4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法，包括如下步骤：在IV所示化合物存在下，将式II所示化合物和式III所示化合物于二氧化碳气氛中进行环化反应，得到式I所示化合物，该方法采用非金属有机分子三联吡啶作为催化剂体系，有效避免了由于金属催化剂的使用导致金属离子对目标产物的污染，保证了目标产物进行药物合成的要求；催化剂体系简单、催化剂廉价、活性高、性质稳定、易于分离回收，循环使用，节约生产成本，且对环境友好，再者，该环化反应为无溶剂体系，进一步节约了成本。

【技术实现步骤摘要】
4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法
本专利技术属于精细化工产品合成领域，具体涉及一种4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法。
技术介绍
噁唑烷酮是一类十分重要的五元杂环化合物，是有机合成和高分子合成的手性助剂及反应中间体。此外，噁唑烷酮也常作为生物活性试剂，广泛用于药物和农业领域。例如：利奈唑胺，第一个临床上使用的噁唑烷酮抗菌试剂。4-亚甲基-2-噁唑烷酮有一个环外双键，有利于其进一步转化成其它有用的衍生物，使其更具有合成价值。基于4-亚甲基-2-噁唑烷酮的重要性，开发合成4-亚甲基-2-噁唑烷酮的高效，绿色合成新工艺非常有意义。目前，4-亚甲基-2-噁唑烷酮的合成方法主要有以下四种：丙炔基胺基甲酸酯的分子内亲核环化、丙炔胺与二氧化碳的直接合成、4-亚甲基-2-环状碳酸酯与胺反应、以及丙炔醇、胺与二氧化碳的直接偶联反应。其中前三种反应中的原料丙炔基胺基甲酸酯、丙炔胺和4-亚甲基-2-环状碳酸酯都不易得到而且价格较贵，原料合成的困难使这三种方法的应用受到极大限制。相比之下，第四种方法更具有经济性和可行性，更有研究潜力。此外，二氧化碳具有廉价易得、可再生、无毒、产量丰富和环保等优点，常被当做C1合成子用于合成反应中。所以，丙炔醇、胺与二氧化碳三组分偶联合成4-亚甲基-2-噁唑烷酮是较为理想且有效绿色的合成方法。迄今为止，在催化体系研究方面，丙炔醇、胺与二氧化碳合成4-亚甲基-2-噁唑烷酮的反应主要的催化剂为CuI(Xu,J.；Zhao,J.；Jia,Z.；Zhang,J.Synth.Comm.2011,41,858)，AgOAc(Jiang,H.；Zhao,J.TetrahedronLett.2009,50,60)和离子液体((a)Zhang,Q.；Shi,F.；Gu,Y.；Yang,J.；Y.Deng,Y.TetrahedronLett.2005,46,5907(b)Gu,Y.；Zhang,Q.；Duan,Z.；Zhang,J.；ShiguoZhang,S.；Deng,Y.J.Org.Chem.2005,70,737)。以CuI为催化剂时，反应底物受到很大限制；以AgOAc为催化剂时，需要很大的反应压力(8Mpa)。并且金属离子的引入对产品4-亚甲基-2-噁唑烷酮用于药物合成中是不利的。而离子液体存在催化剂毒性较大、成本较高的缺点。同时，这些催化体系还具有催化活性低、产物分离和催化剂回收较为困难等问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法。本专利技术所提供的4-亚甲基-2-噁唑烷酮的制备方法，包括如下步骤：在IV所示催化剂三联吡啶存在下，将式II所示丙炔醇和式III所示伯胺于二氧化碳气氛中进行环化反应，得到式I所示4-亚甲基-2-噁唑烷酮。所述式I、式II和式III中，R1为C1-C6的烷基和苄基中的任一种；R2为氢、C1-C3的烷基和苯基中的任一种；R3为氢、C1-C3的烷基和苯基中的任一种。所述式I、式II和式III中，R1优选为苄基、环己基、正丙基和叔丁基中的任一种；R2优选为氢、甲基和苯基中的任一种；R3优选为氢、甲基和苯基中的任一种。上述制备方法中，所述IV所示催化剂三联吡啶和所述式II所示丙炔醇的摩尔比为(0.01-0.1)：1，优选为(0.01-0.06)：1，更优选为(0.05-0.06)：1。所述式II所示丙炔醇和所述式III所示伯胺的摩尔比为1：(1.9-2.1)，具体可为1:2。所述环化反应的反应温度为100-150℃，优选为120-150℃，更优选为140-150℃。所述环化反应的反应时间为14-24h，优选为14-16h，具体为15h。所述二氧化碳气氛中二氧化碳的压力为30-55atm，优选为10-35atm，具体可为30atm。所述环化反应在无溶剂的条件下进行。所述环化反应在密封的反应装置中进行的，优选为高压不锈钢反应釜。本专利技术通过选择具有高催化活性，性质稳定的廉价含氮有机化合物作为催化剂(三联吡啶)，来催化丙炔醇、胺和二氧化碳反应合成4-亚甲基-2-噁唑烷酮，与现有技术相比，具有如下有益效果：1)催化剂体系简单，有效避免了由于金属催化剂的使用导致金属离子对目标产物的污染，保证了目标产物进行药物合成的要求；2)用廉价的三联吡啶作为催化剂，有效的节约了生产成本；3)催化剂活性高、性质稳定，易于分离回收，且对环境友好；4)产物与催化剂可以用简单的蒸馏分离，催化剂可以循环使用。5)该环化反应为无溶剂体系，进一步节约了成本。附图说明图1为实施例1所得目标产物的氢谱图。图2为实施例1所得目标产物的碳谱图。图3为实施例1所得目标产物的结构式。图4为实施例2所得目标产物的氢谱图。图5为实施例2所得目标产物的碳谱图。图6为实施例2所得目标产物的结构式。图7为实施例3所得目标产物的氢谱图。图8为实施例3所得目标产物的碳谱图。图9为实施例3所得目标产物的结构式。图10为实施例4所得目标产物的氢谱图。图11为实施例4所得目标产物的碳谱图。图12为实施例4所得目标产物的结构式。图13为实施例5所得目标产物的氢谱图。图14为实施例5所得目标产物的碳谱图。图15为实施例5所得目标产物的结构式。图16为实施例6所得目标产物的氢谱图。图17为实施例6所得目标产物的碳谱图。图18为实施例6所得目标产物的结构式。图19为实施例7所得目标产物的氢谱图。图20为实施例7所得目标产物的碳谱图。图21为实施例7所得目标产物的结构式。图22为实施例8所得目标产物的氢谱图。图23为实施例8所得目标产物的碳谱图。图24为实施例8所得目标产物的结构式。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术的方法进行说明，但本专利技术并不局限于此，凡在本专利技术的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本专利技术的保护范围之内。下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。实施例1、制备4-亚甲基-2-噁唑烷酮：分别量取三联吡啶0.023g(0.1mmol)、2-苯基-3-丁炔-2-醇0.292g(2mmol)和正丙胺0.236g(4mmol)，加入到25mL的不锈钢高压反应釜中。将反应釜密封后，于25℃时，充入30atm的二氧化碳。搅拌，加热至140℃，保温反应15h。然后冷却至室温，放气。通过硅胶柱层析法，得到5-甲基-3-丙基-4-亚甲基-5-苯基-2-噁唑烷酮的产率为87％。所得5-甲基-3-丙基-4-亚甲基-5-苯基-2-噁唑烷酮的核磁氢谱如图1所示，碳谱如图2所示，由图1和2可知，该产物结构正确，结构式如图3所示。为验证反应时间对产率的影响，按上述制备方法制备，仅将保温反应的时间换为24h，所得5-甲基-3-丙基-4-亚甲基-5-苯基-2-噁唑烷酮的产率仍为87％，说明该反应在延长时间条件下对产率无影响。为验证反应温度对产率的影响，按上述制备方法制备，仅将反应温度换为100℃，所得5-甲基-3-丙基-4-亚甲基-5-苯基-2-噁唑烷酮的产率为38％，说明该反应在温度降低条件下产率降低。为验证该催化剂对产率的影响，按上述制备方法制备，仅不添加催化剂三联吡啶和将保温反应的时间换为24h，所得5-甲基-3-丙基-4-亚甲基-5-苯基-2-噁本文档来自技高网...

【技术保护点】
式I所示化合物的制备方法，包括如下步骤：在式IV所示化合物存在下，将式II所示化合物和式III所示化合物于二氧化碳气氛中进行环化反应，得到式I所示化合物，所述式I、式II和式III中，R1为C1‑C6的烷基和苄基中的任一种；R2为氢、C1‑C3的烷基和苯基中的任一种；R3为氢、C1‑C3的烷基和苯基中的任一种。

【技术特征摘要】
1.式I所示化合物的制备方法，包括如下步骤：在式IV所示化合物存在下，将式II所示化合物和式III所示化合物于二氧化碳气氛中进行环化反应，得到式I所示化合物，所述式I、式II和式III中，R1为C1-C6的烷基、环己基和苄基中的任一种；R2为氢、C1-C3的烷基和苯基中的任一种；R3为氢、C1-C3的烷基和苯基中的任一种。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述式I中，所述C1-C6的烷基为正丙基和叔丁基中的任一种；所述式II中，所述C1-C3的烷基为甲基。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：华瑞茂，刘慧鑫，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11