CN105037189A - 一种由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,该方法使用松节油或工业蒎烯为原料,在强质子酸水溶液的催化下同乙腈反应制备产物,待充分反应后将反应液用无机强碱水溶液中和反应液至中性,加入非水溶性有机溶剂萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得到1,8-孟烷二乙酰胺固体。该方法所得到的1,8-孟烷二乙酰胺产品产率高、纯度好,相对于原有的制备方法,该法以更廉价易得的松节油或工业蒎烯为原料,工艺路线简单,大大降低了1,8-孟烷二乙酰胺及其下游产品的生产成本,另外,本发明还具有毒性小、操作过程简单等优点。
Description
技术领域:
本发明涉及一种生产1,8-孟烷二乙酰胺的工艺方法,尤其是涉及一种由松节油和乙腈一步反应法生产1,8-孟烷二乙酰胺的工艺方法。
背景技术
酰胺C–N键是生物体内多肽和蛋白质等生物活性分子的重要结构基元,因此,许多具有酰胺基团的化合物都具有优良的杀虫、抑菌、除草、抗植物病毒以及抗肿瘤等活性,被广泛应用于医药、农药等领域。此外,许多酰胺类化合物也是重要的有机合成中间体,常被用于合成杂原子或杂环化合物,在化工、香料、染料以及轻纺等行业都有极为重要的应用价值。
自上世纪60年代Schmeling等人首次发现酰胺类内吸性杀菌剂以来,数十种具有酰胺结构的药品相继开发上市,然而,多数化合物在使用过程中会出现无法避免的毒性,造成了各种各样的环境和健康问题。以无毒或低毒的天然产物为原料,通过对其中的活性部位进行修饰制备相应的酰胺类衍生物,可以增加相应化合物的生物相容性,降低对环境和人畜健康的危害,是现阶段新药开发的重点方向。
松节油是国内丰产的单萜类天然精油,从其出发能够衍生合成多种结构接近天然产物的精细化学品。由于绝大部分松节油衍生物对人畜的毒性很低或几乎没有毒性,越来越多的松节油衍生产品被用于农药增效剂、驱虫或引诱活性剂、除草剂、抗菌杀菌剂等。作为一类重要的松节油衍生化合物之一,近年来,萜酰胺类化合物的合成和应用受到广泛关注,并在农药增效、除草、抑菌、抗肿瘤等方面得到广泛应用。周永红等(精细与专用化学品,2001,5:13-14)将松节油或双戊烯异构为α-松油烯后与马来酐加成,合成了一系列N-烷基酰亚胺类化合物,研究发现该系列化合物对除虫菊酯类农药具有较明显的增效活性,且该类化合物毒性极小、对人畜无害、成本低便于推广。高艳清等(LettersinDrugDesign&Discovery,2013,10(7):613-619)以β-蒎烯为起始原料,经氧化、脱水以及酰胺化反应得到6种新的枯茗酸酰胺化合物,并测试了相应化合物抑菌活性,研究表明,部分化合物对产气肠杆菌以及肺炎克雷伯氏菌的抑制作用明显。
1,8-孟烷二乙酰胺是一种单环萜二酰胺类松节油衍生物,虽然其在医药、农药方面的应用还没有得到完全的开发,但由于其特殊的理化和结构特性,1,8-孟烷二乙酰胺在医药、农药领域具有巨大的应用前景。Koval’skaya(ZhurnalOrganicheskoiKhimii,1991,27(4):757-762)等在异松蒎醇Ritter反应中发现有少量1,8-孟烷二乙酰胺生成,由于仅为该反应含量较低的副产物之一,以该方法制备1,8-孟烷二乙酰胺效率较低,纯化工艺繁琐。Koval’skaya(KhimiyaPrirodnykhSoedinenii,1989,5:649-655)等以及钟兴等(CN201110103300.9(2012))以1,8-孟烷二醇(即萜二醇)与乙腈为原料,分别在硫酸或其醋酸混合液中进行Ritter反应,得到了1,8-孟烷二乙酰胺,但原料1,8-孟烷二醇(即萜二醇)的成本较高,不利于进行规模化生产和应用。
发明内容
为了解决现有的1,8-孟烷二乙酰胺制备技术存在的效率低、成本高、纯化工艺繁琐等缺点,本发明提供了一种由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,以廉价易得的天然产物松节油或蒎烯以及低毒性的乙腈为原料进行异构酰化反应,简化了生产工艺路线,降低了1,8-孟烷二乙酰胺及其下游产品的生产成本,减少了周围环境的危害。
本发明的技术方案为:一种由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,使用松节油或工业蒎烯为原料,在强质子酸的催化下同乙腈进行异构酰胺化反应制备产物,充分反应后用无机碱水溶液中和反应液至中性,加入非水溶性有机溶剂萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得到1,8-孟烷二乙酰胺固体。
所用的强质子酸催化剂为硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸溶液的一种或任意几种的水溶液,加入量为松节油摩尔量的1.0~3.0倍。
乙腈的加入量为松节油摩尔量的1.5~4.0倍。
反应在0℃~100℃温度下进行。
反应在40℃~80℃温度下进行。
反应时间为1~10h。
中和所用无机碱水溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氨水的一种或任意几种的水溶液。
萃取所用的非水溶性有机溶剂为醚、酯、直链烷烃或环烷烃的一种或任意几种的混合物。
松节油是脂松节油、硫酸盐松节油、或者木松节油、干馏松节油之中的一种或两种以上的混合物。
萃取所用的非水溶性有机溶剂为乙酸乙酯、石油醚、正己烷或环己烷的任一种。
有益效果
1.本发明所述工艺技术可以摒弃现有制备1,8-孟烷二乙酰胺工艺效率低、纯化工艺繁琐等缺陷,适合多批次、大批量生产。
2.本发明以廉价易得的松节油或蒎烯为原料,通过异构-Ritter反应一步制备1,8-孟烷二乙酰胺,大大降低了1,8-孟烷二乙酰胺及其下游产品的生产成本。
附图说明
图1为1,8-孟烷二乙酰胺红外光谱图(cm-1:3314,νN-H;2916,νC-H;1642,νC=O)。
图2为1,8-孟烷二乙酰胺质谱图(m/z:255.05,M+H+)。
图3为1,8-孟烷二乙酰胺氢核磁共振谱图(δ:6.90~7.40,NH)。
具体实施方案
一种合成1,8-孟烷二乙酰胺的工艺方法,反应式如下:
具体包括以下步骤:
第一步:异构酰胺化反应:将100mL(约86g)工业级别的松节油或α-蒎烯或β-蒎烯中的一种与乙腈加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入强质子酸水溶液,滴加完毕后缓慢升温至一定温度,保温反应1h~10h。其中强质子酸溶液由硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸的一种或者二种及以上的水溶物,质量浓度范围为20%~80%,加入量为松节油摩尔量的1.0~3.0倍,乙腈的加入量为松节油摩尔量的1.5~4.0倍,反应可以在0℃~100℃温度下进行,优选40℃~80℃为最佳反应温度范围。
松节油是脂松节油、硫酸盐松节油、或者木松节油、干馏松节油之中的一种或两种以上的混合物,其有效成分为α-蒎烯、β-蒎烯,也可以直接使用由松节油分离得到的工业级别的α-蒎烯或β-蒎烯以及其他天然精油(如桉叶油、樟油等)来源的α-蒎烯或β-蒎烯代替松节油作为反应原料。
第二步:异构酰胺化反应结束后,将反应液用无机强碱中和至中性,加入非水溶性有机溶剂萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺固体。其中中和反应时所用无机强碱水溶液为氢氧化钾、氢氧化钠水溶液、氨水的一种或任意几种的混合物。萃取所用的非水溶性有机溶剂为醚、酯、直链烷烃或环烷烃的一种或任意几种的混合物。
原料松节油、α-蒎烯、β-蒎烯、反应液、粗产品、终产品等均使用毛细管气相色谱法进行反应跟踪和分析检验。
本发明中使用的GC分析的仪器及条件:岛津2014AF型气相色谱仪。RTX-5石英毛细管气相色谱柱(Φ0.25mm×30m×0.25μm),程序升温70℃→130℃→270℃,两段升温速率分别为:3℃/min和10℃/min,进样器温度260℃,FID检测器温度260℃,载气为N2。
实施例1
将84.3g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.58mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺91.1g(0.36mol)。
实施例2
将84.6g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与79.0g乙腈(1.92mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺41.6g(0.16mol)。
实施例3
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与39.5g乙腈(0.96mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺22.3g(0.088mol)。
实施例4
将84.6g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入520g20%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺1.24g(0.005mol)。
实施例5
将84.5g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入169g80%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入非水溶性有机溶剂萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺35.9g(0.14mol)。
实施例6
将84.5g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入112g60%的H2SO4水溶液(含H2SO40.69mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺61.5g(0.24mol)。
实施例7
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入292g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.79mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺82.2g(0.32mol)。
实施例8
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入含1.38mol对甲苯磺酸的对甲苯磺酸饱和水溶液,滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺38.5g(0.15mol)。
实施例9
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入含1.38mol三氟甲磺酸的60%三氟甲磺酸水溶液,滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺47.7g(0.19mol)。
实施例10
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至40℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺44.7g(0.18mol)。
实施例11
将84.3g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.58mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至90℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺18.9g(0.074mol)。
实施例12
将84.3g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.58mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺54.7g(0.22mol)。
实施例13
将84.4g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钾水溶液中和至中性,加入乙酸乙酯萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺85.4g(0.34mol)。
实施例14
将84.2g松节油(蒎烯GC含量94.5%,0.59mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入石油醚萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺80.1g(0.32mol)。
实施例15
将84.8gα-蒎烯(GC含量95.9%,0.60mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入正己烷萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺105.3g(0.41mol)。
实施例16
将84.6gβ-蒎烯(GC含量98.4%,0.61mol)与63.2g乙腈(1.54mol)加入1L反应器中,机械搅拌至溶液混合均匀,冰水浴条件下缓慢滴入225g60%的H2SO4水溶液(含H2SO41.38mol),滴加完毕后缓慢升温至75℃,保温反应5h,反应结束后,将反应液用氢氧化钠水溶液中和至中性,加入环己烷萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得1,8-孟烷二乙酰胺80.2g(0.32mol)。
Claims (10)
1.一种由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,使用松节油或工业蒎烯为原料,在强质子酸的催化下同乙腈进行异构酰胺化反应制备产物,充分反应后用无机碱水溶液中和反应液至中性,加入非水溶性有机溶剂萃取,收集静置有机层析出产物,过滤、洗涤沉淀得到1,8-孟烷二乙酰胺固体。
2.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,所用的强质子酸催化剂为硫酸、磷酸、对甲苯磺酸、三氟甲磺酸溶液的一种或任意几种的水溶液,加入量为松节油摩尔量的1.0~3.0倍。
3.根据权利要求1或2所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,乙腈的加入量为松节油摩尔量的1.5~4.0倍。
4.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,反应在0℃~100℃温度下进行。
5.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,反应在40℃~80℃温度下进行。
6.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,反应时间为1~10h。
7.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,中和所用无机碱水溶液为氢氧化钾、氢氧化钠、氨水的一种或任意几种的水溶液。
8.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,萃取所用的非水溶性有机溶剂为醚、酯、直链烷烃或环烷烃的一种或任意几种的混合物。
9.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,松节油是脂松节油、硫酸盐松节油、或者木松节油、干馏松节油之中的一种或两种以上的混合物。
10.根据权利要求1所述的由松节油制备1,8-孟烷二乙酰胺的方法,其特征在于,萃取所用的非水溶性有机溶剂为乙酸乙酯、石油醚、正己烷或环己烷的任一种。
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