一种合成2,5-二甲基-N-芳基吡咯化合物的方法

本发明属于医药化工，具体涉及一种合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯化合物的方法。

背景技术：

1、n-芳基吡咯是一类重要的氮杂环化合物，广泛应用于医药、农药、精细化学品等的合成。因此，开发经济高效、过程安全、环境友好、操作简单的n-芳基吡咯合成方法具有重要价值。目前合成n-芳基吡咯化合物多采用paal-knorr法，即以1,4-二酮类化合物与伯胺为原料，经缩合反应制得n-芳基呲咯。更经济高效的方法是以1,4-二酮类化合物的前体化合物(如呋喃类化合物)或伯胺的前体化合物(如硝基芳烃)为原料，采用一锅法制备n-芳基呲咯。

2、cn111574424a公开了一种以呋喃化合物和芳香胺为原料,在固体路易斯酸催化剂(hf/sba-15)的催化作用下反应生成n-芳基吡咯化合物。文献[acs catal.2017,7,959]中也报道了在固体酸h型沸石y催化剂作用下，苯胺与呋喃在温和条件下缩合制备n-芳基吡咯化合物。但芳香胺在高温下极不稳定，易发生副反应，且中国专利cn111574424a在催化剂制备过程中使用了强酸(盐酸)为混合溶剂，污染较大，且酸易残留。而质子酸型催化剂在使用过程中会出现易失活，耐水性差和对反应器产生腐蚀等问题。cn116574043a提出了在氢气气氛下，以生物质2,5-己二酮和硝基苯为原料合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯，但2,5-己二酮原料成本高，对酸敏感官能团的底物不适用，且反应时间较长。目前还未见同时选择1,4-二酮类化合物与伯胺类化合物的前体化合物为原料，一锅法合成n-芳基吡咯化合物的研究报道。

技术实现思路

1、针对上述问题，本发明的目的在于提供一种合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯化合物的方法。

2、具体的技术方案如下：

3、一种合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯化合物的方法，包括如下步骤：将原料硝基芳烃、2,5-二甲基呋喃、甲酸和溶剂加入高压反应釜中，以甲酸作为氢源，并加入非贵金属多功能催化剂，通入氮气吹扫，一锅法制备得到2,5-二甲基-n-芳基吡咯，其反应方程式如下：

4、

5、式中，苯环上的h被取代基r取代或不取代，取代时，取代基r为烷基、烷氧基或卤素；

6、所述非贵金属多功能催化剂包括金属-有机骨架材料zif-l衍生的掺氮碳基载体nc和嵌入nc上的金属co和元素si，记为co@nsic催化剂。

7、本发明采用非贵金属多功能催化剂中的co为非贵金属，是催化剂中主要的加氢活性位点；元素si的引入不仅可以提供一种lewis酸性位点，促进2,5-二甲基呋喃的开环，还可以抑制co元素的聚集，使得co元素分散度高，尺寸小，比表面积大，从而提高了多功能催化剂的活性。zif-l经过高温煅烧后在金属表面形成的石墨层有利于提高催化剂的稳定性。

8、掺氮碳基载体具有较大的比表面积和孔体积，使得金属可以均匀地分散在载体上；同时掺氮碳基载体表面具有丰富的孔道，可以促进反应物传质扩散，并限域或稳定有效活性成分金属co和元素si，从而提高催化剂的活性和稳定性。

9、反应结束后的后处理方法为：将反应液抽滤，滤饼为非贵金属多功能催化剂，回收再用；滤液经蒸馏除去溶剂，剩余物经柱层析分离，得到产物2,5-二甲基-n-芳基吡咯。

10、进一步地，非贵金属多功能催化剂中的金属co含量为5-15wt％，元素si的含量为0.5-10wt％。

11、合适的金属含量和si的含量使得催化剂具有良好的催化性能。当co的含量过低时，co加氢活性组分含量低，导致催化剂的加氢活性低，不利于硝基苯和中间体的加氢反应；si的含量过低时，lewis酸性低，不利于2,5-二甲基呋喃的开环以及小尺寸金属颗粒的形成。

12、进一步地，硝基芳烃和2,5-二甲基呋喃的摩尔比为1:1-5，硝基芳烃与非贵金属多功能催化剂的质量比为1:0.01-0.5。

13、进一步地，溶剂为甲苯或四氢呋喃，溶剂的体积用量以硝基芳烃的质量比为10-50ml/g。

14、进一步地，反应温度为100-160℃，反应时间为6-12h，优选为130-150℃，反应10-12h。

15、进一步地，非贵金属多功能催化剂的制备方法包括如下步骤：将co盐和zn盐溶解于水中形成溶液a，将2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸溶解于水中形成溶液b，混合溶液a和溶液b，加入正硅酸乙酯，并在室温下搅拌4-6h，用水离心洗涤，然后置于100℃烘箱中干燥6-12h后研磨至粉末，自组装形成zif-l催化剂前体，最后在700-900℃的氮气气氛下煅烧2-4h，制备得到非贵金属多功能催化剂。

16、zif-l催化剂前体在惰性气体的高温煅烧下，金属可溶性盐高温分解并被被碳原位还原为金属co，形成小尺寸的活性金属颗粒，均匀分布在载体上，同时si与载体以共价键的形式连接。2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸会形成掺氮碳基载体，锌元素在高温下升华，从而在该载体中留下大量的孔道，以此增加了活性金属的比表面积，提高了底物的传质效能，从而高效合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯。

17、进一步地，co盐为六水合硝酸钴、醋酸钴或氯化钴，zn盐为六水合硝酸锌。

18、进一步地，co盐的质量与2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量之比为1:4-19。

19、进一步地，zn盐的质量与2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量之比为1:0.5-1，溶液a和溶液b混合后，反应液中的水以2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量计为13～16ml/g。

20、进一步地，正硅酸乙酯的用量以co盐的质量比为1.69-8.47ml/g。

21、本发明的有益效果在于：

22、1)本发明提供的非贵金属多功能催化剂，其前体物zif-l在室温下以水为溶剂即可合成，制备过程绿色环保，操作简单；

23、2)本发明以甲酸为氢源，在反应溶剂中，硝基芳烃和2,5-二甲基呋喃一锅法制备2,5-二甲基-n-芳基吡咯，2,5-二甲基-n-芳基吡咯收率可达97％以上，反应条件温和，绿色环保，产品收率高，工艺简单；

24、3)本发明的非贵金属多功能催化剂用量小，可回收再利用，生产成本低。

技术特征：

1.一种合成2,5-二甲基-n-芳基吡咯化合物的方法，其特征在于，包括如下步骤：将原料硝基芳烃、2,5-二甲基呋喃、甲酸和溶剂加入高压反应釜中，并加入非贵金属多功能催化剂，通入氮气吹扫，一锅法制备得到2,5-二甲基-n-芳基吡咯，其反应方程式如下：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，非贵金属多功能催化剂中的金属co含量为5-15wt％，元素si的含量为0.5-10wt％。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，硝基芳烃和2,5-二甲基呋喃的摩尔比为1:1-5，硝基芳烃与非贵金属多功能催化剂的质量比为1:0.01-0.5。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，溶剂为甲苯或四氢呋喃，溶剂的体积用量以硝基芳烃的质量比为10-50ml/g。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，反应温度为100-160℃，反应时间为6-12h，优选为130-150℃，反应10-12h。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，非贵金属多功能催化剂的制备方法包括如下步骤：将co盐和zn盐溶解于水中形成溶液a，将2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸溶解于水中形成溶液b，混合溶液a和溶液b，加入正硅酸乙酯，并在室温下搅拌4-6h，离心用水洗涤，然后置于100℃烘箱中干燥6-12h后研磨至粉末，最后在700-900℃的氮气气氛下煅烧2-4h，制备得到非贵金属多功能催化剂。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，co盐为六水合硝酸钴、醋酸钴或氯化钴，zn盐为六水合硝酸锌。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，co盐的质量与2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量之比为1:4-19。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，zn盐的质量与2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量之比为1:0.5-1，溶液a和溶液b混合后，反应液中的水以2-甲基咪唑和2-氨基对苯二甲酸的总质量计为13～16ml/g。

10.如权利要求6所述的方法，其特征在于，正硅酸乙酯的用量以co盐的质量比为1.69-8.47ml/g。

技术总结本发明公开了一种合成2,5‑二甲基‑N‑芳基吡咯化合物的方法，具体实施过程为将原料硝基芳烃、2,5‑二甲基呋喃、甲酸和溶剂加入高压反应釜中，并加入非贵金属多功能催化剂，通入氮气吹扫，一锅法制备得到2,5‑二甲基‑N‑芳基吡咯，所述非贵金属多功能催化剂包括金属‑有机骨架材料ZIF‑L衍生的掺氮碳基载体NC和嵌入NC上的金属Co和元素Si。本发明合成2,5‑二甲基‑N‑芳基吡咯的反应条件温和、产品收率高，2,5‑二甲基‑N‑芳基吡咯收率可达97％，操作简单、催化剂稳定性好，具有明显的生产优势。技术研发人员：刘迎新,王佳乐,陈诗怡,魏作君受保护的技术使用者：浙江工业大学技术研发日：技术公布日：2024/6/18