一种(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的电化学制备方法
技术领域
1.本发明属于有机电化学合成领域，涉及(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的制备方法，具体涉及一种(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的电化学制备方法。
背景技术：
2.有机腈类化合物具有广谱的生物活性，广泛存在于医药，农药和天然产物中，是药物合成、材料科学和精细化学品中的重要组成部分。同时，氰基官能团是有机合成中一种重要的多功能官能团，它可以作为多种官能团的前体，例如可以用于醛、酮、胺、脒、酰胺和杂环的转换，在有机合成中具有重要的应用价值。现有的合成有机腈类化合物的方法主要有以下几种：(1)过渡金属催化的c-h氰基化反应，但是此类方法通常需要使用化学计量的具有毒性的金属氰化物(如：tmscn，kcn和cucn等)作为氰基源；(2)通过使用亲电性的cn
试剂作为氰基源的c-h氰基化反应，如使用5-(氰基)二苯并噻吩三氟甲磺酸盐作为氰基源制备3-氰基吲哚类化合物(5-(cyano)dibenzothiophenium triflate:asulfur-based reagent for electrophilic cyanation and cyanocyclizations.angew.chem.int.ed. 2019,58,9496
–
9500)，但是该类方法需要预制备氰基化试剂或者使用过量的碱；此外， nh4i/dmf,nh4hco3/dmso,tmeda/(nh4)2co3)也被报道作为氰基源合成有机腈类化合物，但该类方法也需要使用过量的氧化剂和反应在较高的温度下进行。将简单烷基腈(比如乙腈)引入到目标分子中以合成一些复杂的有机腈类化合物，除了具有原子经济性以及绿色环保的特性外，还为进一步修饰分子，合成各类活性化合物提供了便捷方式。但目前报道的此类方法中往往需要使用金属催化剂、化学氧化剂或较高的反应温度。因此，开发一种绿色高效的合成有机腈类化合物的方法具有重要的意义。
3.另外，溴代物作为一种常见的有机合成中间体，在有机合成上也有着重要的应用，其在过渡金属催化剂催化下可直接与烯烃、末端炔烃、胺、卤代芳烃和有机金属化合物等发生一系列的偶联反应(如：ullmann反应、heck反应、negishi反应和stille反应)形成 c-c键以及c-杂键。溴原子能够有效地改变化合物的空间结构，从而改变化合物的物理性质、化学性质和生理活性，使溴化物具有一些功能性用途。在药物分子中引入溴原子，可以改进其性能：溴代烃类药物具有抑菌能力强、杀菌效果好、稳定性好、毒性低、对皮肤无刺激性、无腐蚀性、能抑制与癌症有关的微管蛋白的组装、能抑制和糖尿病并发症有关的醛糖还原酶以及与气喘有关的脂肪转化酶等诸多优点。而且许多含溴化合物都有着优异的阻燃性能，可以用来生产阻燃剂。因此，溴代物在医药、阻燃剂、农药、燃料等精细化工产品的生产上的作用不容小觑。然而，制备溴代物的方法通常是卤素与有机物发生亲电取代反应。但该方法存在着较多缺点：卤素毒性较大，危险系数较高；产生的卤化氢易腐蚀金属设备；原子利用率低；选择性较差等。针对这些缺点，科学家们做了进一步改良，如用nbs。但仍旧存在不足：原子利用率较低；产生的丁二酰亚胺副产物较难除去。有科学家受酶催化的氧化溴化反应启发，用卤化氢和一些氧化剂合用进行芳烃的溴代反应，但该反应体系较复杂且需要使用昂贵的氧化剂。
4.(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈不仅兼具上述两类化合物的官能团结构——溴原子和氰基，同时该类化合物自身含有的双键和氨基等官能团在有机合成上均具有较大的应用价值。但目前关于(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的合成工作尚未见报道。因此，开发一种简单且环保的方法来合成(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈具有十分重大的意义。
技术实现要素：
5.本发明提供了一种电化学条件下合成(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的制备方法。
6.本发明利用电化学有机合成手段，使用廉价且安全的正四丁基溴化铵作为溴源，乙腈作为氰基源，成功合成了(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈。该类化合物能够通过结构自身含有的氰基、溴原子、双键和氨基等官能团完成一系列的衍生转化，可以合成更多具有重要价值的化合物，除了具有原子经济性以及绿色环保的特性，还为进一步修饰分子，合成各类活性化合物提供了便捷方式，具有较大的合成应用价值。同时整个反应过程条件温和，简单易行，污染小，符合绿色化学的理念。
7.本发明的合成示意路线如下：
[0008][0009]
其中，cf3so3na为三氟甲磺酸钠，hfip为六氟异丙醇，acn为乙腈，electrolyte为电解质。
[0010]
本发明通过以下技术方案实现。
[0011]
一种(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的电化学制备方法，包括如下步骤：
[0012]
(1)在无隔膜的电解池中，加入四正丁基溴化铵和溶剂，随后加入硫叶立德试剂、三氟甲磺酸钠、电解质和六氟异丙醇；
[0013]
(2)向反应液中插入电极，室温下搅拌、通电反应，直到原料反应完全；
[0014]
(3)将反应液进行萃取、浓缩、分离提纯得到(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈。
[0015]
进一步地，步骤(1)所述硫叶立德试剂为2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮。
[0016]
进一步地，步骤(1)所述四正丁基溴化铵和硫叶立德试剂的摩尔比为1:2。
[0017]
进一步地，步骤(1)所述三氟甲磺酸钠和四正丁基溴化铵的摩尔比为3:1-4:1。
[0018]
优选地，步骤(1)所述三氟甲磺酸钠和四正丁基溴化铵的摩尔比为4:1。
[0019]
进一步地，步骤(1)所述电解质为四正丁基高氯酸铵、四正丁基四氟硼酸铵或四正丁基六氟磷酸铵。
[0020]
优选地，步骤(1)所述电解质为四正丁基高氯酸铵。
[0021]
进一步地，步骤(1)所述溶剂为乙腈。
[0022]
进一步地，步骤(1)所述电解质的物质的量和溶剂的体积比为0.1mmol/ml。
[0023]
进一步地，步骤(1)所述六氟异丙醇和四正丁基溴化铵的摩尔比为2:1-3:1。
[0024]
优选地，步骤(1)所述六氟异丙醇和四正丁基溴化铵的摩尔比为2:1。
[0025]
进一步地，步骤(2)所述电极为：碳棒阳极和铂片阴极。
[0026]
优选地，步骤(2)所述阳极为碳棒(d＝5mm)、所述阴极为10mm
×
15mm
×
0.1mm 铂片。
[0027]
进一步地，步骤(2)所述电极的阴极和阳极距离10mm。
[0028]
进一步地，步骤(2)所述通电反应的电流强度为5ma。
[0029]
进一步地，步骤(2)所述通电反应的时间为4-5h。
[0030]
优选地，步骤(2)所述通电反应的时间为5h。
[0031]
本发明具有如下优点和有益效果：
[0032]
(1)本发明通过电化学手段以清洁试剂-电子来促进反应，避免了使用化学计量的传统氧化剂，从而避免各种废弃物的排放，减少环境污染。
[0033]
(2)本发明所使用的电极为一般惰性电极，无需进行电极修饰，也不存在金属阳极消耗问题。
[0034]
(3)本发明不需要添加金属催化剂、化学氧化剂，从而有效地避免使用昂贵、有毒和对环境有害的添加剂，绿色环保，环境友好。
[0035]
(4)本发明条件温和，不需要高温，整个操作过程仅需要在传统的搅拌反应装置上通上直流电在室温下反应，简单易行，成本低。
[0036]
(5)本发明方法仅通过廉价易得的四正丁基溴化铵(溴源)和乙腈(氰基源)作为原料，整个反应过程条件温和，简单易行，污染小，符合绿色化学的理念。
附图说明
[0037]
图1为本发明实施例制备的目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的1h nmr图谱。
[0038]
图2为本发明实施例制备的目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的
13
c nmr图谱。
具体实施方式
[0039]
下面结合实施例及附图对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0040]
实施例1
[0041]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，70mg (0.4mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，34mg(0.2mmol)六氟异丙醇hfip以及171mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基高氯酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反应5h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率90％。
[0042]
本实施例的反应路线如下：
[0043][0044]
实施例2
[0045]
本实施例的反应路线与实施例1相同。
[0046]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，70mg (0.4mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，34mg(0.2mmol)六氟异丙醇hfip以及171mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基高氯酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反应4h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率78％。
[0047]
实施例3
[0048]
本实施例的反应路线与实施例1相同。
[0049]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，70mg (0.4mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，34mg(0.2mmol)六氟异丙醇hfip以及194mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基六氟磷酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反应5h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率32％。
[0050]
实施例4
[0051]
本实施例的反应路线与实施例1相同。
[0052]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，70mg (0.4mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，34mg(0.2mmol)六氟异丙醇hfip和165mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基四氟硼酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反应5h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率31％。
[0053]
实施例5
[0054]
本实施例的反应路线与实施例1相同。
[0055]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，70mg (0.4mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，51mg(0.3mmol)六氟异丙醇hfip和171mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基高氯酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反
应5h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率48％。
[0056]
实施例6
[0057]
本实施例的反应路线与实施例1相同。
[0058]
向5ml圆底瓶中加入33mg(0.1mmol)四正丁基溴化铵bu4nbr，5ml溶剂乙腈acn，然后加入40mg(0.2mmol)硫叶立德试剂2-(二甲基(氧代)-亚硫基)-1-苯乙烷-1-酮，53mg (0.3mmol)三氟甲磺酸钠cf3so3na，34mg(0.2mmol)六氟异丙醇hfip和171mg(0.1 mmol/ml)电解质四正丁基高氯酸铵。插入电极(碳棒作阳极，铂片作阴极)，直流电源供电5ma，搅拌反应5h。反应结束后，先通过旋转蒸发仪除去反应液的溶剂，再用乙酸乙酯(10ml
×
3)对粗产物进行萃取，合并有机层，饱和nacl溶液(20ml
×
1)水洗，无水na2so4干燥，减压蒸干，分离得到目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈，产率62％。
[0059]
以上实施例得到的目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的1h nmr图谱如图1所示，鉴定数据为：1h nmr(500mhz,cdcl3)δ4.95(s,2h),2.19(s,3h).
[0060]
以上实施例得到的目标产物(z)-3-氨基-2-溴丁-2-烯腈的
13
c nmr图谱如图2所示，鉴定数据为：
13
c nmr(126mhz,cdcl3)δ155.0,118.5,57.8,19.4.
[0061]
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。