1-甲基-4（精选9篇）
1-甲基-4 篇1
2,2,4,4 - 四甲基 - 1,3 - 环丁二醇( TMCD) 主要用于合成替代聚碳酸酯的高性能聚酯。采用TMCD合成的聚酯具有高耐热性和高透明度, 适用于高耐热瓶片、高档膜、片材、模塑制品、涂料等领域。传统聚酯 玻璃化转 变温度约 为85 ℃ ,不能完全满足耐高温的要求。采用TMCD合成的聚酯玻璃化转变温度在110 ~ 160 ℃,这就拓宽了聚酯的应用范围[1,2]。
目前,合成TMCD主要采用2,2,4,4 - 四甲基 - 1,3 - 环丁二酮( TMCB) 加氢的方法,加氢催化剂多为负载型催化剂。催化剂的载体为二氧化硅、氧化铝或硅铝混合物等,活性组分可以是镍、钌、钴、铯等中的1种或多种[3,4,5,6,7,8,9]。贵金属负载型催化剂虽活性很高,但成本亦较贵。铜基催化剂对于羰基加氢有很好的选择性,广泛用于酯类、酮类加氢反应中。
本工作以成本较低的铜、锌为活性组分,采用共沉淀法制备出铜基催化剂Cu O - Zn O Al2O3,并将其应用于TMCB加氢合成TMCD的研究,在小型固定床加氢反应评价装置上考察了主要工艺条件对加氢反应结果的影响,取得了良好的效果。
1实验部分1
1.1试剂与仪器
TMCB,分析纯,东京化成工业株式会社生产。硝酸铜、硝酸锌、氢氧化钠、碳酸钠,均为分析纯,天津市光复精细化工研究所生产。
小型固定床加氢反应评价装置,反应管直径20 mm,长460 mm,催化剂装填量10 m L,天津市鹏翔科技有限公司生产。
1.2催化剂的制备
将一定量的硝酸铜、硝酸锌溶于去离子水中,混合并转移至恒压滴液漏斗中; 再配制一定浓度的碳酸钠和氢氧化钠溶液,移至另一恒压滴液漏斗中。在中和烧杯中配置浓度为2% ( 质量分数) 的氢氧化铝澄清溶液。将烧杯置于65 ℃ 水浴中,控制流速并流滴加恒压滴液漏斗中的2种溶液,采用恒速电动搅拌机搅拌,滴加过程中控制溶液p H值约为8。滴加完毕后静置老化12 h,过滤,洗涤,先于80 ℃ 烘干5 h,然后在480 ℃ 下焙烧4 h,成型,制得铜基催化剂Cu O -Zn O - Al2O3,其所含组分Cu O,Zn O,Al2O3的质量分数依次为40% ,35% ,25% 。
1.3实验方法
TMCB加氢反应在小型固定床加氢反应评价装置( 见图1) 上进行。将3. 5 g催化剂( 20 ~ 40目) 装填在反应管的中段,上、下均填充瓷球。 加热炉为三段立式加热。气体流量由质量流量控制器控制,TMCB进料速率由高压柱塞进料泵控制。催化剂装入反应器后,检查系统气密情况,使用H2于300 ℃ 还原1 h。还原后将催化剂床层温度调整至需求值,将储罐中的原料TMCB经泵送入预热器中,与H2混合预热后进入反应器中,在此与催化剂接触并发生加氢反应。从反应器出来的反应产物经冷却器后进入气液分离器, 分离出的H2放空,粗产品则收集。
1— 质量流量控制器; 2— 高压柱塞进料泵; 3— 预热器; 4— 反应器; 5— 冷却器; 6— 气液分离器; 7— 转子流量计
1.4产品分析及相关计算
采用安捷伦7890气相色谱仪对产品进行定量分析,配置极性 色谱柱RTX - WAX ( 长300 mm,内径0. 32 mm) 。定量方法采用面积归一法,FID检测器,检测温度300 ℃。
TMCB转化率( X) 及TMCD选择性( Y) 的计算公式如下:
2结果与讨论
2.1反应温度对加氢反应结果的影响
在反应压力为4. 0 MPa,H2/ TMCB ( 摩尔比, 下同) 为150,TMCB质量空速为4 h- 1的条件下, 考察了反应温度对加氢反应X值和Y值的影响。 结果见图2。
由图2可见,随着反应温度的升高,X值逐渐增大,趋于100% ; Y值则先增大后减小。当反应温度高于180 ℃ 后,尽管X值会接近100% , 但TMCB会发生聚合等副反应,生成高沸点副产物,造成目的产物TMCD的选择性不断下降,这说明较高的温度不利于TMCD的生成。因此,反应温度以180 ℃ 为宜。
2.2反应压力对加氢反应结果的影响
在反应温度为180 ℃,H2/ TMCB为150,TMCB质量空速为4 h- 1的条件下,考察了反应压力对加氢反应X值和Y值的影响。结果见图3。
由图3可见,反应压力的增大可显著提高反应的转化率和选择性。但反应压力过高,会导致能耗增大,同时TMCB也会发生聚合等副反应, 进而导致反应整体选择性降低。因此,较适宜的反应压力为4. 0 MPa。
2.3H2/TMCB对加氢反应结果的影响
在反应温度为180 ℃,反应压力为4. 0 MPa, TMCB质量空速为4 h- 1的条件下,考察了H2/ TMCB对加氢反应X值和Y值的影响。结果见图4。
由图4可见,随着H2/ TMCB的增大,X值和Y值均提高,且当H2/ TMCB大于150后,X值和Y值均基本稳定。此加氢反应为放热反应,但过高的温度会影响催化剂的寿命[10]。高H2/ TMCB能够使反应热及时移出,避免催化剂中铜晶粒由于局部过热而引发烧结,但会导致装置能耗增大。因此,H2/ TMCB以150为宜。
2.4TMCB质量空速对加氢反应结果的影响
在反应温度为180 ℃,反应压力为4. 0 MPa, H2/ TMCB为150的条件下,考察了TMCB质量空速对加氢反应X值和Y值的影响。结果见图5。
由图5可见,TMCB质量空速较低时,由于原料在催化剂上的停留时间较长,金属中心所要处理的反应物分子相对减少,催化剂表现出较高的活性,但同时亦导致目的产物的选择性稍低。随着TMCB质量空速的增大,原料在反应器中的停留时间缩短,其和氢气及催化剂床层的接触时间减少,部分原料未完全反应,导致反应活性有所下降。 因此,TMCB质量空速以4 h- 1为宜。在此条件下, 加氢反应的X值达到96. 1% ,Y值为95. 5% 。
3结论
以TMCB为原料,Cu O - Zn O - Al2O3为催化剂,在小型固定床加氢反应评价装置上进行催化加氢合成TMCD的工艺研究,考察了工艺条件对加氢反应TMCB转化率和TMCD选择性的影响。 结果表明,适宜的反应条件为: 反应温度180 ℃, 反应压力4. 0 MPa,H2/ TMCB ( 摩尔比) 150,TMCB质量空速4 h- 1,在此条件下,TMCB的转化率达到96. 1% ,TMCD的选择性为95. 5% 。
1-甲基-4 篇2
3,5-二甲基-4-溴碘苯和2,6-二甲基-4-溴碘苯的合成
二甲基对溴碘代苯是带有两种不同卤素基团的.芳香族有机合成中间体.2,6-二甲基苯胺在过碳酸钠作用下,于45～50 ℃与碘反应1 h,得到2,6-二甲基-4-碘苯胺,收率42.5%.2,6-二甲基-4-碘苯胺在-5～0 ℃下进行重氮化,进一步与溴化亚铜发生Sandmeyer反应,得到3,5-二甲基-4-溴碘苯,收率31.5%.2,6-二甲基苯胺室温下与六亚甲基四胺溴络合物反应30 min,得到2,6-二甲基-4-溴苯胺,收率62.0%.2,6-二甲基-4-溴苯胺在-5～0 ℃进行重氮化,与KI反应,得到2,6-二甲基-4-溴碘苯,收率33.1%.通过熔点、红外光谱和核磁共振氢谱对中间体2,6-二甲基-4-碘苯胺、2,6-二甲基-4-溴苯胺以及最终产物3,5-二甲基-4-溴碘苯和2,6-二甲基-4-溴碘苯进行了表征.
作 者：刘睿 李钰皓 肖本良 刘山 朱红军 LIU Rui LI Yu-Hao XIAO Ben-Liang LIU Shan ZHU Hong-Jun 作者单位：南京工业大学,理学院,江苏,南京,210009刊 名：精细化工 ISTIC PKU英文刊名：FINE CHEMICALS年，卷(期)：25(3)分类号：O625关键词：2,6-二甲基苯胺 2,6-二甲基-4-碘苯胺 2,6-二甲基-4-溴苯胺 3,5-二甲基-4-溴碘苯 2,6-二甲基-4-溴碘苯 精细化工中间体
1-甲基-4 篇3
关键词：1-甲基-1, 2, 3, 4-四氢异喹啉,合成,一步
四氢异喹啉及其各种衍生物具有多样的药理作用, 目前作为抗心律失常药物的相关研究较多。1-甲基-1, 2, 3, 4-四氢异喹啉 (1-methyl-1, 2, 3, 4-tetrahydroisoquinoline, 1) 是韩国Yuhan制药公司研究开发的酸泵拮抗剂 (APA) ———Revaprazan的重要中间体[1]。Revaprazan不同于一般不可逆质子泵抑制剂, 如奥美拉唑、兰索拉唑, 是一种新型的可逆性质子泵抑制剂, 其起效时间更快, 副作用更少, 治疗效果可与其他强效及雷尼替丁相媲美, 用于治疗消化性溃疡以及其他胃酸分泌过多的疾病, 目前正在进行Ⅲ期临床试验。
产物1的合成主要有以下几条路线: (1) 以苯乙胺为原料产物, 与乙酰氯酰胺化, 再环合、氢化得到产物1[2,3]; (2) 以α-苯乙胺为原料经取代、卤化和F-C烷基化反应得到产物1[4,5,6]; (3) 以α-苯乙胺为原料, 与甲基- (2-氯乙酰氯) -2-基硫醚缩合环合、氢化得到产物1[3]; (4) 以芳醛为原料, 与氨基乙醛缩合, 再在强酸下环合得到产物1[2]; (5) 苯乙胺为原料与乙醛反应, 再酸化环合得到产物1[2]。5种合成方法相比, 方法 (1) , (4) , (5) 采用的原料相对较贵, 方法 (2) , (3) 采用的原料也相对比较昂贵。本文参照文献[7]的方法, 以苯乙胺为原料, 一步反应得到产物1, 收率达72.2%。
在250 mL的四口反应瓶中加入苯乙胺 (7.3 g, 0.060 3 mol) 、40%乙醛水溶液 (32 mL, 0.29 mol) 和浓盐酸 (77 mL) , 回流反应1 h。再加入乙醛 (15 mL, 0.136 mol) 和浓盐酸 (20 mL) , 继续回流3 h。冰水浴冷却至10℃以下, 加入乙酸乙酯, 分取水层, 加入氢氧化钠溶液调节至pH12, 经乙酸乙酯三次提取, 合并有机层, 无水硫酸钠干燥, 过滤, 减压蒸除溶解得无色产物1 (6.4 g, 72.2%) 。1HNMR (CDCl3) :1.59 (d, 3H, CH3) , 2.14 (s, 1H, NH) , 2.76—3.02 (m, 2H, ArCH2) , 3.10—3.45 (m, 2H, NHCH2) , 4.22 (q, 1H, CH) , 7.18—7.31 (m, 4H, ArH) 。
参考文献
[1]Hong Li, Suk-jae Ch, Dong-chool Kim, et al.The transport of a re-versible proton pump antagonist, 5, 6-Dimethyl-2- (4-fluorophenyl-amino) -4- (1-methyl-1, 2, 3, 4-tetrahydroisoquinoline-2-yl) pyrimi-dine hydrochloride (YH1885) , across caco-2cell monolayers.Drug Metabolism and Disposition, 2001;29 (1) :54—59
[2]李桂珠, 刘秀杰, 王保杰, 等.1-甲基-1, 2, 3, 4-四氢异喹啉的简易合成.沈阳药科大学学报, 2007;24 (6) :337—338
[3]Wook Leejong, Chaejeong Seok, Kimchang Seop.Quinazolin deriva-tives.US:5686458, 1997-11-11
[4]Sorbera L A, Castaner J, Martin L, et al.Revaprazan hydrochloride.Drugs of the Future, 2004;29 (5) :455—459
[5]Hong Y W, Lee Y N, Kim H B.Process for preparation of pyrimidine derivatives.US:5990311, 1999-11-23
[6]Breen G F, Forth MA, Popkin ME.Process for preparing1-methyl-1, 2, 3, 4-tetrahydroisoquinoline or a salt thereof.WO:0288088, 2002-11-07
1-甲基-4 篇4
报道了标题配合物Ni(mnt)(dmbpy)溶液的电子光谱、粉末样品部分IR光谱及量子化学理论研究结果. PM3方法的几何优化表明, 该配合物分子为平面结构, 其对称性属于C2v点群, 基态为自旋三重态. 结合ZINDO方法的CI计算, 解释了实测电子光谱, 发现该配合物在可见区450～550 nm存在本质上属于配体dmbpy到配体mnt2- 的荷移跃迁(LL′CT). 建立了解析复杂分子振动光谱的一种新方法: 根据理论计算所得三维动态图象, 对于每一个正则模, 先给出固定不动的`点, 再给出关键性的振动类型. 在本方法中, 用符号η(X)定义了一种新的沿给定方向起伏或跳动式的振动类型.
作 者：彭正合 蔡苹 房晨婕 郭文勇 邓克检 周运鸿 作者单位：武汉大学化学系,武汉,430072;南京大学配位化学国家重点实验室,南京,210093 刊 名：高等学校化学学报 ISTIC SCI PKU英文刊名：CHEMICAL JOURNAL OF CHINESE UNIVERSITIES 年，卷(期)：2003 24(5) 分类号：O641.4 关键词：二硫纶和联吡啶镍(Ⅱ)配合物 IR光谱 电子光谱 解析振动光谱的新方法★ 氧化锆生产废水处理工艺
★ 屠宰废水处理工艺研究及设计
★ ClO2对医院高浓度含氰废水处理的试验研究
★ 改性黏土对染料工艺废水处理的研究
★ 间二氟苯合成工艺的研究
1-甲基-4 篇5
研究以1-甲基吡唑为原料,98% HNO3- 98%H2SO4、98% HNO3- 20% 发烟H2SO4、纯HNO3及P2O5- 98% HNO3为硝化剂分别合成得到了一种化合物,并用熔点、红外色谱、核磁共振和质谱对其进行了结构表征,推断该化合物为1-甲基4,5-二硝基吡唑( 4,5-MDNP) 。
1 实验部分
1. 2 仪器与试剂
仪器: X—4型数字显示熔点测定仪,北京泰克仪器有限公司; FTIR - 7600S红外光谱仪( KBr压片) ,天津分析仪器厂; Bruker—400MPa核磁共振仪,瑞士; Elementar Vario MICRO CUBE型元素分析仪,德国elementar公司; Micromass GCT高分辨EI质谱仪,美国Waters公司。
试剂: N-甲基吡唑,常州市武进康达化工有限公司; 硝酸,天津市化学试剂三厂; 20% 发烟硫酸,北京市李遂化工厂。
1. 2合成路线
合成路线如图1所示。
1. 3 实验
1. 3. 1 以 98% HNO3- 98% H2SO4为硝化剂合成4,5-MDNP
将2. 5 m L( 0. 03 mol) 的1-甲基吡唑加入到已配好的98% HNO3与98% H2SO4的混酸溶液中,搅拌的条件下90 ~ 100℃恒温反应6 h,反应结束后将反应混合物倒入碎冰,白色固体物质析出,过滤洗涤得到1-甲基4,5-二硝基吡唑,乙醇和水重结晶得到纯品1-甲基4,5-二硝基吡唑。
1. 3. 2 以 98% HNO3- 20% 发烟 H2SO4为硝化剂合成 4,5 - MDNP
将2. 5 m L( 0. 03 mol) 的1-甲基吡唑加入到已配好的12. 5 mL 98% HNO3和15 m L20% 发烟H2SO4的混酸溶液中,在搅拌的条件下95℃恒温反应6 h,反应结束后将反应混合物倒入碎冰中有淡黄色固体物质析出,过滤洗涤得到1-甲基4,5-二硝基吡唑,乙醇和水重结晶得到纯品1-甲基4,5-二硝基吡唑,得率5. 6% 。
1. 3. 3 以纯 HNO3为硝化剂合成 4,5-MDNP
将2. 5 m L( 0. 03 mol) 的1 - 甲基吡唑加入到15m L( 0. 36 mol) 的纯HNO3中,搅拌的条件下95℃恒温反应6 h,反应结束后将反应混合物倒入碎冰中有淡黄色固体物质析出,过滤洗涤得到1-甲基4,5-二硝基吡唑,得率13. 9% 。
1. 3. 4 以 P2O5- 98% HNO3为硝化剂合成 4,5MDNP
将2. 5 mL的1-甲基吡唑加入到12. 5 m L溶有12. 8 g P2O5的98% HNO3混合溶液中,在搅拌的条件下55℃恒温反应6 h,反应结束后将反应混合物倒入碎冰中有淡黄色固体物质析出,过滤洗涤得到1-甲基4,5-二硝基吡唑,得率为40. 1% 。
1. 3. 5 产品表征
m. p. : 48 ~ 50℃ ; IR ( KBr ) ,ν ( cm- 1) : 3 141cm- 1、3 118 cm- 1( N—N,—C—H ) ,2 950 cm- 1( —CH3) ,1 519 cm- 1、1 330 cm- 1( C—NO2) ; 1HNMR( Acetone-D6) : 4. 14 ( s,3H) ,8. 86( s,1H) ; 13CNMR( Acetone-D6 ) : 40. 55 ( t,CH3 ) ,126. 3 ( t,C4 ) ,133. 34 ( t,C3 ) ,147. 51 ( t,C5 ) ; 元素分析( C4H3N5O6,% ) ,实测值: N,32. 77; C,27. 86; H,2. 31; 计算值: N,32. 56; C,27. 91; H,2. 33; MS ( EI)m / z: 172( M + ) 。
2 结果与讨论
选取98% HNO3~ 98% H2SO4、98% HNO3~20% 发烟H2SO4、纯HNO3及P2O5~ 98% HNO3四种硝化剂中 产物得率 较高的98% HNO3~ 98%H2SO4与P2O5~ 98% HNO3硝化剂,讨论了98%HNO3~ 98% H2SO4体系中HNO3( NA) 与H2SO4( SA) 的摩尔比n( NA) ∶n( SA) 变化及P2O5~ 98%HNO3体系中反应温度对产物得率的影响。
2. 1 不同硝化剂体系对硝化结果的影响
2. 5 m L 1-甲基吡唑,98% HNO3~ 98% H2SO4、98% HNO3~ 20% 发烟 H2SO4、P2O5~ 98% HNO3为硝化剂,适宜温度下反应数小时,所得目标物的纯度和得率随硝化剂的不同的变化如下表1,从表中可以看很出,在P2O5~ 98% HNO3硝化体系中目标物得率最多。
2. 2 98% HNO3~ 98% H2SO4硝化剂体系的物料比对目标物的收率的影响
2. 5 m L 1-甲基吡唑,98% HNO3和98% H2SO4的混酸溶液,搅拌的条件下90 ~ 100℃恒温反应6h,4,5 - MDNP的收率随HNO3( NA) 与H2SO4( SA)的摩尔比的变化如表2。从表中可以看出,随着HNO3量增加产物的得率增加,之后再增大HNO3的量,产物的得率反而减小。
2. 3P2O5~ 98%HNO3体系中反应温度对目标物的收率的影响
将2. 5 m L的1-甲基吡唑加入到溶有P2O5的HNO3溶液中,产物4,5-MDNP的产率随反应温度变化的变化如表3,从图中可见随着反应温度的升高目标物的得率升高,但之后有下降的趋势,在55℃下的得率最高。
3 结论
使用98% HNO3~ 98% H2SO4、98% HNO3~20% 发烟H2SO4、纯HNO3、P2O5~ 98% HNO3为硝化剂均能得到了目标物1-甲基-4,5-二硝基吡唑;P2O5~ 98% HNO3为硝化剂 的目标物 得率较高为40. 1% 。
摘要：研究以1-甲基吡唑为原料,98%HNO3-98%H2SO4、98%HNO3-20%发烟H2SO4、纯HNO3、P2O5-98%HNO3为硝化剂合成了1-甲基4,5-二硝基吡唑(4,5-MDNP);并用熔点、红外色谱、核磁共振和质谱对其进行了结构表征。讨论了98%HNO3-98%H2SO4硝化体系中的HNO3(NA)与H2SO4(SA)摩尔比n(NA):n(SA)及P2O5-98%HNO3硝化体系中反应温度对目标物得率的影响。
关键词：有机化学,1-甲基-4,5-二硝基吡唑,含能材料,硝化
参考文献
[1] 徐松林,阳世清,岳守体.偶氮四唑类高氮含能化合物的合成及表征.火炸药学报,2005;28(3):52—54Xu S L,Yang S Q,Yue S T.The aynthesis and characterization of azo tetrazole high nitrogen compounds.Chinese Journal of Explosives&Propellants,2005;28(3):52—54
[2] 阳世清,徐松林,雷永鹏.氮杂环含能化合物的研究进展.含能材料,2006;14(6):475—484Yang S Q,Xu S L,Lei Y P.The research progress of nitrogen heterocyclic compounds.Chinese Journal of Energetic Materials,2006;14(6):475—484
[3] 仪建红,胡双启,刘胜楠,等.硝基吡唑类衍生物的结构和爆轰性能的理论研究.含能材料,2010;18(3):252—256Yi J H,Hu S Q,Liu S N,et al.Theoretical study on structures and detonation performances for nitro derivatives of pyrazole by density functional theory.Chinese Journal of Energetic Materials,2010;18(3):252—256
[4] Katritzky A R.Physical methods in heterocyelic chemistry.New York:Academic Press,1974
[5] Ravi P,Koti R C,Saikia A,et al.Nitrodeiodination of polyiodopyrazoles.Propellants Explosive Pyrotech,2012;37;167—171
[6] 李永祥,曹端林,王建龙,等.一种1-甲基-3,4-二硝基吡唑的制备方法.2013:CN103467381A Li Y X,Cao D L,Wang J L,et al.A Preparation method of 1-Methyl-3,4-Dinitropyrazole.2013:CN103467381A
1-甲基-4 篇6
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
Nicolet 360型红外分光光度计（KBr压片）；日本岛津GC-9A气相色谱仪；HP5989A质谱仪；Bruker AVANCE DPX-300型核磁共振仪;WAY型折光仪;SMP3数字熔点测定仪。
异戊二烯,甲基乙烯基酮，柠檬烯（Sigma公司）；中性氧化铝（100～200目），N-溴代丁二酰亚胺，高锰酸钾,高碘酸钠，锌粉，氯化铵，碘化钠，甲醇，冰醋酸等均为市售分析纯。
1.2 合成步骤
1.2.1 1,2-环氧柠檬烯（1）的合成
在装有冷凝管、滴加漏斗的250mL三口圆底烧瓶中，分别加入柠檬烯27.22g(0.10mol），饱和碳酸氢钠溶液30mL和二氯甲烷30mL，然后机械搅拌，从漏斗中漫漫加入间氯过氧化苯甲酸（MCPBA)21.91g(0.14mol），加毕后,在冰水浴中，搅拌反应6h。停止反应，依次用饱和Na HSO3溶液、水、食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，蒸去有机溶剂。分批进行柱分离，用中性氧化铝为吸附剂，乙酸乙酯：石油醚=3:100为淋洗剂，最后共得到外消旋的1,2-环氧柠檬烯25.84g，得率为85%，GC含量为99.0%。IR(KBr），ν，cm-1:3082,1644,1450,1378,1215,887,842,760。1HNMR(CDCl3,500MHz）δ：4.72(s,1H）;4.66(s,1H）;3.00(q,1H）;1.32(s,3H）,1.30(s,3H）;1.67～2.11(m,7H）。MS,m/z:152(M+），137,119,109,93,79,67,55,43(100）,41,27ㄢ
1.2.2 1-甲基-4-乙酰基-1-环己烯（3）的合成
在装有冷凝管、滴加漏斗的250mL三口圆底烧瓶中，分别加入1,2-环氧柠檬烯（1)15.20g(0.10mol），水10mL和丙酮30mL，机械搅拌，分别加入Na IO427.80g(0.13mol）和KMnO46.00g(0.038mol），在室温搅拌反应3天。停止反应，倒入水中，用3×50 m L二氯甲烷萃取，合并有机层，依次用5%NaHSO3溶液、水、食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，蒸去大部分有机溶剂。向其中分别加入碘化钠30.00g(0.20mol）、锌粉6.50g(0.10mol）和醋酸钠8.20g(0.10mL），最后加入10mL的冰醋酸，机械搅拌反应4h。停止反应，过滤,滤液依次用5%NaOH溶液、5%NaHSO3溶液、水、食盐水洗涤，用无水硫酸钠干燥过夜，过滤，减压蒸馏，收集73℃～74℃/399～400Pa,得9.66g(GC含量为98.5%）。得率为70%。IR(KBr），ν，cm-1:3060,1720,1683,1454,1383,761。1HNMR(CDCl3,500MHz）δ：5.39(s,1H）;2.17(s,3H）;1.65(s,3H）;1.65～2.6(m,7H）。MS,m/z:138(M+），123,95,79,67,55,43(100）,41,27。元素分析，C9H14O，实测值（计算值），%：C 78.19(78.21）;H 10.20(10.21）;O 11.59(11.58）ㄢ
2 结果与讨论
2.1 反应机理
反应开始时间氯过氧化苯甲酸（MCPBA）先进行C1-C2双键氧化,生成1,2-环氧柠檬烯,对C1-C2双键保护,同时也有少量的8,9-环氧柠檬烯生成。然后用氧化剂KMnO4/Na IO4氧化C8-C9双键,变成乙酰基,最后用Zn/NaI在酸性的条件下,脱去保护基,生成1-甲基-4-乙酰基-1-环己烯（3）。反应式如下：
2.2 1,2-环氧柠檬烯（1）的分离提纯
间氯过氧化苯甲酸（MCPBA）氧化柠檬烯时，首先氧化C1-C2双键，生成1,2-环氧柠檬烯，同时也有少量的8,9-环氧柠檬烯生成。通过用柱分离的方法，用中性氧化铝为吸附剂，乙酸乙酯：石油醚=3:100为淋洗剂，Rf=0.25，最后得到外消旋的1,2-环氧柠檬烯，GC含量为99%。
2.3 不同配比对产物（3）的影响
根据KMnO4/Na IO4氧化C8-C9双键的反应机理，高锰酸钾氧化首先生成锰酸酯，再水解生成锰酸钾，与Na IO4反应回复生成高锰酸钾，所以高锰酸钾是催化量，而高碘酸钠是反应的原料，高碘酸钠量的多少对产物的得率影响很大。对高碘酸钠与柠檬烯不同的配比进行了试验，结果见表1ㄢ
从以上结果可以看出，最佳条件为：高锰酸钾0.02514 mol，高碘酸钠与柠檬烯的比例为1.3:1时，实际得率为70%。
摘要：以柠檬烯为原料,用间氯过苯甲酸(MCPBA)在CH2Cl2中环氧化C1-C2双键进行保护,用KMnO4/NaIO4氧化C8-C9双键为乙酰基,然后脱去环氧变成双键,最后得到1-甲基-4-乙酰基-1-环己烯(3)。GC含量为98.5%,总得率为60%,中间体和产物的结构经IR,1HNMR、MS和元素分析证实。
关键词：柠檬烯,1-甲基-4-乙酰基-1-环己烯,双键保护,间氯过苯甲酸
参考文献
[1]顾梓培,余笃一,黄致喜.对-孟-1-烯-9-醛的全合成[J].化学世界,1988,7,300-302.
[2]杨始刚,龚雪丽,张欣慰.8,9-环氧苧烯的合成[J].化学通报,2006,69(11),857-860.
[3]FARGE G,KERGOMARD A.Preparation of 8,9-epoxy-1-p-menthene[J].Bull.Soc.Chem.Fr.1969,12:4476-4477.
[4]PETER W.,THOMAS W.Ionic liquid in synthesis[M].Wiley-VCH VerlagGmbH&Co.KgaA,2002,182-18
[5]DRYUK V G.The mechanism of epoxidation of olefins by peracids[J].Te-trahedron,1976,32,2855-2866.
[6]ALEXANDER J F.The classical permangnate ion:still a novel oxidant inorganic chemistry[J].Synthese,1987,1,85-127.
[7]ROBERT E I,PETER M.The convergent synthesis of polyether ionophoreantibiotics:the synthesis of the a ring carbamonensin spiro ether[J].J.Org.Chem.,1988,53,640-651.
1-甲基-4 篇7
1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑的合成有文献[6]报道其合成路线如图1所示。
用1-氯甲基苯并三氮唑与叠氮化钠常温搅拌24 h制的叠氮化物,所得产物再与苯乙炔搅拌回流2 h,得到1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑 a及1-(5-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑b的混合物(如图1所示),产率分别是40%和60%。制备过程不仅时间长,要经叠氮有机物,操作易发生爆炸,而且产率低,不易分离。
我们从易得的原料出发,通过点击化学[7]反应在水相以TBAB为相转移催化作用下常温高产率、高选择性的合成了1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑,合成路线为见图2。
1 实验部分
1.1 仪器及试剂
北京泰克公司X25 型显微熔点测定仪(温度计未校正); 岛津QP-5050A MS分析仪;Bruker Avance 500核磁共振仪(TMS 为内标);苯并三氮唑、苯乙炔、叠氮化钠、二氯亚砜、碘化亚铜等均为分析纯,甲醛溶液(37%),使用前均未作任何处理。
1.2 合成方法
1.2.1 1-羟甲基苯并三氮唑的合成
1-羟甲基苯并三氮唑按文献[8]方法合成。
1.2.2 1-氯甲基苯并三氮唑的合成
称取1-羟甲基苯并三氮唑(2.98 g,0.02 mol),加入9 mL二氯亚砜,先在冰浴中,逐滴加入2 mL,再把剩余的7 mL二氯亚砜迅速加入,然后将反应液搅拌回流1.5～2 h (TLC检测)。冷却后,过量二氯亚砜通过蒸馏除去,所得粘稠状物质倾入20 mL冰水中,有白色固体沉淀产生,抽滤,得白色固体,用甲醇重结晶,干燥得白色针状晶体 3.05 g,产率89%。m.p.137～138 ℃;1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ8.11(d, 1H, J=8.25 Hz),7.69(d,1H,J=8.2 Hz),7.59-7.62(m,1H),7.45～7.48(m,1H),6.42(s,2H)。
1.2.3 1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑的合成
称取1-氯甲基苯并三氮唑(0.84 g, 5 mmol), 叠氮化钠(0.39 g,6 mmol)于烧瓶中,加入10 mL蒸馏水,再加入苯乙炔(0.62 g,6 mmol),相转移催化剂TBAB (0.5 g,1.5 mmol),碘化亚铜(0.03 g,0.15 mmol),常温剧烈搅拌5 h(TLC检测),将反应混合物倒入冰水中,过滤,固体用10 mL稀氨水洗涤搅拌5 min(注:此步骤不可缺少,除去叠氮化物,防止爆炸!),过滤,所得固体分别用冰水(2×5 mL)、己烷(2×5 mL)洗涤,干燥得到1.26 g白色固体产物,产率91%。m.p. 170～172 ℃;1H NMR (500 MHz, CDCl3) δ8.08 (d, 1H, J=8.4 Hz),8.06(s, 1H), 7.87 (d, 1H, J=8.2 Hz), 7.78 (d, 2H, J=7.7 Hz), 7.55～7.58 (m, 2H), 7.32～7.45 (m, 4H),7.18 (s, 2H);13C NMR (500 MHz, CDCl3) δ59.82, 110.22, 119.85, 120.67, 125.44, 126.23, 129.10, 129.31, 129.38, 130.00, 132.67, 147.78, 149.64; m/z (70 eV)(%):276(M+), 247, 219, 219, 116, 102, 77(100%), 63, 51。
2 结果与讨论
2.1 相转移催化剂TBAB的加入量对反应产率的影响
我们研究了相转移催化剂TBAB的加入量与1-氯甲基苯并三氮唑的摩尔比对2-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)-1-H苯并三氮唑产率的影响,从表1的实验结果可以看出不加相转移催化剂TBAB时,反应几乎难以进行,可能是1-氯甲基苯并三氮唑、苯乙炔在水中溶解度太小,反应物在水相及有机相,两者不相溶,反应物间难发生有效碰撞。随着TBAB的加入,TBAB具有两性即亲水性和亲脂性,这种特性决定它能够在两相体系之间发生相转移催化作用,使反应顺利进行,当TBAB加入量达到25%～30%,产率趋于平稳。
2.2 合成方法探讨
(1)文献[6]所报道得到的是1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑及1-(5-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑的混合物,可能是由于加热的原因,且温度越高这两种结构的比例越接近[9]。
(2)本文所用方法是在常温搅拌进行反应,苯乙炔与一价铜形成炔铜络合物a(图3 所示),然后与叠氮化钠形成有机叠氮化物b发生1,3-偶极环加成反应形成过渡态c[10],得到区域选择性1,4-二取代-1-H-1,2,3-三氮唑化合物,所以几乎没有1-(5-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑生成,高产率(91%)得到1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑。
3 结 论
采用TBAB作相转移催化剂, 以水为溶剂, 碘化亚铜催化下,1-氯甲基苯并三氮唑、叠氮化钠和苯乙炔经点击化学反应常温下制得1-(4-苯基-1,2,3-三氮唑-1-亚甲基)苯并三氮唑。该新方法能避免产生两种异构体和使用DMF、DMSO等有机溶剂污染环境等缺点,中间产物不经过叠氮有机物,操作安全简便,产率高。该方法对合成1,4-二取代-1,2,3-三氮唑化合物具有一定的实用价值。
参考文献
[1]Yi Liu,David D.Díaz,K.Barry Sharpless,Valery V.Fokin,M.G.Finn.Click chemistry in materials synthesis.III.Metal-adhesive pol-ymers from Cu(I)-catalyzed azide-alkyne cycloaddition[J].Journal of Polymer Science Part A:Polymer Chemistry.2007,45(22):5182-5189.
[2]Genin,M.J.,Allwine,D.A.,Yagi,B.H.Substituent effects on the an-tibacterial activity of nitrogen-carbon-linked(azolylphenyl)oxazolidi-nones with expanded activity against the fastidious gram-negative or-ganisms Haemophilus influenzae and Moraxella catarrhalis[J].J.Med.Chem.,2000,43(5):953-970.
[3]Buckle DR,Rockell CJ,Smith H,Spicer BA.Studies on1,2,3-tria-zoles.13.(Piperaziny-lalkoxy)[1]benzopyrano[2,3-d]-1,2,3-triazol-9(1H)-ones with combined H1-antihistamine and mast cell stabilizing properties[J].J.Med.Chem.,1986,29(11):2269-2267.
[4]Matthew Whiting,John Muldoon,K.Barry Sharpless,John H.Elder,Valery V.Fokin.Inhibitors of HIV-1Protease by Using In Situ Click Chemistry[J].Angewandte Chemie International Edition,2006,45(9):1435-1439.
[5](a)Huisgen,R.In1,3-Dipolar Cycloaddition Chemistry,New York:Wiley,1984:1-176.(b)Kurt V.Gothelf,Karl Anker Jrgensen.Asymmetric1,3-Dipolar Cycloaddition Reactions[J].Chem.Rev.,1998,98(2):863-910.
[6]Alan R.Katritzky,Clara N.Fali,Sergei V.Verin.1-(Azidomethyl)benzotriazole and5-phenyl-1,2,3,4-tetrazole as1,3-Dipolar Cy-cloaddition Components[J].J.Heterocyclic chem.,1996,33:335-339.
[7](a)Kolb H C,Finn M G,Shapless K B.Click chemistry:diverse chemical function from a few good reactions[J].Angew.Chem.Int.Ed.,2001,40(11):2004-2021.(b)胡君,李映,凌云,等.链接化学及其在药物研究中的应用[J].化学试剂,2007,29(4):207-211,228.
[8]JH Burckhalter,VC Stephens,LAR Hall.Proof of Structures Derived from the Hydroxy-and Amino-methylation of Benzotriazole[J].J.Am.Chem.Soc,1952,74:3868-3870.
[9]Zhong Xia Wang,ZhiGang Zhao.Synthesis of1,4-Disubstituted1,2,3-Triazoles via a Three-Component Reaction in water in the Presence of CuX(X=Cl,I)[J].Heterocyclic chem.,2007,44:89-92.
1-甲基-4 篇8
哌啶衍生物在医药化工等领域应用广泛, 尤其是作为医药中间体在镇痛、消炎、抗精神病、抗心律失常、抗组胺、抗肿瘤等药物的合成中占有不可替代的地位[1,2,3,4]。自20世纪20年代初开始, 人们就着力于对哌啶类化合物的研究, 不但针对连有不同取代基的哌啶环提出了一些合成方法, 而且将所合成的化合物应用到了医药领域, 开发出的许多药物在临床治疗中得到了广泛的应用[5,6,7,8]。
近年来, 陈惠如和孙居峰分别以较高的产率合成了一系列的哌啶环对称的N-取代-4-哌啶酮衍生物[9,10]。但是哌啶环不对称的N-取代-4-哌啶酮衍生物由于具有独特的药理活性, 近年来受到越来越多的关注[11,12]。首先, 哌啶环不对称的N-取代-4-哌啶酮衍生物可直接作为中间体, 合成哌啶环的2位或3位上有取代基的医药中间体[13,14]。另外, 其1位的乙氧羰基易于水解, 与适当的试剂反应即可转化为其它不对称的N-取代-4-哌啶酮;其4位的羰基可转化为醇、卤素、氰基等;因此对哌啶环不对称的N-取代-4-哌啶酮衍生物的合成研究具有重要的意义。
本文报道了以氨气、丙烯酸乙酯、丁烯酸和氯甲酸乙酯为原料合成2-甲基-1-乙氧羰基-4-哌啶酮的反应路线, 取得了理想效果。
2 实验部分
2.1 实验材料及仪器
本文中所用的绝对无水乙醇和绝对无水甲醇是用镁进行无水处理制得的, 无水甲苯是用金属钠进行无水处理制得的。所采用的原料规格均为分析纯。1H NMR核磁共振谱在 Varian Unity-Plus 500MHz 核磁共振仪上测定, TMS 为内标。
2.2 实验操作
2.2.1 反-2-丁烯酸乙酯 (A) 的制备
25.03 g (0.29 mol) 反-2-丁烯酸, 64 mL无水乙醇, 2.50 g浓硫酸加入到装有温度计, 回流冷凝管和干燥管的250 mL三口瓶中, 磁力搅拌, 加热回流5 h, 反应液倾入250 mL水中, 经彻底搅拌后, 用二氯甲烷萃取3次, 合并有机相, 水洗至中性, 无水硫酸钠干燥后, 所得粗品常压蒸馏, 收集138～140℃馏分, 得25.35 g无色液体, 产率76.6%。
2.2.2 3-氨基丁酸乙酯 (B) 的制备
60 mL绝对无水乙醇加入到干燥的100 mL单口瓶中, 通入氨气0.33 mol (用标准的盐酸溶液滴定氨的无水乙醇溶液, 以确定溶解的氨气的量) , 在磁力搅拌下加入3.73 g (32.7 mmol) 反-2-丁烯酸乙酯, 保持温度在110℃反应7 h。冷至室温, 将反应液倒入圆底烧瓶中, 用薄层色谱法监测反应。反应完成后, 用旋转蒸发仪室温旋去过量的氨气和乙醇, 用硅胶柱层析法提纯粗品 (洗脱剂:环己烷:乙酸乙酯:乙醇=1:1:0～1:3:1) , 得深黄色液体产物3.36 g, 产率78.4%。
2.2.3 3- (2-乙氧羰基乙基氨基) 丁酸乙酯 (C) 备
20 mL绝对无水乙醇, 0.77 g (5.87 mmol) 3-氨基-丁酸乙酯, 0.64 g (6.36 mmol) 丙烯酸乙酯加入干燥的100 mL单口瓶中, 保持温度在12℃反应24 h, 升温至40℃反应2 h, 反应液冷至室温, 用薄层色谱法监测反应。反应完成后, 将反应液用旋转蒸发仪旋干, 用硅胶柱层析法提纯粗品 (洗脱剂:环己烷:乙酸乙酯=1:3) , 得深黄色液体产物1.05 g产物, 产率77.1%。
2.2.4 3-[乙氧羰基- (2-乙氧羰基乙基) 氨基]丁酸乙酯 (D) 的制备
1.36 g (5.86 mmol) C, 1.36 g水加入到装有温度计的100 mL三口瓶中, 冰盐浴, 待温度降至0℃, 加入冷的含1.13 g (8.20 mmol) 碳酸钾的5%的水溶液, 在剧烈搅拌下, 加入0.89 g (8.20 mmol) 氯甲酸乙酯, 保持温度在0℃反应0.5 h, 然后升至室温反应1 h, 再加入稀盐酸酸化后, 用二氯甲烷萃取3次, 合并有机相, 水洗至中性, 加入无水硫酸钠干燥, 过滤, 滤液用旋转蒸发仪旋干, 所得粗品用硅胶柱层析法提纯 (洗脱剂: 环己烷:乙酸乙酯=10:1～6:1) , 得深黄色液体产物1.67 g, 产率94.0%。
2.2.5 6-甲基-4-哌啶酮-1, 3-二甲酸乙酯 (E) 的制备
2.57 g (8.47 mmol) D, 0.50 mL绝对无水乙醇和20 mL干燥的甲苯加入到烘干的100 mL3口瓶中, 通氮气, 并接入缓冲瓶和鼓泡器便于观察气流。在电磁搅拌下, 把0.20 g (8.47 mmol) 有金属光泽的金属钠, 切成细条, 小心加入三口瓶中, 室温反应48 h。在搅拌下向反应液中小心滴入20%的盐酸至酸性, 用二氯甲烷萃取3次, 合并有机相, 水洗至中性, 加入无水硫酸钠干燥, 过滤, 滤液用旋转蒸发仪旋干, 所得粗品用硅胶柱层析法提纯 (洗脱剂: 环己烷:乙酸乙酯=9:1) , 得深黄色液体产物1.61 g, 产率74.5%。
2.2.6 2-甲基-1-乙氧羰基-4-哌啶酮 (F) 的制备
0.34 g (1.30 mmol) E, 8 mL甲醇, 10 mL 20%的盐酸加入到装有回流冷凝管和温度计的100 mL三口瓶中, 加热, 83～85℃时回流, 1 h后溶液颜色由无色变为浅黄色并逐渐加深, 薄层色谱法监测反应进程, 6 h后反应完全, 待反应液冷却后, 用二氯甲烷萃取3次, 合并有机相, 水洗至中性, 加入无水硫酸钠干燥, 过滤, 滤液用旋转蒸发仪旋干, 所得粗品用硅胶柱层析法提纯 (洗脱剂: 环己烷:乙酸乙酯=8:1～1:1) , 得无色液体产物0.24 g, 产率98.7%。
2.3 化合物的光谱数据
B:1H NMR δ: 1.41 (d, 3H, CH3) , 1.27 (t, 3H, CH3) , 2.31 (m, 1H, CH) , 2.43 (m, 1H, CH) , 3.38 (m, 1H, CH) , 4.15 (m, 2H, CH2) . MS: calca. 131.17, found 131.12.
C:1H NMR δ: 1.12 (d, 3H, CH3) , 1.25 (d, 6H, 2CH3) , 2.30 (m, 2H, CH2) , 2.50 (m, 2H, CH2) , 2.89 (m, 2H, CH2) , 3.11 (m, 1H, CH) , 4.14 (m, 4H, 2CH2) . MS: calca. 231.29, found 231.31.
D:1H NMR δ: 1.28 (s, 12H, 4CH3) , 2.59 (m, 4H, 2CH2) , 3.46 (s, 2H, CH2) , 4.14 (s, 6H, 3CH2) , 3.46 (s, 2H, CH) . MS: calca. 303.35, found 303.28.
E:1H NMR δ: 1.17 (d, 3H, CH3) , 1.28 (m, 6H, 2CH3) , 2.07, 2.69 (m, 2H, CH2) , 3.67 (m, 1H, CH) , 4.26 (m, 2H, CH2) , 4.18 (m, 2H, CH2) , 4.50, 4.66 (m, 2H, CH2) , 12.08, 12.35 (s, 1H, CH) . IR ν: 1700, 1670, 1620, 1230, 1200, 1120, 1070. MS: calca. 257.28, found 257.27.
F: 1H NMR δ: 1.20 (d, 3H, CH3) , 1.28 (m, 3H, CH3) , 2.27, 2.35 (m, 2H, CH2) , 2.50, 2.69 (m, 2H, CH2) , 3.36 (m, 1H, CH) , 4.25 (m, 2H, CH2) , 4.31, 4.78 (m, 2H, CH2) . IR ν: 1700, 1190, 1070. MS: calca. 185.22, found 185.23.
3 结果与讨论
3.1 原料比和反应条件对
3-氨基丁酸乙酯 (B) 与丙烯酸乙酯的加成反应的影响
3-氨基丁酸乙酯与丙烯酸乙酯, 在室温条件下, 即能发生加成反应, 主要产物为一次加成产物, 同时分离得到少量的二次加成产物。此反应为合成目标产物的关键步骤, 原料比和反应条件对反应产率有很大影响, 我们对此进行了详细研究。实验数据见表1。
由表1数据可知, 3-氨基丁酸乙酯过量时 (实验1和实验2) , 室温反应9 h后, 通过薄层色谱分析, 仍有未反应的丙烯酸乙酯, 实验1升高温度反应10 h, 加速目标产物生成的同时, 也加速了二次加成产物的生成, 导致目标产物的产率不高;实验2延长室温反应时间, 由于随着反应物浓度的降低, 反应速率下降而不能使丙烯酸乙酯完全反应, 目标产物的产率与1相差不大。由此可见, 3-氨基丁酸乙酯过量时, 难以使有限的丙烯酸酯完全转化为目标产物。廉价易得的丙烯酸酯过量时 (实验3与实验4) , 室温反应24 h后, 3-氨基丁酸乙酯未完全转化, 已有副产物生成, 升温至40℃再反应2 h, 与副产物的生成相比, 更加有利于目标产物的生成, 有效地提高了产率。
抑制此反应产率提高的因素主要有3个:第1, 3-氨基丁酸乙酯与丙烯酸乙酯反应需要一定的时间, 而随着反应时间的延长, 反应体系中产物的浓度逐渐增大, 产物与丙烯酸乙酯也更易再次发生加成反应, 生成二次加成副产物, 从而降低了目标产物的产率;第2, 升高反应温度有利于提高目标产物的生成速率, 同时也会加快副反应的速率;第3, 丙烯酸乙酯极易挥发, 过度的延长反应时间和提高反应温度会极大的减少体系中丙烯酸乙酯的量。由上可知, 控制适当的反应时间和反应温度对该反应非常重要。我们通过反复实验, 找到了最佳的反应条件。
3.2 碱催化剂对
3-[乙氧羰基- (2-乙氧羰基乙基) 氨基]丁酸乙酯 (D) 的分子内狄克曼 (Dieckmann) 缩合反应的影响
碱催化剂对分子内狄克曼 (Dieckmann) 缩合反应非常重要, 在平衡体系中, 碱催化剂用以产生足够浓度的碳负离子, 保证反应顺利进行。在此, 我们考察了碱催化剂对化合物3-[乙氧羰基- (2-乙氧羰基乙基) 氨基]丁酸乙酯 (D) 的分子内狄克曼缩合反应的影响。实验数据见表2。
用金属钠和过量的绝对无水乙醇制得乙醇钠后, 在含有未反应的乙醇的情况下加入化合物3-[乙氧羰基- (2-乙氧羰基乙基) 氨基]丁酸乙酯 (D) 、甲苯进行反应, 收率只有50%, 这可能是由于反应过程中会有乙醇的生成, 过量乙醇的存在不利于反应的进行。我们选用金属钠和等当量乙醇反应作为碱, 甲苯为溶剂, 室温反应48 h, 产率可达到80%。
3.3 不同的反应条件对2-甲基-1-乙氧羰基-4-哌啶酮 (F) 产率的影响
在酸性条件下, 6-甲基-4-哌啶酮-1, 3-二甲酸乙酯 (E) 中与氮原子相连的乙氧羰基和3位的乙氧羰基一样, 容易发生水解反应而脱去。所以在此水解反应中, 如何只脱去3位的乙氧羰基, 仅保留1位的乙氧羰基是成功合成目标产物的关键。
McElvain曾对1-苯甲酰基-3-乙氧羰基-4-哌啶酮的水解反应进行了深入的研究[13]。发现其在较温和的条件下, 即2%氢氧化钾的水溶液中水解, 然后再经过脱羧反应, 仅得到30%的1-苯甲酰基-4-哌啶酮;在苯甲酸和微量的对甲苯磺酸存在条件下加热, 仅分离得到23%的1-苯甲酰基-4-哌啶酮。可见以高产率得到仅3位或5位水解, 而1位不水解的哌啶酮衍生物有重要的意义。
Terrence等人, 在甲醇存在的条件下, 3-甲基-4-哌啶酮-1, 3-二甲酸甲酯在盐酸溶液中回流, 3位发生水解脱羧反应而1位反应前后没有变化[11];Dharmpal等人以DMSO-H2O为溶剂, 在活性NaCl存在的条件下回流, 可使2-烷基-1-苄氧羰基-4-哌啶酮-3-甲酸甲酯中的β-酮酸酯转化为酮的同时, 苄氧羰基不发生变化[14];Takahiro Katoh等人, 以甲醇为溶剂, 加入少量的盐酸回流, 化合物中β-酮酸酯转化为酮的同时, 叔丁氧羰基在反应前后没有变化[15]。据此, 我们系统的考察了不同的反应条件对2-甲基-1-乙氧羰基-4-哌啶酮 (F) 产率的影响, 实验数据见表3.
由表3中数据可见, 在没有甲醇存在的条件下, 仅在20%的HCl水溶液中回流, 1.5 h后用三氯化铁水溶液检验, 仍有β-酮酸酯存在, 反应5 h后大部分产物发生1位水解, 仅监测到痕量的目标产物的存在, 而延长反应时间至9 h, 没有分离到目标产物, 用质谱仅检测到2-甲基-4-哌啶酮。可见在此条件下, 1位和5位全部发生了水解, 转化成了2-甲基-4-哌啶酮。在反应液中加入适量的甲醇后, 有效的避免了副反应的发生。由表3可见, 在甲醇存在的条件下, 反应温度由100℃降至85℃, 反应4 h后, 反应物几乎完全转化为目标产物, 延长反应时间不发生变化。可见在甲醇存在的条件下, 1位的乙氧羰基不水解。此方法可以高产率的得到目标产物。
这是由于在反应体系中含有甲醇的条件下, β-酮酸乙酯首先与甲醇发生酯交换反应, 生成β-酮酸甲酯, β-酮酸甲酯更容易在酸催化下水解生成β-酮酸, 最后经过六元环过渡态发生脱羧反应生成酮。而1位的乙氧羰基不发生类似的酯交换反应和水解反应。
4 结论
(1) 本文以价廉易得的氨气、丁烯酸、丙烯酸乙酯和氯甲酸乙酯为原料, 合成了不对称的2-甲基-1-乙氧羰基-4-哌啶酮。通过优化反应条件, 大大提高了目标产物的收率;
1-甲基-4 篇9
近年来,人们对HEDM(高能量密度含能材料)的要求越来越高。新含能材料的研究主要是寻找那些有更高爆炸性能、更低感度及热安定性的化合物[1]。与传统含能材料相比,高氮含能材料的能量主要来源于环结构中的N—N键、C-N键和更大的环张力。其分子结构紧密,具有高的生成焓,且密度高,是其化学潜能的主要来源[2,3,4]。高氮含能材料[5]的应用涉及低特征信号推进剂、新型高能钝感炸药和低烟低残渣烟火药等含能材料领域。咪唑类含能材料[1,6]一直是火炸药领域比较活跃的课题,一系列新的化合物[12,13,14,15]相继被合成出来。硝基是一种重要的含能化合物基团[16],在咪唑杂环上引入硝基可以形成C-NO2和和N-NO2能基团,提高化合物的能量,热稳定性好、撞击感度低,满足了HEDM的要求[17-181。多硝基咪唑的衍生物在含能材料领域受到了重视[19,20,21,22,23]。1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI)作为多硝基咪唑衍生物的代表,集诸多优良性质于一体,如,能量相当于HMX的84%,感度在TNT和RDX之间,熔点仅有82℃[24]。因此,炸药研究者把目光放在了MTNI的制备工艺上。
1 合成工艺路线
MTNI是以咪唑环为“母体”,其1位被甲基取代,2、4、5位被硝基取代的化合物,结构式如下所示(见图1)。MTNI的合成路线有四种,分别是五步合成法、三步合成法、两步合成法、一步合成法。其中关于五步合成法和三步合成法的研究较多。
1.1 五步合成法
2001年,韩国的Jin Rai Cho[24]首次合成MTNI (见路线1)。
该方法是以咪唑为原料在硝硫混酸中硝化得到4-硝基咪唑,然后再硝化得到1,4-二硝基咪唑,接着在氯苯中重排得到2,4-二硝基咪唑[24,25,26],之后制得中间体2,4,5-三硝基咪唑的钾盐,最后在重氮甲烷中甲基化得到MTNI。
五步合成法的主要缺陷是步骤烦琐,总产率低,且不足10%。同时,氯苯对环境造成严重污染,重氮甲烷在操作过程中危险性高。因此,未能实现工业化生产。
2007年,Reddy Damavarapu[27]等人在专利中指出:可以用硫酸二甲酯代替重氮甲烷甲基化,同时指出,可以先甲基化2,4-二硝基咪唑,最后再硝化的方法。合成路线见路线2。
1.2 三步合成法
2006年,H.S.Jadhav[28]等人采用碘代法合成了MTNI(见路线3)。
1.2.1 2,4,5-三碘基咪唑的制备
室温下,将0.45g咪唑加入到70mL的氢氧化钠溶液中,搅拌。之后,缓慢滴入含有6.77g碘和8.85g碘化钾的水溶液,反应24h,停止搅拌。将反应液用醋酸中和,会有白色沉淀析出,抽滤、水洗、干燥,得到2.17g白色沉淀,产率为81.7%。
1.2.2 1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑的制备
取0.5g 2,4,5-三碘基咪唑溶于10mL的DMF中,分批加入30g碳酸钾并搅拌1h。在氮气保护下,加入0.159g碘甲烷,搅拌4h。结束反应后,用乙酸乙酯萃取,硫酸钠干燥。得到白色固体0.28g,产率为55%。
1.2.3 MTNI的制备
在四口瓶中加入5mL发烟硝酸,于0℃下分批加入0.25g 1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑。之后,升温到100℃,搅拌1h,冷却至室温,结束反应。将反应液倒在碎冰上,可得到0.046g黄色物质,产率为40%。
三步法合成工艺总产率有所提高,但仍不足20%,且碘甲烷作为甲基化试剂导致反应成本提高。
1.3 两步合成法
1979年M.S.Shvartsberg首次提出了以N-甲基咪唑为原料制备1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑[29,30,31]。合成工艺见路线4。
1.3.1 1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑的制备
将醋酸、碘、碘酸、30%的硫酸加入四口瓶中,搅拌。然后,加入N-甲基咪唑和四氯化碳,最后升温至75℃,反应2.5h。将反应液倒在冰水中,得到白色絮状沉淀,抽滤、水洗、干燥。用柱色谱分离并提纯,得到1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑,产率约为70%。
在H.S.Jadhav合成法的基础上,可以直接硝化1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑,而得到MTNI。
1.3.2 MTNI的制备[32]
在0～5℃下,向四口瓶中加入100%硝酸100mL,搅拌,分批加入5g 1-甲基-2,4,5-三碘基咪唑,之后升温到80～83℃,反应2.5h。结束反应后,将反应液倒入冰水中,并用二氯甲烷萃取,得到黄色固体,即为MTNI。
对两步法工艺的研究国内还未见报道,但该法理论上可行的,符合亲电取代规律。该工艺的优点是步骤简单,反应时间短,为MTNI的合成提供了新的路线。
1.4 一步合成法
201 1年,Raja Duddu[33,34]等人报道了关于一步合成MTNI的方法,具体内容如下。
1.4.1 用NO2BF4硝化N-甲基咪唑,合成工艺见路线5。
将0.77g N-甲基咪唑溶解在硝基甲烷中,冷却到-20℃充分搅拌,加入3.0g NO2BF4,十分钟后,油浴加热到22℃,之后再加入5.0 g NO2BF4。恒温搅拌1h,升温到125℃搅拌1h,减压蒸馏1h,收集MeNO2。将反应液倒在碎冰上。析出物用二氯甲烷萃取,将萃取液合并,用水、10%的碳酸氢钠溶液洗涤,硫酸钠干燥。蒸发溶剂后得到0.945g油状物。经分离,得到MTNI,产率为13%。
1.4.2 用NO2BF4硝化1-甲基2,4-二硝基咪唑,合成工艺见路线6如下:
氮气保护,加入4.0g 1-甲基-2,4-二硝基咪唑于四口瓶中。随后加入5.0g NO2BF4,搅拌15min,升温至105℃,固体物质溶解,产生类似糖浆状的黏稠物质。保持105℃反应1.5h,冷却后倒在碎冰上,用二氯甲烷萃取。将萃取液合并在一起,用水和碳酸氢钠溶液洗涤,用硫酸钠干燥。抽滤,得到浅黄色的化合物,在乙醇中重结晶,得到MTNI,产率为74%。
一步法工艺简单,但反应所需试剂不易得到,如NO2BF4、MeNO2、1-甲基-2,4-二硝基咪唑。距实现工业化生产仍有一定的距离。
2 特性及应用
2.1 结构
MTNI为淡黄色晶体,分子结构如图2所示,含有C-N,C=N键,因此拥有较高的生成焓。MTNI形成了类苯结构的大π键,钝感性和热稳定性均较高。韩国国防开发局等人[35]对MTNI的单晶进行了分析:MTNI为斜方晶系,密度为1.768g/cm。
2.2 能量[24]
MTNl性能优良,主要表现为:(1)钝感,摩擦感度与TNT相当,撞击感度与B炸药接近。(2)极好的爆炸性,爆速、爆压、能量均与RDX相当[36](见表1)。(3)低熔点,仅有82℃,与TNT接近,有望成为TNT的替代品。(4)热稳定性好。MTNI的DSC曲线[26]见图3。在314℃左右出现一个放热峰,90℃到190℃过程中曲线相对较平稳,说明MTNI在升温过程中十分稳定。
2.3 应用
MTNI的熔点低,安全性高,决定了有望成为新一代的熔铸炸药载体,取代TNT,减少对环境的污染。此外,在固体炸药推进剂领域也有潜在的应用价值。MTNI还是合成其他炸药的原料,比如,FDIA,PTIA等。
3 结论与展望