CN102115457B

CN102115457B - 一种n-乙基咔唑的制备方法

Info

Publication number: CN102115457B
Application number: CN2011100032901A
Authority: CN
Inventors: 薛永强; 敖明; 崔子祥; 郑晋安; 郑永俊
Original assignee: Shanxi Desheng Chemical Co ltd; Taiyuan University of Technology
Current assignee: Shanxi Desheng Chemical Co ltd; Taiyuan University of Technology
Priority date: 2011-03-05
Filing date: 2011-03-05
Publication date: 2012-11-21
Anticipated expiration: 2031-03-05
Also published as: CN102115457A

Abstract

一种N-乙基咔唑制备方法是由咔唑加入含有去质子剂和相转移催化剂的水溶液中，发生成盐反应，生成咔唑盐；然后加入过量的溴乙烷，反应生成产物N-乙基咔唑。所述过量的溴乙烷，它既作反应物，又作产物溶剂。本发明方法工艺简单，反应条件温和，无废液排放，N-乙基咔唑的收率可达98.7％，纯度可达99.3％，同时避免了传统合成工艺中使用苯类有毒溶剂造成的环境污染。

Description

一种N-乙基咔唑的制备方法

技术领域

本发明涉及一种N-乙基咔唑的制备方法，特别是涉及一种以溴乙烷为烷基化试剂的N-乙基咔唑的制备方法。

技术背景

N-乙基咔唑是一种重要的有机中间体，应用于染料硫化还原蓝GNX及永固紫RL的合成。

N-乙基咔唑合成反应是咔唑N上的H原子被烷基取代过程。依据烷基化试剂不同，N-乙基咔唑合成可以分为：硫酸二乙酯法、碳酸乙酯法以及卤乙烷法，如公开文献(吴建中，张为民.N-乙基咔唑的合成[J].江苏化工，1991，(3)：28-29)报道的硫酸二乙酯法是N-乙基咔唑通过将咔唑先制成钾盐，再与硫酸二乙酯反应制得；再如公开文献报道的碳酸乙酯法是以碳酸乙酯为烷基化试剂，与咔唑反应制备出N-乙基咔唑；还有公开文献报道的卤乙烷法是以卤乙烷为烷基化试剂(如氯乙烷、溴乙烷)，与咔唑反应制备出N-乙基咔唑。

采用硫酸二乙酯法的优点是硫酸二乙酯的烷化能力很强，并且条件适当，可以只在氨基上发生烷化，而不会影响环上的羟基，但是硫酸二乙酯的价格相对较高，毒性极大，可以通过呼吸道和接触皮肤使人体中毒，且反应中要用到苯、氯苯、二氯苯等有毒有机溶剂。欧洲专利EP 0635490公开了“一种制备N-乙基咔唑的方法”，该方法以碳酸乙酯为烷基化试剂，采用氢氧化钠、碳酸钾或乙醇钾作去质子剂，在130～320℃下和咔唑反应24h制备出N-乙基咔唑，然后将剩余的碳酸乙酯蒸出，得到纯度为96％的N-乙基咔唑。但此方法不仅反应温度高，不利于放热的烷基化反应，且反应时间太长。在烷基化反应中，由于各种原因，如烷基化试剂的毒性高，反应时间长，反应产率不高，价格较高等，硫酸酯和碳酸酯的实际运用不如卤烷广泛。

卤乙烷法是N-乙基咔唑制备报道最多的方法。其中，卤乙烷作为烷基化试剂，对于烷基相同的卤乙烷，其烷基化反应活泼次序为：RI＞RBr＞RCl＞RF(R-为C₂H₅-)。但是碘乙烷价格较贵，不适用于大批量的生产应用，N-乙基咔唑合成中应用最为广泛的是氯乙烷和溴乙烷。公开报道的文献有：张晓辉，王杰华.KF/Al₂O₃在咔唑的N-乙基化反应上的催化作用[J].宝钢技术，2001，(03)：61-63，提出了在KF/Al₂O₃新型碱性催化剂的作用下由咔唑和卤乙烷合成出N-乙基咔唑，反应过程中无碱性废液生成，但其最佳收率仅为33.17％。欧洲专利文献EP858995公开了“一种制备N-乙基咔唑的方法”，该方法提出用邻二氯苯作为产物N-乙基咔唑的溶剂，四丁基-1，3丙二胺为催化剂，咔唑和氯乙烷在高压釜中反应生成N-乙基咔唑，产率可达到99.3％。但该方法中的反应条件要求较高，且使用的溶剂邻二氯苯毒性较大，对生产环境有不利影响。欧洲专利文献EP0557993还公开了“一种制备N-取代咔唑的方法”，该方法提出以氯苯作为产物N-乙基咔唑的溶剂，48％氢氧化钠作去质子剂，采用氯乙烷作烷基化试剂，在三乙胺的存在下，于100℃反应9小时制得N-乙基咔唑，收率为99.6％，但该合成时间长，且氯苯作为毒性很大的有机溶剂在生产环境中会对人体产生危害，所用的三乙胺易燃易爆且毒性大。中国专利CN 101328145A公开了“一种生产N-乙基咔唑的方法”，该方法提出以甲苯为产物N-乙基咔唑的溶剂，利用苄基三乙基氯化铵作为相转移催化剂，固体KOH作为去质子剂，使咔唑与溴乙烷发生反应，生成N-乙基咔唑，产率虽达97％以上，但所用甲苯溶剂的回收温度高，且毒性较大。

为了解决卤乙烷法中使用苯、氯苯和邻二氯苯等有毒有机溶剂和工艺复杂问题，本发明提出溴乙烷既作为反应物又作为产物溶剂的合成N-乙基咔唑的方法。该方法工艺简单，容易实现工业化生产，且收率可达98.7％，纯度可达99.3％。

发明内容

本发明提出的一种N-乙基咔唑的制备方法，通过增加反应物溴乙烷的用量以克服现有技术中采用苯类有机溶剂所带来的工艺复杂、能耗高以及毒性危害等问题，其目的在于提供一种简便、经济且环境友好的N-乙基咔唑制备方法。

为了实现上述目的，本发明提出一种N-乙基咔唑的制备方法，它是将咔唑加入到质量分数为20％～70％的去质子剂和质量分数为0.1％～1.0％的相转移催化剂的水溶液中，在50℃～60℃下，进行成盐反应20～40分钟，生成咔唑盐；然后再加入2～8倍的过量溴乙烷，反应生成N-乙基咔唑；反应后，分离两相，将有机相蒸馏后得到N-乙基咔唑。

在上述技术方案中，去质子剂选用氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或者是选用乙醇钠，其质量分数优选为30％～40％；所述的相转移催化剂是选用四丁基氯(溴)化铵、十二烷基三甲基氯(溴)化铵，四甲基氯(溴)化铵、四丁基硫酸氢铵和十二烷基二甲基苄基氯(溴)化铵中的一种，其质量分数进一步优选为0.4％～0.6％；在溴乙烷的加入方式上，采用溴乙烷的加入方式为在反应初始加入1/5～1/2的溴乙烷，然后再滴加剩余的溴乙烷。溴乙烷不溶于水溶液，加入后反应体系形成两相(水相和有机相)，水相中的相转移催化剂将咔唑盐转移到有机相，与溴乙烷反应生成产物，生成的产物可全部溶于过量的溴乙烷中；过量的溴乙烷在有机相中既是反应物又是产物N-乙基咔唑的溶剂。

在上述技术方案中，所述咔唑盐与溴乙烷的反应温度为0～40℃；反应时间为2～6小时。

在上述技术方案中，所述两相分离先静置分层，上层为有机相，下层为水相；用分液设备分离后，其有机相经蒸馏回收的未反应的溴乙烷，用于下次反应；蒸馏后的固体为产物N-乙基咔唑；其分离出的水相，补充去质子剂后，用于下次反应。

本发明上述的一种N-乙基咔唑的制备方法，与现有技术相比，采用过量的反应物溴乙烷作为溶剂，避免了传统合成工艺中使用苯类有毒溶剂造成的环境污染，提高了产率，简化了溶剂回收的工序，显著降低了了能耗和成本；水相母液循环套用，无废液排放，是一条合成N-乙基咔唑的绿色方法和技术。

附图说明

图1是本发明的工艺流程图。

具体实施方式

下面进一步详细说明本发明上述技术方案的具体实施方式：

实施本发明所述的一种纳米永固紫RL微粒的制备方法，其方法是由咔唑加入质量分数为20％～70％的去质子剂和质量分数为0.1％～1.0％的季铵盐的水溶液中，在50℃～60℃下，进行成盐反应20～40分钟，生成咔唑盐；然后加入2～8倍的过量溴乙烷，反应生成N-乙基咔唑，在0～40℃下保持反应2～6小时；反应后，先静置分层，上层为有机相，下层为水相；用分液设备分离后，其有机相经蒸馏回收的未反应的溴乙烷，用于下次反应；蒸馏后的固体为产物N-乙基咔唑；其分离出的水相，补充去质子剂后，用于下次反应。

溴乙烷的加入分两步进行，先加入五分之一到二分之一的溴乙烷，然后再滴加剩余的溴乙烷；形成两相后，水相中的相转移催化剂将咔唑盐转移到有机相，与溴乙烷反应生成产物，生成的产物可全部溶于过量的溴乙烷中，过量的溴乙烷既是反应物又是产物N-乙基咔唑的溶剂。

本发明所述方法的反应式(以NaOH作去质子剂为例)为：

产物纯度结果是经过高效液相色谱检测分析得到。

下面由实施例对本发明的具体实施方式作出进一步的详细说明。

实例一

将4g咔唑加入到8g含有氢氧化钠(浓度为40％)和十二烷基二甲基苄基溴化铵(浓度为0.1％)的水溶液中，加热至60℃，搅拌30mins后，先直接加入2g溴乙烷，然后往里滴加6g溴乙烷；在20℃下搅拌反应3h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.44g淡黄色晶体(收率为95.0％，产物纯度为96.4％)。

实例二

将4g咔唑加入到12g含有氢氧化钠(浓度为40％)和十二烷基三甲基溴化铵(浓度为0.3％)的水溶液中，加热至50℃，搅拌40mins后，先直接加入4g溴乙烷，然后往里滴加16g溴乙烷；在15℃下搅拌反应6h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.52g淡黄色晶体(收率为96.8％，产物纯度为98.4％)。

实例三

将4g咔唑加入到16g含有氢氧化钠(浓度为50％)和四丁基溴化铵(浓度为0.5％)的水溶液中，加热至50℃，搅拌1h后，先直接加入6g溴乙烷，然后往里滴加18g溴乙烷；在35℃下搅拌反应5h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.62g淡黄色晶体(收率为98.9％，产物纯度为99.3％)。

实例四

将4g咔唑加入到20g含有氢氧化钾(浓度为40％)和四丁基氯化铵(1％)的水溶液中，加热至60℃，搅拌30mins后，先直接加入8g溴乙烷，然后往里滴加16g溴乙烷；在30℃下搅拌反应4h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.5g淡黄色晶体(收率为96.4％，产物纯度为97.5％)。

实例五

将4g咔唑加入到20g含有氢氧化钾(浓度为50％)和四丁基硫酸氢铵(0.5％)的水溶液中，加热至50℃，搅拌15mins后，先直接加入5g溴乙烷，然后往里滴加15g溴乙烷；在20℃下搅拌反应5h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.45g淡黄色晶体(收率为95.3％，产物纯度为95.7％)。

实例六

将4g咔唑加入到160g含有氢氧化钾(浓度为45％)和四甲基溴化铵(0.7％)的水溶液中，加热至60℃，搅拌30mins后，先直接加入6g溴乙烷，然后往里滴加10g溴乙烷；在40℃下搅拌反应4h；然后静置分层，水相补充去质子剂后可循环套用；取其有机相在40℃下蒸馏回收过量溴乙烷，蒸完后，得淡黄色固体；经后处理，干燥，得4.50g淡黄色晶体(收率为96.3％，产物纯度为97.7％)。

Claims

1.一种N-乙基咔唑的制备方法，该方法是将咔唑加入质量分数为20％～70％的去质子剂氢氧化钠或氢氧化钾和质量分数为0.1％～1.0％的相转移催化剂的水溶液中，在50℃～60℃下，进行成盐反应20～40分钟，生成咔唑盐；然后再加入2～8倍的过量溴乙烷，反应生成N-乙基咔唑；反应后，分离两相，将有机相蒸馏后得到N-乙基咔唑。

2.如权利要求1所述的方法，其去质子剂优选质量分数为30％～40％。

3.如权利要求1所述的方法，其相转移催化剂是四丁基氯化铵或四丁基溴化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十二烷基三甲基溴化铵、四甲基氯化铵或四甲基溴化铵、四丁基硫酸氢铵和十二烷基二甲基苄基氯化铵或十二烷基二甲基苄基溴化铵中的一种。

4.如权利要求1所述的方法，其相转移催化剂优选质量分数为0.4％～0.6％。

5.如权利要求1所述的方法，其溴乙烷的加入方式为在反应初始加入1/5～1/2的溴乙烷，然后再滴加剩余的溴乙烷。

6.如权利要求1所述的方法，其咔唑盐与溴乙烷的反应温度为0～40℃；反应时间为2～6小时。

7.如权利要求1所述的方法，其两相分离先静置分层，上层为有机相，下层为水相；由分液设备分离后，其有机相经蒸馏回收的未反应的溴乙烷，用于下次反应；蒸馏后的固体为产物N-乙基咔唑；其分离出的水相，补充去质子剂后，用于下次反应。