环丁腈的合成与应用

介绍

环丁腈的化学式为C5H7N，外观为白色固体。它的分子结构中含有腈和环丁烷结构。

图一 环丁腈

合成

将80克（799毫摩尔）环丁烷羧酸在250毫升二氯甲烷中的溶液回流。缓慢滴加115.6g（819毫摩尔）氯磺酰异氰酸酯。在添加结束后一小时继续回流，直到CO2完全释放。然后将反应混合物冷却至10°C。在15分钟内，将119.6 g（1638毫摩尔）N，N-二甲基甲酰胺滴入其中，然后在室温下搅拌1/4小时。然后，将混合物倒入冰水中，然后用二氯甲烷提取。用水洗涤有机相，用Na2SO4干燥，并在真空下浓缩。蒸馏残余物得到43.5g（产率=66.5%）无色液体[1]。

图二 环丁腈的合成

应用

环丁腈可与卤代氟吡啶发生SNAr反应，这是合成功能化吡啶的关键步骤。研究人员以2-氟-5-溴吡啶和环丁腈为起始原料，对反应条件进行优化，如改变溶剂、碱和反应温度等，最终使目标产物1- (5-溴吡啶-2-基) 环丁烷-1-甲腈的产率提高到66% 。优化后的反应条件为底物（1.00 mol）和卤代芳基化合物1.00 mol）溶解在THF（1.5 L）中，在氩气氛围下冷却至 - 20°C，滴加 2 M NaHMDS（510 mL，1.02 mol），保持温度为-20 至-5°C，搅拌过夜后用饱和氯化铵水溶液淬灭反应。

反应的底物拓展及产物：该反应对多种（杂）脂肪腈和卤代吡啶具有良好的适用性。环丁腈参与反应时，可得到不同取代基的吡啶衍生物。改变卤代吡啶的卤原子（如从溴换成氯或碘）或吡啶环上的取代模式，反应均能以中等至良好的产率得到相应产物，如1- (4-氯吡啶-2-基) 环丁烷-1-甲腈、1- (4-碘吡啶-2-基) 环丁烷-1-甲腈等 。反应还展现出良好的区域选择性，如与2,3 - 或 2,5 - 二氟吡啶反应时，主要生成α-取代产物[2]。

参考文献

[1]Current Patent Assignee: LIPHA - US5387709, 1995, A.

[2]Sierov, Dmytro I.; Dzhulai, Illia V.; Siryk, Kateryna I.; Shvydenko, Kostiantyn V.; Shvydenko, Tetiana I.; Nazarenko, Kostiantyn; Kostyuk, Aleksandr; Liashuk, Oleksandr S.; Grygorenko, Oleksandr O. [European Journal of Organic Chemistry, 2023, vol. 26, # 34, art. no. e202300538]