一種催化合成n,n′-二取代脲衍生物和咪唑衍生物的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種高效、綠色、以負載功能離子液體為催化劑合成Ν,γ-二取代脲衍 生物和咪唑衍生物的方法。 技術背景
[0002] 近年來，負載非均相催化技術引起了人們足夠的重視，已經作為一種綠色反應技 術廣泛用于有機合成生產中（S.E.Davis,etal.，GreenChem.,2013,15,17-45)。用于固載 的載體包括介孔分子篩（101-41和384-15)、碳和聚合物等〇.(：.8 &11616七31.，〇3 Catal·, 2012,2,2537-2546 ;Μ·A·Newton,Chem·Soc·Rev·, 2008,37,2644-2657)。然而這些 固體負載的催化劑或多或少存在以下缺陷：與均相催化劑相比，催化活性低，導致反應速率 和收率不理想;催化劑有效重復使用次數少和后處理比較復雜等。
[0003] 為了避免以上缺陷，人們開發了一種全新的載體-超順磁性納米顆粒。與傳統負載 催化劑相比，超順磁性負載催化劑具有催化活性高（高比較面積）、制備工藝簡單（容易負 載）、回收容易(通過外加磁場回收)和重復使用性好等特點，結合均相催化劑和非均相催化 劑兩者的優點，廣泛使用在Michael加成（A.Ying，etal·，Catal·Sci·Technol·，2014,4， 2115-2125)、Knoevenagel縮合反應（AYing，etal.，RSCAdv. ,2014,4,33175-33183)、 Ritter反應（M.BGawande，etal.，GreenChem.,2013,15,1895-1899)、芳基化反應 (J.Lee,etal· ,Tetrahedron,2013,69,5660-5664)等。考慮到超順磁性納米顆粒負載催化 劑的優異性能，我們設計超順磁性納米顆粒負載功能離子液體，用于催化制備N，N~二取代 脲衍生物和咪唑衍生物。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是利用新型負載催化劑催化芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯 制備N，Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑與缺電子烯烴Michae1加成制備咪唑衍生物的 方法。
[0005] 根據本發明，所述通過芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯縮合反應合成N，f-二取代脲衍生物的方法包括：以超順磁納米顆粒負載的離子液體為催化劑，60~100°C和常 壓下，無需有機溶劑，芳香胺與碳酸二甲酯、碳酸二乙酯縮合反應8~14小時，得到相應的N， Μ-二取代脲衍生物；以超順磁納米顆粒負載的離子液體為催化劑，10~50°C和常壓下，以 乙醇為溶劑，取代咪唑與缺電子烯烴Michael加成反應1~5小時，得到相應的咪唑衍生物。 其中，所沭催化劑為：
[0006]
[0007]其中，所述芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯的摩爾比為1:0.5~1:0.6;所述 咪唑類物質與缺電子烯烴的摩爾比為1:1~1:1.3。
[0008] 其中，所述負載功能離子液體的摩爾量為芳香胺和咪唑類物質的0.001:1~0.01: 1倍。
[0009]其中，所述芳香胺為苯胺、4-甲氧基苯胺、2-甲基苯胺、3-甲基苯胺、4-甲基苯胺、 4-乙氧基苯胺和4-氯苯胺；咪唑類物質為咪唑、4-硝基咪唑、4-甲基咪唑和苯并咪唑；缺電 子烯烴為丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸正丁酯和丙烯腈。
[0010]其中，芳香胺與碳酸二甲酯或者碳酸二乙酯反應結束后，加無水乙醇回流攪拌半 小時，外加磁場吸住催化劑，趁熱傾倒反應液，冷卻結晶析出固體即為反應產物;咪唑類物 質與缺電子烯烴反應結束后，用外加磁場吸住催化劑，傾倒反應液，柱層析分離產物(洗脫 液為乙酸乙酯甲醇體系）；以上催化劑用外加磁體吸附回收，無水乙醇洗滌，60°C真空干燥5 小時后用于下一批次反應，催化劑在芳香胺參與反應、咪唑參與反應中分別重復使用5次和 6次，未發現催化效率明顯下降。
[0011] 本發明提供的利用新型超順磁納米顆粒負載的功能離子液體芳香胺與碳酸二甲 酯或者碳酸二乙酯制備Ν,Μ-二取代脲衍生物的方法，催化咪唑與缺電子烯烴Michael加成 制備咪唑衍生物的方法，是通過以下途徑來實現的：
[0012] 本發明所使用的新型超順磁磁納米顆粒負載功能離子液體的制備過程：
[0013] 稱取咪唑（1.(^，15111111〇1)放入盛有51^無水四氫呋喃的圓底燒瓶中，搖勻備用;稱 取氫化鋰(0.168,2〇1111]1〇1)在冰浴條件下緩慢加入到盛有51]11^無水四氫咲喃的10〇1]11^圓底燒 瓶中，搖勻備用；在冰浴及氮氣保護條件下，將咪唑溶液緩慢滴加到氫化鋰溶液中，再將1-氯-3-溴丙烷（lmL，10mmol)的四氫呋喃溶液在氮氣氛圍中緩慢滴加至上述混合溶液中，25 °C反應24h。緩慢滴加蒸餾水淬滅反應，至有明顯分層為止;再將真空常溫旋蒸以除去四氫 呋喃；用二氯化碳萃取(5X5mL)，合并有機層，蒸干二氯化碳得到中間體1。制備得到的中間 體用1HNMR，13CNMR結構確認。所沭中間體1結構為：
[0014]
[0015]往反應瓶中加入二氧化硅包荷的四氧化三鐵(2g)，加無水甲苯(40mL)，超聲lh，取3_氯丙基三乙氧基硅烷(0.72mL)溶于無水甲苯(20mL)中然后滴加到反應體系中，氮氣保護 下回流攪拌反應48h，反應結束后外加磁場吸附催化劑，用乙醇洗滌(4X10mL)，真空烘干得 到固體顆粒2。所述中間體2結構為：
[0016]
[0017] 取2g固體顆粒2,加無水甲苯(20mL)，超聲lh，取中間體1(0.8648,6臟〇1)溶于無水 甲苯(10mL)中然后滴加到反應體系中，氮氣保護下回流攪拌反應48h，反應結束后外加磁場 吸附催化劑，用乙醇洗滌(4X10mL)，真空烘干得到負載的功能化離子液體催化劑。所述中 間體3結構為：
[0018]
[0019] 取lg固體顆粒3,加20mL無水乙醇，超聲lh，取了80(1.258,5111111〇1)溶于無水乙醇 (5mL)中然后滴加到反應體系中，氮氣保護下回流攪拌反應48h，反應結束后外加磁場吸附 催化劑后傾倒反應液，吸住的催化劑繼續用乙醇洗滌(6X10mL)，真空烘干得到最終催化劑 (IL-TBD0MNP)，結構為
[0020]
?〇
[0021]N，-二取代脲衍生物的制備過程是：
[0022]
[0023]在裝有磁力攪拌裝置的三口燒瓶中，依次加入芳香胺、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯 和催化劑（IL-TBD0MNP)。其中芳香胺與碳酸二甲酯或碳酸二乙酯的摩爾比為1:0.5-1:0.6， 催化劑與芳香胺的摩爾比為0.001:1~0.01:1，無溶劑60~100°C常壓反應8~14小時，薄層 色譜(TLC)跟蹤反應進度。反應結束后，加入無水乙醇回流半小時，外加磁場吸住催化劑，傾 倒液體冷卻結晶析出固體即為Ν,Υ-二取代脲衍生物。將產物進行核磁表征。回收的催化劑 用無水乙醇洗滌，60°C真空干燥5小時后用于下一批次反應，催化劑重復使用5次，未發現反 應收率明顯下降。反應產物用咕NMR，13CNMR結構確認。
[0024]咪唑衍生物的制備過程是：
[0025]
[0026]在裝有磁力攪拌裝置的三口燒瓶中，依次加入咪唑類物質、缺電子烯烴、無水乙醇 和催化劑（IL-TBD0MNP)。其中咪唑類物質與缺電子烯烴的摩爾比為1:1~1:1.3,催化劑與 咪唑類物質的摩爾比為0.001:1~0.01:1，10~50°(3常壓反應1~5小時，薄層色譜(11〇跟 蹤反應進度。反應結束后，外加磁場固定催化劑，傾倒反應液，柱層析分離得到產物，催化劑 用無水乙醇洗滌3后60°C真空干燥5小時后用于下一批次反應，催化劑重復使用6次，未發現 催化效率明顯下降。反應產物用咕NMR，13CNMR結構確認。
【具體實施方式】
[0027]以下將結合實施例對本發明做進一步說明，本發明的實施例僅用于說明本發明的 技術方案，并非限定本發明。
[0028]實施例1
[0029] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反應，反應8小時，TLC檢測，原料反應完全，加入無水乙醇（10mL)，回流 攪拌半小時，冷卻結晶，析出固體經真空干燥得到產品，收率70%，含量99%。
[0030] 1,3-Diphenylurea
[0031] 咕MMR(400MHz，DMS0)(ppm) :S6.96(t，2H，J= 7.2Hz)，7.28(t，4H，J= 7.2Hz)， 7.44(d，4H，J= 7.6Hz)，8.64(s，2H);13C匪R(100MHz，DMS0) :δ123·42，127·02，133·99， 144.93,157.75.MSm/z:212.09,Anal.CalcdforCi3Hi2N2〇:C,73.56；H,5.70；N,13.20；0, 7.54；foundC,73.50；H,5.74；N,13.18；0,7.58.
[0032] 實施例2
[0033] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0 · 218g,0 · 006mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，100°C反應，反應10小時，TLC檢測，原料未反應完全，加入無水乙醇（lOmL)， 回流攪拌半小時，冷卻結晶，析出固體經真空干燥得到產品，收率61%，含量98%。
[0034] 實施例3
[0035] 將苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3.6mmol)和催化劑（0·lg，0.0275mmol)依次加入到 50mL三口瓶中，80°C反應，反應8小時，TLC檢測，原料反應完全，加入無水乙醇（10mL)，回流 攪拌半小時，冷卻結晶，析出固體經真空干燥得到產品，收率69%，含量98%。
[0036] 實施例4
[0037] 將4-甲氧基苯胺（6mmol)、碳酸二甲酯（3mmol)和催化劑（0 ·lg，0 · 0275mmol)依次 加入到50mL三口瓶中，80°C反應，反應8小時，TLC檢測，原料反應完全，加入無水乙醇 (10mL)，回流攪拌半小時，冷卻結晶，析出固體經真空干燥得到產品，收率76%，含量99%。