CN1124256C - 丙二腈的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种新颖的制备丙二腈的方法，包括将(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤进行高温处理。

Description

丙二腈的制备方法
本发明涉及一种新颖的制备丙二腈的方法。
丙二腈是制备异常宽范围的各种活性成分(例如，药用或农业化学活性成分)的非常重要的原料和中间体(Ullmann’s Encyklopdie der technischen Chemie，第4修订增补版，Verlag Chemie Weinheim出版，第16卷，第419-423页)。
虽然已知有许多制备丙二腈的方法，但仅有一种方法在工业规模上是有重要意义的，这就是乙腈与氯化氰在700℃以上的高温的反应。
本发明的目的是，开发另一种具有潜在的工业规模应用价值的丙二腈的制造方法。
本发明的目的是用以下方法实现的。
在本发明中，将通式I的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤在500℃至1000℃转化成丙二腈
Figure C9910407000041
式中，R1和R2相同或不同，表示氢或烷基，R3表示烷基、环烷基、芳基、芳烷基或下式表示的基团
Figure C9910407000042
式中，R4表示烷基、芳基或芳烷基，
X表示卤原子。
此处所述的“烷基”宜指C1-6烷基，即，甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、叔丁基、戊基及其异构体或己基及其异构体。较好的是，R1是甲基。
此处所述的“环烷基”宜指C3-6环烷基，即环丙基、环丁基、环戊基、或环己基。
此处所述的“芳基”宜指被取代的苯基或萘基，“芳烷基”宜指苄基。烷基和芳基均可有合适的取代基。其例子包括：C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷酰基、卤素、硝基、氨基、烷氨基或二烷基氨基。
卤素是指氟、氯、溴或碘，优选溴或氯。作为高温处理的起始化合物的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤可方便地通过将通式II的(2-氰基-N-烷氧基)乙酰胺卤化而制得
式中，R1、R2和R3的定义同上。
所述卤化最好是氯化，用合适的卤化剂(如五氯化磷、光气、磷酰氯或四氯甲烷和三苯膦)进行。
反应宜在合适的溶剂(较好的是卤化溶剂，如氯仿或二氯甲烷)中进行。
卤化的反应温度宜为-20℃至150℃。可以专业方式(例如抽提)从反应混合物中得到相应的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤，然后除去溶剂，用于进一步的转化。
本发明的高温转化最好在700℃至1000℃进行。反应通常在管状反应器中进行。转化时间一般为数秒种。
反应在供氢体的存在下，例如在烷基取代的芳香族化合物(最好是甲苯)的存在下进行较有利。
未反应的原料可循环使用。
丙二腈可从反应产物中分离出来，例如用烃和水进行抽提，然后用氯化钠使水相饱和，接着用醚将丙二腈重新抽提出来。
通式I的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤
Figure C9910407000061
(式中，R1、R2和R3的定义同上)是以往的文献中未报道过的，因此，也由本发明提供。
较佳的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤是(2-氰基-N-甲氧基)亚氨代乙酰氯和(2-氰基-N-乙氧基)亚氨代乙酰氯。
实施例1a：(2-氰基-N-甲氧基)亚氨代乙酰氯的制备
室温下，将13.8g(119.7mmol)(2-氰基-N-甲氧基)乙酰胺导入200ml氯仿中。将所得溶液冷却至3℃，然后小心地加入在70ml氯仿中的29.6g(139mmol)PCl5。待放气平息后，小心地在5℃加入90ml水。分出水相，用50ml二氯甲烷抽提2次以上。将合并的有机相用碳酸氢钠洗涤，直至其为中性，干燥，通过蒸发进行浓缩。将褐色残留物(11.34g)在85℃/10mbar蒸馏，作进一步的纯化。得到无色液体8.5g(53％)，经1H-NMR分析，为纯的化合物。
1H-NMR(400MHz，CDCl3)δ：  3.60(s，3H，CH2)；
                             4.01(s，3H，OCH3)。
13C-NMR(400MHz，CDCl3)δ： 128.3(s)；
                             113(s)；
                             63.4(q)；
                             26.3(t)。实施例1b：(2-氰基-N-乙氧基)乙酰胺的制备
室温下，将13.69g(135.3mmol)三乙胺徐徐滴加在12.0g(123.0mmol)O-乙胲盐酸盐和11.61g(117.2mmol)氰基乙酸甲酯在100ml甲醇中的溶液中，将所得混合液在室温搅拌60小时。虽然转化尚不完全，将反应混合液蒸干。用快速柱色谱法(硅胶，洗脱液先是1∶1乙酸乙酯/己烷，然后是乙酸乙酯)对残留物进行纯化，得到白色固体的标题产物8.20g(55％)。
1H-NMR(400MHz，DMSO-d6)：  11.2(s，宽峰，NH)；
                             3.80(q，2H)；
                             3.55(s，2H)；
                             1.15(t，3H)；
13C-NMR(400MHz，DMSO-d6)： 159.37(C＝O)；
                             115.53(C≡N)；
                             70.88(OCH2)；
                             22.89(CH2)；
                             13.27(CH3)。实施例1c：(2-氰基-N-乙氧基)亚氨代乙酰氯的制备
在3℃，将7.60g(0.037mmol)五氯化磷在30ml氯仿中的悬浮液徐徐滴加在3.90g(0.030mol)(2-氰基-N-乙氧基)乙酰胺在70ml氯仿中的溶液中。将略微混浊的反应混合物在室温搅拌1小时。在用冰进行冷却的同时，滴加40ml H2O。分出各相并将水相用氯仿抽提(2×50ml)。将合并的有机相用碳酸钠溶液(pH≌11，2×20ml)洗涤，用硫酸钠干燥，在旋转式蒸发器蒸去溶剂。用Kugelrohr蒸馏法(2-4mbar，150℃炉温)对残留物进行纯化，得到透明无色的油状标题产物3.21g(72％)。
1H-NMR(400MHz，CDCl3)δ：  4.25(q，2H)；
                             3.60(s，2H)；
                             1.32(t，3H)。
13C-NMR(400MHz，CDCl3)δ： 127.78(Cl-C＝N)；
                             113.46(C≡N)；
                             71.62(OCH2)；
                             26.41(CH2)；
                             14.36(CH3)。实施例2a：丙二腈的制备
将129mg(2-氰基-N-甲氧基)亚氨代乙酰氯溶解在10ml甲苯中。将所得溶液注入与石英热裂解管(长30cm，内径2.5cm，加热至870℃)连接的球形汽化烧瓶中，每次注入100μl，用时45分钟，以使通过真空泵减小了的压力维持在0.2mbar。
将反应产物收集在冷却至-196℃的冷却阱中。用1H-NMR和GC-MS分析反应混合物，结果显示，根据所用的原料进行计算，丙二腈的产率为27％，其余为未反应的原料和1，2-二苯乙烷。实施例2b：丙二腈的制备
将146mg(2-氰基-N-乙氧基)亚氨代乙酰氯溶解在10ml甲苯中。将所得溶液注入与石英热裂解管(长30cm，内径2.5cm，加热至870℃)连接的球形汽化烧瓶中，每次注入100μl，用时45分钟，以使通过真空泵减小了的压力维持在0.2mbar。
将反应产物收集在冷却至-196℃的冷却阱中。用1H-NMR和GC-MS分析反应混合物，结果显示，根据所用的原料进行计算，丙二腈的产率为25％，其余为未反应的原料和1，2-二苯乙烷。实施例3c：丙二腈的制备与纯化
将510mg(2-氰基-N-甲氧基)亚氨代乙酰氯溶解在50ml甲苯中。将所得溶液注入与石英热裂解管(长30cm，内径2.5cm，加热至870℃)连接的球形汽化烧瓶中，每次注入100μl，用时130分钟，以使通过真空泵减小了的压力维持在0.3mbar。
将反应产物收集在冷却至-196℃的冷却阱中。将冷却阱中的反应产物移至分离漏斗中，用50ml己烷冲洗冷却阱并用40ml水冲洗2次。将合并的溶液用水(总共150ml)进行抽提并分出水相。
往水相中加入52g氯化钠，然后用乙醚(总共700ml)振荡抽提3次。用硫酸镁将乙醚相干燥，减压下除去溶剂。用1H-NMR分析残留物，结果显示，其95％为丙二腈，5％为起始物质。根据所用的原料进行计算，丙二腈的产率为26％。
用与实施例2相同的方法进行下述实验，但在各实验中所用石英管的温度有所不同。
  实施例  温度(℃)  丙二腈产率(％)  起始原料  1，2-二苯乙烷
    4     570     2     74     5
    5     670     13     26     9
    6     770     15     19     15
    7     820     18     9     17
    8     870     27     11     29
    9     920     23     11     20
    10     970     23     7     25

Claims (6)

1.丙二腈的制备方法，其特征在于，将通式I的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤在500℃至1000℃进行转化，
式中，R1和R2相同或不同，表示氢或C1-C6烷基，R3表示C1-C6烷基、C3-C6环烷基，可被C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷酰基、卤素、硝基、氨基、烷氨基或二烷基氨基取代的苯基或萘基，苄基或下式表示的基团
其中，R4表示C1-C6烷基，可被C1-4烷基、C1-4烷氧基、C1-4烷酰基、卤素、硝基、氨基、烷氨基或二烷基氨基取代的苯基或萘基，或苄基，
X表示卤原子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，转化在700℃至1000℃进行。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，通式I的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代乙酰卤是通过通式II的(2-氰基-N-烷氧基)乙酰胺的卤化而制得的
式中，R1、R2、R3的定义同上。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述卤化是氯化，用五氯化磷、光气、磷酰氯或四氯甲烷和三苯膦进行。
5.如权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述卤化在卤化溶剂的存在下于-20℃至150℃进行。
6.通式I的(2-氰基-N-烷氧基)亚氨代卤，式中，R1、R2、R3和X的定义同上。
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