專利名稱：用co的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種生產氨基甲酸酯類化合物的方法。
工業上制備氨基甲酸酯類化合物，一般是使用劇毒的光氣，這樣必然對生產設備及工藝流程提出了很高的要求，同時也嚴重威脅人類的生存，不符合可持續發展的戰略需要。
許多科學家都試圖研究使用地球上儲量豐富，并且造成日益嚴重的溫室效應的CO2代替劇毒的光氣來制備氨基甲酸酯類化合物，據報道伯胺、仲胺及芳香胺與鹵代烴在CO2中于高壓和無機堿的作用下，可得到氨基甲酸酯類化合物。不同的堿會得到不同的結果，以前有人考察了三種無機堿Na2CO3,K2CO3,Cs2CO3,發現用Cs2CO3時，生成氨基甲酸酯類化合物的產率最高。但是使用無機堿的反應對溶劑的依賴性很大，如果用CH3CN或四氫呋喃(THF)作溶劑根本就不反應[Ken J.Buther Synlett 1994,825.][Seok-InKim,Feixia Chu,Eric E.Dueno,and Kyung Woon Jung,Journal of Organic Chemistry1999,64,4578-4579]。關于Cs2CO3也有的學者提出不同的看法認為Na2CO3,K2CO3,Cs2CO3幾乎具有相同的作用[Carlo Galli Organic preparations and ProceduresInternational 24(3),285-307(1992)]。1994年，Ken.J.Butcher報道，胺與鹵代烴在Cs2CO3作用下反應生成氨基甲酸酯類化合物，產率可達96％。但我們在相同的條件下對該反應反復進行了實驗，卻未能得到這一良好結果，對此我們表示懷疑[SYNLETT.,1994,825-826.]。
此外，胺、CO2與鹵代烴在有機堿和高壓作用下，也可反應得到氨基甲酸酯類化合物。不同的堿對反應的影響很大。1995年，W.McGhee等人發現，N-cyclohexyl-N′,N″,N″′,N″″-tetramethyl guanidine(CyTMG)類堿對胺，鹵代烴與CO2的反應效果很好，它得到的氨基甲酸酯類化合物的分離產率最高可達76％，但是該反應在高溫高壓(55℃,80 psig)進行，而且CyTMG類化合物的合成很麻煩。[J.Org.Chem.1995,60,2820-2830.][J.Chem.Soc.,Chem.Commun.,1994,699-700]。現在關于胺，鹵代烴與CO2的反應以及醇，鹵代烴與CO2的反應，其關鍵的問題就是堿的選擇，一般來說，堿性強，位阻大，極化度大的堿有利于該反應的進行[J.Org.Chem.1995,60,6205-6207.；J.Chem.Soc.,Perkin.Trans.I.,1999,2205-2208.]本發明的目的是提供一種簡單易行、無污染、條件溫和、高產率地制備氨基甲酸酯類化合物的方法。
本發明涉及用胺、鹵代烴與CO2反應制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其中胺的結構、鹵代烴的種類、堿的性質、CO2的壓力、反應溫度和反應時間等因素均對反應有不同程度的影響。
具體來說，本發明用分子式為R1NHR2的胺、分子式為R3X的鹵代烴與CO2在有機堿存在下和在20-100℃反應10-60h，生成分子式為R1(R2)NCO2R3的氨基甲酸酯類化合物。其中R1=H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、 或CmH2m+1-,R2=H、H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、 或CmH2m+1-，或者R1和 R3=R4PhCnH2n-，其中R4=H、X、CF3或CkH2k+1n、k=1-4,m=1-8,X=鹵素。反應式如下
本發明的方法是在常壓或壓力下進行，反應壓力是0-6.0×106Pa。提高CO2的壓力對反應體系生成氨基甲酸酯類化合物有明顯的促進作用，提高反應壓力有利于提高產率，通常采用反應壓力是1.0-6.0×106Pa。推薦反應壓力為3.0-5.0×106Pa。
本發明的反應是在極性溶劑和非極性溶劑的摩爾比為1∶0-100的混合溶劑中進行，推薦極性溶劑和非極性溶劑的摩爾比為1∶0.8-10。上述極性溶劑可以是丙酮、甲苯、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺等，非極性溶劑可以是二氧六環、苯、環己烷、石油醚等。上述極性溶劑可以是丙酮、甲苯、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺等，非極性溶劑可以是二氧六環、苯、環己烷、石油醚等。
本發明中胺∶鹵代烴∶堿的反應摩爾比是1∶0.5-3∶0.8-5，優選反應摩爾比為1∶0.8-1.5∶1-3。上述有機堿是1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烷-7-烯(DBU)。
本發明的方法所得產物可經蒸發、柱層析等方法提純。
此外，改變加料順序，對產率也有影響；反應最好在高溫下進行；反應過程最好在攪拌下進行；上述反應體系中少量水的存在大大提高了反應產率；延長反應時間有利于氨基甲酸酯類化合物產率的提高。
本發明可以在常溫常壓下反應生成氨基甲酸酯類化合物，條件溫和，能耗小；本發明避免了使用傳統劇毒的光氣的方法，為脂肪胺的保護提供了一個環境友好的新方法，實現了無毒、無污染，有利于保護生態環境并滿足可持續發展的要求；本發明用簡單易得的DBU作堿，對胺，鹵代烴與CO2的反應進行了較為詳細的研究，使氨基甲酸酯類化合物的分離產率達75％。這一數據足以與使用市場上很難得到的CyTMG類化合物為堿時的產率相媲美；本發明中反應體系少量水的存在反而有利于反應產率的提高，在常溫常壓下，其分離產率也可達40％，這樣就使該反應體系沒必要要求無水無氧的苛刻條件，增加了實用性。
通過下述實例將有助于進一步理解本發明，但不能限制本發明的內容。
實施例1將2.8mmol芐基胺(或丁基胺、哌啶)、20mL甲苯與10-30mL正己烷混合溶劑、DBU 426mg(2.8mmol)加入反應釜，先通入CO2攪拌約0.5hr，然后再加入環己基溴2.8mmol，繼續通CO2攪拌約24hr，停止反應，除去溶劑，過柱得到胺基甲酸酯，產率40％。
實施例2芐氨基甲酸芐基酯.
將300g(2.8mmol)芐基胺、20mL乙苯與10ml環己烷溶劑、DBU 426mg(2.8mmol)和芐基氯354mg(2.8mmol)加入反應釜，通入CO2氣體置換三次，然后使CO2達到40atm，置于油浴中加熱至70℃，反應24h后。取出高壓釜置于冰水中冷卻至室溫。打開高壓釜放掉氣體。其余部分轉移至一圓底燒瓶中，在旋轉蒸發儀上旋干、過柱。得白色固體468mg，產率72％。m.p.60-62℃;IR(CHCl3)ν1687cm-1(C=O);1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J5.8,CH2),5.04(1H,s,NH),5.14(2H,s,CH2),7.26-7.37(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.19,66.89,127.53,128.14,128.53,128.69,136.51,138.40,156.40(C=O);MS(EI)m/z287(M+)[Calc.for C15H15NO2(241.2851):C,74.67;H,6.27;N,5.81.Found:C,74.67;H,6.29;N,5.69％]。
實施例3芐胺基甲酸鄰三氟甲基芐基酯.
將2.8mmol芐基胺、20mL DMF、DBU 10mmol加入反應釜，先通入CO2攪拌約0.5hr，然后再加入鄰三氟甲基芐基溴1.4mmol，繼續通CO2攪拌約24hr，停止反應，除去溶劑，過柱得臘狀固體399mg，產率60％。IR(CHCl3)ν1703cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J5.8,CH2),5.17(1H,s,NH),5.19(2H,s,CH2),7.25-7.63(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.22,65.89,124.87(q,J3.5 Hz),127.12,127.53,127.61,128.16,128.49,128.73,131.15,131.48,137.64,138.24,156.11(C=O);MS(EI)m/z 310(MH)+[Calc.for C16H14F3NO2(309.2831):requires M,309.0977.Found:M+,309.0996]。
實施例4芐胺基甲酸對氟芐基酯.
將2.8mmol芐基胺、40mL甲苯與正己烷(1∶1)混合溶劑、DBU 426mg(2.8mmol)加入反應釜，先通入CO2攪拌約0.5hr，然后再加入環己基溴2.8mmol，繼續通CO2攪拌約24hr，停止反應，除去溶劑，過柱得到胺基甲酸酯。實驗步驟同例1。得白色固體475mg，產率65％。m.p.45-48℃;IR(CHCl3)ν1714 cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.39(2H,d,J6.0,CH2),5.0(1H,s,NH),5.10(2H,s,CH2),7.25-7.50(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ45.17,66.12,127.02,127.54,128.14,128.43,129.71,130.15,138.33,156.29(C=O),163.55(d,J50Hz);MS(EI)m/z260(MH)+[Calc.for C15H14FNO2(259.2756):requires M,259.1009.Found:M+259.1014].
實施例5N-對氟芐基芐胺基甲酸對氟芐基酯.
將2.8mmol N-對氟芐基芐基胺、20mL溶劑、DBU 426mg(2.8mmol)和對氟芐基氯2.8mmol加入反應釜，通入CO2氣體置換三次，然后使CO2達到50atm，置于油浴中加熱至90℃，反應60h后。取出高壓釜置于冰水中冷卻至室溫。打開高壓釜放掉氣體。其余部分轉移至一圓底燒瓶中，在旋轉蒸發儀上旋干、過柱。得臘狀固體697mg，產率67％。IR(CHCl3)ν1696cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ4.41(4H,br.,s,CH2),5.19(2H,s,CH2),7.0-7.50(13H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ49.21,66.12,127.53,127.54,128.11,128.66,129.84,129.95,130.06,132.40(d,J3.2Hz),133.07(d,J3.2Hz),137.15,156.54(C=O),160.75(d,J30Hz),164.10(d,J30Hz);MS(EI)m/z368(MH)+[Calc.forC22H19F2NO2(367.3886):requires M,367.1384.Found:M+367.1396].
實施例6芐胺基甲酸對甲基芐基酯。
實驗步驟同例1。得白色固體245mg，產率34％。m.p.72-74℃；IR(CHCl3)ν1682cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ2.35(3H,s,CH3),4.38(2H,d,J6.0,CH2),5.10(1H,s,NH),5.10(2H,s,CH2),7.25-7.63(9H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ21.19,45.17,66.86,127.51,128.31,128.68,129.22,133.48,138.00,138.44,156.47(C=O);MS(EI)m/z287(M-H)+[Calc.for C16H17NO2(255.3117):requires M,255.1259.Found:M+255.1257].
實施例7丁胺基甲酸芐基酯.
實驗步驟同實施例2。得臘狀固體239mg，產率41％。IR(CHCl3)ν1701cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ0.91(3H,t,J7.3Hz,CH3),1.27-1.37(2H,m,CH2),1.38-1.52(2H,m,CH2),3.15-3.22(2H,m,CH2),4.77(1H,s,NH),5.09(2H,s,CH2),7.26-7.36(5H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ13.68,19.85,32.02,40.80,66.54,128.03,128.48,136.70,156.41(C=O);MS(EI)m/z208(MH)+[Calc.for C12H17NO2(207.2689):requires M,207.1259. Found:M+207.1273].
實施例8N-芐基丁基胺甲酸芐基酯.
將2.8mmol芐基丁基胺、10mL正己烷溶劑、DBU2.8mmol加入反應釜，先通入CO2攪拌約0.5hr，然后再加入芐基溴1.4mmol，繼續通CO2攪拌約10hr，停止反應，除去溶劑，過柱得白色固體12mg，產率8％。IR(CHCl3)ν1695 cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ0.83-0.91(6H,m,CH3),1.27-1.38(4H,m,CH2),1.39-1.58(4H,m,CH2),3.15-3.28(4H,m,CH2),4.50(2H,s,CH2),5.17(2H,s,CH2),7.13-7.45(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ13.80,19.98,30.10,30.26,45.98,46.96,50.17,67.14,127.25,127.81,127.89,128.44,128.52,138.02,156.41(C=O);MS(EI)m/z207(M-90)+[Calc.forC19H23NO2(297.3915):requiresM,297.1729.Found:M+297.1719].
實施例9苯乙胺基甲酸芐基酯將2.8mmol苯乙胺、20mL丙酮溶劑、K2CO32.8mmol、冠醚2.8mmol和芐基氯354mg(2.8mmol)加入反應釜，通入CO2氣體置換三次，然后使CO2達到40atm，置于油浴中加熱至70℃，反應24h后。取出高壓釜置于冰水中冷卻至室溫。打開高壓釜放掉氣體。其余部分轉移至一圓底燒瓶中，在旋轉蒸發儀上旋干、過柱。得白色固體286mg，產率40％。m.p.54-56℃;IR(CHCl3)ν1714cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ1.48(3H,d,J6.9Hz,CH3),4.85-4.88(1H,m,CH),5.02(1H,s,NH),5.05(1H,d,J12.3Hz),5.12(1H,d,J12.3Hz),7.20-7.46(10H,m,Ar);13C NMR(CDCl3)δ22.51,50.81,66.76,125.94,127.36,128.11,128.52,128.67,136.51,155.57(C=O);MS(EI)m/z256(MH)+[Calc.forC16H17NO2(255.3117):requires M,255.1259.Found:M+255.1243].
實施例10二乙胺基甲酸芐基酯.
實驗步驟同實施例1。得臘狀固體6mg，產率5％。IR(CHCl3)ν1700cm-1;1H NMR(CDCl3,TMS)δ1.07(6H,t,J7.2Hz,CH3),2.52(4H,q,J7.2Hz,CH2),5.12(2H,s,CH2),7.13-7.50(5H,m,Ar);MS(EI)m/z207(M+)[Calc.forC12H17NO2(207.2689):requiresM,207.1259.Found:M+207.1250].
實施例11環己胺基甲酸芐基酯實驗步驟同實施例2。得產品300mg。m.p.93-94℃1H NMR(CDCl3)δ1.1-1.99(Cy,10H,m),3.54(1H,m,Cy),4.7(1H,s,NH),5.13(2H,s,CH2),7.30-7.40(5H,m,Ar).13C NMR(CDCl3)δ24.7,25.5,33.4,49.9,66.4,28.0,128.0,128.1,128.5,136.7,155.5.MS(EI)m/z=253(M+) IR(CHCl3)1711cm-1.Ahal.Calcd.for C14H19NO2:C,72.07;H,821;N,6.00.Found:C,72.45;H,8.36;N,5.98.
實施例121,6-己二胺基二乙基甲酸酯實驗步驟同實施例1。得白色固體250mg。m.p.84-86℃1H NMR(DMSO-d6)δ1.15(6H,t,J=7Hz,CH3),1.2-1.4(8H,m,CH2),2.95(4H,q,J=6.5Hz,CH2),3.97(4H,q,J=7Hz,CH2),δ7.01(2H,t,br,CH2).13C NMR(DMSO-d6)δ14.6,25.9,29.3,40.0,59.3,156.1 MS(FAB)m/z =267(M++Li)Anal.Calcd.forC12H24N2O4:C,55.35;H,9.30;N,10.76;Found:C,55.40;H,9.10;N,10.63.
權利要求
1．一種制備氨基甲酸酯類化合物的方法，包括用分子式為R1NHR2的胺、分子式為R3X的鹵代烴與CO2在有機堿存在下和在20-100℃反應10-60h，其特征是在0-6.0×106Pa的壓力下，在極性溶劑和非極性溶劑的摩爾比為1∶0-100的混合溶劑中反應，所述的有機堿是1,8-二氮雜雙環[5.4.0]十一烷-7-烯，其中R1=H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、 或CmH2m+1-,R2=H、H2n+1CnPh-、PhCnH2n-、XPhCnH2n-、 或CmH2m+1-，或者R1和 R3=R4PhCnH2n-，其中R4=H、X、CF3或CkH2k+1n、k=1-4,m=1-8,X=鹵素。
2．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是反應壓力為1.0-6.0×106Pa。
3．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是反應壓力為3.0-5.0×106Pa。
4．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是所述極性溶劑是丙酮、甲苯、四氫呋喃、N,N-二甲基甲酰胺。
5．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是所述非極性溶劑是二氧六環、苯、環己烷、石油醚。
6．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是所述極性溶劑和非極性溶劑的摩爾比為1∶0.8-10。
7．如權利要求1所述的制備氨基甲酸酯類化合物的方法，其特征是反應體系中存在少量水。
全文摘要
本發明避免使用光氣,而采用胺與鹵代烴在CO
文檔編號C07C269/00GK1300730SQ0012751
公開日2001年6月27日 申請日期2000年11月24日 優先權日2000年11月24日
發明者施敏, 沈玉梅 申請人:中國科學院上海有機化學研究所