CN103351354B - 1-甲基-5-氨基四唑合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1-甲基-5-氨基四唑的合成方法，以5-氨基四唑一水合物为原料，将5-氨基四唑一水合物和蒸馏水加入反应瓶，在20℃～25℃搅拌下，加入质量浓度为7.0%～7.5%的氢氧化钠水溶液，在温度20℃～25℃搅拌下，加入含有硫酸二甲酯的有机溶剂，加热升温至88℃～93℃反应1.5～4.5小时，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物。其中5-氨基四唑一水合物与硫酸二甲酯的摩尔比为1：0.52；硫酸二甲酯与有机溶剂质量体积比为1：2.0～10.2；有机溶剂为甲苯、二甲苯或氯苯，或甲苯和氯苯体积比为1：1混合溶剂。该方法操作简便，反应过程中不需要反复调整反应液的碱性，反应收率较高，副产物较少。

Description

1-甲基-5-氨基四唑合成方法
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种1-甲基-5-氨基四唑的合成方法。
背景技术
1-甲基-5-氨基四唑是一种重要的含能材料中间体及医药中间体，目前1-甲基-5-氨基四唑的合成方法一般是对5-氨基四唑进行甲基化。然而甲基化过程中易产生2-甲基-5-氨基四唑副产物，造成1-甲基-5-氨基四唑收率低。例如Robert J.Spear在《Positional Selectivity of the Methylation of5-Substituted Tetrazolate Anions》（Aust.J.Chem.，1984，37，2453-2468）中公开了系列5位取代四唑类化合物的甲基化，以核磁共振仪对粗产品进行分析，测定2位甲基化产物与1位甲基化产物的比例，进而研究甲基化规律。实验中以5-氨基四唑钠与碘甲烷反应，对得到的粗产品进行分析，结果为：1-甲基-5-氨基四唑：2-甲基-5-氨基四唑=1：0.73。
Kiyoshi Hattori等在《The Methylation of 5-Hydroxytetrazole》（J.Am.Chem.Soc.，1956，78，411-415）中公开了一种1-甲基-5-氨基四唑的制备方法。该方法将5-氨基四唑一水合物与水配成混悬液，搅拌下，滴加20%氢氧化钠溶液，使5-氨基四唑一水合物溶解，液体呈碱性，继续搅拌，少量分次将硫酸二甲酯加入，并用20%氢氧化钠溶液调整使反应液呈碱性，回流1小时，调整使反应液仍呈碱性，并冷却，经过滤分离，得到1-甲基-5-氨基四唑。所得产物中1-甲基-5-氨基四唑与2-甲基-5-氨基四唑比例为1：0.65，1-甲基-5-氨基四唑的收率为31%。但是该方法的副产物较多，反应收率较低。
发明内容
针对上述技术中存在的缺陷或不足，本发明的目的在于，提供一种副产物较少和反应收率较高的1-甲基-5-氨基四唑的合成方法。
为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：
一种1-甲基-5-氨基四唑的合成方法，其特征在于，该方法以5-氨基四唑一水合物为原料，具体按以下步骤进行：
1）将5-氨基四唑一水合物和蒸馏水加入反应瓶，在温度20℃～25℃搅拌下，加入质量浓度为7.0%～7.5%的氢氧化钠水溶液，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解；
2）在温度20℃～25℃搅拌下，再向反应瓶中加入含有硫酸二甲酯的有机溶剂，其中，5-氨基四唑一水合物与硫酸二甲酯的摩尔比为1:0.52；硫酸二甲酯与有机溶剂质量体积比为1:2.0～10.2；有机溶剂为甲苯、二甲苯或氯苯，或甲苯和氯苯体积比为1:1混合溶剂；加完含有硫酸二甲酯的有机溶剂后，加热升温至88℃～93℃，反应1.5～4.5小时，冷却至室温，静置反应液，分出水相；
3）减压蒸除水相总水量的70%体积的水后，冷却至0℃～3℃，过滤，所得滤饼经0℃～3℃冷水洗涤，干燥和蒸馏水重结晶，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物。
该1-甲基-5-氨基四唑化合物结构式如下：
本发明的1-甲基-5-氨基四唑的合成方法，其优点在于：
1、反应收率较高，其反应收率可达78.1%，而对比文件中的1-甲基-5-氨基四唑的制备方法的反应收率为31%；
2、副产物较少，1-甲基-5-氨基四唑与副产物2-甲基-5-氨基四唑的比例达到1：0.04～0.07，而对比文件中的1-甲基-5-氨基四唑的制备方法的副产物较多，1-甲基-5-氨基四唑与副产物2-甲基-5-氨基四唑的比例为1：0.65。
3、操作简便，反应过程中不需要反复调整反应液的碱性。
具体实施方式
按照本发明的技术方案，一种1-甲基-5-氨基四唑的合成方法，在有机相及无机相组成的反应体系中，以5-氨基四唑一水合物与硫酸二甲酯为原料进行反应，制备出高收率的1-甲基-5-氨基四唑。
其中，1-甲基-5-氨基四唑的结构式如（1）所示，5-氨基四唑一水合物结构式如（2）所示。
其合成路线如下所示：
具体合成步骤为：
将5-氨基四唑一水合物和蒸馏水加入反应瓶，在温度20℃～25℃搅拌下，加入质量浓度为7.0%～7.5%的氢氧化钠水溶液，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解；
在温度20℃～25℃搅拌下，再向反应瓶中加入含有硫酸二甲酯的有机溶剂，加完含有硫酸二甲酯的有机溶剂后，加热升温至88℃～93℃反应1.5～4.5小时，冷却至室温，静置反应液，分出水相；
减压蒸除水相总水量的70%体积的水后，冷却至0℃～3℃，过滤，所得滤饼，经0℃～3℃冷水洗涤，干燥和蒸馏水重结晶，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物。
其中，5-氨基四唑一水合物与硫酸二甲酯的摩尔比为1：0.52；硫酸二甲酯与有机溶剂质量体积比为1：2.0～10.2；有机溶剂为甲苯、二甲苯或氯苯，或甲苯和氯苯体积比为1：1混合溶剂。
按照本发明，一个优选的例子是，将20ml蒸馏水及15.4g的5-氨基四唑一水合物加入250ml三口瓶中，在20℃～25℃搅拌下，将质量浓度为7.2%的氢氧化钠水溶液87ml加入三口瓶中，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解，在20℃～25℃搅拌下，再向三口瓶中加入含有9.8g硫酸二甲酯的有机溶剂，所述有机溶剂为甲苯和氯苯体积比为1：1的100ml混合溶剂，搅拌下加热升温至91℃～93℃，反应4.5小时，冷却至室温，静置反应液，分出水相，减压蒸除水相总水量的70%体积的水后，冷却至0℃～3℃，经过滤，所得滤饼用0℃～3℃冷水洗涤，经干燥和蒸馏水重结晶，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物。
在以下的实施例中，采用的纯度分析和结构鉴定仪器为：
纯度分析仪器：LC-20AT高效液相色谱仪（HPLC）。
结构鉴定仪器：IR-NEXUS870傅立叶变换红外光谱仪；
Blukev-AV500超导核磁共振仪。
以下是发明人给出的实施例，这些实施例是较优的例子，本发明不限于这些实施例。
实施例1：
将20ml蒸馏水及15.4g的5-氨基四唑一水合物加入250ml三口瓶中，呈混悬液。20℃～25℃搅拌下，将质量浓度为7.0%的氢氧化钠水溶液89ml加入三口瓶中，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解。将9.8g硫酸二甲酯与20ml甲苯混溶，在20℃～25℃搅拌下，将含有硫酸二甲酯的甲苯液体加入三口瓶中，搅拌下加热升温至88℃～89℃，反应1.5小时，冷却至室温，反应液静置，分出水相，减压蒸除约70ml水后，将减压蒸除部分水后的水相冷却至0℃～3℃，过滤，过滤所得固体，用0℃～3℃的5ml冷水洗涤固体，室温干燥固体，得到粗品。核磁共振仪分析，粗品中1-甲基-5-氨基四唑：2-甲基-5-氨基四唑=1：0.04，用15ml蒸馏水重结晶粗品，得到7.8g产品，收率52.5%，纯度98.6%（HPLC）。
实施例2：
将20ml蒸馏水及15.4g的5-氨基四唑一水合物加入250ml三口瓶中，呈混悬液。20℃～25℃搅拌下，将质量浓度为7.5%的氢氧化钠水溶液83ml加入三口瓶中，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解。将9.8g硫酸二甲酯与60ml二甲苯混溶，在20℃～25℃搅拌下，将含有硫酸二甲酯的二甲苯液体加入三口瓶中，搅拌下加热升温至92℃～93℃，反应2.5小时，冷却至室温，反应液静置，分出水相，减压蒸除约70ml水后，将减压蒸除部分水后的水相冷却至0℃～3℃，过滤，过滤所得固体，用0℃～3℃的5ml冷水洗涤固体，室温干燥固体，得到粗品。核磁共振仪分析，粗品中1-甲基-5-氨基四唑：2-甲基-5-氨基四唑=1：0.05，用15ml蒸馏水重结晶粗品，得到8.5g产品，收率57.2%，纯度98.2%（HPLC）。
实施例3：
将20ml蒸馏水及15.4g的5-氨基四唑一水合物加入250ml三口瓶中，呈混悬液。20℃～25℃搅拌下，将质量浓度为7.2%的氢氧化钠水溶液87ml加入三口瓶中，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解。将9.8g硫酸二甲酯与100ml混合溶剂（甲苯：氯苯=1：1，v/v）混溶，在20℃～25℃搅拌下，将含有硫酸二甲酯的甲苯和氯苯混合溶剂液体加入三口瓶中，搅拌下加热升温至91℃～93℃，反应4.5小时，冷却至室温，反应液静置，分出水相，减压蒸除约70ml水后，将减压蒸除部分水后的水相冷却至0℃～3℃，过滤，过滤所得固体，用0℃～3℃的5ml冷水洗涤固体，室温干燥固体，得到粗品。核磁共振仪分析，粗品中1-甲基-5-氨基四唑：2-甲基-5-氨基四唑=1：0.07，用20ml蒸馏水重结晶粗品，得到11.6g产品，收率78.1%，纯度98.6%（HPLC）。
结构鉴定：
IR（KBr，cm-1）：2950，2806，1459，1384（CH3），3327，1667，789（NH2），1485（N=N），1596（C=N），1321（C-N），1120，1091，1044
1H NMR（DMSO-d6为溶剂，TMS为内标）δ：3.70（3H，s，CH3），6.64（2H，s，NH2）。
上述结构鉴定数据证实，上述实施例所得产品的确是1-甲基-5-氨基四唑化合物。

Claims (2)

1.一种1-甲基-5-氨基四唑的合成方法，其特征在于，该方法以5-氨基四唑一水合物为原料，具体按以下步骤进行：
1)将5-氨基四唑一水合物和蒸馏水加入反应瓶，在温度20℃～25℃搅拌下，加入质量浓度为7.0％～7.5％的氢氧化钠水溶液，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解；
2)在温度20℃～25℃搅拌下，再向反应瓶中加入含有硫酸二甲酯的有机溶剂，其中，5-氨基四唑一水合物与硫酸二甲酯的摩尔比为1：0.52；硫酸二甲酯与有机溶剂质量体积比为1：2.0～10.2；有机溶剂为甲苯、二甲苯或甲苯和氯苯体积比为1:1混合溶剂；加完含有硫酸二甲酯的有机溶剂后，加热升温至88℃～93℃，反应1.5～4.5小时，冷却至室温，静置反应液，分出水相；
3)减压蒸除水相总水量的70％体积的水后，冷却至0℃～3℃，过滤，所得滤饼经0℃～3℃冷水洗涤，干燥和蒸馏水重结晶，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物；
所述的5-氨基四唑一水合物的结构式如下所示：
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将15.4g的5-氨基四唑一水合物和20ml蒸馏水加入250ml三口瓶中，在20℃～25℃搅拌下，将质量浓度为7.2％的氢氧化钠水溶液87ml加入三口瓶中，并搅拌使5-氨基四唑一水合物溶解，在20℃～25℃搅拌下，再将含有9.8g硫酸二甲酯的有机溶剂加入三口瓶中，所述有机溶剂为甲苯和氯苯体积比为1：1的100ml混合溶剂，搅拌下加热升温至91℃～93℃，反应4.5小时，冷却至室温，静置反应液，分出水相，减压蒸除水相总水量的70％体积的水后，冷却至0℃～3℃，经过滤，所得滤饼用0℃～3℃冷水洗涤，经干燥和蒸馏水重结晶，得到1-甲基-5-氨基四唑化合物。
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