天然蒙脱土促进氮杂环化合物N-芳基化的方法

摘要

本发明公开了一种天然蒙脱土促进氮杂环化合物N-芳基化的方法，以天然蒙脱土为促进剂、碘化亚铜或醋酸铜为催化剂，在碱性条件下，使卤代芳烃与氮杂环化合物反应得到N-芳基化产物。本发明操作简单，所用催化剂和天然蒙脱土廉价、易得，反应温和、N-芳基化产物收率高，反应后利用蒙脱土通过固液分离即可从反应体系分离重金属铜，实现催化剂的回收再利用，可广泛用于氮杂环化合物N-芳基化产物的制备。

说明书

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种天然蒙脱土促进的氮杂环化合物N-芳基化的方法。

背景技术

氮杂环化合物的N-芳基化过程广泛应用于天然产物、药物以及材料合成中。在倡导绿色化学的今天，对环境友好的催化反应过程越来越受到人们的广泛重视。非均相的催化反应过程具有产物易于分离、催化剂活性高、方便循环利用等优势，使得非均相反应更符合资源可循环利用、反应过程高效和废料排放少等绿色化学的要求。在非均相反应过程中，非均相配体或者负载催化剂起到了至关重要的作用。例如，2006年，Majoral课题组报道了将N-(吡啶-2-基亚甲基)苯胺接枝在一种含磷的树脂上实现的非均相反应过程。2007年，Alper等人巧妙的利用了磁性Fe₃O₄作为载体，通过Fe₃O₄表面接枝烷基叠氮，再通与脯氨酸衍生物发生点击反应，将脯氨酸接枝于Fe₃O₄表面，利用脯氨酸提供的配位作用实现了10mol％的CuI催化的C-N偶联反应，利用磁性氧化铁的磁性，可以简便的回收该催化体系中的配体。2010年，Sreedhar等人报道了利用CuI支撑聚苯胺纳米纤维催化C-N偶联反应，他们用获得的这种催化剂成功实现了包括脂肪胺、氮杂环在内的多种胺类的芳基化。从目前常见的非均相催化反应过程中可以发现，其一般是通过两种方法实现，一种是利用非均相配体，利用配体的配位点与催化中心金属作用实现了催化反应过程；另一种是利用制备的负载催化剂，在负载催化剂中载体往往与催化中心金属存在作用力，这种作用力代替了配体的配位作用，从而有效地促进了催化反应的进行。然而，从上述例子可以发现，无论是非均相配体还是负载催化剂，一般均需要复杂的制备过程，这无疑增加了成本和反应对资源等的消耗。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有非均相催化氮杂环化合物N-芳基化反应存在的缺点，提供一种直接以天然蒙脱土为促进剂，操作简单，反应条件温和，催化剂易回收的氮杂环化合物N-芳基化的方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案为：将氮杂环化合物与卤代芳烃按摩尔比为1:1～2溶于有机溶剂中，然后加入催化剂、天然蒙脱土和碱，催化剂的加入量是卤代芳烃摩尔量的5％～20％，天然蒙脱土的加入量按每毫摩尔催化剂加入500～2000mg，碱的加入量是卤代芳烃摩尔量的1～2.5倍，在搅拌条件下，100～120℃反应5～24小时，得到N-芳基化产物。

本发明的优选条件为：将氮杂环化合物与卤代芳烃按摩尔比为1:1.5溶于有机溶剂中，然后加入催化剂、天然蒙脱土和碱，催化剂的加入量是卤代芳烃摩尔量的10％，天然蒙脱土的加入量按每毫摩尔催化剂加入1250mg，碱的加入量是卤代芳烃摩尔量的2倍，在搅拌条件下，100～120℃反应5～24小时，得到N-芳基化产物。

上述的有机溶剂为二甲亚砜或N，N-二甲基甲酰胺；催化剂为碘化亚铜或醋酸铜，碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钾、磷酸钾中的任意一种；所述的天然蒙脱土是钙基蒙脱土或钠基蒙脱土。

上述的氮杂环化合物可以是或等，其中R₁～R₅各自独立的代表H、C₁～C₃烷基；所述的卤代芳烃为等，其中X代表Br或I，R₆～R₁₀各自独立代表H、硝基、C₁～C₃烷基、C₁～C₃烷氧基中的任意一种。

本发明以碘化亚铜或醋酸铜为催化剂，在碱性条件下，直接向卤代芳烃与氮杂环化合物的反应体系中加入天然蒙脱土作为促进剂，操作过程简单，所用催化剂和天然蒙脱土廉价、易得，反应条件温和、N-芳基化产物收率高，且反应后可利用蒙脱土通过固液分离从反应体系分离重金属铜，实现催化剂的回收再利用，催化剂回收率高，可广泛用于N-芳基化产物的制备。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明进一步详细说明，但本发明的保护范围不仅限于这些实施例。

实施例1

将128μL(1.0mmol)3-碘甲苯、208μL(1.5mmol)吡咯、125mg钙基蒙脱土、0.0200g(0.1mmol)醋酸铜、0.2746g(2.0mmol)碳酸钾加入5mL二甲亚砜中，105℃反应7小时，停止反应，离心分离，向分离液中加入15mL蒸馏水，用10mL乙酸乙酯萃取三次，合并有机相，用无水硫酸镁干燥，除去溶剂，以乙酸乙酯与石油醚的体积比为1:50的混合液为流动相柱层析分离，得到黄色油状液体N-(3-甲基苯基)吡咯，其产率为92％。离心分离得到的钙基蒙脱土中铜的回收率为77％。

对比实施例1

在实施例1中，不加钙基蒙脱土，其他步骤与实施例1相同，制备成黄色油状液体N-(3-甲基苯基)吡咯，其产率为21％。

实施例2

将实施例1中所用的3-碘甲苯用等摩尔的对甲氧基碘苯替换，其他步骤与实施例1相同，制备成白色固体N-对甲氧基苯基吡咯，其产率为78％，离心分离得到的钙基蒙脱土中铜的回收率为80％。

实施例3

将实施例1中的3-碘甲苯用等摩尔的4-硝基碘苯替换、吡咯用等摩尔的咪唑替换，其他步骤与实施例1相同，制备成白色固体N-对硝基苯基咪唑，其产率为93％，离心分离得到的钙基蒙脱土中铜的回收率75％。

实施例4

将实施例3中所用的咪唑用等摩尔的四氢吡咯替换，其他步骤与实施例3相同，制备成黄色固体N-对硝基苯基吡咯烷，其产率为81％，离心分离得到的钙基蒙脱土中铜的回收率为79％。

实施例5

将0.249g(1.0mmol)4-硝基碘苯、139μL(1.0mmol)吡咯、100mg钠基蒙脱土、0.0095g(0.05mmol)碘化亚铜、0.0560g(1.0mmol)氢氧化钾加入5mL N，N-二甲基甲酰胺中，120℃反应15小时，其他步骤与实施例1相同，得到绿色固体N-(3-甲基苯基)吡咯，其产率为81％，离心分离得到的钠基蒙脱土中铜的回收率为78％。

实施例6

将177μL(1.0mmol)4-乙基碘苯、167μL(2.0mmol)四氢吡咯、100mg钠基蒙脱土、0.0390g(0.2mmol)碘化亚铜、0.5317g(2.5mmol)磷酸钾加入5mLN，N-二甲基甲酰胺中，100℃反应24小时，其他步骤与实施例1相同，得到液体N-(4-乙基苯基)吡咯烷，其产率为75％，离心分离得到的钠基蒙脱土中铜的回收率为65％。

实施例7

将112μL(1.0mmol)1-碘苯、0.1643g(2.0mmol)4-甲基咪唑、100mg钠基蒙脱土、0.0190g(0.1mmol)碘化亚铜、0.0800g(2.0mmol)氢氧化钠加入5mL二甲亚砜中，120℃反应20小时，其他步骤与实施例1相同，得到液体N-苯基-4-甲基咪唑，其产率为70％，离心分离得到的钠基蒙脱土中铜的回收率为79％。