CN104710258B

CN104710258B - 甲酰胺的制备方法

Info

Publication number: CN104710258B
Application number: CN201310676174.5A
Authority: CN
Inventors: 王峰; 王业红; 徐杰; 张健; 张晓辰; 张超锋; 陈海军
Original assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Current assignee: Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date: 2013-12-11
Filing date: 2013-12-11
Publication date: 2017-03-08
Anticipated expiration: 2033-12-11
Also published as: CN104710258A

Abstract

本发明涉及一种制备甲酰胺的方法。该方法采用甲酰化试剂与胺（伯胺或仲胺）作为反应物，在酸性气体的促进下，经甲酰胺化反应制备产物甲酰胺的过程。该方法的特征是以酸性气体为反应促进剂，在较温和的条件下高效率进行。其反应过程如下：将一定浓度的甲酰化试剂与伯胺或仲胺混合，不需加入或是额外加入其它溶剂，引入一定量的酸性气体，密闭，在高于室温的温度下，搅拌，反应时间≥0.5h，反应得到产物甲酰胺。该方法反应过程可控性高，无催化剂的加入，促进剂为气体，反应终止时，迅速挥发，无需分离操作，产物甲酰胺的收率可达到95%以上且具有很好的底物普适性。

Description

甲酰胺的制备方法

技术领域

本发明涉及一种制备甲酰胺的方法，具体涉及酸性气体促进的甲酰胺化反应制备甲酰胺的过程。

背景技术

酰胺基团一种非常重要的化学基团，存在于许多天然聚合物中，如：多肽、蛋白质等。此外，酰胺也是优异的合成单体，可用于制备尼龙等聚合物。CN101970675A公布一种生物催化腈化合物制备酰胺化合物的方法。巴斯夫欧洲公司的一项专利（CN102712576A）以磷酸或路易斯酸性金属盐为催化剂催化族胺与甲酸酯转化制备芳族甲酰胺。专利CN101684076B以氨基酸离子液体作为反应介质和催化剂，催化酮肟的贝克曼重排反应制备酰胺。

虽然目前酰胺的制备方法研究比较多，但是却存在着一些缺点：例如催化剂制备过程复杂，反应时间长，反应收率低，污染环境，反应后催化剂易失活等。与上述方法相比，催化伯胺或仲胺的甲酰化反应制备甲酰胺具有一定的优势。1959年Pettit and Thomas（Pettit,G.R.;Thomas,E.G.J.Org.Chem.1959,24,895–896）报道了在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中加入甲醇钠与苯胺或同系物回流制备甲酰胺。Kraus（Kraus,M.A.Synthesis1973,361–362.）采用少量硫酸作为催化剂在DMF中催化烷基胺甲酰化制备甲酰胺。因此，开发一种催化剂制备简单，反应过程温和且效率高的甲酰化过程具有重要的意义。

发明内容

本发明的意义在于克服了目前制备甲酰胺过程中存在的缺点。方法反应过程可控性高，无催化剂的加入，促进剂为气体，反应终止时，迅速挥发，无需分离操作，产物甲酰胺的收率可达到95%以上，且有很好的底物普适性。

本发明涉及的甲酰胺通过以下方案制备。

一种制备甲酰胺的具体过程如下：将伯胺或仲胺与甲酰化试剂混合，引入酸性气体，密闭，反应得到产物甲酰胺。

其过程如下式1所示：

其中，R¹为取代基，该甲酰化试剂为甲酰胺及其衍生物、甲醛、甲酸酯中的一种或几种；R²、R³均为取代基，R²为H原子、1-10个碳原子的烃基、C1-10的取代烃基中的一种，取代烃基中的取代基团为-F,-Cl,-Br,-I,-NO₂,-NH₂,-CN,-OCH₃,-OC₂H₅或-N(CH₃)₂，取代基团的个数为1-5个；R³为1-10个碳原子的烃基、C1-10的取代烃基中的一种，取代烃基中的取代基团为-F,-Cl,-Br,-I,-NO₂,-NH₂,-CN,-OCH₃,-OC₂H₅或-N(CH₃)₂，取代基团的个数为1-5个；所述的式1中伯胺或仲胺的浓度为：0.05mol·L^-1～5mol·L^-1；所述的甲酰化试剂摩尔数与伯胺或仲胺的摩尔比≥1；所述酸性气体促进剂为：二氧化碳（CO₂）、氯气（Cl₂）、硫化氢（H₂S）、二氧化氮（NO₂）、氯化氢（HCl）、二氧化硫（SO₂）中的一种或几种；所述酸性气体的压力为常压～1.0MPa；所述反应温度25℃～180℃，反应时间≥0.5h。

所述甲酰胺化反应式中：(式1)中，R¹为取代基，较佳的甲酰化试剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺、甲醛、甲酸甲酯中的一种或几种；R²、R³均为取代基，较佳的取代基如下：R²=苯基，R³=H；R²=苯基，R³=H；R²=苯基，R³=CH₃；R²=苄基，R³=H；R²=间氯苄基，R³=H；R²=对甲氧基苄基，R³=H；R²=苯基，R³=CH₃；R²=间甲基苄基，R³=H；较佳的伯胺或仲胺的浓度为：0.1mol·L^-1～3mol·L^-1；较佳的酸性气体促进剂为：二氧化碳（CO₂）、二氧化氮（NO₂）、二氧化硫（SO₂）中的一种或几种；较佳的酸性气体的压力为常压～0.5MPa；较佳的反应温度60℃～150℃（室温），反应时间≥6h。

所述甲酰胺化反应式中：(式1)中，R1为取代基，最佳的甲酰化试剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、甲酸甲酯中的一种或几种；R2，R3均为取代基，最佳的取代基如下：R2=苯基，R3=H；R2=苯基，R3=CH3；R2=苄基，R3=H；R2=间氯苄基，R3=H；R2=对甲氧基苄基，R3=H；R2=苯基，R3=CH3；

最佳的伯胺或仲胺的浓度为：0.1mol·L-1～1mol·L-1；最佳的酸性气体促进剂为：二氧化碳（CO2）、二氧化氮（NO2）中的一种或几种；

甲酰化试剂既作为反应物又作为溶剂，反应体系中不额外加入或是额外加入其它溶剂；所述其它溶剂为：甲苯、对二甲苯、1,4-二氧六环、四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或二种以上。

甲酰化试剂与胺（伯胺或仲胺）作为反应物，在酸性气体的促进作用下，经甲酰胺化反应制备产物甲酰胺。该方法的特征是以酸性气体为反应促进剂，在较温和的条件下高效率进行。其反应过程如下：将一定浓度的甲酰化试剂与伯胺或仲胺混合，不需加入或是额外加入其它溶剂，引入一定量的酸性气体，密闭，在高于室温的温度下，搅拌，反应时间≥0.5h，反应得到产物甲酰胺。该反应为酸性气体促进的反应过程，因此酸性气体适宜的酸强度，是影响催化效率的主要因素，使之表现出较好的活性和选择性。酸强度较高时，原料胺与酸性气体形成稳定的盐，导致反应活性降低，无法进一步与甲酰化试剂反应；酸性较弱时，无法活化底物胺分子，使得反应终止。因此选择适宜酸强度的催化剂是提高甲酰胺收率的关键。该反应中酸性气体的优选为：CO₂或NO₂中的一种或几种。

本发明具有以下几点优势：

1、该方法产物甲酰胺的收率可达到95%以上且具有很好的底物普适性。

2、反应过程简单，反应条件较为温和，转化率与选择性均较高；

3、反应过程可控性高，无催化剂的加入，促进剂为气体，反应终止时，迅速挥发，无需分离操作；

4、普适性高，适用于大部分胺（伯胺或仲胺）与甲酰化试剂作为反应物。

附图说明

图1为实施例1的产物气相-质谱联用分析谱图，其中图1（a）为色谱图，停留时间4.9min处为原料苄胺；停留时间8.7min处为产物；

图1（b）为保留时间在8.7min的产物，即N-苄基甲酰胺的质谱图。

具体实施方式

为了对本发明进行进一步详细说明，下面给出几个具体实施案例，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

在150ml的耐压瓶中，分别加入15mmol苄胺以及20ml N,N-二甲基甲酰胺，用CO₂气体置换，在100℃下搅拌反应12h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例2

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入15mmol正丁胺以及20ml甲酰胺，充入CO₂，压力为0.6MPa。在120℃下搅拌反应12h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例3

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入15mmol苄胺以及20ml N,N-二乙基甲酰胺，充入CO₂，压力为0.2MPa，在80℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例4

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入15mmol苄胺以及20ml甲醛，充入CO₂，压力为0.2MPa，在80℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例5

在150ml的耐压瓶中，分别加入15mmol环己胺以及20ml N,N-二甲基甲酰胺，用CO₂气体置换，在100℃下搅拌反应12h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例6

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入15mmol二苯胺以及20mL N,N-二甲基甲酰胺，用NO₂气体置换，在100℃下搅拌反应12h，在150℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例7

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入8mmol苄胺以及15ml甲酸，用CO₂气体置换，在100℃下搅拌反应12h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例8

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入20mmol对甲氧基苄胺以及30ml N,N-二乙基甲酰胺，充入NO₂气体，压力为0.6MPa。在100℃下搅拌反应12h，在150℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例9

在150ml的耐压瓶中，分别加入15mmol呋喃-2-甲胺以及20mlN,N-二甲基甲酰胺，用CO₂气体置换，在80℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例10

在150ml的耐压瓶中，分别加入20mmol噻吩-2-甲胺以及35mlN,N-二甲基甲酰胺，用CO₂气体置换，在100℃下搅拌反应24h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

实施例11

在150ml的聚四氟衬里的反应釜中，分别加入20mmol对氯苄胺以及35ml N,N-二乙基甲酰胺，用CO₂气体置换，在100℃下搅拌

反应48h，反应结束后，色谱检测产物，其转化率与选择性见表1。

表1催化甲酰化反应评价结果

	胺转化率/%	产物甲酰胺选择性/%
			实施例1	91	99
实施例2	95	>99
			实施例3	80	97
实施例4	65	91
			实施例5	90	98
实施例6	52	90
			实施例7	85	89
实施例8	63	80
			实施例9	93	97
实施例10	94	90
			实施例11	93	95

结论：采用酸性气体（二氧化碳等）促进伯胺或仲胺与甲酰胺试剂反应制备甲酰胺，促进剂为气体，反应终止时，迅速挥发，无需分离操作；反应过程可控性高，产物甲酰胺的收率可达到95%以上且具有很好的底物普适性。

Claims

1.甲酰胺的制备方法，其特征在于：

将伯胺或仲胺与甲酰化试剂混合，引入酸性气体，密闭，反应得到产物甲酰胺；

其过程如下式1所示：

其中，R¹为取代基，该甲酰化试剂为甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二乙基甲酰胺中的一种或二种以上；

R²、R³均为取代基，R²为H原子、1-10个碳原子的烃基、C1-10的取代烃基中的一种，取代烃基中的取代基团为-F,-Cl,-Br,-I,-NO₂,-NH₂,-CN,-OCH₃,-OC₂H₅或-N(CH₃)₂，取代基团的个数为1-5个；R³为1-10个碳原子的烃基、C1-10的取代烃基中的一种，取代烃基中的取代基团为-F,-Cl,-Br,-I,-NO₂,-NH₂,-CN,-OCH₃,-OC₂H₅或-N(CH₃)₂，取代基团的个数为1-5个；

所述的式1中伯胺或仲胺的浓度为：0.05mol·L^-1～5mol·L^-1；

所述的甲酰化试剂摩尔数与伯胺或仲胺的摩尔比≥1；

所述酸性气体为：二氧化碳(CO₂)、二氧化氮(NO₂)、二氧化硫(SO₂)中的一种或二种以上。

2.一种甲酰胺的制备方法，其特征在于：

其过程如下式1所示：

R²＝苯基，R³＝H；R²＝苯基，R³＝CH₃；R²＝苄基，R³＝H；R²＝间氯苄基，R³＝H；R²＝对甲氧基苄基，R³＝H；或，R²＝间甲基苄基，R³＝H；

所述的式1中伯胺或仲胺的浓度为：0.05mol·L^-1～5mol·L^-1；

所述的甲酰化试剂摩尔数与伯胺或仲胺的摩尔比≥1；

3.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

所述酸性气体的压力为常压～1.0MPa；

所述反应温度25℃～180℃，反应时间≥0.5h。

4.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

所述酸性气体的压力为常压～0.5MPa；

所述反应温度60℃～150℃，反应时间≥6h。

5.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

所述的式1中伯胺或仲胺的浓度为：0.1mol·L^-1～3mol·L^-1。

6.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

所述式1中伯胺或仲胺的浓度为：0.1mol·L^-1～1mol·L^-1。

7.按照权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于：

其中甲酰化试剂既作为反应物又作为溶剂，反应体系中不额外加入或是额外加入其它溶剂；

所述其它溶剂为：甲苯、对二甲苯、1,4-二氧六环、四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或二种以上。