一种光促进合成脲类化合物的制备方法 |
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| 申请号 | CN202311743298.0 | 申请日 | 2023-12-18 | 公开(公告)号 | CN117946033A | 公开(公告)日 | 2024-04-30 |
| 申请人 | 兰州大学; 中国科学院大连化学物理研究所; | 发明人 | 李灿; 李泽龙; 彭俊保; 解进; | ||||
| 摘要 | 本 申请 公开了一种光促进合成脲类化合物的制备方法，所述制备方法包括：在 氧 气和一氧化 碳 气氛下，将含有催化剂、助催化剂、胺类化合物、 溶剂 的混合物，光照反应，得到脲类化合物。本 发明 的制备方法中，所需 试剂 无毒，无 腐蚀 性，反应 原子 利用率高，反应条件温和，在常温常压下采用光照来替代传统的加热以及高压条件，提高了生产安全性，降低了生产成本。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种光促进合成脲类化合物的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括： |
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| 说明书全文 | 一种光促进合成脲类化合物的制备方法技术领域[0001] 本申请涉及一种一种光促进合成脲类化合物的制备方法，属于有机合成技术领域。 背景技术[0003] 现有报道的合成脲的方法有以下几种：(1)胺与光气反应得到目标产物，然而光气是一种剧毒的化学品，且副产物HCl也会导致严重的设备腐蚀和环境问题。(2)胺与三光气反应(CN104725280A)，然而三光气的合成过程中就会使用到光气，且三光气本身也会缓慢分解生成光气和双光气，同时该反应也会产生HCl副产物。(3)胺与氯甲酸酯反应(CN104513180A)，该方法原子经济性较差，副产物有醇类和HCl。(4)胺与异氰酸酯进行反应(CN113444024A)，异氰酸酯的合成同样需要使用光气，且异氰酸酯本身也有毒性。(5)胺与碳酸酯反应(CN105439908A)，该反应也有着原子利用率的问题，且碳酸酯需要预合成。(6)使用胺与叠氮化物、一氧化碳反应(Eur.J.Org.Chem.2019,2019,7541.)，叠氮化物是危险化学品，且本身合成困难。(7)使用胺与卤代烷烃在光照条件下进行反应(CN112920089A)，该方法会产生有毒的卤素单质。有鉴于此，使用胺的氧化合成脲得到了广泛的关注，该方法原子利用率高，唯一的副产物为水，例如(8)使用胺与硝基化合物、一氧化碳反应(CN1951914A)，(9)使用胺与一氧化碳、氧气进行反应(CN1900055A)，这两种方法都需要较高的温度和压力。因此，仍然需要开发一种环境友好、原子利用率高、能够在常温常压下合成脲的方法。 发明内容 [0004] 针对上述现有技术中存在的问题，本发明以胺和一氧化碳、氧气为原料，在催化剂和光照的条件下，能够高转化率和选择性地得到目标脲产物，避免了原子利用率低，所需试剂剧毒，环境不友好，反应条件苛刻等问题 [0005] 根据本申请的一个方面，提供了一种光促进合成脲类化合物的制备方法，所述制备方法包括： [0006] 在氧气和一氧化碳气氛下，将含有催化剂、助催化剂、胺类化合物、溶剂的混合物，光照反应，得到脲类化合物； [0007] 所述胺类化合物选自具有式I‑1、式I‑2、式I‑3所示结构中的至少一种，其中，式I‑2与式I‑3所示结构为不同胺类化合物； [0008] R‑NH2式I‑1、 [0009] 所述脲类化合物选自具有式II‑1、式II‑2、式II‑3、式II‑4、式II‑5、式II‑6中的一种； [0010] [0011] 其中，R、R1、R2、R3、R4独立地选自H、C1～C20的烷基、C1～C20的取代烷基、C2～C20的烯基、C2～C20的取代烯基、C2～C20的炔基、C2～C20的取代炔基、C5～C20的杂芳基、C5～C20的取代杂芳基、C6～C20的芳香基、C6～C20的取代芳香基中的一种； [0012] 所述C1～C20的取代烷基、C2～C20的取代烯基、C2～C20的取代炔基、C5～C20的取代杂芳基、C6～C20的取代芳香基中的取代基独立地选自卤素、羟基、烷氧基中的至少一种。 [0013] 可选地，所述R、R1、R2、R3、R4独立地选自H、C1～C20的不含杂原子或含有杂原子的烷基、C2～C20的不含杂原子或含有杂原子的烯基、C2～C20的不含杂原子或含有杂原子的炔基、C3～C20的不含杂原子或含有杂原子的环烷基、C3～C20的杂环基、C5～C20的杂芳基、C6～C20的芳香基中的至少一种；其中，烷基、烯基、炔基、环烷基、杂环基、杂芳基、芳香基可以进一步被卤素、羟基、烷氧基单取代或相同或不同的多取代。 [0014] 可选地，所述胺类化合物选自吗啉、苯胺、正己胺、环己胺、苄胺、α,α‑二甲基苄胺、对甲氧基苄胺、对溴苄胺、邻氯苄胺、对甲基苯胺、对甲氧基苯胺、苯乙胺、对甲基苯乙胺、对甲氧基苯乙胺、对氟苯乙胺、对氯苯乙胺、N‑甲基哌嗪、二乙胺中的至少一种。 [0015] 可选地，所述脲类化合物选自4,4'‑羰基二吗啉、1,3‑二苯基脲、1,3‑二己基脲、1,3‑二环己基脲、1,3‑二苄基脲、N,N'‑双(α,α‑二甲基苄基)脲、1,3‑双(4‑甲氧基苄基)脲、1, 3‑双(4‑溴苄基)脲、1,3‑双(2‑氯苄基)脲、1,3‑双(4‑甲基苯基)脲、1,3‑双(4‑甲氧基苯基)脲、1,3‑二苯乙基脲、1,3‑双(4‑甲基苯乙基)脲、1,3‑双(4‑甲氧基苯乙基)脲、苄草隆、1‑二乙胺基甲酰基‑4‑甲基哌嗪中的至少一种。 [0016] 可选地，所述催化剂选自醋酸钯、氯化钯、乙酰丙酮钯、三苯基膦钯、Pd2(dba)3、PdCl2(PPh3)2、Pd(dba)2/dppb、Pd/C、Pd/SiO2、Pd/TiO2、Pd/Al2O3中的至少一种。 [0017] 可选地，所述助催化剂选自KI、NaI、碘单质、四乙基碘化铵、四丁基碘化铵中的至少一种。 [0018] 可选地，所述催化剂与所述胺类化合物的摩尔比为1:1000～1:20，所述催化剂的摩尔量以所述Pd元素的摩尔量计。 [0019] 可选地，所述催化剂与所述胺类化合物的摩尔比独立地选自1:1000、1:900、1:800、1:700、1:600、1:500、1:400、1:300、1:200、1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、 1:30、1:20中的任意值或上述任意两者之间的范围值。 [0020] 可选地，所述助催化剂与所述胺类化合物的摩尔比为1:1000～1：5。 [0021] 可选地，所述助催化剂与所述胺类化合物的摩尔比独立地选自1:1000、1:900、1:800、1:700、1:600、1:500、1:400、1:300、1:200、1:100、1:90、1:80、1:70、1:60、1:50、1:40、 1:30、1:20、1:10、1:5中的任意值或上述任意两者之间的范围值。 [0022] 可选地，当所述胺类化合物选择不同的胺类化合物时， [0023] 所述式I‑1所示化合物与所述式I‑2所示化合物的摩尔比为1:1～1:10。 [0024] 可选地，所述式I‑1所示化合物与所述式I‑3所示化合物的摩尔比为1:1～1:10。 [0025] 可选地，所述式I‑2所示化合物与所述式I‑3所示化合物的摩尔比为1:1～1:10。 [0026] 可选地，所述一氧化碳与氧气的体积比为1:100～100:1。 [0027] 可选地，所述一氧化碳与氧气的体积比独立地选自1:100、1:80、1:60、1:40、1:20、1:10、1:1、10:1、20:1、40:1、60:1、80:1、100:1中的任意值或上述任意两者之间的范围值。 [0028] 可选地，所述一氧化碳与氧气的比例为1:100～100:1，可以使用空气代替纯氧，稀释气包括但不限于氮气、氩气。 [0029] 可选地，所述溶剂选自甲苯、乙苯、苯、正己烷、三氟甲苯、二氯甲烷、二氯乙烷、环己烷、甲醇、乙醇、乙醚、异丙醇、丁醇、四氢呋喃、乙腈、二氧六环、N,N‑二甲基甲酰胺、N,N‑二甲基乙酰胺、二甲基亚砜、三氯甲烷、四氯甲烷中的至少一种。 [0030] 可选地，所述胺类化合物与所述溶剂的摩尔体积比为0.125～5mol/L。 [0031] 可选地，所述光照反应的波长为200～600nm。 [0033] 可选地，所述光照反应的温度为5～55℃，光照反应的时间为8～72h。 [0034] 在本申请中，C1～C20、C2～C20、C5～C20等均是指基团中所包含的碳原子数。 [0035] 在本申请中，术语“烷基”、“烯基”、“炔基”等是指由烷烃化合物、烯烃化合物、炔烃化合物分子上失去任意一个氢原子所形成的基团。 [0036] 在本申请中，术语“芳香基”是指由芳香族化合物分子上失去芳环上的一个氢原子所形成的基团；例如甲苯失去苯环上甲基对位的氢原子所形成的对甲苯基。 [0037] 在本申请中，术语“卤素”是指氟、氯、溴、碘中的至少一种。 [0038] 在本申请中，术语“杂芳基”是指具有平面结构特点的杂环，其环中原子构成一个环闭的共轭体系，分子呈平面型，此平面上下两侧有环状的离域电子云，共轭体系中的P电子数都符合休克尔规则的杂芳环化合物分子上失去杂芳环上的一个氢原子所形成的基团。 [0039] 在本申请中，“取代的烷基”、“取代的烯基”等，分别指任意基团取代的烷基、任意基团取代的烯基。 [0040] 本申请能产生的有益效果包括： [0041] 1)本申请所提供的脲类化合物的制备方法中，采用的试剂无毒，无腐蚀性，反应原子利用率高，反应条件温和，在常温常压下采用光照来替代传统的加热以及高压条件，提高了生产安全性，降低了生产成本。 [0043] 图1为本申请实施例1中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0044] 图2为本申请实施例12中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0045] 图3为本申请实施例13中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0046] 图4为本申请实施例14中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0047] 图5为本申请实施例15中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0048] 图6为本申请实施例16中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0049] 图7为本申请实施例17中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0050] 图8为本申请实施例18中制备的脲类化合物的核磁表征图。 [0051] 图9为本申请实施例19中制备的脲类化合物的核磁表征图。 具体实施方式[0052] 下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。 [0053] 如无特别说明，本申请的实施例中的原料、试剂、仪器和设备等均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。 [0054] 如无特别说明，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解含义相同。本文中所使用的专业术语只是为了描述具体实施例的目的，并不是旨在限制本发明的保护范围。 [0055] 本申请产物的收率通过实际分离得到的产物质量/理论上的产物质量得到。 [0056] 在本申请实施例中，在光照和催化剂的作用下，胺与CO、O2发生如式(1)的反应，唯一副产物为水分子。 [0057] [0058] 实施例1 [0059] 将1mmol吗啉、0.003mmol醋酸钯、0.05mmol碘化钾加入30mL反应管中，再加入8mL乙腈，接上含有20mL氧气和100mL一氧化碳的气球，20℃蓝光LED光照条件下搅拌反应10h，反应完成后硅胶柱分离纯化得到目标产物4,4'‑羰基二吗啉，收率为76％，具体的实验结果见表1。 [0060] 如图1所示，4,4'‑羰基二吗啉的谱图解析为：1H NMR(600MHz,CDCl3)δ3.70‑3.65(m,8H),3.29‑3.24(m,8H)。 [0061] 实施例2 [0062] 将乙腈换为乙醇，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为88％，具体的实验结果见表1。 [0063] 实施例3 [0064] 将乙腈换为二氧六环，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为62％，具体的实验结果见表1。 [0065] 实施例4 [0066] 将乙腈换为甲苯，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为58％，具体的实验结果见表1。 [0067] 表1不同溶剂下的产物收率 [0068]实施例 溶剂 产物收率 1 乙腈 76％ 2 乙醇 88％ 3 二氧六环 62％ 4 甲苯 58％ [0069] 实施例5 [0070] 将醋酸钯换为氯化钯，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为77％，具体的实验结果见表2。 [0071] 实施例6 [0072] 将醋酸钯换为乙酰丙酮钯，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为67％，具体的实验结果见表2。 [0073] 实施例7 [0074] 将醋酸钯换为质量分数为0.3％的Pd/TiO2，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为70％，具体的实验结果见表2。 [0075] 实施例8 [0076] 将醋酸钯换为质量分数为0.3％的Pd/Al2O3，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为77％，具体的实验结果见表2。 [0077] 表2不同Pd催化剂下的产物收率 [0078] [0079] [0080] 实施例9 [0081] 将碘化钾换为碘单质，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为82％，具体的实验结果见表3。 [0082] 实施例10 [0083] 将碘化钾换为四乙基碘化铵，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为78％，具体的实验结果见表3。 [0084] 实施例11 [0085] 将碘化钾换为四丁基碘化铵，其他操作与实施例1相同，最终目标产物收率为85％，具体的实验结果见表3。 [0086] 表3不同碘物种下的产物收率 [0087] 实施例 碘物种 产物收率1 碘化钾 76％ 9 碘单质 77％ 10 四乙基碘化铵 67％ 11 四丁基碘化铵 70％ [0088] 实施例12 [0089] 将吗啉换为苯胺，其他操作与实施例1相同，最终1,3‑二苯基脲目标产物收率为1 85％。如图2所示，1,3‑二苯基脲的谱图解析为H NMR(600MHz,DMSO‑d6)δ8.67(s,2H),7.45(d,J＝7.9Hz,4H),7.27(t,J＝7.8Hz,4H),6.97(d,J＝7.3Hz,2H)。 [0090] 实施例13 [0091] 将吗啉换为正己胺，其他操作与实施例1相同，最终1,3‑二己基脲目标产物收率为1 78％。如图3所示，1,3‑二己基脲的谱图解析为 H NMR(600MHz,CDCl3)δ4.28(s,2H),3.14(dd,J＝12.9,7.1Hz,4H),1.52‑1.44(m,4H),1.34‑1.26(m,12H),0.88(t,J＝6.9Hz,6H)。 [0092] 实施例14 [0093] 将吗啉换为环己胺，其他操作与实施例1相同，最终1,3‑二环己基脲目标产物收率1 为58％。如图4所示，1,3‑二环己基脲的谱图解析为H NMR(600MHz,DMSO‑d6)δ5.58(d,J＝ 7.8Hz,2H),1.71(d,J＝9.6Hz,4H),1.61(dd,J＝9.4,3.8Hz,4H),1.50(d,J＝12.7Hz,2H), 1.28‑1.21(m,4H),1.16‑0.98(m,6H)。 [0094] 实施例15 [0095] 在加入吗啉之后，再加入2mmol正己胺，其他操作与实施例1相同，最终N‑己基吗1 啉‑4‑甲酰胺非对称脲产物收率为79％。如图5所示，谱图解析为 H NMR(600MHz,CDCl3)δ 4.42(s,1H),3.71‑3.66(m,4H),3.35‑3.30(m,4H),3.22(dd,J＝13.0,7.2Hz,2H),1.49(dd,J＝14.2,7.2Hz,2H),1.30(d,J＝9.0Hz,6H),0.88(t,J＝6.7Hz,3H)。 [0096] 实施例16 [0097] 在加入吗啉之后，再加入2mmol环己胺，其他操作与实施例1相同，最终N‑环己基吗1 啉‑4‑甲酰胺非对称脲产物收率为49％。如图6所示，谱图解析为 H NMR(600MHz,CDCl3)δ 4.27(d,J＝6.2Hz,1H),3.71‑3.56(m,5H),3.34‑3.28(m,4H),1.94(d,J＝9.0Hz,2H),1.72‑ 1.55(m,3H),1.36(td,J＝12.3,3.4Hz,2H),1.20‑1.00(m,3H)。 [0098] 实施例17 [0099] 在加入吗啉之后，再加入2mmol苄胺，其他操作与实施例1相同，最终N‑苄基吗啉‑41 甲酰胺非对称脲产物收率为89％。如图7所示，谱图解析为 H NMR(600MHz,CDCl3)δ7.30(ddd,J＝27.4,13.8,6.7Hz,5H),4.79(s,1H),4.42(d,J＝5.4Hz,2H),3.71‑3.64(m,4H), 3.39‑3.31(m,4H)。 [0100] 实施例18 [0101] 苄草隆作为一种广泛使用的除草剂，可以使用该方法进行合成，将吗啉换为1mmol邻氯苄胺和2mmol a,a‑二甲基苄胺，其他操作与实施例1相同，最终非对称脲产物苄草隆收率为59％。如图8所示，谱图解析为δH(600MHz,Chloroform‑d)7.45(2H,d,J＝8.0),7.32(2H,t,J＝7.6),7.24(3H,dd,J 13.5,5.6),7.14(3H,s),4.87(1H,s),4.52(1H,s),4.30(2H,d,J 6.0),1.62(6H,s)。 [0102] 实施例19 [0103] 1‑二乙胺基甲酰基‑4‑甲基哌嗪作为目前市面上首选的抗丝虫药物，可以使用该方法进行合成，将吗啉换为1mmol N‑甲基哌嗪和2mmol二乙基胺，其他操作与实施例1相同，1 最终非对称脲产物1‑二乙胺基甲酰基‑4‑甲基哌嗪收率为48％。如图9所示，谱图解析为 H NMR(600MHz,CDCl3)δ3.29‑3.17(m,8H),2.44‑2.35(m,4H),2.30(s,3H),1.12(t,J＝7.1Hz, 6H)。 [0104] 以上所述，仅是本申请的几个实施例，并非对本申请做任何形式的限制，虽然本申请以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限制本申请，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本申请技术方案的范围内，利用上述揭示的技术内容做出些许的变动或修饰均等同于等效实施案例，均属于技术方案范围内。 |
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