一种合成羧酸氰甲基酯的方法技术

本发明专利技术公开了一种合成羧酸氰甲基酯的方法，即以分子式为[(

A method for the synthesis of cyano carboxylic acid esters

The present invention discloses a method for synthesizing carboxylic acid methyl ester

【技术实现步骤摘要】
一种合成羧酸氰甲基酯的方法
本专利技术属于有机化合物的制备
，具体涉及到羧酸氰甲基酯的制备方法。
技术介绍
羧酸氰甲基酯存在于很多天然产物和药物分子中，在有机合成中也有广泛的运用，传统合成此类化合物的方法需要使用预先功能化的卤化物，如氯代乙腈等，此种方法不够原子经济性，而且往往需要排放出有化学污染的卤化物，因此开发合成羧酸氰甲基酯的新方法是有很强的实际应用价值的。近年来，碳-氢键的直接酯化反应逐渐成为了合成羧酸酯的一种新方法。在这其中陆续有人报道了氧原子邻位，苄位及烯丙基位碳-氢键的直接酯化反应，而直接通过腈基邻位碳-氢键的酯化反应来合成羧酸氰甲基酯的报道尚未有见报道，新型合成羧酸氰甲基酯类化合物的方法报道也较少。现有反应是通过α-腈基乙酸脱羧实现了直接酯化，但是该方法不够原子经济性，催化剂用量也较大。因此开发相对更高效绿色合成方法，即通过羧酸与乙腈的直接酯化反应是极具创新性和应用价值的。在过去十年内，铁系催化剂因具有廉价易得、低毒或者无毒、生物相容性好等优点而得到了快速发展，但涉及铁系催化剂催化的乙腈中碳-氢键的功能化反应目前也只有两篇报道，即通过乙腈与芳基丙烯酰胺的双功能化反应构建了一系列氧化吲哚类化合物、乙腈与1,3-二羰基化合物的氧化偶联反应。到目前还未见涉及铁系催化剂催化的乙腈碳-氢键的酯化反应的文献报道。因此，实现铁系催化剂催化的羧酸与乙腈的酯化反应来构建羧酸氰甲基酯是具有应用前景的原创性成果。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种合成羧酸氰甲基酯的新方法，即以分子式为[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]的含1,3-二叔丁基咪唑啉阳离子的离子型铁（III）配合物为催化剂、以过氧化二叔丁基为氧化剂、通过羧酸与乙腈的氧化偶联反应来合成相应的羧酸氰甲基酯。催化剂是简单易得的、在空气中稳定、具有明确结构的铁(III)配合物。为达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是:一种合成羧酸氰甲基酯的方法，以羧酸化合物与乙腈为原料，在催化剂与有机氧化剂存在下，反应得到羧酸氰甲基酯；所述催化剂的化学结构式如下：。上述技术方案中，催化剂、羧酸化合物、有机氧化剂的摩尔比为（0.08～0.12）∶1∶（2～3）；优选为0.10∶1∶2.5上述技术方案中，反应温度为90～130℃，时间为15～40小时；优选的反应温度为100～120℃，时间为20～30小时。上述技术方案中，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，比如以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶20的混合溶剂为展开剂，得到羧酸氰甲基酯。上述技术方案中，羧酸化合物包括芳基羧酸化合物、取代芳基羧酸化合物、杂芳基羧酸化合物，比如苯甲酸、4-甲氧基苯甲酸、4-甲基苯甲酸、1-萘甲酸、2-噻吩甲酸、4-氯苯甲酸、4-溴苯甲酸、4-硝基苯甲酸、4-氰基苯甲酸、肉桂酸、苯乙酸、苯丙酸。上述技术方案中，有机氧化剂为有机过氧化物，比如过氧化二叔丁基。本专利技术还公开了一种催化剂在催化羧酸化合物与乙腈反应中的应用以及一种催化剂在合成羧酸氰甲基酯中的应用；所述催化剂的化学结构式如下：。本专利技术的反应过程可表示如下：由于上述技术方案运用，本专利技术具有以下优点：1.本专利技术首次以铁(III)配合物为催化剂，实现了羧酸与乙腈的酯化反应。这是首例乙腈中碳-氢键的酯化反应，为合成羧酸氰甲基酯类化合物提供了一种新方法。相对于现有合成方法，本专利技术具有更好的原子经济性，减少了卤化物的化学污染和二氧化碳的排放，符合绿色化学概念。2.本专利技术所采用的铁(III)系催化剂组份单一、结构明确、合成简单、在空气中稳定存在，而且显示了很好的催化活性，有利于大规模的工业合成应用。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术作进一步描述：实施例一：含1,3-二叔丁基咪唑啉阳离子（分子式为[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]）的离子型铁配合物的合成依次将1,3-二叔丁基咪唑啉氯盐（0.22克，1.0毫摩尔）和NaBr（0.15克，1.5毫摩尔）加入到三溴化铁（0.29克，1.0毫摩尔）的四氢呋喃溶液中，60℃下反应24小时，真空抽去溶剂，己烷洗涤，抽干，用四氢呋喃萃取，离心清液转移，在清液中加入己烷重结晶，室温下析出红棕色晶体，产率90%。化学结构式如下：对产物进行元素分析，结果如下所示：元素分析C：（%）H：（%）N：（%）理论值23.644.155.01实际值23.884.315.34此配合物[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]是以离子对的形式存在的，其中[FeBr4]-通过拉曼光谱进行了表征，发现其在204cm-1处有特征峰，与文献报道的相符合。配合物的阳离子部分[(tBuNCH2CH2NtBu)CH]+通过质谱进行了表征，发现其在183.1861处有一个分子离子峰，理论上此分子离子峰在183.1861，实测与理论一致，证明所得化合物为目标化合物。实施例二：[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]催化的苯甲酸与乙腈的酯化反应在反应瓶中依次加入苯甲酸（61.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（28毫克，0.05毫摩尔），过氧化二叔丁基（232微升，1.25毫摩尔），乙腈（10毫升），在110℃下反应24小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶20的混合溶剂为展开剂），产率为80%。在反应瓶中依次加入苯甲酸（61.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（28毫克，0.05毫摩尔），过氧化二叔丁基（186微升，1毫摩尔），乙腈（10毫升），在110℃下反应24小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶20的混合溶剂为展开剂），产率为78%。将产物溶于CDCl3中（约0.4mL），封管，室温下于UnityInova-400型NMR仪上测定表征：1HNMR(400MHz,CDCl3,TMS):8.13-8.07(m,2H),7.67(t,1H),7.52(t,2H),5.01(s,2H)。实施例三：[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]催化的4-甲氧基苯甲酸与乙腈的酯化反应在反应瓶中依次加入4-甲氧基苯甲酸（76.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（28毫克，0.05毫摩尔），过氧化二叔丁基（232微升，1.25毫摩尔），乙腈（10毫升），在100℃下反应30小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶5的混合溶剂为展开剂），产率为85%。在反应瓶中依次加入4-甲氧基苯甲酸（76.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（28毫克，0.05毫摩尔），过氧化二叔丁基（278微升，1.5毫摩尔），乙腈（10毫升），在100℃下反应30小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1∶5的混合溶剂为展开剂），产率为84%。将产物溶于CDCl3中（约0.4mL），封管，室温下于UnityInova-400型NMR仪上测定表征：1HNMR(400MHz,CDCl3,TMS):8.02(d,2H),6.96(d,2H),4.96(s,2H),3.89(s,3H)。实施例四：[(tBuNCH2CH2NtBu)CH][FeBr4]催化的4-甲基苯甲酸与乙腈的酯化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成羧酸氰甲基酯的方法，以羧酸化合物与乙腈为原料，在催化剂与有机氧化剂存在下，反应得到羧酸氰甲基酯；所述催化剂的化学结构式如下：

【技术特征摘要】
1.一种合成羧酸氰甲基酯的方法，以羧酸化合物与乙腈为原料，在催化剂与有机氧化剂存在下，反应得到羧酸氰甲基酯；所述催化剂的化学结构式如下：。2.根据权利要求1所述合成羧酸氰甲基酯的方法，其特征在于，催化剂、羧酸化合物、有机氧化剂的摩尔比为（0.08～0.12）∶1∶（2～3）。3.根据权利要求1所述合成羧酸氰甲基酯的方法，其特征在于，反应温度为90～130℃，时间为15～40小时。4.根据权利要求3所述合成羧酸氰甲基酯的方法，其特征在于，优选的反应温度为100～120℃，时间为20～30小时。5.根据权利要求1所述合成羧酸氰甲基酯的方法，其特征在于，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯，得到羧酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙宏枚，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32