本发明化学合成领域，具体地本发明涉及己二腈、己二酸酯及其衍生物的制备方法。
背景技术：
1、尼龙-66是一种高强度、高耐受性的聚酰胺材料，在纺织业、工程设备、器件加工等领域有广泛的应用。己二腈是工业生产尼龙-66时所需要的重要中间体，作为上游原料，需求量巨大。己二腈的传统合成方法有丁二烯的氰化法、丙烯腈的电解氢化二聚法和己二酸的还原氨化法，这三种方法虽然原料简单易得，但使用了剧毒或易爆气体，且需要高温高压驱动，具有潜在的危险性。最近也有利用过渡金属(钴、铑、铁等)催化生物质原料合成己二腈的方法，虽然符合可持续发展的理念，但实际的工艺流程复杂且成本较高，难以大规模应用。
2、己二酸酯及其衍生物常应用于香精和增塑剂的制作，也是有机合成中的重要中间体。其传统合成方法是以己二酸和对应的醇为原料，在酸的催化下发生酯化得到己二酸酯，但这一方法的能耗较高且污染严重。在过渡金属的催化下，以丙烯酸酯为原料、氢气作为还原剂进行还原偶联反应，也可以合成己二酸酯，但易爆性气体的使用让工艺流程复杂化。
3、合成己二腈与己二酸酯及其衍生物的途径仍需进一步改进，温和绿色的合成方法有待开发。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种利用简单易得的丙烯腈和丙烯酸酯及其衍生物为原料、水作为氢源、可见光代替传统的高温高压条件、操作简便且高效的制备己二腈、己二酸酯及其衍生物的方法。
2、在本发明的第一方面，本发明提出了一种制备式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括下述步骤：在铱催化剂、还原剂和水存在的条件下，分别使式(iv)、式(v)或式(vi)所示化合物进行光催化反应，得到式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物，
3、
4、r为羟基、氨基、烷氧基、-o-芳基、-o-杂芳基、烷基、芳基或杂芳基。根据本发明实施例的方法科学合理，所用的原料简单易得，且利用水作为氢源，在常温常压下实现了目标产物的一步合成，而且还具有操作简便、合成产率高、产品易于纯化等特点。
5、根据本发明的实施例，上述方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
6、根据本发明的实施例，r为羟基、氨基、c1-6烷氧基、c1-6烷氨基、-o-c6-12芳基、-o-c5-12杂芳基、c1-6烷基、c6-12芳基或c5-12杂芳基。
7、根据本发明的实施例，r为羟基、氨基、c1-3烷氧基、c1-3烷氨基、-o-苯基、-o-c5-6杂芳基、c1-3烷基、苯基或c5-6杂芳基。
8、根据本发明的实施例，r为羟基、氨基、叔丁氧基、-o-苯基、n,n-二甲氨基、正戊基、甲基、乙基、正丙基或异丙基。
9、根据本发明的实施例，式(ii)所示化合物为己二酸、己二酰二胺、己二酸二叔丁酯、己二酸二苯酯、n,n,n',n'-四甲基己二酰二胺或6,11-十六烷二酮。
10、根据本发明的实施例，所述式(iv)所示化合物为丙烯酸、丙烯酰胺、丙烯酸叔丁酯、丙烯酸苯酯、n,n-二甲基丙烯酰胺或1-辛烯-3-酮。
11、根据本发明的实施例，所述铱催化剂为[4,4′-双(1,1-二甲基乙基)-2,2′-联吡啶n1,n1']双[3,5-二氟-2-[5-(三氟甲基)-2-吡啶基n]苯基-c]六氟磷酸铱(iii)(即ir[df(cf3)ppy]2(dtbbpy)pf6)。根据本发明的实施例，该铱催化剂的催化效率更高。
12、根据本发明的实施例，所述还原剂为三芳基膦。根据本发明的实施例，该还原剂条件下不需要再加入其他催化剂。
13、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂和水的用量比为0.2(mmol)：(0.002-0.004)(mmol)：(0.15-0.20)(mmol)：(0.3-1)(ml)。发明人发现，该用量比条件下催化效率高。
14、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂和水的用量比为0.2(mmol)：0.004(mmol)：0.2(mmol)：1(ml)。根据本发明的实施例，该比例下催化效率更高。
15、根据本发明的实施例，所述光催化反应是在溶剂中进行的。
16、根据本发明的实施例，所述溶剂为乙腈。发明人发现，采用其他溶剂比如二甲亚砜或n,n-二甲基甲酰胺，其催化反应效果非常差。发明人另外还发现乙腈的优势在于：1、在有机溶剂中，乙腈被认为是一种低毒的绿色溶剂，且沸点低，易除去，便于后续的处理操作；2、根据本发明实施例的反应是光引发的氧化还原反应，其中铱催化剂和三芳基膦的氧化还原电位与溶剂类型是有关的，在乙腈中反应时，二者的氧化还原电位是非常匹配的。
17、根据本发明的实施例，所述溶剂为经过无水处理的溶剂。
18、根据本发明的实施例，所述光催化反应是在氮气气氛下进行的。
19、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：(0.002-0.004)(mmol)：(0.15-0.20)(mmol)：(0.3-1)(ml)：(1-3)(ml)。
20、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：0.004(mmol)：0.2(mmol)：1(ml)：(1-3)(ml)。
21、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：0.004(mmol)：0.2(mmol)：1(ml)：1(ml)。
22、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：0.004(mmol)：0.2(mmol)：1(ml)：2(ml)。
23、根据本发明的实施例，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：0.004(mmol)：0.2(mmol)：1(ml)：3(ml)。
24、根据本发明的实施例，所述光催化反应的反应温度为20℃-50℃。发明人发现，该温度下反应效果高且不会增加额外的能耗。
25、根据本发明的实施例，所述光催化反应的光照波长405nm-455nm。发明人发现，该波长范围内，反应效果佳。
26、根据本发明的实施例，所述光催化反应的光照波长为425nm。
27、根据本发明的实施例，所述光催化反应的光照强度为5w-30w。发明人发现，若低于这个强度，反应会变慢，所需的反应时间要更长；若高于这个强度，对光源的要求更苛刻，且高功率的灯会有更为严重的放热，对设备的散热需求更严苛。
28、根据本发明的实施例，所述反应的反应时间为20小时-48小时。发明人发现，若低于这个时间，原料转化率会下降，导致最终产率下降；而这个时间范围内已经足以让所述的反应完成，延长时间不是必须的。
29、根据本发明的实施例，所述光催化反应是通过如下反应进行的：
30、1)将铱催化剂和还原剂依次加入反应器中，然后通过抽换气，使得反应器处于氮气气氛下；
31、2)往氮气气氛下的反应器中依次加入乙腈、水和式(iv)、式(v)或式(vi)所示化合物，之后将反应器形成密封条件；
32、3)将密封条件下的反应器在温度为20℃-50℃、光照波长为425nm光照强度为5w-30w的条件下反应时间为20小时-48小时。
33、在本发明的另一方面，本发明还提出了一种制备式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物的方法。根据本发明的实施例，所述方法包括下述步骤：在铱催化剂、还原剂和水存在的条件下，分别使式(iv)、式(v)或式(vi)所示化合物在乙腈中进行光催化反应，得到式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物，
34、
35、r为羟基、氨基、叔丁氧基、-o-苯基、n,n-二甲氨基、正戊基、甲基、乙基、正丙基或异丙基；
36、所述铱催化剂为[4,4′-双(1,1-二甲基乙基)-2,2′-联吡啶n1,n1']双[3,5-二氟-2-[5-(三氟甲基)-2-吡啶基n]苯基-c]六氟磷酸铱(iii)；
37、所述还原剂为三芳基膦；
38、所述式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂、水和乙腈的用量比为0.2(mmol)：(0.002-0.004)(mmol)：(0.15-0.20)(mmol)：(0.3-1)(ml)：(1-3)(ml)；
39、所述光催化反应的反应温度为20℃-50℃；
40、所述光催化反应的光照波长为405nm-455nm；
41、所述光催化反应的光照强度为5w-30w；
42、所述反应的反应时间为20小时-48小时。根据本发明实施例的方法科学合理，所用的原料简单易得，且利用水作为氢源，在常温常压下实现了目标产物的一步合成，而且还具有操作简便、合成产率高、产品易于纯化等特点。
43、根据本发明的实施例，上述方法还可以进一步包括如下附加技术特征至少之一：
44、根据本发明的实施例，所述光催化反应采用水进行淬灭。根据本发明的实施例，更环保。
45、根据本发明的实施例，所述方法还包括对得到的式(i)、式(ii)或式(iii)所示化合物依次进行下述纯化的步骤：萃取、洗涤、干燥、浓缩和柱层析。
46、根据本发明的实施例，所述萃取是以二氯甲烷为萃取剂进行的。
47、根据本发明的实施例，所述洗涤包括水洗两次和饱和食盐水洗一次。
48、根据本发明的实施例，所述干燥是以无水硫酸镁或无水硫酸钠为干燥剂进行的。
49、根据本发明的实施例，所述柱层析的固定相为氧化硅。
50、根据本发明的实施例，所述柱层析是在洗脱剂的条件下进行的。
51、根据本发明的实施例，所述洗脱剂为二氯甲烷与甲醇的体积比为5-20：1的混合溶剂。
52、根据本发明的实施例，所述洗脱剂为饱和烷烃与乙酸乙酯的体积比为1-10：1的混合溶剂。
53、根据本发明的实施例，所述饱和烷烃优选石油醚、正己烷或正戊烷。
54、术语和定义
55、除非另有说明，用于本发明申请，包括本技术说明书和权利要求书中记载的术语和定义如下。
56、本发明的某些化合物可以具有不对称碳原子(光学中心)或双键。外消旋体、非对映异构体、几何异构体和单个的异构体都包括在本发明的范围之内。
57、本文中消旋体、ambiscalemic and scalemic或者对映体纯的化合物的图示法来自maehr,j.chem.ed.1985,62:114-120。除非另有说明，用楔形键和虚线键表示一个立体中心的绝对构型。当本文所述化合物含有烯属双键或其它几何不对称中心，除非另有规定，它们包括e、z几何异构体。同样地，所有的互变异构形式均包括在本发明的范围之内。
58、本发明的化合物可以存在特定的几何或立体异构体形式。本发明设想所有的这类化合物，包括顺式和反式异构体、(-)-和(+)-对对映体、(r)-和(s)-对映体、非对映异构体、d-异构体、l-异构体，及其外消旋混合物和其他混合物，例如对映异构体或非对映体富集的混合物，所有这些混合物都属于本发明的范围之内。烷基等取代基中可存在另外的不对称碳原子。所有这些异构体以及它们的混合物，均包括在本发明的范围之内。
59、可以通过的手性合成或手性试剂或者其他常规技术制备光学活性的(r)-和(s)-异构体以及d-和l-异构体。如果想得到本发明某化合物的一种对映体，可以通过不对称合成或者具有手性助剂的衍生作用来制备，其中将所得非对映体混合物分离，并且辅助基团裂开以提供纯的所需对映异构体。或者，当分子中含有碱性官能团(如氨基)或酸性官能团(如羧基)时，与适当的光学活性的酸或碱形成非对映异构体的盐，然后通过本领域所公知的分步结晶法或色谱法进行非对映异构体拆分，然后回收得到纯的对映体。此外，对映异构体和非对映异构体的分离通常是通过使用色谱法完成的，所述色谱法采用手性固定相，并任选地与化学衍生法相结合(例如由胺生成氨基甲酸盐)。
60、本发明的化合物可以在一个或多个构成该化合物的原子上包含非天然比例的原子同位素。例如，可用放射性同位素标记化合物，比如氚(3h)，碘-125(125i)或c-14(14c)。本发明的化合物的所有同位素组成的变换，无论放射性与否，都包括在本发明的范围之内。
61、前缀“cu-cv”表示接下来的基团具有从u至v个碳原子。例如，“c1-c6烷基”表示该烷基具有1至6个碳原子。
62、术语“c1-c6烷基”应理解为表示具有1、2、3、4、5或6个碳原子的直链或支链饱和一价烃基。所述烷基是例如甲基、乙基、丙基、丁基、戊基、己基、异丙基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、2-甲基丁基、1-甲基丁基、1-乙基丙基、1,2-二甲基丙基、新戊基、1,1-二甲基丙基、4-甲基戊基、3-甲基戊基、2-甲基戊基、1-甲基戊基、2-乙基丁基、1-乙基丁基、3,3-二甲基丁基、2,2-二甲基丁基、1,1-二甲基丁基、2,3-二甲基丁基、1,3-二甲基丁基或1,2-二甲基丁基等或它们的异构体。特别地，所述基团具有1、2或3个碳原子(“c1-c3烷基”)，例如甲基、乙基、正丙基或异丙基。
63、术语“烷氧基”是指通过氧桥连接的具有所示碳原子数的以上定义的烷基。烷氧基的实例包括，但不限于甲氧基、乙氧基、正丙氧基、异丙氧基、正丁氧基、仲丁氧基、叔丁氧基、正戊氧基和仲戊氧基。
64、术语“c1-6烷氧基”应理解为-o-(c1-6烷基)，其中“c1-6烷基”具有上述定义。
65、术语“烷氨基”是指通过氮桥连接的具有所示碳原子数的以上定义的烷基。烷氨基的实例包括，但不限于甲基氨基、乙基氨基、正丙基氨基、异丙基氨基、正丁基氨基、仲丁基氨基、叔丁基氨基、正戊基氨基和仲戊基氨基。
66、术语“c1-6烷氨基”应理解为-nrarb，其中ra和rb分别独立的为c1-6烷基，其中“c1-6烷基”具有上述定义。
67、术语“芳基”应理解为任何稳定的6-10元单环或双环芳香族基团，例如：苯基、萘基、四氢萘基、2,3-二氢化茚基或联苯基等。
68、术语“杂芳基”是指至少1个环上的碳原子被选自氮、氧或硫的杂原子置换所形成的芳香环基团，其可为5-12元杂芳基，优选的，可为5-7元单环结构或7-12元双环结构，优选5-6元杂芳基。例如：吡啶基、嘧啶基、哒嗪-3(2h)-酮基、呋喃基、噻吩基、噻唑基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、恶唑基、异恶唑基、1,2,5-恶二唑基、1,2,4-恶二唑基、1,2,4-三氮唑基、1,2,3-三氮唑基、四氮唑基、吲唑基、异吲唑基、吲哚基、异吲哚基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并[d][1,3]二氧戊环基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、喹啉基、异喹啉基、喹唑啉基等。
1.一种制备式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物的方法，其特征在于，包括下述步骤：在铱催化剂、还原剂和水存在的条件下，分别使式(iv)、式(v)或式(vi)所示化合物进行光催化反应，得到式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物，
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，r为羟基、氨基、c1-6烷氧基、c1-6烷氨基、-o-c6-12芳基、-o-c5-12杂芳基、c1-6烷基、c6-12芳基或c5-12杂芳基；
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，式(ii)所示化合物为己二酸、己二酰二胺、己二酸二叔丁酯、己二酸二苯酯、n,n,n',n'-四甲基己二酰二胺或6,11-十六烷二酮；
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述铱催化剂为[4,4′-双(1,1-二甲基乙基)-2,2′-联吡啶n1,n1']双[3,5-二氟-2-[5-(三氟甲基)-2-吡啶基n]苯基-c]六氟磷酸铱(iii)。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述还原剂为三芳基膦。
6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，式(iv)或式(v)或式(vi)所示化合物、铱催化剂、还原剂和水的用量比为0.2(mmol)：(0.002-0.004)(mmol)：(0.15-0.20)(mmol)：(0.3-1)(ml)；
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，所述光催化反应的反应温度为20℃-50℃；
8.一种制备式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物的方法，其特征在于，包括下述步骤：在铱催化剂、还原剂和水存在的条件下，分别使式(iv)、式(v)或式(vi)所示化合物在乙腈中进行光催化反应，得到式(ⅰ)、式(ⅱ)、或式(iii)所示化合物，
9.根据权利要求1-8任一项所述的方法，其特征在于，所述光催化反应采用水进行淬灭；
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述柱层析的固定相为氧化硅；
