固體光氣合成2-氧-5-甲基-3-氫-1,3,4-口惡二唑的研究

固體光氣合成2-氧-5-甲基-3-氫-1,3,4-口惡二唑的研究

2-5-甲基-3-羥基二、4-二羧基（以下簡稱二羧基）是一種新型的異環(huán)唑酮衍生物。它的合成是生產(chǎn)殺蟲劑和吡啶的關(guān)鍵之一。文獻(xiàn)報道的合成方法有乙酸乙酯法和三氟乙酸乙酯法,目前為止最常用的制備方法是以乙酸乙酯為起始原料,其化學(xué)反應(yīng)式如下:該方法在合成過程中需使用大量光氣,光氣是極毒氣體,在其使用、運(yùn)輸和貯存過程中都有極大的危險性。本文探索研究了以固體光氣替代光氣合成二唑酮。固體光氣,亦稱三光氣(Triphosgene),化學(xué)名稱為雙(三氯甲基)碳酸酯(BTC),是光氣的理想代用品。BTC作為劇毒的光氣的替代品,不但毒性低,使用安全方便,而且反應(yīng)條件溫和,選擇性好,收率高。1實(shí)驗(yàn)部分1.1核磁共振波譜儀uNicolet20DXB型紅外光譜儀(波數(shù)掃描范圍為400～4000cm-1);Inova400M核磁共振波譜儀;HP1100MSD質(zhì)譜儀;XT4雙目顯微熔點(diǎn)測定儀。乙酸乙酯、80%水合肼、固體光氣等試劑,除水合肼外均為分析純試劑。1.2實(shí)驗(yàn)方法1.2.1普組合80%-雙環(huán)[3.2.4]的制備將17.71g(0.20mol)乙酸乙酯加入到帶有回流冷凝裝置的三口瓶中,30℃下滴加8.54g(0.14mol)80%水合肼,滴加完畢后升溫至70℃,反應(yīng)7h,在常壓下蒸出78℃以下的低沸點(diǎn)組分,再用水泵減壓脫盡水,冷卻即得到白色針狀乙酰肼固體10.03g,收率96.8%。熔點(diǎn)65.0～67.0℃(文獻(xiàn)值:67.0℃)。產(chǎn)品的紅外光譜圖與標(biāo)準(zhǔn)譜圖一致。1.2.2氯甲烷的合成3-三甲基-1hnmr,3.將3.50g(47mmol)乙酰肼溶于30mL干燥的二氯甲烷中,置于200mL帶有回流冷凝裝置和尾氣吸收裝置的三口燒瓶中,在冰水浴中攪拌,向該溶液中滴加6.70g(23mmol)固體光氣的二氯甲烷溶液。滴加過程中控制溶液溫度不超過10℃。滴加完畢后,攪拌0.5h,然后改用油浴升溫至回流,在回流溫度下反應(yīng)至無氯化氫氣體放出。趁熱過濾,將濾液脫溶后得白色二唑酮固體3.79g,收率84.5%。m.p.110.0～112.0℃(文獻(xiàn)值:112.0℃)。IR(KBr),v,cm-1:3312,1776,1644,1316,1215,935。質(zhì)譜(EI),m/z:123(M+Na)+。1HNMR(CDCl3,TMS),δ:2.28(s,3H);9.95(t,1H)。2結(jié)果與討論2.1乙酰胺合成2.1.1收率與溫度的關(guān)系在制備乙酰肼的體系中,溫度的影響是不容忽視的,在原料配比為1:1時,考察溫度對反應(yīng)的影響,其他條件不變(同“1.2.1”方法)。收率與溫度的關(guān)系如圖1所示。從圖1可以看出,低溫下收率較低,提高溫度能使收率提高,因?yàn)楦邷赜欣谪?fù)離子中間體的形成。當(dāng)溫度提高到80℃之后,收率不再增加,所以反應(yīng)的適宜溫度為70～80℃。2.1.2收率與原料配比原料配比對收率的影響也較為明顯,改變原料配比,其他條件不變(同“1.2.1”方法),收率與原料配比的關(guān)系如圖2所示。原料水合肼和乙酸乙酯隨乙酸乙酯比例的增加,即n水合肼:n乙酸乙酯比值的減小收率明顯增加。2.1.3滴加順序?qū)κ章实挠绊懙渭禹樞驅(qū)κ章视酗@著的影響,所以我們選擇將水合肼滴加到乙酸乙酯中去。2.2二胺基合成2.2.1氯甲烷、甲苯、氯化和二氯乙烷對反應(yīng)的影響以固體光氣代替光氣合成二唑酮,反應(yīng)原料均為固體,首先需選擇合適的溶劑。我們考察了二氯甲烷、甲苯、氯仿和二氯乙烷對反應(yīng)的影響,反應(yīng)中乙酰肼與BTC的物質(zhì)量的比為1:1,各溶劑用量均為30mL,其他條件不變(同“1.2.2”方法),實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表2。根據(jù)表2得出二氯甲烷為最佳溶劑。2.2.2有機(jī)堿和無機(jī)堿對產(chǎn)品收率的影響B(tài)TC與作用物的反應(yīng)通常是在活化親核試劑(Nu-)——三乙胺、吡啶或二甲基甲酰胺等存在下進(jìn)行,1molBTC起著3mol光氣的作用。我們分別對有機(jī)堿和無機(jī)堿進(jìn)行考察,原料配比為1:1,其他條件不變(同“1.2.2”方法),實(shí)驗(yàn)結(jié)果列于表3。當(dāng)加入有機(jī)堿和無機(jī)堿時,分別會生成大量有機(jī)胺的鹽酸鹽和無機(jī)鹽,使反應(yīng)不夠充分并且后處理極其麻煩,降低了產(chǎn)品收率。因此所以我們直接用固體光氣和乙酰肼反應(yīng)合成二唑酮。2.2.3滴加乙酰的收率原料配比為1:1,其他條件不變(同“1.2.2”方法)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下:滴加固體光氣平均收率為70.4%;滴加乙酰肼平均收率為72.6%,由實(shí)驗(yàn)得出,將乙酰肼滴加到固體光氣的產(chǎn)品收率略高于將固體光氣滴加到乙酰肼的產(chǎn)品收率,但乙酰肼室溫不易溶,高溫溶解后在滴加過程中需保溫,所以我們還是選擇滴加固體光氣。這也是固體光氣的一個優(yōu)點(diǎn)所在,可以實(shí)現(xiàn)氣體光氣無法實(shí)現(xiàn)的反滴加反應(yīng)。2.2.4收率與原料配比原料配比對收率亦有很大影響,改變原料配比,其他條件不變(同“1.2.2”方法),收率與原料配比的關(guān)系如圖3所示。通過對原料配比的考察,可以看出當(dāng)乙酰肼與固體光氣的物料比為2:1時收率最高,1mol固體光氣相當(dāng)于3mol光氣,即光氣稍微過量時對反應(yīng)有利。3唑酮合成條件的確定3.1用乙酸乙酯制備乙酰肼的最佳條件是:水合肼(80%)和乙酸乙酯的物料比為0.7:1,反應(yīng)溫度為70～80℃,反應(yīng)時間8h,收率為96.8%。3.2用固體光氣制備二唑酮的最佳條件是:以二氯甲烷作溶劑,固體光氣和乙酰肼的物料比