一种制备 N- 取代氨基甲酸乙酯的方法 技术领域 本发明属于化学合成技术领域, 涉及一种 N- 取代氨基甲酸乙酯的制备方法, 尤其 涉及一种以异氰酸酯为原料, 在雷福尔马茨基试剂作用下制备 N- 取代氨基甲酸乙酯的制 备方法。
背景技术
氨基甲酸酯类化合物具有广泛的用途, 可用作农药、 医药、 合成树脂改性和有机合 成的中间体等。N- 取代氨基甲酸乙酯是一种重要的氨基甲酸酯类化合物, 其结构如下 :其中 R 代表烷基、 环烷基、 不饱和烃基或芳基。
N- 取代氨基甲酸酯具有氨基甲酸酯类化合物的广泛特性, 在农药行业, N- 取代 氨基甲酸酯由于品种多、 药效好、 毒性低, 在除草剂、 杀虫剂、 杀螨剂、 衣物防蛀虫剂和杀菌 剂中有较好的应用。早期的品种有西维因 (Carbary, N- 甲基 -1- 萘基氨基甲酸酯) 、 速灭 威 (Tsumacide, N- 甲基 -3- 甲苯基氨基甲酸酯)和乙霉威 (Diethofencarb, N- 甲基 -3, 5- 二甲基苯基氨基甲酸酯) 等。在医药行业, N- 取代氨基甲酸酯很早就得到了应用, 可用 作镇静剂、 消炎剂, 肌肉松驰剂、 镇痛剂、 抗癫痫药。例如, 氨基甲酸 -2- 氨基 -3- 苯基丙酯 (Gamaquil) 具有调节中枢神经的作用。β- 羟基苯乙基氨基甲酸酯 (Sinaxar) 是常见的肌 肉松弛剂。在其他行业领域, N- 取代氨基甲酸酯可应用于水泥添加剂、 涂料、 纺织整理剂、 表面活性剂、 树脂改性剂等。 纯固态聚氨基甲酸乙酯涂料是一种新型无溶剂、 无污染的绿色 涂料, 具有优秀的耐磨损及耐化学腐蚀性能。作为有机合成中间体, N- 取代氨基甲酸酯还 可用于生成各种用途的衍生物, 具有很好的应用前景。例如, N- 乙酰基氨基甲酸乙酯是合 成氮杂环农药、 医药、 染料的中间体, 可用作化学试剂图。
关于 N- 取代氨基甲酸酯的合成, 国内外文献报道了许多方法, 主要有如下几种 : 1. 异氰酸酯法 : 以异氰酸酯为起始原料, 通过和醇加成生成相应的 N- 取代氨基甲酸 酯, 根据 2007 年 《精细化工产品的合成及应用》 中的报道, 其反应方程式如下 :该反应活性非常高, 因此对实验技术要求特别严格, 不容易操作。
2. 氯甲酸酯法 : 氯甲酸酯和胺反应可制得目标产物, 根据 2007 年 《精细化工产品 的合成及应用》 中的报道, 其反应方程式如下 :该反应中有大量含氯废物产生, 腐蚀设备, 存在污染环境的问题。
3. 碳酸二甲酯法 : 2008 年 N. Lucas 在 《J. Mol. Cat.》 中报道, 以碳酸二甲酯代 替光气, 通过与胺类化合物或脲类化合物作用制得相应的目标产物, 其反应方程式如下 :此方法的不足之处在于, 原料碳酸二甲酯及脲类化合物的结构缺乏多样性, 价格也相 对较高。
4. 催化羰基化法 (1) 硝基化合物的还原羰基化 : 以硝基化合物和醇为起始原料, 以一氧化碳为羰基化试 剂, 在催化剂 Ru、 Pd、 Rh 等金属或其配合物作用下通过发生还原羰基化反应得到 N- 取代氨 基甲酸酯, 其反应方程式如下 :(2) 胺类化合物的氧化羰基化 : 以胺和醇为起始原料, 以一氧化碳为羰基化试剂, 在氧 气存在下通过在催化剂 Pd、 Au、 Rh 等或其配合物作用下通过发生氧化羰基化反应, 得到目 标产物, 其反应方程式如下 :该方法所用的催化剂多为贵金属, 价格昂贵, 分离回收困难, 重复使用性也较差等问 题。
5. 二氧化碳法 : 2002 年 R. N. Salvatore 在 《Tetrahed.》 中报道, 以胺、 二氧化 碳和卤代烃为起始原料, 在催化剂作用下胺首先和二氧化碳反应生成相应的氨基甲酸盐, 然后氨基甲酸盐再和卤代烃发生烷基化反应得到 N- 取代氨基甲酸酯类化合物, 其反应方 程式如下 :该方法通常需要的催化剂如 Cs2CO3/TBAI( 碳酸铯 / 四丁基碘化铵 )、 Ti-SBA-15、 DBU(1, 8- 二氮杂环 [5, 4, 0] 十一烯 -7) 等, 不但结构及组成复杂, 来源不便, 而且大多价 格昂贵, 有的需经繁琐的制备后方可使用 ; 该方法在制备过程中还需要大量的碱来中和反 应过程中产生的酸性废物。
6. 脲类化合物醇解法 : 1998 年 N. V. Kaminskaia 在 《Inorg. Chem.》 中报道, 以 脲类化合物为起始原料, 在催化剂作用下通过与醇发生醇解反应生成相应的目标产物, 其 反应方程式如下 :该方法催化剂常为 Pd 的复杂配合物或 Pb 的化合物, 选择性较差, 且目标产物收率不 高。 7. 霍夫曼重排法 : 2007 年 P. Gogoi 在 《Tetrahed. Lett.》 中报道, 以酰胺为起 始原料, 以 NaOCl 为氧化剂, 在催化剂 KF/Al2O3 作用下, 通过和醇发生霍夫曼重排反应得到 相应的 N- 取代氨基甲酸酯类化合物, 该方法只适用于实验室中的少量合成, 不适合规模化 生产。
其反应方程式如下 :
发明内容 本发明的目的是针对现有技术中存在的问题, 提供一种工艺简单, 成本低, 效率高 制备 N- 取代氨基甲酸乙酯的方法。
本发明制备 N- 取代氨基甲酸乙酯的方法, 是以四氢呋喃为溶剂, 使异氰酸酯与雷 福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 反应后, 进一步纯化, 得到目标产物。
其具体工艺为 : 以四氢呋喃为溶剂, 使异氰酸酯与溴化锌基乙酸乙酯以 1:1~1:4 的摩尔比, 于 40 ~ 45℃反应 8 ~ 12 小时 ; 反应完成后, 用饱和氯化铵溶液淬灭, 用乙醚萃 取有机相, 柱层析分离, 既得目标产物。
所述异氰酸酯为苯基异氰酸酯、 3- 硝基苯基异氰酸酯、 4- 氯苯基异氰酸酯、 4- 甲 基苯基异氰酸酯、 4- 甲氧基苯基异氰酸酯。
本发明方法制备的产品, 经氢谱、 碳谱、 高分辨质谱等数据表征, 表明其合成成功。
本发明相对于现有技术具有以下优点 : 1、 原料廉价易得, 成本低, 产率高, 总收率高 (70 % 以上) ; 2、 合成工艺简单, 反应条件温和, 对环境友好。
3、 产物单一, 纯度高 (99 % 以上) 。
具体实施方式 下面通过具体实施例对本发明 N- 取代氨基甲酸乙酯的方法做详细的说明。
实施例一、 苯氨基甲酸乙酯的制备 (1) 雷福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 的制备 : 将锌粉 (0.50 g, 7.69 mmol) 和 四氢呋喃 (5 mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 加入 1,2- 二溴乙烷 (0.01 mL) , 加热至溶液微 沸后, 自然冷却至室温, 加入三甲基氯硅烷 (0.01 mL) , 搅拌 15 分钟, 加入溴乙酸乙酯 (1.26 g, 7.57 mmol) , 氮气保护下在 45℃反应 10 小时, 锌粉反应完全, 得到雷福尔马茨基试剂, 产 率 95% 以上。
(2) 苯氨基甲酸乙酯的制备 : 将苯基异氰酸酯 (0.30 g, 2.48 mmol) 和四氢呋喃 (5 mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 再缓慢滴加溴化锌基乙酸乙酯 (2.48 mmol) , 氮气保护下
在 40℃反应 8 小时, TLC 检测原料消失, 用饱和氯化铵溶液 (5 mL) 淬灭反应, 乙醚 (3×40 mL) 萃取有机相, 无水硫酸镁干燥有机溶剂, 过滤, 蒸干溶剂后柱层析 (乙酸乙酯∶石油醚 = 1 ∶ 5) , 得白色固体即为苯氨基甲酸乙酯 (0.31g, 1.86 mmol) , 产率 75 %。熔点 : 47-48℃。
其各性能指标或表征数据如下 : 1 H NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 7.38 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.30 (t, J = 8.0 Hz, 2 H), 7.06 (t, J = 7.2 Hz, 1 H), 6.59 (br, 1 H), 4.23 (q, J = 7.2 Hz, 2 H), 1.31 (t, J = 7.2 Hz, 3 H); 13C NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 153.6, 137.9, 129.0, 123.3, 118.6, 61.2, 14.5; HRMS (ES+) calcd. for C9H11NO2 (M+H) 166.0866, found 166.0863。
实施例二、 3- 硝基苯氨基甲酸乙酯的制备 (1) 雷福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 的制备 : 同实施例一。
(2) 3- 硝基苯氨基甲酸乙酯的制备 : 将 3- 硝基苯基异氰酸酯 (0.41 g, 2.48 mmol) 和四氢呋喃 (5 mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 再缓慢滴加溴化锌基乙酸乙酯 (4.96 mmol) , 氮气保护下在 40℃反应 8 小时, TLC 检测原料消失, 用饱和氯化铵溶液 (5mL) 淬灭反应, 乙 醚 (3×40 mL) 萃取有机相, 用无水硫酸镁干燥有机溶剂, 过滤, 蒸干溶剂后柱层析 (乙酸乙 酯∶石油醚 = 1 ∶ 5) , 得淡黄色固体 (0.40 g, 1.91 mmol) 即为目标产物, 产率 77 %。熔 点: 68-70℃。
其各性能指标或表征数据如下 : 1 H NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 8.31 (t, J = 2.0 Hz, 1 H), 7.91 (d, J = 8.4 Hz, 1 H), 7.76 (d, J = 8.0 Hz, 1 H), 7.47 (t, J = 8.0 Hz, 1 H), 6.99 (br, 1 H), 4.27 (q, J = 7.2 Hz, 2 H), 1.33 (ddd, J = 7.2, 1.2 Hz, 3 H); 13C NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 153.3, 148.6, 139.2, 129.8, 124.1, 117.9, 113.2, 61.8, 14.4。
实施例三、 4- 氯苯氨基甲酸乙酯的制备 (1) 雷福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 的制备 : 同实施例一。
(2) 4- 氯苯氨基甲酸乙酯的制备 : 将 4- 氯苯基异氰酸酯 (0.38 g, 2.48 mmol) 和 四氢呋喃 (5 mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 再缓慢滴加溴化锌基乙酸乙酯 (7.20 mmol) , 氮 气保护下在 45℃反应 10 小时, TLC 检测原料消失, 用饱和氯化铵溶液 (5 mL) 淬灭反应, 乙 醚 (3×40 mL) 萃取有机相, 用无水硫酸镁干燥有机溶剂, 过滤, 蒸干溶剂后柱层析 (乙酸乙 酯∶石油醚 = 1 ∶ 5) , 得白色固体 (0.35 g, 1.74 mmol) 即为目标产物, 产率 70 %。熔点 : 71-73℃。
其各性能指标或表征数据如下 : 1 H NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 7.34-7.25 (m, 4 H), 6.65 (br, 1 H), 4.22 (q, J = 7.2 Hz, 2 H), 1.31 (t, J = 7.2 Hz, 3 H); 13C NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 153.4, 136.5, 129.0, 128.3, 119.8, 61.4, 14.5; HRMS (ES+) calcd. for C9H10ClNO (M+H) 200.0473, found 200.0475。
实施例四、 4- 甲基苯氨基甲酸乙酯的制备 (1) 雷福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 的制备 : 同实施例一。
(2) 4- 甲基苯氨基甲酸乙酯的制备 : 将 4- 甲基苯基异氰酸酯 (0.33 g, 2.48mmol) 和四氢呋喃 (5 mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 再缓慢滴加溴化锌基乙酸乙酯 (7.20 mmol) , 氮气保护在 45℃下反应 12 小时, TLC 检测原料消失, 用饱和氯化铵溶液 (5 mL) 淬灭 反应, 乙醚 (3×40 mL) 萃取有机相, 用无水硫酸镁干燥有机溶剂, 过滤, 蒸干溶剂后柱层析 (乙酸乙酯∶石油醚 = 1 ∶ 5) , 得白色固体 (0.32 g, 1.81 mmol) 即为目标产物, 产率 73 %。 熔点 : 48-50℃。
其各性能指标或表征数据如下 : 1 H NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 7.26 (d, J = 8.8 Hz, 2 H), 7.10 (d, J = 8.8 Hz, 2 H), 6.62 (br, 1 H), 4.21 (q, J = 7.2 Hz, 2 H), 2.30 (s, 3 H), 1.30 (t, J = 7.2 Hz, 3 H); 13C NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 153.7, 135.3, 132.8, 129.5, 118.7, 61.1, 20.7, 14.5; HRMS (ES+) calcd. for C10H13NO2 (M+H) 180.1019, found 180.1015。
实施例五、 4- 甲氧基苯氨基甲酸乙酯的制备 (1) 雷福尔马茨基试剂 (溴化锌基乙酸乙酯) 的制备 : 同实施例一。
(2) 4- 甲氧基苯氨基甲酸乙酯的制备 : 将 4- 甲氧基苯基异氰酸酯 (0.37 g, 2.48 mmol) 和四氢呋喃 (5mL) 加入到 50 mL 的两口瓶中, 再缓慢滴加溴化锌基乙酸乙酯 (9.92 mmol) , 氮气保护下在 45℃反应 12 小时, TLC 检测原料消失, 用饱和氯化铵溶液 (5 mL) 淬灭 反应, 乙醚 (3×40 mL) 萃取有机相, 用无水硫酸镁干燥有机溶剂, 过滤, 蒸干溶剂后柱层析 (乙酸乙酯∶石油醚 = 1 ∶ 5) , 得白色固体 (0.37 g, 1.88 mmol) 即为目标产物, 产率 76 %。 熔点 : 62-63℃。
其各性能指标或表征数据如下 : 1 H NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 7.28 (t, J = 8.0 Hz, 2 H), 6.84 (d, J = 8.0 Hz, 2 H), 6.57 (br, 1 H), 4.21 (q, J = 7.2 Hz, 2 H), 3.78 (s, 3 H), 1.29 (t, J = 7.2 Hz, 3 H); 13C NMR (CDCl3, 400 MHz), δ (ppm): 155.8, 154.0, 131.0, 120.6, 114.2, 61.0, 55.4, 14.5; HRMS (ES+) calcd. for C10H13NO3 (M+H) 196.0968, found 196.0972。7