CN107088414B - 一种n-乙基化催化剂及其在制备n-乙基苯胺衍生物中的应用 - Google Patents

一种n-乙基化催化剂及其在制备n-乙基苯胺衍生物中的应用 Download PDF

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Abstract

本发明属于催化剂的制备及应用技术领域，具体公开了一种N‑乙基化催化剂及利用该催化剂制备N‑乙基苯胺衍生物的方法。将原料镍盐、铜盐、钴盐和锰盐加入到水中，再加入活性炭或气相三氧化二铝作为负载体，搅拌充分分散；然后用过量氨水碱化；干燥，氢气还原，即得。本发明催化剂的生产过程绿色环保、经济安全；催化剂可重复使用或添加部分新催化剂与回收的催化剂合用；该催化剂用于N‑乙基化反应，对设备要求低；生产效率高；产品质量好；收率高。

Description

一种N-乙基化催化剂及其在制备N-乙基苯胺衍生物中的应用
技术领域
本发明涉及催化剂的制备及应用技术领域，具体涉及一种应用于新型Trinder's试剂原料—苯胺类衍生物的N-乙基化催化剂及N-乙基苯胺衍生物的制备方法。
背景技术
新型Trinder's试剂是高水溶性苯胺衍生物，被广泛用于诊断检测和生化试验。在比色法测定过氧化氢活性中比常规生色的试剂具有若干优势。新型Trinder’s试剂足够稳定，既可以用于溶液也可以用于试验流水线检测系统中。在过氧化氢和过氧化物酶的存在下，新型Trinder’s试剂在与4-氨基安替比林(4-AA)或3-甲基苯并噻唑砜腙(MBTH)的氧化偶合反应过程中，形成非常稳定的紫色或蓝色染料，现广泛应用于葡萄糖、酒精、酰基-辅酶A和胆固醇等的测定。因此，开发相关Trinder's试剂使用的苯胺类原料绿色环保安全的生产工艺，具有明显的经济效益潜力。Trinder's试剂中使用的苯胺类衍生物有：3,5-二甲基苯胺、3-甲基苯胺、3-甲氧基苯胺、3,5-二甲氧基苯胺。
传统的N-乙基化反应如乙酰化后金属氢化物还原；或者与酮或醛生成Schiff碱，再经Ni/H2或甲酸还原。以卤代乙烷为N-乙基化试剂的反应过程中，苯胺与卤代乙烷反应是不可逆的连串反应，所得的产物同时含有单取代产物、双取代产物和原料，再通过精馏的方式，分离出单取代产物。以乙醛为N-乙基化试剂的反应过程中，苯胺与乙醛加成形成羟基胺，进一步脱水形成亚胺，最后经催化加氢得到N-乙基化产物。前述方法均存在操作步骤复杂，产生大量的副产物，产物收率低等问题。虽然近年有Ranny Ni应用于乙基化领域，但反应过程中生产的水会抑制反应的进行，导致原料难以转化完全。目前工业生产N-乙基苯胺类产品常规方法为苯胺与乙醇、苯胺与氯乙烷、以酸或碱为催化剂，高温高压制备得到含苯胺、N-乙基苯胺和二乙基苯胺的混合物，再经精馏分离得到N-乙基苯胺类产品。前述工业生产方法存在着生产过程需要高温高压，对设备要求高、生产周期长、有副产物、分离困难、酸碱使用量大等问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供了一种N-乙基化催化剂及应用该催化剂制备N-乙基苯胺衍生物的方法。
一种N-乙基化催化剂，其制备方法如下：
将原料镍盐、铜盐、钴盐和锰盐(镍元素：铜元素：钴元素：锰元素的投料摩尔比例为3.30～3.40：3.20～3.30：1.10～1.20：1.00)加入到水中，再加入上述四种盐中金属元素总质量5-6倍的活性炭或气相三氧化二铝作为负载体，搅拌使体系充分分散；然后用过量氨水碱化；干燥，氢气还原，得干催化剂；为防止催化剂自燃，向干催化剂中加水保存，优选的，加入与干催化剂等质量的水浸润混合，得到含水50％的N-乙基化催化剂。
优选的原料为氯化镍、氯化锰、氯化钴和氯化铜。
应用该催化剂制备N-乙基苯胺衍生物，具体步骤如下：
将制备得到的催化剂、苯胺衍生物和乙醇投入反应釜中，78-85℃反应4-10小时，TLC中控原料反应完全为止，反应完全后冷却反应液，滤出催化剂并回收催化剂，将反应液减压浓缩成油状物，油状物经减压蒸馏，得到N-乙基苯胺衍生物，收率98.0-99.2％，HPLC纯度99.3-99.5％；
所述苯胺衍生物为3,5-二甲基苯胺、3-甲基苯胺、3-甲氧基苯胺或3,5-二甲氧基苯胺；
所述苯胺衍生物和乙醇摩尔比为1:(2-5)；
所述催化剂用量(以干重计)为苯胺质量的2.5％-10％。
与现有工艺相比，本发明的优点和有益效果在于：
制备得到的N-乙基化催化剂，生产过程绿色环保、经济安全；催化剂可重复使用或添加部分新催化剂与回收的催化剂合用；本发明的N-乙基化催化剂用于N-乙基化反应，对设备要求低；生产效率高；产品质量好；收率高。
具体实施方式
下面通过具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例不应理解为对本发明请求保护范围的限制。
以下实施例中所用浓氨水的质量百分比浓度为25％-28％。
实施例1：一种N-乙基化催化剂的制备方法，其步骤如下：
将15g无水氯化镍、15g无水氯化铜、5g无水氯化钴、5g一水氯化锰溶于1000g水中，加入100g活性炭粉末(比表面积1000±300m2/g，300目)，充分搅拌，形成均匀分散体系。搅拌下滴加浓氨水200ml，水浴浓缩至干，将固体剩余物置于管式炉中，在400℃，用体积比为5:95的H2/Ar还原4小时，混合气气流速度50mL/min，得到118.07g干催化剂(Ni：5.75％，Cu：6.01％，Co：1.62％，Mn：1.92％，活性炭：84.70％)；完全冷却后，加入脱气超纯水118.07g充分浸润，搅拌分散成均匀的湿固体，即为含水50％的催化剂C1。
实施例2：一种N-乙基化催化剂的制备方法，其步骤如下：
将15g无水氯化镍、15g无水氯化铜、5g无水氯化钴、5g一水氯化锰溶于1000g水中，加入100g气相三氧化二铝粉末(比表面积100±15m2/g，1000目)，充分搅拌，形成均匀分散体系。搅拌下滴加浓氨水200ml，水浴浓缩至干，将固体剩余物置于管式炉中，在400℃，用体积比为5:95的H2/Ar还原4小时，混合气气流速度50mL/min，得到118.07g干催化剂(Ni：5.75％，Cu：6.01％，Co：1.62％，Mn：1.92％，三氧化二铝：84.70％)；完全冷却后，加入脱气超纯水118.07g充分浸润，搅拌分散成均匀的湿固体，即为含水50％的催化剂C2。
实施例3：N-乙基-3,5-二甲基苯胺的制备
将121.1g(1mol)3,5-二甲基苯胺、6.2g催化剂C1、92g(2mol)无水乙醇加入到反应釜中，78-83℃回流反应4小时后，TLC中控反应进度直至原料反应完全，合计反应时间10小时，关闭加热。冷却反应液，过滤，固体剩余物为可回收的催化剂，催化剂收集后保存在水中备用。将滤液50℃减压浓缩，得到150.1g油状物，HPLC分析(岛津LC-10A，色谱柱：SupelcoDiscovery C-18；1ml/min，甲醇：水＝60:40)N-乙基-3,5-二甲基苯胺99.3％，N,N-二乙基-3,5-二甲基苯胺0.3％。经减压蒸馏，得到148.0g N-乙基-3,5-二甲基苯胺，收率99.2％。1HNMR(400MHz，CDCl3)：6.39(m，1H)，6.27(m，2H)，3.37(br，1H)，3.06(q，2H)，2.22(m，6H)，1.18(t，3H)。
实施例4：N-乙基-3,5-二甲基苯胺的制备
将121.1g(1mol)3,5-二甲基苯胺、3g新催化剂C1、实施例3中回收的全部催化剂C1、148.3g(3.22mol)无水乙醇加入到反应釜中，78-83℃回流反应4小时后，TLC中控反应进度直至反应完全，合计反应时间10小时，关闭加热。冷却反应液，过滤，固体剩余物为可回收的催化剂，催化剂收集后保存在水中暂存备用。将滤液50℃减压浓缩，得到150.1g油状物，HPLC分析(岛津LC-10A，色谱柱：Supelco Discovery C-18；1ml/min，甲醇：水＝60:40)N-乙基-3,5-二甲基苯胺99.3％，N,N-二乙基-3,5-二甲基苯胺0.3％。经减压蒸馏，得到148.0gN-乙基-3,5-二甲基苯胺，收率99.2％。1H NMR(400MHz，CDCl3)：6.38(m，1H)，6.26(m，2H)，3.36(br，1H)，3.05(q，2H)，2.21(m，6H)，1.16(t，3H)。
实施例5：N-乙基-3-甲基苯胺的制备
将107.1g(1mol)3-甲基苯胺、21.5g催化剂C1、230g(5mol)无水乙醇加入到反应釜中，78-83℃回流反应4小时后，TLC中控反应进度直至原料反应完全，合计反应时间5小时，关闭加热。冷却反应液，过滤，固体剩余物为可回收的催化剂，催化剂收集后保存在水中暂存备用。将滤液50℃减压浓缩，得到135.2g油状物，HPLC分析(岛津LC-10A，色谱柱：SupelcoDiscovery C-18；1ml/min，甲醇：水＝60:40)N-乙基-3-甲基苯胺99.5％，N,N-二乙基-3-甲基苯胺0.2％。经减压蒸馏，得到133.1g N-乙基-3-甲基苯胺，收率98.5％。1H NMR(400MHz，CDCl3)：7.09(t，1H)，6.50(m，1H)，6.39(m，1H)，6.28(t，1H)，3.33(br，1H)，3.08(m，2H)，2.25(s，3H)，1.18(t，3H)。
实施例6：N-乙基-3-甲氧基苯胺的制备
将123.1g(1mol)3-甲氧基苯胺、20.0g催化剂C2、148.3g(3.22mol)无水乙醇加入到反应釜中，78-83℃回流反应4小时后，TLC中控反应进度直至原料反应完全，合计反应时间6小时，关闭加热。冷却反应液，过滤。将滤液50℃减压浓缩，得到150.1g油状物，HPLC分析(岛津LC-10A，色谱柱：Supelco Discovery C-18；1ml/min，甲醇：水＝60:40)N-乙基-3-甲氧基苯胺99.3％，N,N-二乙基-3-甲氧基苯胺0.3％。经减压蒸馏，得到148.0g N-乙基-3-甲氧基苯胺，收率98.0％。1H NMR(400MHz，CDCl3)：7.12(t，1H)，6.33(m，1H)，6.27(m，1H)，6.23(t，1H)，3.81(s，3H)，3.64(br，1H)，3.15(q，2H)，1.26(t，3H)。
实施例7：N-乙基-3,5-二甲氧基苯胺的制备
将153.0g(1mol)3,5-二甲氧基苯胺、20.0g催化剂C2、230g(5mol)无水乙醇加入到反应釜中，78-83℃回流反应4小时后，TLC中控反应进度直至原料反应完全，合计反应时间6小时，关闭加热。冷却反应液，过滤。将滤液50℃减压浓缩，得到181.4g油状物，HPLC分析(岛津LC-10A，色谱柱：Supelco Discovery C-18；1ml/min，甲醇：水＝60:40)N-乙基-3,5-二甲氧基苯胺99.3％，N,N-二乙基-3,5-二甲氧基苯胺0.3％。经减压蒸馏，得到179.8g N-乙基-3,5-二甲氧基苯胺，收率99.1％。1H NMR(400MHz，CDCl3)：6.43(m，1H)，6.21(m，2H)，3.75(m，6H)，3.64(br，1H)，3.15(q，2H)，1.26(t，3H)。

Claims (7)

1.一种由N-乙基化催化剂制备N-乙基苯胺衍生物的应用，具体步骤如下：
将N-乙基化催化剂、苯胺衍生物和乙醇投入反应釜中，78-85℃反应4-10小时，反应完全后冷却反应液，滤出催化剂，将反应液减压浓缩成油状物，油状物经减压蒸馏，得到N-乙基苯胺衍生物；
所述N-乙基化催化剂的制备方法，其步骤如下：
将镍盐、铜盐、钴盐和锰盐加入到水中，再加入载体活性炭或气相三氧化二铝，搅拌分散；然后加入过量氨水碱化；再经干燥、氢气还原，得N-乙基化催化剂；
所述镍盐、铜盐、钴盐和锰盐中镍元素：铜元素：钴元素：锰元素的摩尔比例为3.30~3.40：3.20~3.30：1.10~1.20：1.00；
所述载体质量为镍盐、铜盐、钴盐和锰盐中金属元素总质量的5-6倍；
所述苯胺衍生物为3,5-二甲基苯胺、3-甲基苯胺、3-甲氧基苯胺或3,5-二甲氧基苯胺。
2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述镍盐、铜盐、钴盐和锰盐分别为氯化镍、氯化铜、氯化钴和氯化锰。
3.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述N-乙基化催化剂加水保存。
4.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述苯胺衍生物和乙醇摩尔比为1：2-5。
5.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：所述N-乙基化催化剂用量以干重计为苯胺质量的2.5%-10%。
6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：回收滤出的催化剂。
7.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：得到N-乙基苯胺衍生物的收率为98.0-99.2%，HPLC分析N-乙基苯胺衍生物的纯度为99.3-99.5%。
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Address before: 430000 Building No. 233, No. 388, No. 2 High-tech Road, Donghu High-tech Development Zone, Wuhan City, Hubei Province

Applicant before: Wuhan Desheng Biochemical Technology Co., Ltd.

GR01 Patent grant
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