一种由羧酸和胺直接催化合成酰胺的方法技术

本发明专利技术公开了一种从羧酸和胺直接合成酰胺的合成方法。该方法将羧酸、胺以及催化剂混合，加或者不加溶剂的情况下，加热反应体系，使得反应生成的水离开反应体系，以利于产物酰胺的生成。该反应的副产物是水，整个转化过程绿色环保，原子经济性高。该反应底物适用性好，羧酸可以是芳香基羧酸也可以是脂肪基羧酸，胺可以是芳香基胺也可以是脂肪基胺，而且羧酸和胺中均可以含有吡啶等杂环结构，此外，芳香基羧酸的芳环上可以有吸电子基团或供电子基团。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及有机合成中间体、聚合物以及功能材料合成的方法，尤其涉及上述化合物中酰胺键的合成方法。
技术介绍
酰胺键是有机化合物中一类非常重要的连接方式，广泛存在于蛋白质类化合物、聚酰胺类高分子以及诸如青霉素、格列卫等许多重要的药物分子等结构中。由羧酸和胺合成酰胺键的方法已经被广泛研究并报道，如参见采用偶联试剂进行酰胺合成的方法：E1-Faham，A.；Albericio，F.Chem.Rev.2011，111，6557；如参见较高温度下无外加催化剂条件下合成酰胺的方法：(a)Downing，C.(ChemstrandCorp.)U.S.Patent，2667511，1954；(b)Campbell，A.W.(CommercialSolventsCorp.)U.S.Patent，3006956，1961；以及如参见将羧酸转化为其衍生物来合成酰胺的方法：(a)Greenfield，A.A.；Butera，J.A.；Caufield，C.E.TetrahedronLetters2003，44，2729；(b)Nagao，Y.；Nagase，Y.；Kumagai，T.；Matsunaga，H.；Abe，T.；Shimada，O.；Hayashi，T.；Inoue，Y.J.Org.Chem.1992，57，4243；(c)Genin，M.J.；Allwine，D.A.；Anderson，D.J.；Barbachyn，M.R.；Emmert，D.E.；Garmon，S.A.；Graber，D.R.；Grega，K.C.；Hester，J.B.；Hutchinson，D.K.；Morris，J.；Reischer，R.J.；Ford，C.W.；Zurenko，G.E.；Hamel，J.C.；Schaadt，R.D.；Stapert，D.；Yagi，B.H.J.Med.Chem.2000，43，953。此外，有一些文献报道了由羧酸和胺直接催化合成酰胺的例子，如参见硼酸类化合物催化合成酰胺的合成方法：Charville，H.；Jackson，D.；Hodges，G.；Whiting，A.Chem.Commun.2010，46，1813；以及如参见其它一些合成方法：Lundberg，H.；Tinnis，F.；Selander，N.；Adolfsson，H.Chem.Soc.Rev.2014，43，2714。目前，羧酸和胺合成酰胺的现有方法中存在下列问题：转化为羧酸衍生物需要附加合成步骤、昂贵的偶联试剂用量多且毒性大；直接合成酰胺温度高且底物适用性窄；硼酸等化合物催化反应底物适用范围较小等。所以，更加高效、更好适用性的由羧酸和胺直接催化合成酰胺的方法值得进一步去发展。
技术实现思路
本专利技术针对由羧酸和胺合成酰胺现有方法的不足，提出一种采用更加高效的催化剂，在较温和的温度条件下，直接催化作用将羧酸和胺由酰胺键连接起来。该方法中，羧酸和胺的类型具有多样性，反应过程简捷，反应操作简单，反应收率高，唯一的副产物是水，绿色环保，反应原子经济型高，具有很好的应用前景。为达到上述目的，本专利技术采用的方案如下：一种由羧酸和胺直接催化合成酰胺的方法包括以下步骤：(1)按比例称取一定量的羧酸、胺以及催化剂于反应器中，加入适量溶剂，反应器上端安装分水装置和回流冷却装置；(2)搅拌下，加热该反应器直至所加溶剂在回流冷却装置处形成稳定回流，在此条件下继续反应8小时到24小时；(3)取样用薄层色谱(TLC)进行分析，当发现羧酸或者胺消失时，即停止反应；(4)向冷却的反应液中加入水，用乙酸乙酯萃取3次水相，所得有机相合并后依次用1N的HCl水溶液、去离子水、饱和NaHCO3水溶液、去离子水洗涤，然后，有机相通过填充少量硅胶的色谱柱后减压除去溶剂，得到酰胺类产品。所述羧酸包括芳香基羧酸和脂肪基羧酸。所述胺包括芳香基胺和脂肪基胺。所述催化剂为金属氧化物，可选自MgO、CaO、TiO2、ZrO2、V2O5、Nb2O5、Nb2O5.nH2O、Ta2O5、Fe2O3、CuO、Cu2O、Ag2O、ZnO、Al2O3、SiO2、SnO2、SnO等中的一种或多种，含或者不含结晶水。所述催化剂用量占羧酸物质的量的0.1～5.0％。步骤(1)所述羧酸与胺按照摩尔比1.0∶1.5～1.5∶1.0加入。所述反应可以加入溶剂，也可以不加入额外的溶剂。所述溶剂可选自苯、甲苯、二甲苯、环己烷、乙腈、硝基甲烷、正己烷、1，4-二氧六环、四氢呋喃等。本专利技术所述的加热温度为：加热反应物料实际温度在60～150℃范围内，控制在溶剂与水的共沸点与溶剂自身沸点之间。本专利技术所述的加热时间为：在8小时到24小时范围内，根据TLC的检测结果来确定反应终点。本专利技术可采用氮气保护的反应条件，也可以暴露在空气中进行。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1.羧酸和胺直接进行酰胺化反应，唯一副产物是水，高效、清洁、原子经济性高、环境友好；2.催化剂为固体，反应后易分离，也可重复使用，且用量可以很低；3.反应温度低，一般不超过111℃，底物不容易被破坏；4.反应底物适用性好，羧酸可以是芳香基羧酸也可以是脂肪基羧酸，胺可以是芳香基胺也可以是脂肪基胺，而且羧酸和胺中均可以含有吡啶等杂环结构，此外，芳香基羧酸的芳环上可以有吸电子基团或供电子基团；5.反应收率高，大多数反应可以得到90％以上的收率。具体实施方式下面结合实施例来进一步描述本专利技术的技术方案，但这些实施例并非限制本专利技术的实施方式。本专利技术具有多种不同的实施方式，并不只限于本说明书中所述内容。本领域的技术人员在不违背本申请专利技术精神情况下，所完成的方案应在本专利技术的范围内。实施例1：合成N-(2-苯乙基)苯甲酰胺向25mL的圆底烧瓶加入1.0mmol苯甲酸、1.1mmol2-苯乙胺、0.05mmol催化剂以及10mL甲苯。烧瓶上接Dean-Stark分水器和水冷凝管，下接带加热模块的磁力搅拌器。通冷凝水后，开始搅拌下加热，至冷凝管处甲苯稳定回流。持续加热20h，经TLC检测苯甲酸反应完全后，停止加热。待反应液冷却后，向其中加入水10mL，用乙酸乙酯30mL分三次进行萃取。合并后的有机相，先后用1NHCl水溶液(10mL)、去离子水(10mL)、饱和NaHCO3水溶液(10mL)、去离子水(10mL)洗涤。所得有机相通过一根装有少量硅胶(200～300目，5.0g)的色谱柱后，经旋转蒸发仪除去溶剂后得到产品N-(2-苯乙基)苯甲酰胺0.218g(纯度＞98％，无色固体，熔点110-111℃)。分离产率97％。该化合物的核磁、低分辨质谱数据如下。1HNMR(400MHz，CDCl3)：δ2.94(t，J＝6.9Hz，2H)，3.73(q，J＝6.9Hz，2H)，6.13(br，1H)，7.24-7.27(m，3H)，7.32-7.35(m，2H)，7.39-7.42(m，2H)，7.46-7.50(m，1H)，7.67-7.70(m，2H).13CNMR(101MHz，CDCl3)：δ35.64，41.11，126.51，126.77，128.47，128.63，128.75，131.33，134.57，138.85，167.47本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种由羧酸和胺直接催化合成酰胺的方法，其特征在于，从羧酸和胺直接出发，在催化剂的作用下合成酰胺，该过程的副产物为水。

【技术特征摘要】
1.一种由羧酸和胺直接催化合成酰胺的方法，其特征在于，从羧酸和胺直接出发，在催化剂的作用下合成酰胺，该过程的副产物为水。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述催化剂为金属氧化物，含或者不含结晶水。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反应物包含芳香羧酸、脂肪羧酸、芳香胺、脂肪胺，芳香羧酸中芳香环上可以有吸电子基团或供电子基团，羧酸和胺中均可以含有吡啶等杂环结构。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，该方法包括：将羧酸、胺以及催化剂混合，加入或不加入溶剂，加热除去反应生成的水，反应后将反应液萃取、洗涤、干燥、浓缩、纯化即得纯品。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：王志会，郭铖，徐梦莹，
申请(专利权)人：中国石油大学北京，
类型：发明
国别省市：北京;11