[发明专利]3-氰基吡啶衍生物及其制备和应用

说明书

一、技术领域

本发明属于医药中间体化合物的制备，具特别涉及从木质素为原料制备3-氰基吡啶衍生物。

二、背景技术

氰基吡啶作为吡啶的一个分支，是一种重要的有机化工原料，利用其氰基的化学活泼性，被广泛用于医药、农用化学品、食品/饲料添加剂、日用化学品、染料和其它中间体等合成，如合成烟酸，烟酰胺，异烟酸，异烟酰肼，吡蚜酮、烟酸铬、2-氯烟酸、毒莠啶等重要的化工产品；并且许多天然产物或合成的化合物中都含有该类结构，它们展示了广谱的生物活性[Zhou,J.F.;Gong,G.X.;Zhu,F.X.et al.Chin.Chem.Lett.,2009,20:37-39]，如抗菌、降血压、治疗心血管疾病、消炎等药物性能，其最近还被证明具有IKK-β的抑制活性[Mahesh,R.;Perumal,R.V.;Pandi，P.V.Bioorg.Med.Chem.Lett.,2004,14:5179~5181]，以及作为GPR54拮抗剂的功能[Kobayashi,T.;Sasaki,S.;Tomita,N.et al.Bioorg.Med.Chem.,2010,18:3841~3859]。近年来，其应用领域不断扩大，引起了广泛关注。氰基吡啶作为一种重要的精细化学品，具有良好的市场潜力和发展前景。目前氰基吡啶主要以石油化工原料甲基吡啶为原料通过氨氧化法合成[CN101602722A]。原料的转化率和摩尔收率都偏低，生产成本偏高，而且目前石化资源价格飞涨，也进一步助推了生成成本的增加，更重要的是石化资源带来的环境污染问题也日趋严重。因此，研究一种新型高效而且绿色的合成氰基吡啶的方法已成为一种迫切需求。

为了缓解未来能源与环境的双重压力，世界各国都十分重视可再生资源，特别是生物质资源的开发利用，生物质资源作为石油煤炭等化石资源的理想替代品已引起了全球的广泛重视。生物质资源既可作为能源，也可加工成化学品。因此，如何有效地将生物质资源转换为能源和化学品是当前研究的热点之一。植物生物质是生物质资源中的重要组成，其主要成分是纤维素、半纤维素和木质素。其中纤维素和半纤维素是制造燃料酒精、发酵产品以及造纸原料，而木质素作为一种非纤维化合物除了少数的工业应用外大部分被当作工业废弃物未得到高效利用，将生物质废物木质素转变成高附加值的精细化工产品是提高生物质利用效率的一个经济环保的好方法。多年来，科研工作者利用各种手段和方法对木质素的化学结构进行了大量的研究，一般认为，木质素基本上都是由苯丙烷基单元(C6～C3)经碳碳键和碳氧键相互连接和无规则偶合而成的，是一种具有三维空间结构的复杂无定型高聚物。其含有三种基本结构，分别为：愈创木基结构、紫丁香基结构和对羟基苯基结构。因此，木质素是制备芳香类化合物的理想原料[Yang，X.-H.；Zhang，P.-H.；Hu，L.-H.et al.Ind.Crop.Prod.2012，38：14-20；Yang，X.-H.；Zhang，P.-H.；Zhou，Y.-H.et al.Chin.J.Chem.2012，30，670-674；Yang，X.-H.；Zhang，P.-H.；Zhou，Y.-H.et al.ARKIVOC 2011，(x)，327-337]。

三、发明内容

为了解决现有技术存在的原料多为石化资源，木质素利用率低的问题，本发明提供了一种3-氰基吡啶衍生物及其制备和应用，利用生物资源木质素合成具有高附加值的3-氰基吡啶衍生物，原料低廉易得。

本发明的技术方案为：一种3-氰基吡啶衍生物，所述的结构式为：

；其中R₁和R₂为-H或-OMe；R₃为-H、-Me或-Ph；R₄为中的任意一种，以木质素为原料选择性氧化制备得到芳香醛混合物，精馏分离所得的芳香醛混合物得到单一的芳香醛，然后再利用一锅四组分反应以芳香酮、单一的芳香醛、丙二腈和乙酸铵为原料生成3-氰基吡啶衍生物。

所述的单一的芳香醛为香草醛、紫丁香醛或对羟基苯甲醛中的任意一种。

所述的芳香酮为苯丙酮、4-氯苯丙酮、二苯乙酮、苯乙酮、4-氯苯乙酮、4-溴苯乙酮、4-羟基苯乙酮、4-羟基-3-甲氧基苯乙酮中的任意一种。

制备所述的3-氰基吡啶衍生物的方法，以木质素为原料选择性氧化制备得到芳香醛混合物，精馏分离所得的芳香醛混合物得到单一的芳香醛，然后再利用一锅四组分反应以芳香酮、单一的芳香醛、丙二腈和乙酸铵为原料生成3-氰基吡啶衍生物。