以下具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1
(一)、二甲胺基功能化前驱体的制备
在45℃温度下，降0.74g对二甲胺基苯酚与2.02g苯酚加热混合熔化，10分钟后加入2.3g浓度为10wt％的NaOH溶液充分搅拌均匀，30分钟后加入5.8g浓度为38wt％甲醛溶液并升温至70℃搅拌回流2h，反应结束后冷却至室温，反应液用1mol/L盐酸调至PH为7后旋转蒸发除去体系中的水，得4g二甲胺基功能化前驱体。
(二)、二甲胺基功能化有序介孔聚合物的制备
将4g F127溶解在100mL质量浓度为99％溶液中，然后加入3.2g上述制备的二甲胺基功能化前驱体，混合搅拌40分钟后将其平铺在玻璃板上，室温下挥发8h后置于120℃烘箱里干燥24h，然后将固化薄膜在氮气保护下，在管式炉中以350℃煅烧3h去除模板剂，制得3g二甲胺基功能化有序介孔酚醛树脂聚合物。
(三)苯并咪唑化合物的制备
称取50mg(0.1mol％)上述制备的二甲胺基功能化有序介孔酚醛树脂聚合物为催化剂与0.108g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中，升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤并分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层，取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为90％。滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
实施例2
称取50mg(0.1mol％)上述制备的含氮有序介孔聚合物催化剂与0.122g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中，升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤并分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层，取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为85％。过滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
实施例3
称取50mg(0.1mol％)实施例1制备的含氮有序介孔聚合物催化剂与0.142g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中，升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层。取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为88％。过滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
实施例4
称取50mg(0.1mol％)实施例1制备的含氮有序介孔聚合物催化剂与0.187g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中，升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤并分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层，取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为91％。过滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
实施例5
称取50mg(0.1mol％)实施例1制备的含氮有序介孔聚合物催化剂与0.138g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中，升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤并分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层。取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为83％。过滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
实施例6
称取50mg(0.1mol％)实施例1制备的含氮有序介孔聚合物催化剂与0.153g(1mmol)邻苯二胺置于内衬聚四氟乙烯的不锈钢反应釜中，称取0.177g的DMAB(3eq)和抽取5ml的NMP溶液加入装置中,升温至120℃，然后通入压力为1MPa的二氧化碳进行下述反应结构式的合成反应：
反应24h后自然冷却至室温，对混合液进行抽滤用20ml的饱和食盐水洗涤分离出催化剂。将滤液中加入60ml的乙酸乙酯进行萃取三次取水层。取有机层并加入无水硫酸钠干燥半小时，将有机相旋干，将剩余液体柱层析得到纯品产物为苯并咪唑化合物，其产率为79％。过滤出的催化剂经过去离子水和丙酮洗涤后干燥可以回收利用。
以上只是对本发明作进一步的说明，并非用以限制本专利，凡为本发明等效实施，均应包含于本专利的权利要求范围之内。
Claims (1)
1.一种二氧化碳与邻苯二胺类化合物合成苯并咪唑的方法，其特征在于以胺基功能化的有序介孔酚醛树脂聚合物为催化剂，二甲氨基硼烷为还原氢试剂，在NMP溶剂中催化二氧化碳与邻苯二胺类化合物反应生成苯并咪唑化合物，其反应方程式如下：
其中：R＝H、CH3、CH3O、Br、Cl、NO2；
所述催化剂用量以邻苯二胺类化合物的氮含量计为0.01～1mol％；所述二氧化碳充入压力为0.1～2MPa；所述反应温度为60～180℃，反应时间为6～48小时；所述NMP与催化剂的摩尔比为50～100：1；
所述胺基功能化的有序介孔酚醛树脂聚合物的具体制备步骤如下：
(一)、二甲胺基功能化前驱体的制备
将二甲胺基苯酚与苯酚在45℃温度下混合熔化，5～10分钟后加入浓度为10wt％的NaOH溶液搅拌均匀，25～30分钟后加入浓度为38wt％甲醛溶液并升温至70℃，搅拌回流1～2h，反应结束后冷却至室温，反应液用盐酸调至pH为7后旋转蒸发，得产物为二甲胺基功能化前驱体，所述对二甲胺基苯酚与苯酚、甲醛和氢氧化钠摩尔比为1：8～10：14～18：2～4；
(二)、二甲胺基功能化有序介孔聚合物的制备
将上述制备的二甲胺基功能化前驱体与聚醚(F127)和乙醇按1：1：18～25摩尔比混合，搅拌20～50分钟后将其平铺在玻璃板上，室温下挥发8～12h后置于100～120℃烘箱，干燥18～24h，然后将固化薄膜在氮气保护下，在管式炉中以350℃煅烧3h去除模板剂，制得二甲胺基功能化有序介孔酚醛树脂聚合物。
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