脂肪腈的催化氧化合成方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于化學技術領域，特別是涉及一種脂肪腈的催化氧化合成方法。
【背景技術】
[0002] 腈類化合物是有機合成中重要的合成砌塊，且是很多染料、醫藥、農藥和電子材料 的關鍵結構單元。由于其所含的氰基擁有向其他重要官能團如氨基、酰胺基，醛基、羧基及 酯基等轉化的性能，所以腈類化合物也是有機合成中的重要中間體。腈類化合物最傳統的 合成方法是通過Sandmeyer reaction或Rosenmund-von Braun反應合成，但這兩個方法具 有嚴重的缺陷，都需要使用化學計量的CuCN，反應條件比較劇烈。此后，又開發了過渡金屬 催化的芳香鹵代物的氰化反應路線合成芳香腈，反應中要使用KCN、NaCN、Zn(CN) 2、TMSCN、 K4[Fe(CN)6]等氰源。這類合成方法的缺陷在于：（1)使用的氰源一般都是有毒的，使用過程 中必須小心以免有毒HCN的產生；（2)不可避免要產生化學計量的金屬廢棄物，由此引起產 生了環境問題；（3)反應過程的控制要求比較嚴格。酰胺脫水是合成芳香腈的另一種方法， 但反應必須要用P 205、P0C13、S0C12和?(：15等脫水劑，且反應溫度比較高。腈類化合物也可以 醛肟為原料合成，但往往存在產物收率較低以及過量使用有毒試劑的缺點。考慮到原料的 來源方便，人們對以醛、醇或酸為原料，以尿素、氨或羥胺等為氮源的合成方法越來越關注， 然而在這些已報道的大部分方法中，使用過渡金屬以及有毒試劑仍然是不可避免的。
[0003] 近年來，以分子氧作清潔氧源的綠色催化氧化技術日益受到人們的重視。因為分 子氧是可持續使用的自然資源，使用成本低，原子經濟性高，氧化反應副產物僅為水，不產 生污染。Jinho Kim(J. Org. Chem. 2015,80，11624 )報道了一種以醛類化合物為原料，以 醋酸銨為氮源，以4-乙酰氨基-2，2，6，6-四甲基哌啶氮氧自由基為催化劑，以氧氣為氧化劑 合成腈類化合物的方法，但這個方法有使用的局限性，脂肪醛作為底物不適用。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種以脂肪醛為原料，以六甲基二硅胺為氮源，通過催化氧 化反應制備脂肪腈的方法。
[0005] 為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：以脂肪醛為反應底物，以2，2，6，6-四 甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)、堿金屬鹽、亞硝酸叔丁酯（TBN)為催化劑，以六甲基二硅氮 烷(HMDS)為氮源，氧氣為氧化劑，反應底物在有機溶劑中，于常壓下、溫度25~50°C的條件 下反應，反應結束后經分離處理得到所述的脂肪腈。
[0006] 本發明中，所述的脂肪醛為飽和鏈狀脂肪醛（例如C1~C20的脂肪醛）、不飽和鏈狀 脂肪醛(例如C1~C20的不飽和脂肪醛）、脂環醛(例如3~8元環結構的脂環醛）、取代的飽和雜 環醛或者帶有其他官能團的醛;所述的取代的飽和雜環醛是指含N、0等雜原子的飽和雜環 醛的雜環上被一個或多個取代基取代，所述的取代基各自獨立選自下列之一:C1-C4的烷 基、鹵素、C1-C4的烷氧基、叔丁氧羰基;所述的帶有其他官能團的醛是指取代的飽和鏈狀脂 肪醛、取代的不飽和鏈狀脂肪醛，所述的取代的飽和鏈狀脂肪醛、取代的不飽和鏈狀脂肪醛 是指飽和鏈狀脂肪醛或不飽和鏈狀脂肪醛的烴基被一個或多個取代基取代，所述的取代基 各自獨立選自下列之一:苯基、取代苯基、鹵素、C1-C4的烷氧基。
[0007] 進一步，所述脂肪醛優選下列之一:正十二醛、環己基甲醛、1-金剛烷甲醛、3-苯丙 醛、肉桂醛、α-甲基肉桂醛、新洋茉莉醛、N-Boc-4-哌啶甲醛。
[0008] 本發明中，所述有機溶劑為N，N'_二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙腈，優選為乙腈。 [0009] 本發明中，所述金屬鹽為NaBF4、NaCl、KPF6優選為KPF6。
[0010] 本發明中，所述反應底物脂肪醛與金屬鹽、TEMP0、TBN的摩爾比為100:5~25:5~25 : 5~25，優選 100:10~20:10~20:10~20。
[0011] 本發明中，所述反應底物脂肪醛與HMDS的摩爾比1:1.5~3.5，優選1:2~3。
[0012] 本發明中，所述溶劑質量用量推薦為反應底物的45~100倍。
[0013] 本發明中，所述反應溫度為25~50°C，優選為30~40°C。
[0014] 本發明中，所述反應時間為6~20 h，優選為8~12 h。
[0015] 通常所述反應液后處理的方法為:反應結束后，反應液中加入硫代硫酸鈉溶液攪 拌，然后用乙醚萃取，分離出有機層，減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油 醚體積比1:100的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物脂肪 臆。
[0016] 本發明具體推薦所述的以脂肪醛為反應底物合成脂肪腈的方法按照以下步驟進 行:在乙腈溶劑中，加入2,2,6,6_四甲基哌啶-1-氧自由基(TEMPO)、無機鹽、亞硝酸叔丁酯 (TBN)和六甲基二硅氮烷(HMDS)，常壓氧氣條件下，在30~40°C下緩慢加入反應底物脂肪醛， 反應8~12 h后，反應液中加入硫代硫酸鈉溶液攪拌，然后用乙醚萃取，分離出有機層，減壓 蒸除溶劑，再進行柱層析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1:100的混合液為洗脫劑，收集含 目標化合物的洗脫液，蒸除溶劑即得產物脂肪腈;所述反應底物脂肪醛與金屬鹽、TEMPO、 TBN的摩爾比為100:10~20:10~20:10~20;所述反應底物脂肪醛與HMDS的摩爾比1:2~3。
[0017] 本發明所述的合成方法，操作簡便安全，其有益效果主要在于： A)與傳統的使用化學計量的常規氧化劑，例如12和NaCl2相比，本發明中以TEMPO為催 化劑，清潔氧氣為終端氧化劑，降低了環境成本。
[0018] B)克服了α不飽和醛的羥醛縮合副反應，大大提高了此類反應底物的收率。
【具體實施方式】
[0019] 下面通過具體實施例對本發明作進一步說明，但本發明的保護范圍并不限于此。
[0020] 下述實施例所用的脂肪醛的結構式分別如式(1-1Μ1-8)所示：
對應制得的脂肪腈的結構式分別如式(2-1M2-8)所示：
實施例1:正十二腈(式(2-1))的制備 在 100ml 的燒瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧氣置換瓶內空氣，用橡膠塞密閉瓶口后，插入氧氣球，將反應瓶放入預 先升溫的水浴鍋中加熱至30°C，緩慢加入4mmo 1的十二醛(式（1 -1))，反應8h。反應液中加入 硫代硫酸鈉溶液攪拌，然后用乙醚萃取，分離出有機層，減壓蒸除溶劑，再進行柱層析分離， 以乙酸乙酯/石油醚體積比1: 200的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液，蒸除溶 劑得到十二腈，分離收率為75%。
[0021]實施例2:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是乙腈改為N，N'_二甲基甲酰胺，反應20h，十二腈的分 離收率為46%。
[0022]實施例3:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是乙腈改為二甲基亞砜，反應20h，十二腈的分離收率為 53%〇
[0023] 實施例4:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是KPF6改為NaBF4，反應8h，十二腈的分離收率為73%。 [0024]實施例5:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是KPF6改為NaCl，反應8h，十二腈的分離收率為63%。 [0025] 實施例6:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是TEMP0、KPF6和TBN的用量均改為0.8mmol，反應6h，十 二腈的分離收率為80%。
[0026]實施例7:正十二腈(式(2-1))的制備 反應步驟同實施例1，所不同的是HMDS的用量改為14_〇1，反應8h，十二腈的分離收率 為 72%〇
[0027] 實施例8:環己基甲腈(式(2-2))的制備 在 100ml 的燒瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧氣置換瓶內空氣，用橡膠塞密閉瓶口后，插入氧氣球，將反應瓶放入預 先升溫的水浴鍋中加熱至30°C，緩慢加入4mmo 1的環己基甲醛(如式（1 -2))，反應8h。反應液 中加入硫代硫酸鈉溶液攪拌，然后用乙醚萃取，分離出有機層，減壓蒸除溶劑，再進行柱層 析分離，以乙酸乙酯/石油醚體積比1:200的混合液為洗脫劑，收集含目標化合物的洗脫液， 蒸除溶劑得到環己基甲腈，分離收率為76%。
[0028]實施例9:1-金剛烷甲腈(式(2-3))的制備 在 100ml 的燒瓶中，加入50mL乙腈，1 Ommo 1 HMDS，0 · 4mmo 1 的TEMPO、0 · 4mmo 1 的KPF6和 0.6mmol的TBN，以氧氣置換瓶內空氣，用橡膠塞密閉瓶口后，插入氧氣球，將反應瓶放入預 先升溫的