CN117126110A - 一种n,n’-羰基二咪唑的合成工艺 - Google Patents

一种n,n’-羰基二咪唑的合成工艺 Download PDF

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    • C07D233/00Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings
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    • C07D233/56Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms
    • C07D233/60Heterocyclic compounds containing 1,3-diazole or hydrogenated 1,3-diazole rings, not condensed with other rings having two double bonds between ring members or between ring members and non-ring members with only hydrogen atoms or radicals containing only hydrogen and carbon atoms, attached to ring carbon atoms with hydrocarbon radicals, substituted by oxygen or sulfur atoms, attached to ring nitrogen atoms

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Abstract

本发明公开了一种使用连续流微反应器合成N,N’‑羰基二咪唑的工艺,以咪唑为原料,二氯甲烷为溶剂在三乙胺的催化下与三光气在微反应器管道中反应,产物流入反应釜后重结晶得到高纯度的N,N’‑羰基二咪唑。本发明的合成工艺全部在密闭的微反应器管道中进行,反应过程不产生污染严重的废水废气,自动化程度高,成本低,操作难度低。

Description

一种N,N’-羰基二咪唑的合成工艺
技术领域
本发明涉及有机合成领域,尤其涉及一种N,N’-羰基二咪唑的合成工艺。
背景技术
N,N’-羰基二咪唑是一种具有较强反应活性的化合物,可与-COOH、-NH2、-OH等官能团进行反应,合成酮、酯、脲等以一般方法难以制备的化合物。例如,替代强毒性的光气,与胺类化合物反应合成咪唑类农药。N,N’-羰基二咪唑同时是一种医药中间体,常作为作酶和蛋白质粘合剂,是抗生素类合成药物中间体以及合成多肽化合物的键合剂。在生化合成中,因为N,N’-羰基二咪唑在反应过程中保持分子构型不变特性也应用广泛。
传统的N,N’-羰基二咪唑的合成采用光气路线合成,多以苯、甲苯、四氢呋喃为溶剂通光气反应,其使用的光气毒性强,且不易于储藏,反应过程中会有废气排出。以咪唑和六甲基二硅胺烷为起始原料,经缩合得到N-三甲基硅咪唑,N-三甲基硅咪唑与三光气反应制备N,N’-羰基二咪唑,此反应过程中有氨气生成且操作不便。
本发明提供了一种使用连续流微反应器合成N,N’-羰基二咪唑的工艺,具有安全、环保的特点,自动化程度高,操作简便,产率高,生产效率高。
发明内容
为了解决上述的技术问题,本发明提供了一种适用于工业化连续生产的N,N’-羰基二咪唑的合成方法。
其步骤如下:
步骤1.将咪唑和二氯甲烷配制成混合溶液后保持温度在15-30℃,与三乙胺一起通入微反应器混合,得到咪唑、二氯甲烷和三乙胺的混合物;
步骤2.将咪唑、二氯甲烷和三乙胺的混合物与三光气的二氯甲烷溶液一起通入微反应器中,在微反应器中反应制得含有N,N’-羰基二咪唑的混合溶液;
步骤3.将N,N’-羰基二咪唑的混合溶液转入反应釜中,减压浓缩后用甲苯打浆,在氮气干燥气氛下,使用板框压滤机滤除三乙胺盐酸盐,滤液在40~50℃和减压下浓缩至干,得到N,N’-羰基二咪唑。
在本发明的一些实施方案中,所述微反应器为内壁衬有碳化硅的内径为3-5mm的管式反应器,每10-30m为一个单元,可以通过快速拆卸装置进行串联延长或替换。
在本发明的一些实施方案中,所述微反应器单元具有单独的控温系统,多个单元串联时,可以分别设置相同或不同的温度。
在本发明的一些实施方案中,所述原料存放于带有加热装置的容器中,由蠕动泵抽出并通入微反应器。
在本发明的一些实施方案中,所述步骤1中,咪唑与三乙胺的摩尔比为1:1.0-1.2。
在本发明的一些实施方案中,所述步骤1中,所述微反应器由1节微反应器单元组成,并控制温度在18-25℃之间。
在本发明的一些实施方案中,所述步骤2中,三光气与咪唑的摩尔比为1:6.5-8。
在本发明的一些实施方案中,所述步骤2中,所述微反应器由3-4节微反应器单元组成。
在本发明的一些实施方案中,所述步骤2中,所述微反应器的温度为18-25℃,且多个微反应器单元之间温度可以不同。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
1,本发明使用连续流微反应器制备N,N’-羰基二咪唑,相较于现有的N,N’-羰基二咪唑的合成工艺,本发明在提高了反应收率的同时,大大提高了反应的安全性;
2,本发明针对反应特点匹配了合适可行的后处理方式,简化了提取N,N’-羰基二咪唑的难度,具有工业操作可实施性,具有推广价值。
附图说明
图1为本发明的连续流微反应器连接示意图;
其中S1-S3为物料储罐,P1-P3为蠕动泵,D为止逆阀,F1-F2为微反应器,每个微反应器由1个或多个微反应器单元串联,R1为反应釜。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点,下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下以图1所示的连续流微反应器连接方式举例,完成本发明。但本发明并不局限于图1所示的串联方式,可以根据实际情况需要,进行适当的调整。
连续流微反应器中制备N,N’-羰基二咪唑的工艺路线如下:
预先配置好合适浓度的咪唑二氯甲烷溶液装入储罐S1中。
预先将三乙胺装入储罐S2中。
预先将配置好浓度的三光气二氯甲烷溶液装入储罐S3中。
调节微反应器F1-F2和反应釜R1的温度,使其维持实现本发明的合适温度。
打开蠕动泵P1-P3,调节流量大小,使得单位时间内流出的物料符合实现本发明所需得摩尔比。
储罐S1-S2中的液体流经单向阀D1-D3后,在微反应器F1中混合,与储罐3的液体在微反应器F2的管道内反应,得到N,N’-羰基二咪唑,然后流入反应釜R1中。待其中一个反应釜R1收集满后,调节管道使反应液流入预先准备的另一个反应釜中。物料在反应釜R1中反应完毕后,减压除去大部分溶剂,加入甲苯打浆,然后使用板框压滤机过滤。
板框压滤机过滤完成后,收集板框压滤机滤出的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶。
下面将更详细的举例,以实现本发明:
实施例1:
按图1所示连接方式连接微反应器,其中F1由三个微反应器单元串联而成,F2由二个微反应器单元串联而成。
配置浓度为4.5mol/L的咪唑二氯甲烷溶液、2.5mol/L的三光气二氯甲烷溶液,并将它们与三乙胺分别加入对应的储罐S1-S3中。
R1为多个50L的反应釜,设定高低温油浴温控系统,使F1、F2、R1温度为20℃。
打开蠕动泵P1-P3,设置P1的流量为127.08mL/min,P2的流量为79.49mL/min,P3的流量为30.5mL/min,
自液体开始流入反应釜R1计,1h后关闭蠕动泵P1-P3,装满的反应釜在20℃下继续搅拌30min,然后减压蒸馏浓缩,加入甲苯打浆,待大量固体析出后,使用板框压滤机过滤除去三乙胺盐酸盐。
收集板框压滤机中的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶2.13kg,收率95%。
实施例2:
按图1所示连接方式连接微反应器,其中F1由三个微反应器单元串联而成,F2由二个微反应器单元串联而成。
配置浓度为4.5mol/L的咪唑二氯甲烷溶液、2.5mol/L的三光气二氯甲烷溶液,并将它们与三乙胺分别加入对应的储罐S1-S3中。
R1为多个50L的反应釜,设定高低温油浴温控系统,使F1、F2、R1温度为20℃。
打开蠕动泵P1-P3,设置P1的流量为126.39mL/min,P2的流量为85.14mL/min,P3的流量为35mL/min,
自液体开始流入反应釜R1计,3h后更换反应釜,累计收集6h后关闭蠕动泵,装满的反应釜在20℃下继续搅拌30min,然后减压蒸馏浓缩,加入甲苯打浆,待大量固体析出后,使用板框压滤机过滤除去三乙胺盐酸盐。
收集板框压滤机中的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶14.25kg,收率93%。
实施例3:
按图1所示连接方式连接微反应器,其中F1由三个微反应器单元串联而成,F2由二个微反应器单元串联而成。
配置浓度为4.5mol/L的咪唑二氯甲烷溶液、2.5mol/L的三光气二氯甲烷溶液,并将它们与三乙胺分别加入对应的储罐S1-S3中。
R1为多个50L的反应釜,设定高低温油浴温控系统,使F1、F2、R1温度为20℃。
打开蠕动泵P1-P3,设置P1的流量为116.67mL/min,P2的流量为74.54mL/min,P3的流量为30mL/min,
自液体开始流入反应釜R1计,3h后更换反应釜,每间隔3h更换一次反应釜,累计收集反应液12h,装满的反应釜在20℃下继续搅拌30min,然后减压蒸馏浓缩,加入甲苯打浆,待大量固体析出后,使用板框压滤机过滤除去三乙胺盐酸盐。
收集板框压滤机中的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶25.13kg,收率95%。
实施例4:
按图1所示连接方式连接微反应器,其中F1由三个微反应器单元串联而成,F2由二个微反应器单元串联而成。
配置浓度为4.5mol/L的咪唑二氯甲烷溶液、2.5mol/L的三光气二氯甲烷溶液,并将它们与三乙胺分别加入对应的储罐S1-S3中。
R1为多个50L的反应釜,设定高低温油浴温控系统,使F1、F2、R1温度为20℃。
打开蠕动泵P1-P3,设置P1的流量为116.67mL/min,P2的流量为74.54mL/min,P3的流量为30mL/min,
自液体开始流入反应釜R1计,3h后更换反应釜,每间隔3h更换一次反应釜,累计收集反应液24h,装满的反应釜在20℃下继续搅拌30min,然后减压蒸馏浓缩,加入甲苯打浆,待大量固体析出后,使用板框压滤机过滤除去三乙胺盐酸盐。
收集板框压滤机中的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶50.90kg,收率96%。
实施例5
按图1所示连接方式连接微反应器,其中F1由三个微反应器单元串联而成,F2由二个微反应器单元串联而成。
配置浓度为4.5mol/L的咪唑二氯甲烷溶液、2.5mol/L的三光气二氯甲烷溶液,并将它们与三乙胺分别加入对应的储罐S1-S3中。
R1为多个50L的反应釜,设定高低温油浴温控系统,使F1、F2、R1温度为20℃。
打开蠕动泵P1-P3,设置P1的流量为116.67mL/min,P2的流量为74.54mL/min,P3的流量为30mL/min,
自液体开始流入反应釜R1计,3h后更换反应釜,每间隔3h更换一次反应釜,累计收集反应液72h,装满的反应釜在20℃下继续搅拌30min,然后减压蒸馏浓缩,加入甲苯打浆,待大量固体析出后,使用板框压滤机过滤除去三乙胺盐酸盐。
收集板框压滤机中的液体,滤液在45℃下减压浓缩至干,得到无色结晶153.50kg,收率97%。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照本发明实施例进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明的技术方案的精神和范围,其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (9)

1.一种N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,以下步骤:
步骤1.将咪唑和二氯甲烷配制成混合溶液后保持温度在15-30℃,与三乙胺一起通入微反应器混合,得到咪唑、二氯甲烷和三乙胺的混合物;
步骤2.将咪唑、二氯甲烷和三乙胺的混合物与三光气的二氯甲烷溶液一起通入微反应器中,在微反应器中反应制得含有N,N’-羰基二咪唑的混合溶液;
步骤3.将N,N’-羰基二咪唑的混合溶液转入反应釜中,减压浓缩后用甲苯打浆,在氮气干燥气氛下,滤除三乙胺盐酸盐,滤液在40~50℃和减压下浓缩至干,得到N,N’-羰基二咪唑。
2.根据权利要求1述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述微反应器为内壁衬有碳化硅的内径为3-5mm的管式反应器,每10-30m为一个单元,可以通过快速拆卸装置进行串联延长或替换。
3.根据权利要求2述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述微反应器单元具有单独的控温系统,多个单元串联时,可以分别设置相同或不同的温度。
4.根据权利要求1述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述原料存放于带有加热装置的容器中,由蠕动泵抽出并通入微反应器。
5.根据权利要求1所述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述步骤1中,咪唑与三乙胺的摩尔比为1:1.0-1.2。
6.根据权利要求1所述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述步骤1中,所述微反应器由1节微反应器单元组成,并控制温度在18-25℃之间。
7.根据权利要求1所述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述步骤2中,三光气与咪唑的摩尔比为1:6.5-8。
8.根据权利要求1所述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述步骤2中,所述微反应器由3-4节微反应器单元组成。
9.根据权利要求1所述的N,N’-羰基二咪唑的合成方法,其特征在于,所述步骤2中,所述微反应器的温度为18-25℃,且多个微反应器单元之间温度可以不同。
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