專利名稱：一種水相體系中以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及水相體系中銅催化的芳香鹵代物和氨水反應(yīng) 制備芳香伯胺的方法。
背景技術(shù)：
芳香伯胺是一種重要的有機(jī)合成成中間體，也是農(nóng)用化學(xué)品、染料、醫(yī)藥和其 他一些化工材料制造過程中的重要中間體，廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥和材料科學(xué)中((a) K. Weissermel, H. J. Arpe, Industry Organic Chemistry, Wiley-VCH, Weinheim, 1997 ； (b) S· A· Lawrence，Amines :Synthesis Properties，and Application，Cambridge University Press, Cambridge, 2004.)。因此，如何更方便、快捷的制備芳香伯胺類化合物引起了人們 廣泛的重視。目前，國內(nèi)外工業(yè)上主要采用硝基芳烴催化加氫的方法制備芳香伯胺(US 3136818、EP 0696573)。也有專利公開了由苯和氨氣在一種可還原金屬氧化物作用下制 備苯胺的方法(US 3919155、US 4031106)。由于這些方法普遍需要高溫、高壓的劇烈反應(yīng) 條件，因此存在設(shè)備要求高、操作不便等問題，并且高溫高壓條件限制了部分官能團(tuán)的耐受 性。中國專利CN 1555921A公開了過渡金屬催化的，以氨水為胺化劑，以過氧化氫為氧化劑 在常壓和較低溫度下由苯制備苯胺的方法，但苯的轉(zhuǎn)化率不夠理想。中國專利CN 1807397 公開了以可溶性釩鹽為催化劑，在較溫和條件下，使以苯和鹽酸羥胺在醋酸介質(zhì)中一步合 成苯胺的方法，反應(yīng)過程易于操作、成本低，但苯胺的收率仍較低。氨水是一種價(jià)廉易得的氮源(D. M. Roundhill，Chem. Rev. 1992，92，1.)。利用芳香 鹵代物和氨水反應(yīng)可直接合成得到芳香伯胺類化合物。近年來，已有大量文獻(xiàn)或?qū)＠麍?bào)道 了鈀或銅催化的芳香碳-氮偶聯(lián)反應(yīng)的研究成果((a) Ley, S. V. ；Thomas, Α. W. Angew. Chem. Int. Ed. 2003，42，5400 ； (b)D. S. Surry, S. L. Buchwald, Angew. Chem. Int. Ed. 2008，47，6338 ； (c)J. P. Corbet, Chem. Rev.，2006，106，2651 ； (d)J. F. Hartwig, Synlett,2006，1283.)，但 由于在芳香鹵代物與氨水的C-N偶聯(lián)反應(yīng)過程中，反應(yīng)生成的芳香伯胺會與氨水形成競 爭，可能導(dǎo)致大量的二級胺甚至三級胺類副產(chǎn)物的生成，從而降低芳香伯胺的產(chǎn)率，因此， 對于通過芳香鹵代物與氨水的反應(yīng)制備芳香伯胺的方法的研究，還存在著巨大的挑戰(zhàn)((a) F. Lang, D. Zewge, I. N. Houpis, R. P. Volante, Tetrahedron Letter. 2001,42,3251 ； (b) Μ. C. Willis, Angew. Chem. Int. Fd. 2007，46，3402.)。近年來，通過添加合適的配體化合物， 采用過渡金屬催化的鹵代芳烴和氨水的偶聯(lián)反應(yīng)取得了一定的進(jìn)展。目前，越來越多的文獻(xiàn)報(bào)道了銅催化的由芳香鹵代物制備芳香伯胺的方法((a) X. F. Wu, C. Darcel, Eur. J. Org. Chem. 2009,4753 ； (b)N. Xia,Μ. Tailiefer, Angew. Chem. Int. Ed. 2009，48，337 ; (c)H. Wu，C. Wolf, Chem. Commun. 2009,3035 ； (d)D. Wang, Q. Cai，K. Ding, Adv. Synth. Catal. 2009,351,1722 ； (e)C. T. Yang, Y. Fu, Y. B. Huang, J. Yi, Q. X. Guo, L. Liu, Angew. Chem. 2009，121,7534, Angew. Chem. Int. Ed. 2009，48，7398 ； (f) L. Jiang, X，Lu, H. Zhang, Y. Jiang, D. Ma, J. Org. Chem. 2009，74，4546)。但這些反應(yīng)通常是在有機(jī)溶劑中進(jìn) 行的，并且所采用的配體多數(shù)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格較高，難以得到。隨著人類環(huán)保意識的日益提3高，以及綠色化學(xué)概念的提出，如何減少乃至消除化學(xué)工業(yè)中排放的有害物質(zhì)的已成為人 類日益關(guān)注且亟待解決的問題。與有機(jī)溶劑相比，水具有價(jià)廉、安全、環(huán)境友好等特點(diǎn)。所以以水作為反應(yīng)介質(zhì) 應(yīng)用于有機(jī)合成中，是最有希望實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的綠色合成方法之一。水相有機(jī)合成反應(yīng)已 經(jīng)成為當(dāng)前綠色化學(xué)研究的重要領(lǐng)域，水相體系中金屬或有機(jī)小分子催化的有機(jī)反應(yīng)也 已取得了一定的研究進(jìn)展((a)D. Dallinger, C. 0. Kappe，Chem. Rev. 2007，107，2563 ； (b) Μ. Carri 1, R. SanMartin, Ε. Dominguez, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 639 ； (c) X. Zhu, L. Su, Y. wan, et al. , Eur. J. Org. Chem. 2009,635 ； (d) J. Xie, X. Zhu, Y. Wan, et al. , Eur. J. Org. Chem. 2010,3219.)。水相體系中銅催化的芳香鹵代物與氨水的偶聯(lián)反應(yīng)的報(bào)道還相對較 少，^iou等人報(bào)道了一種銅配合物催化的水相中的鹵代芳烴與氨水的偶聯(lián)方法(z.mi， Ζ. Jiang, X. Zhou, et at.，Eur. J. Org. Chem. 2010，1854.)，但反應(yīng)溫度相對較高、時(shí)間較長。 Wan等人報(bào)道了以N2，N2’ - 二異丙基草酰胼為配體的銅催化的鹵代芳烴與氨水的偶聯(lián)方法 (F. Meng, X. Zhu, Y. Wan, et al.，Eur. J. Org. Chem. 2010,6149.)，但在較低溫度時(shí)反應(yīng)時(shí)間 較長，并且存在著一定的底物局限性。本發(fā)明是在國家自然科學(xué)基金00802095,20872182)資助下，為提供一種經(jīng)濟(jì)、 溫和、環(huán)境友好的芳香伯胺的制備方法而進(jìn)行的研究。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種簡便、反應(yīng)條件溫和、底物適用范圍廣、環(huán)境友好、過 程經(jīng)濟(jì)的芳香伯胺的合成方法。本發(fā)明是一種水相體系中以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，以芳香鹵代物和氨 水為原料，以水作為溶劑，在室溫或普通加熱條件下，以堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、氟化 物、磷酸鹽及氫氧化物為堿，并添加表面活性劑，其特征在于以各種銅催化劑、草酰胼和酮 構(gòu)成的三元催化體系催化芳香鹵代物或含氮雜環(huán)類鹵代物和氨水反應(yīng)形成伯胺。本發(fā)明中所涉及到的反應(yīng)可以采用以下反應(yīng)式表示銅源/草酰肼/酮 Ar-X + NH3- H2O -- Ar-NH2堿，水 表面活性劑式中，X-選自碘或溴；Ar選自2-或3-或4-位帶有取代基的芳香環(huán)，或帶有二取代或多取代基的芳香 環(huán)；芳香環(huán)包括苯環(huán)、萘環(huán)和吡啶環(huán)，吡啶環(huán)的X-取代位置可以在2-或3-位；取代基可以 是氫、硝基、乙?；⑼榛?、烷氧基、芳基、鹵素、三氟甲基等但不僅僅局限于這些取代基；本發(fā)明的具體反應(yīng)過程是將銅催化劑、草酰胼、酮、芳基鹵代物、堿、表面活性劑、 氨水以及水依次加入反應(yīng)管，密封，采用普通熱浴加熱或直接室溫反應(yīng)的方式攪拌反應(yīng)；反 應(yīng)結(jié)束后，分離反應(yīng)混合液并純化，得到芳香伯胺產(chǎn)物。下面對本發(fā)明方法進(jìn)一步詳細(xì)說明(1)反應(yīng)溶劑是廉價(jià)易得的水，且環(huán)境友好；(2)反應(yīng)可以在室溫下進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為6_96h，優(yōu)選為12_72h ；反應(yīng)還可以采用 普通熱浴加熱的方法，反應(yīng)溫度為50-140°C，優(yōu)選為60-120°C，反應(yīng)時(shí)間為5-180min，優(yōu)選為 5-120min ；(3)反應(yīng)物芳香鹵代物可以是取代或非取代的，芳香鹵代物與氨水的摩爾比優(yōu)選 為 1 2至 1 8 ；(4)所使用的銅催化劑可以是金屬銅、銅的氧化物以及各種一價(jià)或二價(jià)的銅鹽， 如硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、醋酸銅、氯化亞銅、碘化亞銅等，催化劑與底物芳基商代物的摩 爾比優(yōu)選為1 40至1 2 ；(5)所使用的配體是草酰胼和酮的雙配體，酮可以是鏈狀單酮、環(huán)狀單酮、鏈狀二 酮、環(huán)狀二酮、芳香酮，如丙酮、丁酮、甲基異丙基甲酮、2-己酮、2，5-己二酮、2，3-丁二酮、 環(huán)戊酮、環(huán)己酮等，所使用配體草酰胼和酮的摩爾比優(yōu)選為1 1至1 6;酰胼和催化劑 的摩爾比優(yōu)選為2 1至20 1;(6)所用的堿可以是堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、磷酸鹽、氟化物、硼酸鹽以及 氫氧化物或在水中能轉(zhuǎn)化為相應(yīng)化合物的化合物；堿與底物芳香鹵代物的摩爾比優(yōu)選為 1. 5 1 至 3 1 ；(7)所使用的表面活性劑可以是季銨鹽類、季膦鹽類、十二烷基磺酸鹽類、PEG類 等，但又不僅僅局限于這些表面活性劑；表面活性劑與底物芳基鹵代物的摩爾比優(yōu)選為 1 20 至 1 2。本發(fā)明方法操作簡單、底物適用范圍廣、產(chǎn)物簡單易于分離純化、產(chǎn)率高、過程經(jīng) 濟(jì)且環(huán)境友好。由于反應(yīng)條件比較靈活，所以可以根據(jù)實(shí)際的需要，來相應(yīng)的選擇反應(yīng)條 件，可采用室溫條件下反應(yīng)(節(jié)約能源、適應(yīng)于對熱不穩(wěn)定的底物，但反應(yīng)的時(shí)間相對較 長)或采用熱浴加熱的方法(可顯著縮短反應(yīng)的時(shí)間)。其次，該方法中所采用的催化劑和 配體均為商業(yè)可得，無需合成，且價(jià)廉、穩(wěn)定、易于得到。此外，此反應(yīng)以水作為溶劑，與文獻(xiàn) 中報(bào)道的同類型反應(yīng)相比，有效的改善了反應(yīng)的環(huán)境友好性，更加符合綠色化學(xué)發(fā)展的要 求，尤其是其底物適用范圍廣，在天然產(chǎn)物、藥物及農(nóng)藥制備方面具有廣闊的前景。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明內(nèi)容做進(jìn)一步說明。實(shí)施例1 對甲氧基苯胺的合成
權(quán)利要求
1.一種水相體系中以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，包括以下步驟(1)以芳基鹵代物為底物，以氨水為氨源，將催化劑、配體、芳基鹵代物、堿、表面活性 劑、氨水及水依次加入反應(yīng)管中，采用普通油浴加熱或室溫條件下攪拌反應(yīng)的方式；(2)反應(yīng)結(jié)束后，分離反應(yīng)混合液并純化，得到芳香伯胺產(chǎn)物；其特征在于所述催化劑為銅催化劑，所述配體為草酰胼和酮的雙配體。
2.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于所述催化劑為 以下之一金屬銅、銅的氧化物、一價(jià)銅的鹽、二價(jià)銅的鹽，催化劑與底物芳香鹵代物的摩爾 比優(yōu)選為1 40至1 2。
3.如權(quán)利要求1或2所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于所述催化 劑為以下之一銅粉、氧化銅、氧化亞銅、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、氯化亞銅、碘化亞銅、醋酸 銅。
4.如權(quán)利要求1或2所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于氨水的用 量與底物芳香鹵代物的摩爾比優(yōu)選為2 1至10 1。
5.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法法，其特征在于堿的種類為 以下之一氫氧化鉀、氫氧化鈉、碳酸鉀、碳酸鈉、碳酸銫、氟化銫、磷酸鉀，堿的用量與底物 芳香鹵代物的摩爾比優(yōu)選為1.5 1至3 1。
6.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于表面活性劑選 自季銨鹽類、季膦鹽類、十二烷基磺酸鹽類、PEG類，表面活性劑的用量與底物芳香鹵代物的 摩爾比優(yōu)選為1 20至1 2。
7.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于所述配體是草 酰胼和酮的雙配體，所用草酰胼與酮的摩爾比優(yōu)選為1 1至1 6;草酰胼與催化劑的摩 爾比優(yōu)選為2 1至20 1。
8.如權(quán)利要求1或7所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于所述酮為 以下之一鏈狀單酮、環(huán)狀單酮、鏈狀二酮、環(huán)狀二酮、芳香酮。
9.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于反應(yīng)在室溫下 進(jìn)行，反應(yīng)時(shí)間為12-72小時(shí)。
10.如權(quán)利要求1所述的以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，其特征在于反應(yīng)在普通 熱浴加熱條件下進(jìn)行，反應(yīng)溫度為60°C _120°C，反應(yīng)時(shí)間為5-120分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種水相體系中以氨水為氨源制備芳香伯胺的方法，以芳香鹵代物和氨水為原料，以水為溶劑，于室溫或普通油浴加熱條件下，以堿金屬或堿土金屬的碳酸鹽、氟化物、磷酸鹽以及氫氧化物為堿，通過添加表面活性劑，以銅催化劑、草酰肼和酮構(gòu)成的三元催化體系催化反應(yīng)。本發(fā)明具有操作簡單、底物適用范圍廣、產(chǎn)物簡單易于分離、產(chǎn)率高、過程經(jīng)濟(jì)且環(huán)境友好等特點(diǎn)。反應(yīng)條件靈活，可以根據(jù)實(shí)際需要相應(yīng)的選擇室溫或加熱的方式。此外，以水作為反應(yīng)溶劑，有效的改善了反應(yīng)的環(huán)境友好性，更加順應(yīng)于綠色化學(xué)發(fā)展的要求。尤其是底物適用范圍廣，在天然產(chǎn)物、藥物及農(nóng)藥的制備方面具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號C07C211/58GK102050687SQ20101056760
公開日2011年5月11日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者萬一千, 朱新海, 李瑩, 靳來玉 申請人:中山大學(xué)