CN114516819B - 一种n,n’-二乙酰基肼的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种N,N’‑二乙酰基肼的制备方法，包括如下步骤：水合肼与高沸点酯类化合物在高温下反应，得到N,N’‑二乙酰基肼。所述的高沸点酯类化合物为沸点大于140℃的烷基羧酸酯。升温反应之前或者升温反应过程中还包括添加催化剂N‑羟基琥珀酰亚胺、1‑羟基苯并三氮唑、或4‑二甲氨基吡啶进行催化反应，所述的催化剂的添加量为水合肼原料质量的0.1%~10%。采用本发明的技术方案无需加入乙酸酐试剂，大幅降低了反应的放热量及三废量，操作简单且安全环保。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成领域，具体涉及一种N,N’-二乙酰基肼的制备方法。
背景技术
N,N’-二乙酰基肼是一种重要的农药中间体，是合成农药唑啉草酯的关键中间体之一。
N,N’-二乙酰基肼的制备方法合成方法在国内外均有报道。主要方法如下：一、水合肼和乙酸酐进行酰胺化反应生成N,N’-二乙酰基肼，参考Chemische Berichte,1899,vol.32,p.797。该方法反应时水合肼和乙酸酐反应放剧烈，ΔrH＝-209.4kJ/mol，操作时必须将水合肼和乙酸酐进行双滴加以降低安全系数，操作繁琐，此外，该反应生成乙酸，三废污染大。
二、水合肼先和乙酸乙酯反应生成单乙酰基肼，再和乙酸酐进行酰胺化反应生成N,N’-二乙酰基肼，参考CN101914072A。该方法包括2步反应，操作繁琐，溶剂用量大，生成大量的乙酸，三废污染大，产品的产率低，最高只有94.1，且最低为52.3％，产品收率波动大。因此，亟需开发一种操作简便、安全环保、三废少的N,N’-二乙酰基肼制备方法。
发明内容
为克服现有技术的缺陷，本发明提出一种操作简便、安全环保、三废少的N,N’-二乙酰基肼制备方法，有利于降低生产成本，实现工业化生产。
本发明提供了一种N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其包括下述步骤：N,N’-二乙酰基肼的制备方法，包括如下步骤：水合肼与高沸点酯类化合物在高温下反应，得到N,N’-二乙酰基肼。
所述的高沸点酯类化合物为沸点大于140℃的烷基羧羧酸酯。
所述的烷基羧酸酯C4-C10的烷烃基乙酸酯。即水合肼与C4-C10的烷烃基乙酸酯在高温下反应，得到N,N’-二乙酰基肼。反应式如下：
。
优选方案中，烷基羧酸酯包括乙酸异戊酯、乙酸戊酯、1-甲基乙酸丁酯、2-甲基乙酸丁酯、乙酸己酯、乙酸异己酯、1-甲基乙酸戊酯、2-甲基乙酸戊酯、3-甲基乙酸戊酯、乙酸庚酯、乙酸异庚酯、1-甲基乙酸己酯、2-甲基乙酸己酯、3-甲基乙酸己酯、4-甲基乙酸己酯、乙酸辛酯、乙酸异辛酯、1-甲基乙酸庚酯、2-甲基乙酸庚酯、3-甲基乙酸庚酯、4-甲基乙酸庚酯、5-甲基乙酸庚酯中的任意一种。
所述的水合肼与高沸点酯类化合物的摩尔比为1:2-10。
优选方案为水合肼与高沸点酯类化合物的摩尔比为1:2-5。
所述的高温反应温度为100-250℃，反应时间为2-16h。
优选方案为高温反应温度为150-200℃，反应时间为5-10h。
升温反应之前或者升温反应过程中还包括添加催化剂N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三氮唑、或4-二甲氨基吡啶进行催化反应，所述水合肼与催化剂的摩尔比为1:0.1％-10％，所述水合肼与催化剂的摩尔比为1:0.3％-5％。
完成后得到的产物中还包括经减压精馏分离得到产物。
在本发明的反应中，高沸点酯类化合物既当反应物料也当溶剂，本领域技术人员也可以加入常规的有机溶剂，如常见的非质子溶剂，如DMSO、吡咯烷酮等，并通过蒸馏等操作移除有机溶剂。
现有技术中，N,N’-二乙酰基肼可由水合肼和乙酸乙酯在乙酸酐的存在下反应得到，而水合肼和乙酸乙酯单独反应的产物多为单乙酰肼，很难得到N,N’-二乙酰基肼。本发明人研究发现，本反应为放热反应，但反应过程中还需要能量引发，而乙酸乙酯的沸点低，提供的能量较低，难以引发反应，因此单独反应的产物多为单乙酰肼，较难直接生成N,N’-二乙酰基肼。本发明人经过大量实验后发现，水合肼与高沸点的酯类化合物在较高温度下反应，可直接得到N,N’-二乙酰基肼，而无需加入乙酸酐试剂，大幅降低了反应的放热量及三废量，操作简单且安全环保。进一步的，本发明可加入催化剂以提高反应速率，缩短反应时间。
与现有技术相比具有以下显著特征和优点：
(1)本发明使用水合肼与特定的酯类化合物为原料进行反应，反应过程中放热量少，且操作简单，安全系数高。
(2)本发明反应生成的醇类化合物，可回收作为副产物，降低三废处理压力。
(3)本发明的原料易得，反应操作简便，安全环保，三废少，成本低，有利于实现工业化生产。
具体实施例
实施例1
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯195.0g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.0g产物，其中N,N’-二乙酰基肼纯度为97.6％，相当于99.2％的收率。
实施例2
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸庚酯237.0g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至193℃反应，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和庚醇，反应8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.1g产物，其中N,N’-二乙酰基肼97.4％，相当于99.1％的收率。
实施例3
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸辛酯258.0g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至210℃反应，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和辛醇，反应10小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.1g产物，其中N,N’-二乙酰基肼97.3％，相当于99.0％的收率。
实施例4
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯260.0g(2mol,4eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应9小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.2g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.6％，相当于99.4％的收率。
实施例5
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯390.0g(3mol,6eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应7小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.1g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.6％，相当于99.3％的收率。
实施例6
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯130.0g(1mol,2eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应9小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到58.4g产物，其中单乙酰基肼含量2.3％，N,N’-二乙酰基肼含量95.8％，相当于96.4％的产率。
实施例7
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯195.0g(1.5mol,3eq)、催化剂N-羟基琥珀酰亚胺0.1g(0.3％eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应5小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.4g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量96.9％，相当于99.1％的收率。
实施例8
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸庚酯237.0g(1.5mol,3eq)，催化剂1-羟基苯并三氮唑0.1g(0.3％eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至193℃反应，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和庚醇，反应5小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.0g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.5％，相当于99.1％的收率。
实施例9
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯260.0g(2mol,4eq)、4-二甲氨基吡啶0.37g(0.3％eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至142℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应5小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.2g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.3％，相当于99.2％的收率。
实施例10
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯195.0g(1.5mol,3eq)、DMSO39g(0.5mol，1eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至150℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.1g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.5％，相当于99.2％的收率。
实施例11
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯195.0g(1.5mol,3eq)、2-吡咯烷酮42g(0.5mol，1eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至150℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到58.9g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量97.6％，相当于99.0％的收率。
实施例12
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异己酯216g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至170℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和异戊醇，反应8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到59.1g产物，其中N,N’-二乙酰基肼纯度为97.2％，相当于98.9％的收率。
对比例1
1)将质量浓度为80％水合肼113g(1.8mol,1eq)、乙酸乙酯702.0g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至78℃，反应5-8小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到134.6g产物，其中一乙酰基肼含量99％，相当于99.6％的收率。
2)在3小时过程中，40-45℃下，将191g乙酐计量加入279g的133.4g一乙酰基肼、3.8％N，N′-二乙酰基肼、18％水，余量为乙醇/乙酸乙酯的溶液中，然后将该反应混合物维持在相同温度下1小时。然后，通过将温度从165℃逐步增加至170℃，同时将压力减至10-20mbar的条件下，蒸馏出所有溶剂(包括乙酸乙酯，乙醇，水和生成的116.4g乙酸)。209.6g残余物，含有N,N’-二乙酰基肼含量98.6％，相当于98.4％的收率。
对比例2
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸十二烷基酯342.5g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至285℃，精馏塔高20cm，回流比1：4条件下边反应边精馏分离掉水和正十二醇，反应8-12小时，待反应完全后，减压蒸馏，得到58.6g产物，其中N,N’-二乙酰基肼含量96.1％，收率97.0％。
由此可以看出，当反应原理为乙酸十二烷基酯时，反应温度高，副产物蒸馏温度高，能耗高，不经济。
对比例3
将质量浓度为80％水合肼31.25g(0.5mol,1eq)、乙酸异戊酯195.0g(1.5mol,3eq)的混合物加入至精馏塔中，加热升温至100℃，精馏分离掉水和异戊醇，反应15-20小时，减压蒸馏，得到49.1g产物，其中单乙酰基肼含量28％，N,N’-二乙酰基肼含量71.0％，相当于60.1％的产率。由此可以看出，当反应温度过低时，反应不完全，反应时间过长，目标产物含量低，不适合工业化生产。
根据本发明的上述实施例中，质量浓度为80％水合肼与乙酸异戊酯在摩尔比为1：1、1：2、1：3、1：4、1：6的案例中发现，根据化学平衡，1：1的情况下反应无法完全进行，实际情况是在1：2的情况下，也难以完全反应，而加入过多反应物会增加生产成本，后续还需花费更多的精力蒸除，经济价值低。当化合物I稍过量(3-4eq)时，反应的经济价值最高。与此同时，采用本案中的高于140℃的烷基羧酸酯在本案的如实施例1的反应条件下进行的反应中发现，其产物纯度及收率基本相当，试验中发现在侧链烷基取代的烷基羧酸酯进行的反应中，其效果也是基本相当，如采用1-甲基乙酸丁酯、2-甲基乙酸丁酯与乙酸异戊酯的产物纯度及收率差不多，误差在±0.5％以内。1-甲基乙酸己酯、2-甲基乙酸己酯、3-甲基乙酸己酯、4-甲基乙酸己酯与乙酸异庚酯的产物纯度及收率差不多，误差在±0.8％以内。1-甲基乙酸庚酯、2-甲基乙酸庚酯、3-甲基乙酸庚酯、4-甲基乙酸庚酯、5-甲基乙酸庚酯与乙酸辛酯的产物纯度及收率差不多，误差在±0.68％以内。
本发明的技术方案适用性较高，可采用多种反应物参与反应(实施例1-3)。反应物用量过低时会影响目标产物的收率，若反应物用量过高，一定程度上提高了反应成本，本申请人发现，当化合物I的用量为3-4当量比时，反应效果最好，且最经济(实施例4-6)。不同的反应物需要不同的反应温度，若化合物I的沸点过高，反应的温度也需进一步提高(实施例1-3，对比例2)，当反应温度低于化合物I的沸点时，反应难以完成(对比例3)，本申请人发现，当反应温度刚好超过化合物I的沸点温度时，反应即可完成。此外，反应中加入催化剂时可显著提高反应速率，缩短反应时间(实施例7-9)。此外，反应体系中也可加入有机溶剂(实施例10-11)。
Claims (6)
1.一种N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：水合肼与沸点大于140℃的烷基羧酸酯在高温下反应，得到N,N’-二乙酰基肼，沸点大于140℃的烷基羧酸酯为乙酸异戊酯、乙酸戊酯、乙酸己酯、乙酸异己酯、1-甲基乙酸戊酯、2-甲基乙酸戊酯、3-甲基乙酸戊酯、乙酸庚酯、乙酸异庚酯、1-甲基乙酸己酯、2-甲基乙酸己酯、3-甲基乙酸己酯、4-甲基乙酸己酯、乙酸辛酯、乙酸异辛酯、1-甲基乙酸庚酯、2-甲基乙酸庚酯、3-甲基乙酸庚酯、4-甲基乙酸庚酯、5-甲基乙酸庚酯中的任意一种，水合肼与沸点大于140℃的烷基羧酸酯的摩尔比为1:2-10，高温反应温度为142-250℃。
2.根据权利要求1所述的N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，水合肼与沸点大于140℃的烷基羧酸酯的摩尔比为1:2-5。
3.根据权利要求1所述的N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，高温反应时间为5-10h。
4.根据权利要求1所述的N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，升温反应之前或者升温反应过程中还包括添加催化剂N-羟基琥珀酰亚胺、1-羟基苯并三氮唑、或4-二甲氨基吡啶进行催化反应，所述水合肼与催化剂的摩尔比为1:0.1%-10%。
5.根据权利要求4所述的N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，所述水合肼与催化剂的摩尔比为1:0.3%-5%。
6.根据权利要求1所述的N,N’-二乙酰基肼的制备方法，其特征在于，反应过程中还添加有有机溶剂，有机溶剂包括DMSO、或吡咯烷酮。
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