CN101781230A - 一种催化脱水合成亚胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种催化脱水合成亚胺的方法：以碘作为催化剂，在共沸脱水剂存在下加热回流反应，由胺与酮缩合脱水生成亚胺。本发明公开的碘催化脱水合成亚胺的方法操作简便，原料转化率高、选择性好，产品收率高、质量好，易于实现连续操作，适于大规模化制备亚胺的反应。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种催化脱水合成亚胺的方法。
技术背景
亚胺类化合物是合成氨基酸的中间体，也是催化加氢合成仲胺的中间体，在若干农药合成得到应用，例如手性农药金都尔的合成(EP 0691949B1；H-U BLaser，et al，Synlett，1999，S1，867)。通常，亚胺的合成采用相应的酮与胺在计量的路易酸(例如三氟化硼)存在下脱出生成的水，该法后处理繁琐。另外，在质子酸、例如硫酸的催化下某些胺与酮脱水反应也可制备亚胺。但是，反应进行中不可避免生成低聚物而使反应复杂、目标产物产率降低，导致后处理三废多，手续繁琐。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高转化率、高收率催化脱水合成亚胺的方法，该方法可连续操作、三废少且可大规模制备目的产物。
本发明的技术方案如下：
一种催化脱水合成亚胺的方法：以碘作为催化剂，在共沸脱水剂存在下加热回流反应，由胺与酮缩合脱水生成亚胺。
反应原料胺包括脂肪胺或苯、萘等碳环芳香胺以及杂环芳香胺，这些胺还可以带有1-2个卤素、烷基或芳基取代基。原料酮可以是对称或不对称的酮包括脂肪酮、芳香基取代脂肪酮、芳香酮或带有取代基的芳香酮。具体反应式如下：
式中：
R1选自C1-C4烷基、苯基、苄基、萘基、吡啶基、噻吩基或呋喃基，或者上述基团进一步带有1-2个下述取代基：氟、氯、溴、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、特丁基、苯基或苄基；所述的C1-C4烷基可以选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基或特丁基。
R2、R3可相同或不同，分别选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、特丁基、苯基、苄基、甲氧基取代甲基、乙氧基取代甲基、苯基取代甲基或苯氧基取代甲基。
具体操作如下：
在带有搅拌器和连续分水装置的反应器中，加入碘催化剂、脱水剂、原料胺和酮(通常为酮过量)，搅拌加热至回流，反应开始后，将生成的水及时从反应体系中除去，直至无明显的水生成即可结束反应。之后蒸馏分出脱水剂和未反应的原料以及目的产物亚胺。根据原料及目的产物的具体物性，可以采用常压或减压、蒸馏或分馏等本领域的技术人员所公知的方式进行产品的分离。
按照本发明的合成方法，上述反应式中，R1优选苯基或噻吩基，或者其苯环或噻吩环上带有1-2个下述取代基：氟、氯、溴、甲基、乙基、正丙基或异丙基；R2、R3可相同或不同，分别优选甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基取代甲基或乙氧基取代甲基。更优选的胺选自2-甲基-6-乙基-苯胺、2，6-二甲基-苯胺或2，4-二甲基-3-胺基噻吩；更优选的酮选自甲氧基丙酮。原料胺与酮的比例以摩尔计为1∶1.0-2.5，更优选的比例以摩尔计为1∶1.2-2.0。
反应所用的碘催化剂为单质碘，催化剂的加入量为碘/胺(摩尔比)＝0.0001-0.05，优选的比例为0.0002-0.01。所述的碘催化剂既可以是直接加入的单质碘，也可以在进行催化脱水合成亚胺的反应时先加入碘化物、经氧化或还原反应在反应器中制备新生碘作为反应的催化剂。例如将含有碘化钠和次碘酸钠的水溶液按1∶1摩尔比相混合(必要时加酸或碱中和至中性)，制备新生碘。但是，制备过程中发现，采用这种新生碘的方式合成亚胺，原料胺的转化率略有降低。
反应采用的共沸脱水剂为甲苯、苯、氯仿或四氯化碳，优选甲苯、苯作为脱水剂。为使反应生成的水及时从反应系统中除去核反应体系的稳定，共沸脱水剂的用量以50-1000毫升/摩尔胺为宜。优选用量为120-600毫升/摩尔胺。
按照上述合成方法，反应在7小时内即可完成，原料胺的转化率在90％以上，最优选的反应实例中原料胺的转化率可以达到97％以上。同时由于反应选择性高，可以减少副产品的生成与产品分离的麻烦。与现有技术相比，本发明公开的碘催化脱水合成亚胺的方法操作简便，原料转化率高、选择性好，产品收率高、质量好，易于实现连续操作，适于大规模化制备亚胺的反应。
具体实施方式
以下实施例用于进一步详细说明本发明。在这些实施例中，除非有特殊声明，反应物料加入顺序可以在物料间随意组合。实例采用2-甲基-6-乙基-苯胺(含量96％)和甲氧基丙酮(含量99％)为原料，制备产物N-(2-甲基-6-乙基-苯基)-(1-甲氧基甲基)1-亚乙胺(简称亚胺)来具体说明本发明。但是本发明绝非仅限于以下实例。在权利要求所限定的范围内的原料胺和酮均可按照本发明提供的方法制备相应的亚胺。反应过程用气相色谱(GC)(Agilent 6890，HP-5柱(30m)，FID检测器，气化室：280℃检测室：280℃)检测。
实施例1
于带有分水器的反应瓶中，将0.12g(0.00047mol)单质碘、70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、92.7g(1.0mol)甲氧基丙酮溶解于110mL甲苯中，搅拌下加热升温至回馏，此时有水生成说明反应已进行，继续保持回馏状态并分出生成的水。4.5小时后，无明显水分出，停止反应。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为97.4％。蒸馏脱出甲苯和未反应的酮，再减压蒸馏得产品亚胺111.6g，含量97.2％，收率94.8％。
实施例2
改用110mL苯做脱水剂，其它条件及后处理方式同实施例1。回馏反应4小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为96.5％。减压蒸馏得产品亚胺112.6g，含量96.8％，收率94.1％。
实施例3
甲氧基丙酮的加料量改为53.4g(0.6mol)，其它条件及后处理方式同实施例1。反应5.5小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为96.4％，减压蒸馏得产品亚胺99.6g，含量96.1％，收率93.3％。
实施例4
取1mL的0.1M的碘化钾(0.0001mol)和1mL的0.1M的次碘酸钾(0.0001mol)相混合，加入0.1M盐酸中和至pH＝7.0。将充分混合的该液体加入带有分水器的反应瓶中，并加入70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、62.3g(0.7mol)甲氧基丙酮溶解于100mL甲苯中，搅拌下加热升温至回馏反应6.5小时后，无明显水分出，停止反应。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为92.8％，减压蒸馏得产品亚胺97.0g，含量95.6％，收率90.4％。
实施例5
取1mL的0.5M氢碘酸(0.0005mol)和0.5mL的30％的过氧化氢相混合，100℃加热30分钟。冷却后的混合液加入带有分水器的反应瓶中，加入70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、62.3g(0.7mol)甲氧基丙酮溶解于100mL甲苯中，搅拌下加热升温至回馏反应，7.0小时后无明显水分出，停止反应。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为91.1％，减压蒸馏得产品亚胺97.4g，含量94.3％，收率89.5％。
实施例6
加料：0.2g(0.00078mol)单质碘、70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、62.3g(0.7mol)甲氧基丙酮、110mL甲苯。操作条件同实施例1。反应6.5小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为96.8％，减压蒸馏得产品亚胺98.0g，含量97.6％，收率93.2％。
实施例7
加料：0.12g(0.00047mol)单质碘、70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、66.7g(0.75mol)甲氧基丙酮、110mL甲苯。操作条件同实施例1。反应6.0小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为96.4％，减压蒸馏得产品亚胺99.6g，含量96.5％，收率93.7％。
实施例8
甲苯加入量改为70mL，其他加料、操作及反应时间同于实施例7。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为95.3％，减压蒸馏得产品亚胺99.5g，含量96.3％，收率93.4％。
实施例9
甲苯加入量改为150mL，其他加料、操作及反应时间同于实施例7。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为96.8％，减压蒸馏得产品亚胺100.4g，含量96.9％，收率94.8％。
实施例10
甲苯加入量改为250mL，其他加料、操作及反应时间同于实施例7。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为94.1％，减压蒸馏得产品亚胺100.6g，含量95.1％，收率93.2％。
实施例11
单质碘加入量改为0.03g(0.00012mol)，其他加料及操作同于实施例10。反应7.0小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为95.7％，减压蒸馏得产品亚胺99.6g，含量97.0％，收率94.2％。
实施例12
加料：0.06g(0.00024mol)单质碘、35.2g(0.25mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、33.4g(0.375mol)甲氧基丙酮、60mL甲苯。操作及反应时间同于实施例7。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为95.1％，减压蒸馏得产品亚胺49.8g，含量96.7％，收率93.8％。
实施例13
加料：0.06g(0.00024mol)单质碘、28.1g(0.2mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、26.4g(0.3mol)甲氧基丙酮、50mL甲苯。操作同实施例7。反应5.5小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为94.7％，减压蒸馏得产品亚胺39.8g，含量95.9％，收率93.1％。
实施例14
加料：0.51g(0.002mol)单质碘、28.1g(0.2mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、26.4g(0.3mol)甲氧基丙酮、50mL甲苯。操作及反应时间同于实施例13。取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为92.7％，减压蒸馏得产品亚胺39.4g，含量95.2％，收率91.4％。
比较例
加料：70.4g(0.5mol)2-甲基-6-乙基-苯胺、92.7g(1.0mol)甲氧基丙酮、110mL甲苯。操作同于实施例1。反应8.5小时后，取样分析，2-甲基-6-乙基-苯胺转化率为80.0％。
Claims (6)
1.一种催化脱水合成亚胺的方法，其特征在于：以碘作为催化剂，在共沸脱水剂存在下加热回流反应，由胺与酮缩合脱水生成亚胺，反应式如下：
式中：
R1选自C1-C4烷基、苯基、苄基、萘基、吡啶基、噻吩基或呋喃基，或者所述的基团上进一步带有1-2个下述取代基：氟、氯、溴、甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、特丁基、苯基或苄基；
R2、R3可相同或不同，分别选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、特丁基、苯基、苄基、甲氧基取代甲基、乙氧基取代甲基、苯基取代甲基或苯氧基取代甲基。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的碘催化剂为单质碘；催化剂的加入量为0.0001-0.05摩尔碘/摩尔胺。
3.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
R1选自苯基或噻吩基，或者所述的基团上进一步带有1-2个下述取代基：氟、氯、溴、甲基、乙基、正丙基或异丙基；
R2、R3可相同或不同，分别选自甲基、乙基、正丙基、异丙基、甲氧基取代甲基或乙氧基取代甲基；
胺与酮的摩尔比为1∶1.0-2.5。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征在于：催化剂的加入量为0.0002-0.01摩尔碘/摩尔胺。
5.按照权利要求4所述的方法，其特征在于：所述的胺选自2-甲基-6-乙基-苯胺、2，6-二甲基-苯胺或2，4-二甲基-3-胺基噻吩；所述的酮选自甲氧基丙酮；
胺与酮的摩尔比为1∶1.2-2.0。
6.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：共沸脱水剂选自苯或甲苯，共沸脱水剂的用量为50-1000毫升/摩尔胺。
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