CN107954935B - 一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种1，3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮的合成方法，包括如下步骤：(1)将蒙脱土、钯碳、2‑咪唑烷酮和甲醛水溶液依次加入到可加热与可充放气的高压釜中，再将氢气冲入该高压釜中进行反应，反应温度为110～160℃，反应时间为1～5h；(2)对步骤(1)所得的物料进行过滤以回收蒙脱土和钯碳，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到粗产品；(3)将上述粗产品进行精馏提纯，得到所述1，3‑二甲基‑2‑咪唑啉酮。本发明中所用催化剂为蒙脱土，其价格低廉，无需进一步处理或改性即可直接使用，且容易回收套用。

Description

一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法
技术领域
本发明属于有机合成技术领域，具体涉及一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法。
背景技术
1，3-二甲基-2-咪唑啉酮又称为1，3-二甲基-2-咪唑烷酮，呈无色透明液体。该化合物具有极强的溶解性，可溶解多种有机物和无机物，并具有高沸点、低熔点、低毒性等优点，同时在热的强碱和酸性条件下具有很好的稳定性，耐水、耐光及耐氧性能较佳，广泛应用于化工等诸多领域，被称为“王牌溶剂”。
目前，1，3-二甲基-2-咪唑啉酮(DMI)的化学合成方法主要包括1)以N，N-二甲基乙二胺和羰基化试剂(如光气、二氧化碳、三氯乙酰氯等)为原料制备DMI；2)以2-咪唑烷酮和甲基化试剂(如溴甲烷、硫酸二甲酯)为原料制备DMI；3)以2-咪唑烷酮、甲醛和还原剂(如甲酸、氢气)为原料制备DMI。在方法1)中，或原料毒性大(如以光气为羰基化原料)，或反应条件苛刻(如以二氧化碳为羰基化原料)，且关键原料N，N-二甲基乙二胺价格昂贵，均不适合工业化生产。在方法2)中，甲基化原料或毒性大(如溴甲烷、硫酸二甲酯)，或价格昂贵(如溴甲烷)，均不利于工业化生产。
目前工业上主要以2-咪唑烷酮、甲醛和还原剂为原料制备DMI(方法3)。如德国专利DE3703389报道了一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法，该方法2-咪唑烷酮，甲醛水溶液及甲酸(浓度为85％)为原料制备1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。CN101070306A对德国专利DE3703389进行了改进，提出以2-咪唑烷酮，甲醛水溶液及浓度为30％～45％质的甲酸为原料制备1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，生成的稀甲酸可循环使用，降低成本。上述方法均使用了过量的甲酸，设备腐蚀严重，而且产生大量废水，环境污染严重。欧洲专利EP215964A1报道了一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法。该方法以2-咪唑烷酮、甲醛水溶液为原料，以氢气为还原剂，钯碳和负载强酸的Gamma-氧化铝为催化剂制备1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。但此方法所用的固体酸催化剂以价格较为昂贵的Gamma-氧化铝为原料，通过负载强酸对其进行改性，其制备工艺繁琐，改性过程中所用的强酸会腐蚀设备，后处理过程中会有废酸生成，不利于环保，且制备过程中能耗较高，最终导致生产工艺成本较高。
综上所述，目前报道的1，3-二甲基-2-咪唑啉酮合成方法方法均有诸多不足，或原料价格昂贵、毒性较大，或反应条件苛刻，或设备腐蚀严重，或环境污染严重等。因此，开发一种成本低廉，反应条件相对温和、工艺清洁的合成方法显得尤其重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法。
本发明的技术方案如下：
一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将蒙脱土、钯碳、2-咪唑烷酮和浓度为35～40％的甲醛水溶液依次加入到可加热与可充放气的高压釜中，再将氢气冲入该高压釜中进行反应，反应温度为110～160℃，反应时间为1～5h；上述2-咪唑烷酮、甲醛水溶液与氢气的质量比为1∶2.0～6.0∶0.1～0.4，2-咪唑烷酮、蒙脱土与钯碳的质量比为1∶0.1～0.4∶0.1～0.7；
(2)对步骤(1)所得的物料进行过滤以回收蒙脱土和钯碳，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到粗产品；
(3)将上述粗产品进行精馏提纯，得到所述1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。
在本发明的一个优选实施方案中，所述2-咪唑烷酮和甲醛水溶液的质量比为1∶2.9～4。
在本发明的一个优选实施方案中，所述2-咪唑烷酮、蒙脱土与钯碳的质量比为1∶0.2∶0.3～0.31。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的反应温度为125～145℃。
在本发明的一个优选实施方案中，所述步骤(1)的反应时间为4h。
本发明的有益效果是：
1、本发明中所用催化剂为蒙脱土，其价格低廉，无需进一步处理或改性即可直接使用，且容易回收套用。
2、本发明的生产工艺简单，反应条件较为温和，合成效率高。
3、本发明的制备过程三废排放量较少，合成工艺绿色清洁。
具体实施方式
以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。
实施例1
向可加热与可充放气的高压釜其中(带有搅拌装置)，依次加入0.2g蒙脱土，2.0g2-咪唑烷酮(23mmol)7.8g浓度为37％的甲醛水溶液(96mmol)，159mmol氢气，0.67g5％钯碳(含水55％)，在145℃下反应4h后停止反应。反应液自然冷却至室温，过滤回收催化剂，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗产品。通过气相色谱仪进行定量分析，产率为91.7％
核磁分析结果：1H NMR(400MHz，D2O)：δ2.58(s，6H，CH3)；δ3.21(s，4H，CH2).13CNMR(400MHz，D2O)：δ30.73(2C)，44.88(2C)，163.49(1C).
最后通过精馏提纯，得到所述1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。
实施例2
向可加热与可充放气高压釜中(带有搅拌装置)，依次加入0.2g蒙脱土，2.0g 2-咪唑烷酮(23mmol)，5.9g浓度为37％的甲醛水溶液(72mmol)，159mmol氢气，0.67g 5％钯碳(含水55％)，在145℃下反应4h后停止反应。反应液自然冷却至室温，过滤回收催化剂，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗产品。通过气相色谱仪进行定量分析，产率为87.0％，最后通过精馏提纯，得到所述1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。
实施例3
向可加热与可充放气高压釜中(带有搅拌装置)，依次加入0.2g蒙脱土，2g 2-咪唑烷酮(23mmol)，7.8g浓度为37％的甲醛水溶液(96mmol)，159mmol氢气，0.67g 5％钯碳(含水55％)，在125℃下反应4h后停止反应。反应液自然冷却至室温，过滤回收催化剂，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到1，3-二甲基-2-咪唑啉酮粗产品。通过气相色谱仪进行定量分析，产率为84.3％，最后通过精馏提纯，得到所述1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims (5)

1.一种1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)将蒙脱土、钯碳、2-咪唑烷酮和浓度为35～40％的甲醛水溶液依次加入到可加热与可充放气的高压釜中，再将氢气冲入该高压釜中进行反应，反应温度为110～160℃，反应时间为1～5h；上述2-咪唑烷酮、甲醛水溶液与氢气的质量比为1∶2.0～6.0∶0.1～0.4，2-咪唑烷酮、蒙脱土与钯碳的质量比为1∶0.1～0.4∶0.1～0.7；
(2)对步骤(1)所得的物料进行过滤以回收蒙脱土和钯碳，收集滤液后蒸馏脱除滤液中剩余的甲醛与副产物水，得到粗产品；
(3)将上述粗产品进行精馏提纯，得到所述1，3-二甲基-2-咪唑啉酮。
2.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述2-咪唑烷酮和甲醛水溶液的质量比为1∶2.9～4。
3.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述2-咪唑烷酮、蒙脱土与钯碳的质量比为1∶0.2∶0.3～0.31。
4.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)的反应温度为125～145℃。
5.如权利要求1所述的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)的反应时间为4h。
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1，3-二甲基-2-咪唑啉酮的合成工艺的研究;陈俊霞;《石油化工应用》;20141231;第33卷(第12期);第108-111页 *

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