CN101475501A - N-甲基甲酰苯胺的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种N－甲基甲酰苯胺的制备方法。现有采用N－甲基苯胺与甲酸反应来制备N－甲基甲酰苯胺，该方法是酯化和水解的平衡反应，需不断移除反应中产生的水，因此需要大过量的无水甲酸且反应很难进行彻底。本发明采用的步骤如下：硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不经分离先降温至60－90℃，然后直接往溶液中加入甲酸和N－甲基苯胺进行反应，得到N－甲基甲酰苯胺。本发明采用偏硼酸酐作为化学去水剂，及时将反应中产生的水去除，打破平衡，使反应快速彻底，合成N－甲基甲酰苯胺时不需要回流带水，甲酸投料量大为减少。
Description
技术领域
本发明涉及有机中间体的合成，具体地说是一种N-甲基甲酰苯胺的制备方法。
背景技术
N-甲基甲酰苯胺(简称MFA)是重要的有机合成中间体，作为合成芳醛和杂环醛的原料，广泛用于Vilsmeier反应中。目前，N-甲基甲酰苯胺的生产方法主要有：A)采用硫酸二甲酯甲基化制备N-甲基甲酰苯胺，该方法用的原料毒性大，成本高；B)采用二甲苯胺氧化制备N-甲基甲酰苯胺，该方法用的氧化剂成本高，三废严重。上述的二种方法成本高，污染或毒性大，为此，有人采用N-甲基苯胺与甲酸反应来制备N-甲基甲酰苯胺，该方法是酯化和水解的平衡反应，需不断移除反应中产生的水，因此需要大过量的无水甲酸且反应很难进行彻底。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一种采用偏硼酸酐作为去水剂的N-甲基甲酰苯胺的制备方法，偏硼酸酐及时将反应中产生的水去除，使反应快速彻底，以大大减少甲酸投料量。
为此，本发明采用如下的技术方案：N-甲基甲酰苯胺的制备方法，其步骤如下：硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不经分离先降温至60-90℃，然后直接往溶液中加入甲酸和N-甲基苯胺进行反应，得到N-甲基甲酰苯胺。本发明采用偏硼酸酐作为化学去水剂，及时将反应中产生的水去除，打破平衡，使反应快速彻底，合成N-甲基甲酰苯胺时不需要回流带水，甲酸投料量大为减少，而且可以用质量含量88％的含水甲酸来进行反应。本发明的合成路线如下：
上述的制备方法，硼酸脱水变为偏硼酸酐的反应在70-130℃下进行，用沸点范围在70-130℃且与水不互溶的溶剂进行回流反应，常用的溶剂如苯、甲苯、二甲苯等芳烃或乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯类溶剂；所采用的方式为共沸带水，一般反应时间为1.5-4.5小时，直到水不再带出为止；所用的溶剂量通常为硼酸的3-6倍，并无特别限制。
上述的制备方法，因混合加料时常放热，故甲酸和N-甲基苯胺的加入方式采用滴加方式。
上述的制备方法，N-甲基苯胺和甲酸的投料量视甲酸含量而定，当甲酸选用无水甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺，1.3-1.6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺；当甲酸选用质量含量为88％的甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸(净含量，此时每摩尔甲酸含0.35摩尔水)/摩尔N-甲基苯胺，1.8-2.6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。
上述的制备方法，对所述的硼酸进行回收套用。
本发明具有以下有益效果：N-甲基苯胺、硼酸、甲酸为大宗工业产品，特别是88％的含水甲酸是常用的原料，原料成本低；偏硼酸酐能及时将反应产生的水去除，从而打破平衡，使反应进行的快速彻底，酯化主反应不需要回流带水，甲酸投料量大为减少，而且可以用88％的含水甲酸来进行反应。通常6小时内反应完毕，硼酸可回收套用，N-甲基甲酰苯胺的收率高达90％以上。
下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。
具体实施方式
仪器与设备：
气质联用，MS5973N-GC6890N(美国安捷伦公司)；核磁共振仪，AVANCE DMXII I 400M(TMS内标，Bruker公司)；红外光谱仪，NICOLET360FT-IR；气相色谱：上海天美7890F。
实施例1：N-甲基甲酰苯胺的制备
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸84g(1.4mol)，甲苯200ml，回流带水，约2小时后共带出23.5克水(1.3mol)，降温到90℃，加入含量88％的甲酸40克(含4.8克水和0.78mol甲酸)和N-甲基苯胺70克(0.65mol)，在机械搅拌下保温90-100℃反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99％，降到室温，过滤，滤渣用50ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸82克，可套用。滤液合并后用饱和食盐水50ml洗，分层，然后减压回收溶剂至干，收集80-90℃/7mmHg的馏分得产品81.5克，为浅黄色液体，久置颜色变深，气相含量99.1％，总收率91.9％。
也可以直接将滤液用于下一步的Vilsmeier反应，这种方式更便捷，适用于工业上生产。
产物结构确认：
GC-MS(m/e)：135，106(100％)，94，77，66，51，39。
1HNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：3.33(s，3H，N-CH3)；7.18(d，2H，o-H)；7.28(t，1H，p-H)；7.43(t，2H，m-H)；8.48(s，1H，N-CHO)。
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：32.07(N-CH3)；122.41(o-C)；126.43(p-C)；129.64(m-C)；142.22(N-C)；162.36(N-CHO)。
实施例2：3，4-二甲氧基苯甲醛的制备
在500ml三颈瓶中，加邻苯二甲醚34.5g(0.25mol)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85℃，搅拌下于1小时内滴入实施例1中制备的N-甲基甲酰苯胺27克(0.2mol)。保温于80-90℃反应6小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯：石油醚＝1：1。反应6小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂：乙酸乙酯：石油醚＝1：3)，加入100ml甲苯稀释，降到室温，加100ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集104-108℃/1mmHg馏分得产物3，4-二甲氧基苯甲醛27.6g(0.166mol，气相含量98.5％)，收率83.3％。
产物结构确认：
1HNMR(δ，ppm，400MHz，CDCl3)：3.94(s，3H，(OCH3))；3.97(s，3H，(OCH3))；6.98(d，J＝8.4Hz，1H，C5-H)；7.41(s，1H，C2-H)；7.46(dd，J＝8Hz，1.6Hz，1H，C6-H)；9.86(s，1H，CHO)
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：56.03(O-CH3)；56.19(O-CH3)；109.08(C2)；110.48(C5)；126.81(C6)；130.21(C1)；149.70(C3)；154.55(C4)；190.81(-CHO)
IR(KBr，cm-1)：2840，1670，1584，1508
GC-MS(m/e)：166(100％)，137，119，105，95，77，65，51
实施例3：2，4-二甲氧基苯甲醛的制备
在500ml三颈瓶中，加间苯二甲醚34.5g(0.25mol)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85℃，搅拌下于1小时内滴入实施例1中制备的N-甲基甲酰苯胺27克(0.2mol)。保温于80-90℃反应3小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯：石油醚＝1：1。反应3小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂：乙酸乙酯：石油醚＝1：3)，加入100ml甲苯稀释，降到室温，加100ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集109-114℃/1mmHg馏分得产物2，4-二甲氧基苯甲醛25.5g(0.154mol，气相含量98.2％)，收率73.2％。
产物结构确认：
1HNMR(δ，ppm，CDCl3)：3.88(s，3H，(OCH3))；3.91(s，3H，(OCH3))；6.44(s，1H，C3-H)；6.54(dd，J＝5.6Hz，2.8Hz，1H，C5-H)；7.79(d，J＝6.8Hz，1H，C6-H)；10.28(s，1H，CHO)
13CNMR(400MHz，CDCl3)δ(ppm)：55.61(O-CH3)；55.63(O-CH3)；97.90(C3)；105.68(C5)；119.02(C1)；130.66(C6)；163.66(C2)；166.24(C4)；188.29(-CHO)
IR(KBr，cm-1)：2871，1673，1641，1269
实施例4：N-甲基甲酰苯胺溶液直接制备2，4-二甲氧基苯甲醛
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸28g(0.47mol，由实施例1回收的硼酸套用)，甲苯80ml，回流带水，约2小时后共带出7.7克水，降温到90℃，加入含量88％的甲酸14克(含0.26mol甲酸)和N-甲基苯胺23.3克(0.22mol)，在机械搅拌下保温90-100℃反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99％，降到室温，过滤，滤渣用20ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸27克，可套用。滤液合并后用直接用于下步反应。在500ml三颈瓶中，加间苯二甲醚34.5g(0.25mol)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85℃，搅拌下于1小时内滴入上述N-甲基甲酰苯胺在甲苯中的溶液。保温于80-90℃反应5小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯：石油醚＝1：1。反应5小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂：乙酸乙酯：石油醚＝1：3)，降到室温，加60ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集109-114℃/1mmHg馏分得产物2，4-二甲氧基苯甲醛26.1g(0.158mol，气相含量98.3％)，收率74.9％。
实施例5：N-甲基甲酰苯胺溶液直接制备3，4-二甲氧基苯甲醛
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸28g(0.47mol，由实施例1回收的硼酸套用)，甲苯80ml，回流带水，约2小时后共带出7.7克水，降温到90℃，加入含量88％的甲酸14克(含0.26mol甲酸)和N-甲基苯胺23.3克(0.22mol)，在机械搅拌下保温90-100℃反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99％，降到室温，过滤，滤渣用20ml甲苯泡洗。滤液合并后用直接用于下步反应。在500ml三颈瓶中，加邻苯二甲醚34.5g(0.25mol)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85℃，搅拌下于1小时内滴入上述N-甲基甲酰苯胺在甲苯中的溶液。保温于80-90℃反应8小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯：石油醚＝1：1。反应8小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂：乙酸乙酯：石油醚＝1：3)，降到室温，加60ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集104-108℃/1mmHg馏分得产物3，4-二甲氧基苯甲醛27.3g(0.164mol，气相含量98.2％)，收率82.4％。
实施例6：N-甲基甲酰苯胺的制备
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸54.6g(0.91mol)，甲苯200ml，回流带水，约2小时后共带出16克水(0.89mol)，降温到80℃，加入无水甲酸36克(0.783mol)和N-甲基苯胺70克(0.65mol)，在机械搅拌下保温90-100℃反应4小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99％，降到室温，过滤，滤渣用50ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸52克，可套用。滤液合并后用饱和食盐水50ml洗，分层，然后减压回收溶剂至干，收集80-90℃/7mmHg的馏分得产品82.5克，为浅黄色液体，久置颜色变深，气相含量99.1％，总收率93％。
实施例7：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用二甲苯代替甲苯，最后得产物81.3克，含量98.9％，收率91.4％。
实施例8：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例1，只是用二甲苯代替甲苯，最后得产物80.9克，含量98.7％，收率90.8％。
实施例9：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例1，只是用乙酸乙酯代替甲苯，最后得产物80.7克，含量98.8％，收率90.6％。
实施例10：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用乙酸乙酯代替甲苯，最后得产物81克，含量98.9％，收率90.9％。
实施例11：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用苯代替甲苯，最后得产物83克，含量98.9％，收率93.1％。
实施例12：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例61，只是用苯代替甲苯，最后得产物83.5克，含量99.2％，收率94％。
实施例13：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用乙酸丁酯代替甲苯，最后得产物80.3克，含量99％，收率90.2％。
实施例14：N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例1，只是用乙酸丁酯代替甲苯，最后得产物80.9克，含量99.1％，收率91.8％。
Claims (7)
1、N-甲基甲酰苯胺的制备方法，其步骤如下：硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不经分离先降温至60-90℃，然后直接往溶液中加入甲酸和N-甲基苯胺进行反应，得到N-甲基甲酰苯胺。
2、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于甲酸和N-甲基苯胺的加入方式采用滴加方式。
3、根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的甲酸选用无水甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺，1.3-1.6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。
4、根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的甲酸选用质量含量为88％的甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺，1.8-2.6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。
5、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于对所述的硼酸进行回收套用。
6、根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂为苯、甲苯、二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯。
7、根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂用量为2.5-5ml/1g硼酸。
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