本發(fā)明涉及一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法，屬于化學(xué)材料制備技術(shù)領(lǐng)域。本方法適用于以芳香醛、酮、芳香胺為原料，兼有和Lewis酸雙官能團(tuán)的離子液體作為催化劑、水/乙醇為反應(yīng)介質(zhì)，在常溫、常壓下合成目標(biāo)化合物的的場(chǎng)合。

二

背景技術(shù)：

β-氨基酮類化合物，也稱為Mannich堿，在有機(jī)合成、制藥、造紙、炸藥、高分子材料等領(lǐng)域具有廣泛的用途。因此，該類化合物自問(wèn)世以來(lái)相關(guān)合成的研究工作一直非常活躍。該類化合物的合成主要是通過(guò)一鍋法三組分的Mannich反應(yīng)，常用的催化劑有：1、以濃鹽酸等無(wú)機(jī)礦物酸為代表的酸(Zou J H.The Mannich reaction of dialkyl ketones，aromatic aldehydes and aromatic amines.Synth Commun.1996，28(5)：618-622；Uraguchi D，Terada M.Chiralacid-catalyzed direct Mannich reactions via electrophilic activation.J Am Chem Soc.2004，126(17)：5356-5357)；2過(guò)渡金屬鹵化物為代表的Lewis酸(Keshavarzipour F，Tavakol H.Deep eutectic solvent as a recyclable catalyst for three-component synthesis of b-amino carbonyls.Catal Lett.2015，145：1062-1066；Rondot C，Zhu J P.Synthesis of chiral vicinal diamines by highly diastereoselective three-component phenolic Mannich reaction：temperature-dependent stereodivergency.Org Lett.2005，7(8)：1641-1644；Loh T P，Chen S L.InCl₃-catalyzed three-component asymmetric Mannich-type reaction in methanol.Org Lett.2002，4(21)：3647-3650)；3、氨基酸為代表的兩性化合物(List B.The direct catalytic asymmetric three-component Mannich reaction.J Am Chem Soc.2000，122(38)：9336-9337)；4、金屬有機(jī)化合物(Xu L W，Xia C G，Li L.Transition metal salt-catalyzed direct three-component Mannich reactions of aldehydes，ketones，and carbamates：Efficient synthesis of N-protectedβ-aryl-β-amino ketone compounds.J Org Chem.2004，69(24)：8482-8484)；5、氫氧化鉀等無(wú)機(jī)堿。有關(guān)的研究重點(diǎn)主要是篩選催化劑，以達(dá)到減少環(huán)境污染、縮短反應(yīng)時(shí)間、提高β-氨基酮類化合物產(chǎn)率。上述方法存在下列其中的1個(gè)或1個(gè)以上的問(wèn)題：催化劑難以回收利用、催化劑對(duì)空氣或水的穩(wěn)定性較差、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、收率不高等；其中有的文獻(xiàn)(Catal Lett.2015，145：1062-1066)經(jīng)驗(yàn)證發(fā)現(xiàn)無(wú)法達(dá)到文中所述的效果。

本發(fā)明涉及的一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法不同于上述公開的合成方法，采用兼有和Lewis酸雙官能基團(tuán)的離子液體作為催化劑，使得催化劑分子中的酸和Lewis酸官能團(tuán)同時(shí)作用、協(xié)同作用，用水/乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，常溫、 常壓條件下攪拌反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品重結(jié)晶得到純凈產(chǎn)品；濾液中含有催化劑不必分離，直接加料進(jìn)行下一批次的反應(yīng)。

三

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法，關(guān)鍵技術(shù)是采用兼有和Lewis酸雙官能基團(tuán)的離子液體作為催化劑，該催化劑分子中的酸和Lewis酸官能團(tuán)同時(shí)作用、協(xié)同催化，催化劑對(duì)空氣和水都很穩(wěn)定，因此，可以采用水/乙醇混合溶劑為反應(yīng)介質(zhì)，以芳香醛、酮、芳香胺為原料，在常溫、常壓下合成該目標(biāo)化合物的合成。

本發(fā)明所用的雙功能離子液體催化劑(簡(jiǎn)寫為ChCl·2ZnCl₂)，結(jié)構(gòu)如式(1)：

該催化劑制備方法：按摩爾比1∶2的物料比例，將三甲基硫酸乙基氯化銨與無(wú)水氯化鋅研磨混合均勻后，于100℃下放置2h，冷卻至室溫得到白色固體即為本發(fā)明所用的催化劑。所用的三甲基硫酸乙基氯化銨可直接購(gòu)買商品試劑或參考文獻(xiàn)自制(J Mol CatalA：Chem.2014，391：41-47)。反應(yīng)式如式(2)：

本發(fā)明所用原料芳香醛、酮、芳香胺分別具有如式(3)、(4)、(5)的結(jié)構(gòu)：

式(3)中，R₁可以為H，4-OCH₃，2-NO₂，4-NO₂中的任意一個(gè)；

式(4)中，R₂可以為C₆H₅或CH₃；

式(5)中，R₃可以為H，4-Cl，3-NO₂，4-NO₂中的任意一個(gè)；

本發(fā)明所用原料的摩爾比為芳香醛∶酮∶芳香胺＝1∶1∶1，反應(yīng)介質(zhì)水/乙醇(V/V＝1∶1～ 1∶5)混合溶劑的用量為原料總質(zhì)量的100～1000％，催化劑用量為芳香醛摩爾數(shù)的5～20％，其中所述的物料與水/乙醇按照比例投料混合攪拌。

本發(fā)明所述反應(yīng)的溫度為室溫20～30℃。

本發(fā)明所述反應(yīng)的時(shí)間為4～20小時(shí)。

本發(fā)明所述一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法，其特征在于：本發(fā)明用雙功能離子液體催化芳香醛、酮、芳香胺在水/乙醇中進(jìn)行Mannich反應(yīng)，反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品重結(jié)晶得到純凈產(chǎn)品；濾液為混合溶劑、少量未反應(yīng)的原料、少量產(chǎn)物、催化劑的混合物，無(wú)需進(jìn)一步的分離提純，可按照第一次投料比例投入原料，進(jìn)行下一批次的反應(yīng)。經(jīng)多次循環(huán)后，如出現(xiàn)產(chǎn)率明顯下降(≥5％)的現(xiàn)象，可能是混合溶劑、催化劑有少量流失所致，只需補(bǔ)充混合溶劑、催化劑即可。

本發(fā)明所依據(jù)的化學(xué)反應(yīng)原理如式(6)：

依據(jù)本發(fā)明提供的一種雙功能離子液體催化β-氨基酮類化合物的合成方法，其技術(shù)關(guān)鍵是采用兼有和Lewis酸雙官能團(tuán)的離子液體作為催化劑，水/乙醇作為反應(yīng)介質(zhì)，芳香醛、酮、芳香胺于常溫、常壓下攪拌進(jìn)行合成。反應(yīng)結(jié)束后過(guò)濾得到粗產(chǎn)品，粗產(chǎn)品重結(jié)晶得到純凈產(chǎn)品；濾液中所含的催化劑無(wú)需分離提純，可直接投料進(jìn)行下一批次的反應(yīng)。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)為：(1)原料來(lái)源廣泛，制備方便；(2)催化劑具有雙官能基團(tuán)，分子中的和Lewis酸官能基能夠協(xié)同催化，比單一官能團(tuán)的催化活性高；(3)合成過(guò)程中以水/乙醇為反應(yīng)介質(zhì)，反應(yīng)安全平穩(wěn)，容易工業(yè)放大；(4)催化劑、反應(yīng)介質(zhì)均可循環(huán)使用，節(jié)能減排的效果明顯，是環(huán)境友好的化工過(guò)程。

四具體實(shí)施方式

下面的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明，其目的是能夠更好理解本發(fā)明的內(nèi)容。但是實(shí)施例不以任何方式限制本發(fā)明的范圍。本專業(yè)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明權(quán)利要求范圍內(nèi)做出的改進(jìn)和調(diào)整也應(yīng)屬于本發(fā)明的權(quán)利和保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

催化劑(ChCl·2ZnCl₂)的制備：該催化劑制備方法：按摩爾比1∶2的物料比例，將10mmol 的三甲基硫酸乙基氯化銨與20mmol無(wú)水氯化鋅在研缽中研磨混合均勻后，于烘箱中100℃下放置2h，冷卻至室溫得到白色固體催化劑備用。

實(shí)施例2

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol苯甲醛、10mmol苯乙酮、10mmol苯胺、0.5mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和5mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶5)，20℃下攪拌反應(yīng)12小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到白色固體，產(chǎn)率95％。

實(shí)施例3

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol鄰硝基苯甲醛、10mmol苯乙酮、10mmol苯胺、1.8mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和30mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶5)，20℃下攪拌反應(yīng)4小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到白色固體，產(chǎn)率80％。

實(shí)施例4

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol苯甲醛、10mmol丙酮、10mmol苯胺、1.0mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和10mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶1)，30℃下攪拌反應(yīng)6小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到白色固體，產(chǎn)率85％。

實(shí)施例5

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol對(duì)甲氧基苯甲醛、10mmol苯乙酮、10mmol苯胺、0.9mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和10mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶4)，25℃下攪拌反應(yīng)8小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到米黃色固體，產(chǎn)率89％。

實(shí)施例6

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol對(duì)硝基苯甲醛、10mmol對(duì)甲氧基苯乙酮、10mmol苯胺、1.5mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和15mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶5)，20℃下攪拌反應(yīng)10小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到黃色固體，產(chǎn)率80％。

實(shí)施例7

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol苯甲醛、10mmol苯乙酮、10mmol對(duì)氯苯胺、1.2mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和20mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶4.5)，20℃下攪拌反應(yīng)15小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到淡黃色固體，產(chǎn)率91％。

實(shí)施例8

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol苯甲醛、10mmol丙酮、10mmol間硝基苯胺、2.0mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和10mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶2)，25℃下攪拌反應(yīng)18小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到白色固體，產(chǎn)率75％。

實(shí)施例9

在100mL圓底燒瓶中，加入40mmol苯甲醛、40mmol苯乙酮、40mmol對(duì)硝基苯胺、5mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和50mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶5)，25℃下攪拌反應(yīng)9小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到黃色固體，產(chǎn)率95％。

實(shí)施例10

在25mL圓底燒瓶中，加入10mmol苯甲醛、10mmol苯乙酮、l0mmol苯胺、1.1mmol催化劑(ChCl·2ZnCl₂)和10mL水/乙醇混合溶劑(水和乙醇體積比為1∶3.5)，20℃下攪拌反應(yīng)20小時(shí)結(jié)束，過(guò)濾，水洗得到白色固體，產(chǎn)率93％。

實(shí)施例11

為了比較雙功能離子液體催化劑的實(shí)際效果，按照實(shí)施例2的操作步驟，分別采用A、B、C三種不同的催化劑：A、1mmol的三甲基硫酸乙基氯化銨(ChCl)；B、1mmol的無(wú)水氯化鋅(ZnCl₂)；C、0.33mmol的A與0.67mmol的B在常溫條件下的混合物(ChCl+2ZnCl₂)，代替實(shí)施例2中的催化劑(ChCl·2ZnCl₂)，其余方法不變，結(jié)果如表1所示，無(wú)論是單獨(dú)使用(A)、Lewis酸(B)、以及兩者在常溫下的簡(jiǎn)單混合物，反應(yīng)產(chǎn)率均明顯低于本發(fā)明所用的雙功能離子液體催化劑。

表1 不同催化劑的產(chǎn)率比較