CN103193683A

CN103193683A - 酯化法制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯

Info

Publication number: CN103193683A
Application number: CN2013101507428A
Authority: CN
Inventors: 张志德; 王重斌; 吕硕; 满成娜
Original assignee: Shandong Normal University
Current assignee: Shandong Normal University
Priority date: 2013-04-26
Filing date: 2013-04-26
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2033-04-26
Also published as: CN103193683B

Abstract

本发明公开了一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法：氢化偶氮二甲酸二甲酯与醇钠溶液混合，加热反应1～24h，在醇钠的催化作用下，氢化甲酸二甲酸二甲酯与醇发生酯交换反应；反应完成后，调节溶液pH值至3～8，用二氯甲烷萃取有机相2～3次，合并有机相，无水硫酸钠干燥8～12h，然后经重结晶，即得到氢化偶氮二甲酸二烷基酯ROOCNHHNCOOR，其中，R为含有2～16个碳原子的烷基。本发明选用氢化偶氮二甲酸二甲酯为原料，绿色环保，原料易得，生产成本低，经济性好；避免了传统工艺中的氯代甲酸基酯合成过程清洁环保，符合绿色化学要求；酯交换制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯，操作简单，工艺路线短，反应条件温和，收率高；适于工业化开发。

Description

酯化法制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯

技术领域

本发明涉及一种制备式ROOCNHHNCOOR代表的氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法。

背景技术

氢化偶氮二甲酸二烷基酯是一种制备偶氮二甲酸二烷基酯（Mitsunobu试剂）重要的有机中间体。偶氮二甲酸二烷基酯是同时带有偶氮和酯基官能团的偶氮类化合物。因其特有的电子和结构特性，作为一种多功能试剂在有机合成领域得到了广泛应用。主要表现在Mitsunobu反应、氨化反应、成环反应、及杂环化合物的合成中，此外，因为偶氮基团通常表现为缺电子，常可用作亲电试剂而与亲核的发生肼化反应，可以作为氧化剂，用于醇、胺的脱氢化反应。常见的偶氮二甲酸二烷基酯有偶氮二甲酸二甲酯（DMAD）、偶氮二甲酸二乙酯（DEAD）、偶氮二甲酸二异丙酯（DIAD）、偶氮二甲酸二苄酯（DBAD）等。已报道的文献中关于偶氮二甲酸二烷基酯的制备都是通过对氢化偶氮二甲酸二烷基酯的氧化实现的。

在已报道文献中氢化偶氮二甲酸二烷基酯通过氯甲酸烷基酯与水合肼反应合成。以氯甲酸烷基酯制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯存在的最大问题是：主要原料氯甲酸烷基酯是通过光气制得，而光气是一种剧毒物质，对环境及操作者都带来巨大的伤害，不符合现代绿色化学的要求；并且光气与醇反应制备氯甲酸烷基酯会产生氯化氢，对生产设备产生腐蚀。

发明内容

针对上述现有技术，为克服现有技术中的不足，本发明提供了一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法：氢化偶氮二甲酸二甲酯与醇钠溶液混合，加热反应1～24h，在醇钠的催化作用下，氢化甲酸二甲酯与醇发生酯交换反应；反应完成后，调节溶液pH值至3～8（优选4～6），用二氯甲烷萃取有机相2～3次，合并有机相，无水硫酸钠干燥8～12h，然后经重结晶，即得到氢化偶氮二甲酸二烷基酯ROOCNHHNCOOR，其中，R为含有2～16个碳原子的烷基。

反应式如下：

其中，R为C₂～C₁₆。

所述醇钠为所制备的氢化偶氮二甲酸二烷基酯中相应的醇钠，例如制备氢化偶氮二甲酸二乙酯对应的醇钠为乙醇钠，制备氢化偶氮二甲酸二丙酯对应的醇钠为丙醇钠。即：醇钠结构式为RONa，R为含有2～16个碳原子的烷基。

相应地，所述醇为所制备的氢化偶氮二甲酸二烷基酯中相应的醇，例如制备氢化偶氮二甲酸二乙酯对应的醇为乙醇，制备氢化偶氮二甲酸二丙酯对应的醇为丙醇。即：醇结构式为ROH，R为含有2～16个碳原子的烷基。

所述醇钠的用量为：1%～20%mol，即：每1mol氢化偶氮二甲酸二甲酯用0.01～0.2mol的醇钠。优选的，为3%～8%mol。

所述醇钠可以为市售的产品，也可以实验室自制，实验室自制方法为：将金属钠投入过量的醇中，金属钠溶解后，即得醇钠溶液。

所述氢化偶氮二甲酸二甲酯可以为市售的氢化偶氮二甲酸二甲酯，也可以为实验室自制。

所述加热反应时的温度根据各种醇的沸点有所差异，范围为0～300℃，优选80～200℃。

所述调节溶液pH值所用的物质为盐酸或硫酸，各范围溶度均可。

所述重结晶的操作为：先将醇蒸出，得到白色固体，然后用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:1～20）进行重结晶。

本发明以氢化偶氮二甲酸二甲酯CH₃OOCNHHNCOOCH₃经酯交换反应制得氢化偶氮二甲酸二烷基酯ROOCNHHNCOOR。

本发明为酯交换反应，发明人使用碱性催化剂（醇钠），从而促使反应的进行，提高反应的收率，经多次试验筛选，发明人选用的醇钠的催化量为1%～20%mol，进一步优化反应，确定催化剂的量为3%～8%mol。1mol氢化偶氮二甲酸二甲酯进行酯交换理论上需要2mol的醇，在实验中，发明人选用醇为溶剂，醇的量是大大过量的，有利于产品收率的提高；实验中，反应的温度至关重要，不仅决定着反应的收率，更与反应时间有极大的关系，经试验的筛选，发明人确定的最佳反应温度为80～200℃。

本发明的有益效果是：

（1）本发明选用氢化偶氮二甲酸二甲酯为原料，绿色环保，原料易得，生产成本低，经济性好；

（2）本发明所选用的原料避免了传统工艺中的氯代甲酸基酯合成过程清洁环保，符合绿色化学要求；

（3）本发明酯交换制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯，操作简单，工艺路线短，反应条件温和，收率高；

（4）本发明产品合成工艺适于工业化开发。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的说明。应该说明的是，下述说明仅是为了解释本发明，并不对其内容进行限定。

以下内容涉及到的试剂均可通过市场购买获得。

实施例1氢化偶氮二甲酸二丙酯的制备

在装有机械搅拌器、冷凝回流装置和温度计的250mL三口圆底烧瓶中，加入100mL正丙醇，在氮气保护下，加入0.14g（0.006mol）金属钠，待金属钠完全溶解后，滴加14.80g氢化偶氮二甲酸二甲酯，在油浴中回流状态下反应18h，停止反应。反应液用10%盐酸（质量分数，下同）调节pH值为6，用二氯甲烷萃取有机相3次，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥过夜（10h），蒸出未反应的正丙醇回收，用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:8）重结晶，得白色固体氢化偶氮二甲酸二丙酯17.41g，收率为85.3%。

¹HNMR(DMSO-d₆,300MHz)δ(ppm):8.98(2H,s,NH)；4.03-4.07(4H,m,CH₂)；

1.52-1.59(4H,m,CH₂)；0.84-0.89(6H,d,CH₃)。

ESI-MS：m/z calcd227.1002[M+Na]⁺,found227.1015[M+Na]⁺。

实施例2氢化偶氮二甲酸二异丁酯的制备

在装有机械搅拌器、冷凝回流装置和温度计的250mL三口圆底烧瓶中，加入100mL异丁醇，在氮气保护下，加入0.14g（0.006mol）金属钠，待金属钠完全溶解后，滴加14.80g氢化偶氮二甲酸二甲酯，在油浴中回流状态下反应16h，停止反应。反应液用10%盐酸溶液调节pH值为5，用二氯甲烷萃取有机相3次，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥过夜（10h），蒸出未反应的异丁醇回收，用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:12）重结晶，得白色固体氢化偶氮二甲酸二异丁酯20.60g，收率为89.1%。

¹HNMR(DMSO-d₆,300MHz)δ(ppm):8.69(2H,s,NH)；3.93(4H,d,CH₂)；

1.81-1.90(2H,m,CH)；0.80-0.90(12H,m,CH₃)。

ESI-MS：m/z calcd255.1315[M+Na]⁺,found255.1368[M+Na]⁺。

实施例3氢化偶氮二甲酸二戊酯的制备

在装有机械搅拌器、冷凝回流装置和温度计的250mL三口圆底烧瓶中，加入100mL异戊醇，在氮气保护下，加入0.14g（0.006mol）金属钠，待金属钠完全溶解后，加入14.80g氢化偶氮二甲酸二甲酯，在油浴中回流状态下反应12h，停止反应。反应液用10%盐酸溶液调节pH值为5，用二氯甲烷萃取有机相3次，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥过夜（8h），蒸出未反应的异戊醇回收，用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:10）重结晶，得白色固体氢化偶氮二甲酸二戊酯23.72g，收率为91.2%。

¹HNMR(DMSO-d₆,300MHz)δ(ppm):8.98(2H,s,NH)；4.07-4.11(4H,t,CH₂)；

1.55-1.58(4H,m,CH)；1.28(8H,m,CH₂);0.86(6H,t,CH₃)。

ESI-MS：m/z calcd283.1628[M+Na]⁺,found283.1627[M+Na]⁺。

实施例4氢化偶氮二甲酸二己酯的制备

在装有机械搅拌器、冷凝回流装置和温度计的250mL三口圆底烧瓶中，加入100mL正己醇，在氮气保护下，加入0.14g（0.006mol）金属钠，待金属钠完全溶解后，加入14.80g氢化偶氮二甲酸二甲酯，在油浴中回流状态下反应8h，停止反应。反应液用10%盐酸溶液调节pH值为4，用二氯甲烷萃取有机相3次，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥过夜（12h），蒸出未反应的正己醇回收，用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:15）重结晶，得白色固体氢化偶氮二甲酸二己酯26.51g，收率为91.9%。

¹HNMR(DMSO-d₆,300MHz)δ(ppm):8.97(2H,s,NH)；3.96-4.04(4H,t,CH₂)；

1.52(4H,m,CH₂)；1.25(12H,m,CH₂)；0.84(6H,d,CH₃)。

ESI-MS：m/z calcd311.1941[M+Na]⁺,found311.2006[M+Na]⁺。

实施例5氢化偶氮二甲酸二苄酯的制备

在装有机械搅拌器、冷凝回流装置和温度计的250mL三口圆底烧瓶中，加入100mL苯甲醇，在氮气保护下，加入0.14g（0.006mol）金属钠，待金属钠完全溶解后，加入14.80g氢化偶氮二甲酸二甲酯，在油浴中回流状态下反应8h，停止反应。反应液用10%盐酸溶液调节pH值为6，用二氯甲烷萃取有机相3次，合并有机相，并用无水硫酸钠干燥过夜（10h），蒸出未反应的苯甲醇回收，用乙酸乙酯-石油醚混合物（二者体积比为1:20）重结晶，得白色固体氢化偶氮二甲酸二苄酯28.01g，收率为93.8%。

¹HNMR(DMSO-d₆,300MHz)δ(ppm):9.86(2H,s,NH)；7.30-7.35(10H,m,Ar-H)；

4.48(4H,d,CH₂)。

ESI-MS：m/z calcd323.1002[M+Na]⁺,found323.1008[M+Na]⁺。

上述虽然对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims

1.一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：氢化偶氮二甲酸二甲酯与醇钠溶液混合，加热反应1～24h，在醇钠的催化作用下，氢化甲酸二甲酸二甲酯与醇发生酯交换反应；反应完成后，调节溶液pH值至3～8，用二氯甲烷萃取有机相2～3次，合并有机相，无水硫酸钠干燥8～12h，然后经重结晶，即得到氢化偶氮二甲酸二烷基酯ROOCNHHNCOOR，其中，R为含有2～16个碳原子的烷基。

2.根据权利要求1所述的一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：所述醇钠为所制备的氢化偶氮二甲酸二烷基酯中相应的醇钠；相应地，所述醇为所制备的氢化偶氮二甲酸二烷基酯中相应的醇。

3.根据权利要求1所述的一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：所述醇钠的用量为：1%～20%mol。

4.根据权利要求1所述的一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：所述加热反应时的温度范围为0～300℃。

5.根据权利要求1所述的一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：所述调节溶液pH值所用的物质为盐酸或硫酸。

6.根据权利要求1所述的一种制备氢化偶氮二甲酸二烷基酯的方法，其特征在于：所述重结晶的操作为：先将醇蒸出，得到白色固体，然后用乙酸乙酯-石油醚混合物进行重结晶，乙酸乙酯和石油醚二者体积比为1:1～20。