CN114907380A - 一种异噻唑并[5,4-b]吡啶-3(2h)-酮1,1-二氧化物的合成方法 - Google Patents

一种异噻唑并[5,4-b]吡啶-3(2h)-酮1,1-二氧化物的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及化学合成技术领域,具体公开一种异噻唑并[5,4‑B]吡啶‑3(2H)‑酮1,1‑二氧化物的合成方法。本发明通过选择苄基季铵盐类化合物作为催化剂,将2‑氨基磺酰基‑N,N‑二甲基烟酰胺在弱碱条件下进行碱解,明显提高了2‑氨基磺酰基‑N,N‑二甲基烟酰胺碱解反应的选择性,有效降低了副反应的发生,提高了原料的转化率;且反应结束后将反应液采用特定的萃取剂进行萃取去除反应液的杂质,然后降温结晶,有效提高了产品的纯度和收率,纯度可达99%以上,收率可达93%以上,且反应原料易得,工艺条件温和,操作安全性高,适合规模化生产,具有较高的推广应用价值。

Description

一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成 方法
技术领域
本发明涉及化学合成技术领域,尤其涉及一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法。
背景技术
异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物结构式如下,是一种人工合成的吡啶衍生物类的甜味剂,非常适合加入包装食品和饮料中,其还有一个优点就是很容易加工成各种形式如片剂、粉末和糖浆等。同时,此化合物是一种储存稳定性较好的甜味剂,与其他甜味剂糖精相比,其不像糖精有一种强烈不易被接受的苦余味,因此,在甜味剂领域具有广泛的应用前景。
Figure BDA0003572648470000011
现有技术中,有文献报道采用如下合成路线:以式Ι所示化合物为原料,在碱性条件下反应得到异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物,此工艺的文献报道收率仅为50%。
Figure BDA0003572648470000012
另有文献报道以2-(4,6-二甲氧基嘧啶-2-嘧啶基氨基甲酰氨基磺酰)-N,N-二甲基烟酰胺为原料,先水解为式Ι所示化合物,然后式Ι所示化合物在碱性条件下反应,最后通过酸化萃取,得产物,熔程为135℃-140℃,收率仅为50%。
还有文献报道了与前面两种工艺完全不同的一种工艺路线,如下所示,将异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的收率提高到了80%,而且工艺中涉及氯气和氨气,操作安全性较差,且反应需要极低的温度。因此,有必要提供一种工艺简单温和、产品收率和纯度较高的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法。
Figure BDA0003572648470000021
发明内容
针对现有技术中合成异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的方法存在的反应条件苛刻、操作安全性较差,以及产品收率和纯度较低的问题,本发明提供一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法。
为解决上述技术问题,本发明提供的技术方案是:
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,包括如下步骤:
步骤a,催化剂存在的条件下,将2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱进行碱解反应,调节pH至酸性,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
步骤b,向所述异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液中加入萃取剂,分层后弃去萃取液,将剩余水相降温结晶,过滤,干燥,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物产品;
其中,所述催化剂为苄基季铵盐类化合物,所述萃取剂为C5-C7的酯类和C4-C6的醇类物质的混合物。
相对于现有技术,本发明提供的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,通过选择苄基季铵盐类化合物作为催化剂,将2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺在弱碱条件下进行碱解,明显提高了2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺碱解反应的选择性,有效降低了副反应的发生,提高了原料的转化率;且反应结束后将反应液采用特定的萃取剂进行萃取去除反应液的杂质,然后降温结晶,有效提高了产品的纯度和收率。本发明通过特定的合成工艺,制备得到了纯度可达99%以上,收率大于93%的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物产品,且反应原料易得,工艺条件温和,操作安全性高,适合规模化化生产,具有较高的推广应用价值。
优选的,所述催化剂为苄基三乙基氯化铵或苄基三甲基氯化铵中的一种或两种。
本发明优选的催化剂不仅可以加快反应速率,缩短反应时间,更重要的是,还可以提高反应的选择性,降低副反应的发生,进而提高目标化合物的纯度和收率。
进一步优选的,所述催化剂的加入量为2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺质量的0.05%~0.5%。
优选的催化剂的用量,可以保证最大限度的提高反应活性和反应选择性的同时,避免催化剂加入量过多影响目标产物的纯度。
优选的,所述萃取剂为体积比为2:1~4:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合物。
优选的,所述萃取剂与异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液的体积比为1:2~1:3。
优选的萃取剂以及萃取剂的加入量,可以将反应液中的多种杂质充分萃取到萃取液中,从而降低异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液中的杂质含量,后续通过简单的降温结晶就可以获得纯度大于99%的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物产品。
优选的,所述碱解反应的温度为35℃~80℃,时间为3h~5h。
优选的反应温度和反应时间,可以在最大限度降低副反应的前提下,保证目标产物的收率和收率。
优选的,所述弱碱为碳酸钠、碳酸钾或氨水。
优选的,所述2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱的摩尔比为1:0.5~2.5。
进一步优选的,所述2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱的摩尔比为1:0.8~1.2。
优选的弱碱性条件,可以提高2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺碱解反应的选择性,降低副反应的发生。
可选的,步骤a中,2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱在水溶剂的条件下进行碱解反应。其中,水的加入量为2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺重量的0.9~1.5倍。
可选的,步骤a中,调节pH至酸性的具体pH为2~4。
优选的,反步骤b中还包括将过滤所得的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物固体用有机溶剂洗涤,然后干燥得产品。
进一步优选的,步骤b中,所述有机溶剂为乙腈或甲醇中一种或两种。
可选的,洗涤次数为2~3次。
通过优选的有机溶剂对异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物湿品进行清洗,可以进一步将异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物湿品所含的杂质进行去除,进一步提高目标产品的纯度。
优选的,步骤b中,降温结晶的温度为-5℃~5℃,降温结晶的时间为4h~6h。
可选的,步骤b中,所述干燥采用真空干燥的方式,干燥温度为50℃~60℃,干燥时间为2h~5h。
本发明以2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺为原料,在特定的催化剂和弱碱存在的条件下通过碱解反应得到反应液,并将反应液采用特定的萃取剂去除反应液中的杂质,降温结晶制备得到了纯度和收率均较高的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物,且反应条件温和,工艺操作安全性高,适合作为工业化制备高纯度异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的方法,市场前景广阔。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的1CNMR图谱;
图2为本发明实施例1制备的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的1HNMR图谱;
图3为本发明实施例1制备的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的气质联用离子流图;
图4为本发明实施例1制备的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的高效液相色谱图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了更好的说明本发明,下面通过实施例做进一步的举例说明。
实施例1
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入21mL去离子水中,混合均匀,加入10.6g(0.1mol)碳酸钠和110mg苄基三乙基氯化铵,于60℃反应5h,降至室温,用盐酸调节体系pH为3,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为5:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/2,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至0℃,结晶5h,过滤,得到白色稍发黄的湿品22.1g,液相纯度98.5%;
将所得湿品用甲醇10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.2g,收率93.5%,液相纯度99.1%。
1HNMR(D20,400MHz):8.65(d,1H),8.08(d,1H),7.63(dd,1H)。
13CNMR(D20,400MHz):123.19,128.31,133.76,155.23,157.71,159.16。Mass(ESI)m/z M-1=183。
实施例2
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入21mL去离子水中,混合均匀,加入13.8g(0.1mol)碳酸钾和110mg苄基三甲基氯化铵,于60℃反应5h,降至室温,用盐酸调节体系pH为3,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为5:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/2,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至0℃,结晶5h,过滤,得到白色稍发黄的湿品21.5g,液相纯度98.6%;
将所得湿品用乙腈10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.2g,收率93.5%,液相纯度99.2%。
1HNMR(D20,400MHz):8.65(d,1H),8.08(d,1H),7.63(dd,1H)。
13CNMR(D20,400MHz):123.19,128.31,133.76,155.23,157.71,159.16。Mass(ESI)m/z M-1=183。
实施例3
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入20mL去离子水中,混合均匀,加入5.3g(0.05mol)碳酸钠和15mg苄基三乙基氯化铵,于80℃反应3h,降至室温,用盐酸调节体系pH为2.5,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为2:1的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/3,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至5℃,结晶6h,过滤,得到白色稍发黄的湿品22.2g,液相纯度98.2%;
将所得湿品用乙腈10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.3g,收率94.0%,液相纯度99.2%。
1HNMR(D20,400MHz):8.65(d,1H),8.08(d,1H),7.63(dd,1H)。
13CNMR(D20,400MHz):123.19,128.31,133.76,155.23,157.71,159.16。Mass(ESI)m/z M-1=183。
实施例4
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入26mL去离子水中,混合均匀,加入15.9g(0.15mol)碳酸钠和60mg苄基三乙基氯化铵,于35℃反应5h,降至室温,用盐酸调节体系pH为2,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为4:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/3,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至2℃,结晶6h,过滤,得到白色稍发黄的湿品22.1g,液相纯度98.5%;
将所得湿品用甲醇10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.4g,收率94.5%,液相纯度99.2%。
1HNMR(D20,400MHz):8.65(d,1H),8.08(d,1H),7.63(dd,1H)。
13CNMR(D20,400MHz):123.19,128.31,133.76,155.23,157.71,159.16。Mass(ESI)m/z M-1=183。
实施例5
一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入9mL去离子水中,混合均匀,34g(0.25mol)质量浓度为26%的氨水和80mg苄基三乙基氯化铵,于50℃反应4h,降至室温,用盐酸调节体系pH为3,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为5:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/2,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至-5℃,结晶4h,过滤,得到白色稍发黄的湿品23.0g,液相纯度98.3%;
将所得湿品用乙腈10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.2g,收率93.5%,液相纯度99.1%。
1HNMR(D20,400MHz):8.65(d,1H),8.08(d,1H),7.63(dd,1H)。
13CNMR(D20,400MHz):123.19,128.31,133.76,155.23,157.71,159.16。Mass(ESI)m/z M-1=183。
对比例1
本对比例提供一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其制备步骤与实施例1完全相同,不同的仅是不加入催化剂,具体步骤如下:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入21mL去离子水中,混合均匀,加入10.6g(0.1mol)碳酸钠,于60℃反应5h,降至室温,用盐酸调节体系pH为3,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
向异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液加入萃取剂(体积比为5:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合溶液)进行萃取,萃取剂的加入体积为异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液体积的1/2,静置,分层,弃去上层萃取液,将下层水相降温至0℃,结晶5h,过滤,得到湿品15g,液相纯度95.6%;
将所得湿品用甲醇10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体9.2g,收率50%,液相纯度96.2%。
对比例2
本对比例提供一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其制备步骤与实施例1完全相同,不同的仅是反应结束后不加入萃取剂,具体步骤如下:
将23.0g(0.1mol)2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺加入21mL去离子水中,混合均匀,加入10.6g(0.1mol)碳酸钠和110mg苄基三乙基氯化铵,于60℃反应5h,降至室温,用盐酸调节体系pH为3,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
将反应液降温至0℃,结晶5h,过滤,得到湿品22g,液相纯度94.5%;
将所得湿品用甲醇10mL*2洗涤两次,然后于真空50℃烘干5h,得白色粒状晶体17.1g,收率93%,液相纯度95.5%。
对比例3
本对比例提供一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其制备方法与实施例1完全相同,不同的仅是将反应结束后加入的萃取剂中的醋酸正丁酯替换为等量的乙酸乙酯。最终制备得到的目标产物白色粒状晶体16.5g,收率为90%,液相纯度为96.6%。
上述实施例1-5以及对比例1-3中检测异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物纯度的液相色谱条件为:
色谱柱:ODS-2,4.6mm*250mm,5μm;
检测波长:215nm;
流动相:乙腈:磷酸水(pH=3)=30:70;
流速:1mL/min;
柱温:25℃;
运行时间:10min。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤a,催化剂存在的条件下,将2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱进行碱解反应,调节pH至酸性,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液;
步骤b,向所述异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液中加入萃取剂,分层后弃去萃取液,将剩余水相降温结晶,过滤,干燥,得异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物产品;
其中,所述催化剂为苄基季铵盐类化合物,所述萃取剂为C5-C7的酯类和C4-C6的醇类物质的混合物。
2.如权利要求1所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述催化剂为苄基三乙基氯化铵或苄基三甲基氯化铵中的一种或两种。
3.如权利要求1或2所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述催化剂的加入量为2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺质量的0.05%~0.5%。
4.如权利要求1所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述萃取剂为体积比为2:1~4:3的醋酸丁酯和正丁醇的混合物。
5.如权利要求1或4所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述萃取剂与异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物反应液的体积比为1:2~1:3。
6.如权利要求1所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,步骤a中,所述碱解反应的温度为35℃~80℃,时间为3h~5h;和/或
步骤b中,降温结晶的温度为-5℃~5℃,降温结晶的时间为4h~6h。
7.如权利要求1所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述弱碱为碳酸钠、碳酸钾或氨水。
8.如权利要求7所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,所述2-氨基磺酰基-N,N-二甲基烟酰胺与弱碱的摩尔比为1:0.5~2.5。
9.如权利要求1所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,步骤b中还包括将过滤所得的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物固体用有机溶剂洗涤,然后干燥得产品。
10.如权利要求9所述的异噻唑并[5,4-B]吡啶-3(2H)-酮1,1-二氧化物的合成方法,其特征在于,步骤b中,所述有机溶剂为乙腈或甲醇中一种或两种。
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