CN109776412A - 一种n氧化物的合成方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及有机合成领域，针对产率低的问题，提供了一种N氧化物的合成方法，包括以下步骤：（1）在冰醋酸中加入含N的杂环化合物，溶解得预混物；（2）往预混物中滴加质量浓度为10%‑15%的双氧水，双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1‑3：1，控制温度为20℃‑110℃，反应得第一中间体；（3）蒸出第一中间体中残余的冰醋酸，得到N氧化合物。通过加入质量浓度为10%‑15%的双氧水将冰醋酸先氧化成过氧乙酸，过氧乙酸再将含N的杂环化合物氧化为N氧化合物，使得反应中无需加入催化剂依旧可达到大于98%的收率，从而使得反应结束后无需进行催化剂的去除操作，使得反应的实验操作更加简单、方便。

Description

一种N氧化物的合成方法

技术领域

本发明涉及氧化物有机合成领域，更具体地说，它涉及一种N氧化物的合成方法。

背景技术

N氧化物一般是由对应的含N杂环化合物氧化得到的。现有的合成方法一般是通过在反应中加入催化剂以提高反应的收率。

但是，通过加入催化剂进行反应，需要先制备催化剂，在反应结束后还需要将催化剂除去，操作麻烦，因此，仍有改进的空间。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种N氧化物的合成方法，具有无需采用催化剂仍可达到高收率的优点。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种N氧化物的合成方法，包括以下步骤：

(1)在冰醋酸中加入含N的杂环化合物，溶解得预混物；

(2)往预混物中滴加质量浓度为10％-15％的双氧水，双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1-3：1，控制温度为20℃-110℃，反应得第一中间体；

(3)蒸出第一中间体中残余的冰醋酸，得到N氧化合物。

本发明进一步设置为：所述含N的杂环化合物为异喹啉、吡啶、N-甲基吗啉、8-羟基喹啉、5-羟基喹啉、8-甲基喹啉、4-甲基喹啉、5-甲基异喹啉中的任意一种。

采用上述技术方案，过氧化氢先将冰醋酸氧化成过氧乙酸，过氧乙酸再将含N的杂环化合物氧化为N氧化合物，使得反应中无需加入催化剂依旧可达到大于98％的收率，从而使得反应结束后无需进行催化剂的去除操作，使得反应的实验操作更加简单、方便；另外，传统的合成方法一般采用质量浓度为30％以上的双氧水，本发明中采用质量浓度为10％-15％的双氧水，使得氧化反应不容易因双氧水的质量浓度过高而导致反应过于剧烈，从而有利于减少反应体系中容易出现温度过高的情况，进而有利于减少副反应的发生，使得反应的收率提高，同时使得反应的纯度提高；同时，采用低质量浓度的双氧水还有利于提高反应的安全性，有利于减少氧化反应过程过于剧烈而放热剧烈，造成危险的情况；降低了双氧水的质量浓度，有利于提高双氧水的利用效率，减少双氧水反应不完全容易造成环境污染的情况；由于产物溶于冰醋酸，通过蒸出冰醋酸，有利于提高反应产物的收率以及纯度，使得反应产物的收率高于98％。

本发明进一步设置为：所述双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1.1-1.2：1。

采用上述技术方案，通过控制加入的双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1.1-1.2：1，使得反应物反应得更加彻底，从而有利于提高反应的收率，使得反应收率大于99％；同时，有利于反应物尽可能地转化为产物，使得产物的纯度提高。

本发明进一步设置为：所述步骤(2)中控制温度为70℃-80℃。

采用上述技术方案，通过步骤(2)中的温度控制为70℃-80℃，有利于反应物反应彻底，使得反应的收率提高，从而使得反应的收率大于99％；同时，有利于反应物尽可能地转化为产物，使得产物的纯度提高。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中蒸出第一中间体残余的冰醋酸后得到残余物，加水溶解形成残余物溶液，再调节残余物溶液的pH至8-9，得到第二中间体。

采用上述技术方案，由于产物溶于冰醋酸，通过调节残余物溶液的pH至8-9，使得残余物中粘附的冰醋酸被中和，进而有利于提高反应产物的纯度。残余物为本发明中的反应产物N氧化物。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中采用可溶性碳酸盐调节残余物的pH。

采用上述技术方案，通过采用可溶性碳酸盐调节残余物的pH，可溶性碳酸盐主要用于中和未蒸馏干净的冰醋酸，使得冰醋酸与可溶性碳酸盐反应后生成碳酸，碳酸不稳定，受热容易分解，从而有利于碳酸的去除，使得反应物的纯度提高。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中，调节残余物溶液的pH至8-9后，向第二中间体滴加酸，调节第二中间体的pH至2-4。

采用上述技术方案，通过向第二中间体滴加酸以调节第二中间体的pH，利用酸与未反应的含N杂环化合物成盐溶于水以除去，有利于提高产物的纯度；通过调节pH至2-4，有利于未反应的含N杂环化合物更完全地除去，使得产物的纯度高于99％。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中采用浓盐酸调节第二中间体的pH。

采用上述技术方案，通过采用浓盐酸调节第二中间体的pH，利用浓盐酸易于挥发的特性，便于浓盐酸的去除，从而有利于提高产物的纯度。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中，在滴加酸调节第二中间体的pH之前，先冷却、过滤第二中间体，再取滤渣并用水洗至滤渣呈中性。

采用上述技术方案，通过在调节第二中间体的pH之前，先冷却、过滤第二中间体并取滤渣水洗至滤渣呈中性，有利于洗去多余的碳酸盐，从而有利于减少后续采用酸调节第二中间体的pH至2-4的酸的用量，有利于节约资源。滤渣为本发明中经过初步提纯的反应产物N氧化物。

本发明进一步设置为：所述步骤(3)中减压蒸出冰醋酸，减压蒸出冰醋酸的反应温度不高于100℃。

采用上述技术方案，通过减压蒸出冰醋酸，有利于降低冰醋酸的沸点，使得冰醋酸更容易被完全蒸出，使得常压条件下沸点为119℃的冰醋酸在70℃左右的温度即可比较完全地蒸出，从而有利于提高反应的收率，同时，有利于提高产物的纯度；通过控制蒸出冰醋酸的反应温度不高于100℃，有利于提高反应的安全性，减少过氧化氢受热容易从反应体系中喷出造成危险的情况。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过加入质量浓度为10％-15％的双氧水将冰醋酸先氧化成过氧乙酸，过氧乙酸再将含N的杂环化合物氧化为N氧化合物，使得反应中无需加入催化剂依旧可达到大于98％的收率，从而使得反应结束后无需进行催化剂的去除操作，使得反应的实验操作更加简单、方便；

2.通过采用质量浓度为10％-15％的双氧水，使得氧化反应不容易因双氧水的质量浓度过高而导致反应过于剧烈，有利于减少副反应的发生，使得反应产物的收率提高；

3.通过采用质量浓度为10％-15％的双氧水，使得氧化反应不容易因双氧水的质量浓度过高而导致反应过于剧烈，从而有利于提高反应的安全性；

4.通过采用质量浓度为10％-15％的双氧水，降低了双氧水的质量浓度，使得成本降低，有利于提高双氧水的利用效率，减少双氧水反应不完全容易造成环境污染的情况；

5.由于产物溶于冰醋酸，通过蒸出冰醋酸，有利于提高反应产物的收率以及纯度，使得反应的收率高于98％。

具体实施方式

以下结合实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例1

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至20℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到固体喹啉氮氧化物143.2g，收率为98.8％，纯度为90.0％。

实施例2

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至70℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到固体喹啉氮氧化物143.7g，收率为99.1％，纯度为91.0％。

实施例3

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至70℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水258g，控制温度为50℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，冷却，过滤，得到固体喹啉氮氧化物143.8g，收率为99.2％，纯度为94.0％。

实施例4

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至70℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水258g，控制温度为50℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣，将滤渣溶于258g水中，再用浓盐酸调pH至2，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为2且不变化后，过滤，得到固体喹啉氮氧化物144g，收率为99.3％，纯度为97.0％。

实施例5

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至70℃，保温4小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水258g，控制温度为50℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于258g水中，用浓盐酸调pH至2，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为2且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为30℃干燥12小时，得到固体喹啉氮氧化物144.3g，收率为99.5％，纯度为99.1％。

实施例6

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸194g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水340g(过氧化氢为1mol)，加完缓慢升温至20℃，保温4小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水258g，控制温度为50℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于258g水中，用浓盐酸调pH至2，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为2且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为30℃干燥12小时，得到固体喹啉氮氧化物144g，收率为99.3％，纯度为98.0％。

实施例7

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸258g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水374g(过氧化氢为1.1mol)，加完缓慢升温至70℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.07MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水322g，控制温度为55℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于322g水中，用浓盐酸调pH至3，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为3且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为35℃干燥10小时，得到固体喹啉氮氧化物144.7g，收率为99.8％，纯度为99.8％。

实施例8

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸322.5g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为15％的双氧水272g(过氧化氢为1.2mol)，加完缓慢升温至80℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为60℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水258g，控制温度为60℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于258g水中，用浓盐酸调pH至4，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为4且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为40℃干燥8小时，得到固体喹啉氮氧化物144.7g，收率为99.8％，纯度为99.7％。

实施例9

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将异喹啉129g(1mol)溶于冰醋酸232g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为13％的双氧水313.8g(过氧化氢为1.2mol)，加完缓慢升温至110℃，保温2小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水369g，控制温度为56℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于369g水中，，用浓盐酸调pH至3，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为3且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为35℃干燥10小时，得到固体异喹啉氮氧化物144.3g，收率为99.5％，纯度为99.4％。

实施例10

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将吡啶79g(1mol)溶于冰醋酸142g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为11％的双氧水432.7g(过氧化氢为1.4mol)，加完缓慢升温至72℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.08MPa，控制温度为60℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水158g，控制温度为53℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于158g水中，用浓盐酸调pH至2，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为2且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为38℃干燥9小时，得到固体吡啶氮氧化物94.5g，收率为99.5％，纯度为99.5％。

实施例11

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将N-甲基吗啉101g(1mol)溶于冰醋酸192g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水510g(过氧化氢为1.5mol)，加完缓慢升温至78℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.07MPa，控制温度为65℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水202g，控制温度为58℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于202g水中，用浓盐酸调pH至4，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为4且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为36℃干燥9小时，得到固体N-甲基吗啉氮氧化物116.4g，收率为99.5％，纯度为99.4％。

实施例12

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将8-羟基喹啉145g(1mol)溶于冰醋酸362.5g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为15％的双氧水453.3g(过氧化氢为2mol)，加完缓慢升温至75℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为58℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水220g，控制温度为55℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于220g水中，用浓盐酸调pH至3，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为3且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为30℃干燥12小时，得到固体8-羟基喹啉氮氧化物160.1g，收率为99.4％，纯度为99.2％。

实施例13

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将5-羟基喹啉145g(1mol)溶于冰醋酸290g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为12％的双氧水566.7g(过氧化氢为2mol)，加完缓慢升温至50℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.08MPa，控制温度为60℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水333.5g，控制温度为58℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于333.5g水中，用浓盐酸调pH至2，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为2且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为40℃干燥8小时，得到固体5-羟基喹啉氮氧化物159.9g，收率为99.3％，纯度为99.1％。

实施例14

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将8-甲基喹啉143g(1mol)溶于冰醋酸329g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为12％的双氧水337.2g(过氧化氢为2.5mol)，加完缓慢升温至100℃，保温2小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.07MPa，控制温度为70℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水286g，控制温度为56℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于286g水中，用浓盐酸调pH至4，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为4且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为35℃干燥10小时，得到固体8-甲基喹啉氮氧化物157.9g，收率为99.3％，纯度为99.1％。

实施例15

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将4-甲基喹啉143g(1mol)溶于冰醋酸357.5g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为14％的双氧水728.6g(过氧化氢为3mol)，加完缓慢升温至73℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.06MPa，控制温度为65℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水315g，控制温度为54℃，搅拌下用饱和碳酸钾溶液调pH至8,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于315g水中，用浓盐酸调pH至3，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为3且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为32℃干燥11小时，得到固体4-甲基喹啉氮氧化物158g，收率为99.4％，纯度为99.2％。

实施例16

一种N氧化物的合成方法如下：

搅拌下将5-甲基异喹啉143g(1mol)溶于冰醋酸258g，得到预混物。在室温下往预混物中滴加质量浓度为10％的双氧水1020g(过氧化氢为3mol)，加完缓慢升温至90℃，保温3小时，得到第一中间体。

减压蒸出冰醋酸，控制压力为-0.08MPa，控制温度为80℃，至无馏分蒸出，得到残余物；往残余物中加入水214.5g，控制温度为56℃，搅拌下用饱和碳酸钠溶液调pH至9,20min复测pH值无变化，得到第二中间体；冷却第二中间体并过滤，取滤渣并用水洗至中性，再将滤渣溶于214.5g水中，用浓盐酸调pH至4，同时有大量黄色固体析出，搅拌至pH为4且不变化后，过滤，滤饼用水洗至中性。控制温度为35℃干燥10小时，得到固体5-甲基异喹啉氮氧化物157.7g，收率为99.2％，纯度为99.1％。

比较例1

一种3，5-二甲基吡啶氮氧化物的制备，包括以下步骤：

步骤一，将1.56g钨酸加入到500ml去离子水中，用1mol/L的氨水调节溶液pH至钨酸全溶，然后加入商业化的二氧化钛(P25)10g，超声分散30分钟后，将溶剂在60℃的温度下蒸干；

步骤二，将步骤一所得固体在马弗炉中氧气气氛下焙烧2小时后得到白色固体的催化剂，即钨负载二氧化钛，焙烧温度为450℃，记为5％WO3/TiO2；

步骤三，以钨负载的二氧化钛为催化剂，将20g3,5-二甲基吡啶、50mL30％的过氧化氢溶液、1g步骤一中制备的催化剂加入到三口烧瓶中；

步骤四，将步骤三制备的混合液在40℃下搅拌反应10小时，将反应后的液体自然冷却至室温，然后依次经过过滤、洗涤、浓缩，滤液浓缩后得到3,5-二甲基吡啶氮氧化物成品21.5g，收率:93.7％，高效液相色谱检测纯度为95.8％。

比较例2

一种3,5-二甲基吡啶氮氧化物的制备,包括如下步骤：

步骤一，将1.6g钨酸加入到500ml去离子水中，用1mol/L的氨水调节溶液pH至钨酸全溶，然后加入10.5g商业化的二氧化钛(P25)，超声分散48分钟后，将溶剂在55℃的温度下蒸干；

步骤二，将步骤一所得固体在马弗炉中氧气气氛下焙烧2.8小时后得到白色固体的催化剂，即钨负载二氧化钛，焙烧温度为460℃，记为5％WO3/TiO2；

步骤三，以钨负载的二氧化钛为催化剂，将50g3,5-二甲基吡啶、55mL30％的过氧化氢溶液、7g步骤一中制备的催化剂加入到三口烧瓶中；

步骤四，将步骤三制备的混合液在20℃下搅拌反应10小时，将反应后的液体自然冷却至室温，然后依次经过过滤、洗涤、浓缩，滤液浓缩后得到3,5-二甲基吡啶氮氧化物成品收率:95.8％，高效液相色谱检测纯度为94.7％。

比较例3

一种甲基吡啶氮氧化合物的氧化合成方法如下：

(1)催化剂的制备

①称取10g活性炭，用自来水冲洗若干次，至洗液澄清，再用蒸馏水高温煮沸1h后滤出液体，重复上述的清洗、高温煮沸过程3次，然后将活性炭放入烘箱中95℃干燥3h，冷却后备用；

②准确称取1g磷钨酸溶于去离子水，待磷钨酸完全溶解后加入2g步骤①中预处理过的活性炭，小心搅拌至完全浸湿，100W功率下，超声波处理8min，取出活性炭和磷钨酸溶液的混合物继续搅拌后，再用超声波处理8min，取出活性炭和磷钨酸溶液的混合物后蒸发除去溶剂即制得活性炭负载磷钨酸催化剂。

(2)氧化反应

将50g3-甲基吡啶和5g活性炭负载磷钨酸催化剂混合，搅拌，缓慢加入27.5％的过氧化氢(H₂O₂)110g，控制反应温度80℃，搅拌反应6小时后，冷却至室温，过滤，分离出活性炭负载磷钨酸催化剂后得到3-甲基吡啶氮氧化物滤液，滤液为3-甲基吡啶氮氧化物粗品，在负压0.08MPa的条件下减压蒸馏后得到产品，经分析，3-甲基吡啶氮氧化物成品57.8g，产品的收率为98.5％，纯度为83.5％。

比较例4

一种甲基吡啶氮氧化合物的氧化合成方法如下：

(1)催化剂的制备

①称取10g活性炭，用自来水冲洗若干次，至洗液澄清，再用蒸馏水高温煮沸1h后滤出液体，重复上述的清洗、高温煮沸过程5次，然后将活性炭放入烘箱中90℃干燥3h，冷却至室温后备用；

②准确称取1g磷钨酸溶于去离子水，待磷钨酸完全溶解后加入2.5g步骤①中预处理过的活性炭，搅拌至完全浸湿，50W功率下，超声波处理5min，取出活性炭和磷钨酸溶液的混合物继续搅拌后，再用超声波处理5min，取出活性炭和磷钨酸溶液的混合物后蒸发除去溶剂即制得活性炭负载磷钨酸催化剂。

(2)氧化反应

将50g2-甲基吡啶和4g活性炭负载磷钨酸催化剂混合，搅拌，缓慢加入27.5％的过氧化氢(H₂O₂)100g，控制反应温度70℃，搅拌反应5小时后，冷却至室温，过滤，分离出活性炭负载磷钨酸催化剂后得到2-甲基吡啶氮氧化物滤液，滤液为2-甲基吡啶氮氧化物粗品，在负压0.05MPa的条件下减压蒸馏后得到产品，经分析，2-甲基吡啶氮氧化物成品57.4g，产品的收率为97.8％，纯度为82.6％。

比较例5

一种2-氯吡啶氮氧化物的制备工艺，包括下列步骤：

(1)催化剂的制备

将25g三甲基十六烷基溴化铵溶于200ml去离子水中，维持20-60℃搅拌30分钟，在其中加入50gNa₂SiO₃，搅拌均匀，用稀H₂SO₄将溶液的pH调至8.5，然后在强烈搅拌下将含氯化锂7.5g的水溶液60ml滴加到上述溶液中，再滴加含三水高锰酸钠30g的水溶液220ml，用氨水调节pH至9.0-9.5，最后加入含四氯化锗12g的水溶液20ml。将得到的混合溶胶搅拌2小时后转入不锈钢高压釜中，在150℃水热反应48h，反应结束后，用水冷却至室温，产物过滤，并用无离子水和无水乙醇分别洗涤三次，室温干燥得到催化剂原粉。原粉在马弗炉中于580℃焙烧5h，随后自然冷却，得到催化剂。样品中的锂、锰、锗含量由ICP检测仪确定，其中催化剂中各元素重量比为锂1.1％、锰7.2％、锗3.5％、氧88.2％。

(2)氧化反应

在开着搅拌的500ml三口烧瓶中加入50g2-氯吡啶和5g催化剂，升温到60℃，分批滴加87.0g27.5％的过氧化氢(过氧化氢与2-氯吡啶的摩尔比为1.6:1)，反应5.5小时，降到常温，过滤，滤饼抽干，用65g无离子水洗滤饼，抽干滤饼，为催化剂，经活化后套用到下一批次中，滤液为2-氯吡啶氮氧化物水溶液198.5g，经分析，含量为28.56％，收率为99.5％；调节负压到700mmHg，升温到55℃浓缩得到2-氯吡啶氮氧化物成品56.5g，收率为99.1％，纯度为84.8％。

各实施例以及比较例的检测数据见表1。

表1

根据表1中实施例1与实施例2、实施例5与实施例6、实施例8与实施例9、实施例12与实施例13、实施例15与实施例16的数据对比可得，在其他条件几乎相同的情况下，实施例2、实施例5、实施例8、实施例12、实施例15的反应温度均控制在70℃-80℃的范围内，而实施例1、实施例5、实施例9、实施例13以及实施例16的反应温度条件均在70℃-80℃的范围外，而实施例2的收率和纯度均高于实施例1的，实施例5的收率和纯度均高于实施例6的，实施例9的收率和纯度均高于实施例8的，实施例13的收率和纯度均高于实施例12的，实施例16的收率和纯度均高于实施例15的，说明通过控制反应温度为70℃-80℃，在一定程度上有利于提高反应的收率以及反应产物的纯度。

根据表1中实施例2-实施例5的数据对比可得，在其他条件相同的情况下，实施例3比实施例2多进行了一步溶解反应产物，并调节反应产物溶液的pH至8-9的步骤，实施例3的收率和纯度均高于实施例2的，说明通过调节产物的pH至8-9，可在一定程度上提高反应的收率和产物的纯度，由于产物溶于冰醋酸，通过调节pH值至8-9，有利于中和粘附在产物上的残余的冰醋酸，从而有利于提高反应的收率和产物的纯度；实施例4比实施例3多进行了一步调节产物的pH值至8-9后，再滴加酸调节产物的pH值至2-4，实施例4的收率以及纯度均高于实施例3的，说明通过调节产物的pH值至8-9后，再调节产物的pH值至2-4，有利于反应物中未反应的含N杂环化合物与酸成盐溶于水以除去，从而有利于提高反应的收率以及产物的纯度。

根据表1中实施例5、实施例7、实施例8、实施例10-12、实施例15的数据对比可得，在其他条件几乎相同的情况下，实施例5采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1，实施例7采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1.1，实施例8采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1.2，实施例10采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1.4，实施例11采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1.5，实施例12采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：2，实施例15采用的含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：3，而实施例7与实施例8的收率以及纯度均明显高于其他实施例的，说明通过控制含N的杂环化合物与双氧水中的过氧化氢的摩尔比为1：1.1-1.2，有利于反应物的反应完全，从而有利于提高反应的收率，使得反应产物的纯度同时提高。

根据实施例1-16与比较例1-5的操作与数据对比可得，比较例1-5中在进行氧化反应之前均进行了催化剂的制备操作，同时在氧化反应后进行了催化剂的去除操作，但实施例1-16的收率和纯度均不低于比较例1-5的或与比较例1-5的相近，说明通过采用本发明的实验方法进行N氧化物的合成，有利于省去制备催化剂以及去除催化剂的步骤，使得合成的实验操作更加方便、简单，还有利于提高反应的收率和产物纯度，从而使得经济效益提高；实施例1-16中采用的都是质量浓度为10％-15％的双氧水，而比较例1-5均采用质量浓度为30％左右的双氧水，且实施例1-16的收率和纯度均不低于比较例1-5的或与比较例1-5的相近，说明通过采用低质量浓度的双氧水，使得氧化反应不容易因双氧水的浓度过高而导致反应过于剧烈，有利于减少反应体系中容易因温度过高而发生副反应，从而有利于提高反应的收率和产物的纯度，同时，通过采用低质量浓度的双氧水，还有利于提高反应的安全性，减少反应过程过于剧烈容易出现危险的情况，另外，通过降低双氧水的质量浓度，还有利于双氧水的充分反应，使得双氧水不容易残留，从而有利于提高双氧水的利用率，减少双氧水容易造成环境污染的情况；实施例1-16的反应时间均为2-4小时，比较例1-5的反应时间为5-10小时，同时，实施例1-16的反应收率和纯度均不低于比较例1-5的或与比较例1-5的相近，说明通过采用本发明的合成方法，有利于缩短合成反应时间的同时还有利于提高反应的收率和产物的纯度，使得生产效率提高。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种N氧化物的合成方法，其特征是：包括以下步骤：

（1）在冰醋酸中加入含N的杂环化合物，溶解得预混物；

（2）往预混物中滴加质量浓度为10%-15%的双氧水，双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1-3：1，控制温度为20℃-110℃，反应得第一中间体；

（3）蒸出第一中间体中残余的冰醋酸，得到N氧化合物。

2.根据权利要求1所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述含N的杂环化合物为异喹啉、吡啶、N-甲基吗啉、8-羟基喹啉、5-羟基喹啉、8-甲基喹啉、4-甲基喹啉、5-甲基异喹啉中的任意一种。

3.根据权利要求1-2任一所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述双氧水中的过氧化氢与含N的杂环化合物的摩尔比为1.1-1.2：1。

4.根据权利要求1-2任一所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（2）中控制温度为70℃-80℃。

5.根据权利要求1-2任一所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中蒸出第一中间体残余的冰醋酸后得到残余物，加水溶解形成残余物溶液，再调节残余物溶液的pH至8-9，得到第二中间体。

6.根据权利要求5所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中采用可溶性碳酸盐调节残余物溶液的pH。

7.根据权利要求5所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中，调节残余物溶液的pH至8-9后，向第二中间体滴加酸，调节第二中间体的pH至2-4。

8.根据权利要求7所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中采用浓盐酸调节第二中间体的pH。

9.根据权利要求7所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中，在滴加酸调节第二中间体的pH之前，先冷却、过滤第二中间体，再取滤渣并用水洗至滤渣呈中性。

10.根据权利要求1-2任一所述的一种N氧化物的合成方法，其特征是：所述步骤（3）中减压蒸出冰醋酸，减压蒸出冰醋酸的反应温度不高于100℃。