專利名稱:高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝的制作方法
技術領域:
本專利涉及肼基碳酸甲酯的合成新工藝,尤其是在稀釋劑的作用下在有利于副反應不發生和使生成肼基碳酸甲酯的主反應進行完全的工藝條件下由碳酸二甲酯和水合肼反應制備高純度肼基碳酸甲酯的新工藝。
二.
背景技術:
肼基碳酸甲酯,又名為肼基甲酸甲酯,是有機化學合成中的重要合成子。由于它的肼基可以和含有羰基的化合物(如醛或酮)反應,可以合成含有C=NNHCOCH3基團的一類化合物,例如它用于重要的農藥和醫藥合成中間體喹喔啉亞甲基肼基碳酸甲酯(JP59029675,JP52108928,US4006142,CA982584,AU8612075,ES2007769,MY23083,MY18278,IE44685,SU650504,CS212276,IN138204,IE38724),三唑酮中間體(GB2185983)和腙衍生物(InorganicaChimica Acta,Volume 145,Issue 1,2May 1988,Pages 53-56)等的合成。
肼基碳酸甲酯一般都是通過碳酸二甲酯和水合肼反應來合成的,反應式是 但不同的合成工藝條件,使得肼基碳酸甲酯產品的質量差異很大。從1914年,O.Diels首次報道由碳酸二甲酯和水合肼反應合成肼基碳酸甲酯(O.Diels,Ber.Dtsch.Chem.Ges.,1914,47,2183)以來,人們一直不斷地對合成反應的工藝條件進行改進。1941年,E.Merck報道了和O.Diels類似的合成方法(DE285800)。該方法是通過等摩爾的碳酸二甲酯和水合肼混和,在自升溫達到70℃的溫度下反應制備肼基碳酸甲酯的。1985年,P.H.Lange,Jr和N.H.Conn在碳酰肼的合成專利中(US 4496761,JP 59048456和EP 0103400)也同時報道了碳酰肼的合成中間體肼基碳酸甲酯的合成工藝條件。該專利是將稍微過量的碳酸二甲酯(2.145摩爾)加入到水合肼(2.06摩爾)中。1987年G.D.Madding在1,2,4-三唑酮中間體的合成專利中(GB 2185983,GB 2150567,FR 2555582,JP60132969,NL 8403635),報道了肼基碳酸甲酯的合成。該方法是將水合肼加入到等摩爾的碳酸二甲酯中,然后在68℃的溫度下反應制備肼基碳酸甲酯的。2002年,專利CN 1337943,US 6465678,EP 1149070,DE 19902960,CA 2361423的發明人L·Rodefeld等人為了解決用上述合成方法制備的肼基碳酸甲酯產品中存在雜質I、II、殘余的肼以及產品變色等問題,在5-10℃的溫度下,將等摩爾的碳酸二甲酯和水合肼同時加入到甲醇溶劑中.然后將混合物在50℃下反應1小時。減壓蒸餾除去甲醇、水、殘余的碳酸二甲酯和肼后,加入甲苯,然后在80℃再次減壓蒸餾除去甲苯、水、碳酸二甲酯和肼。盡管該方法減少了產品中的部分雜質,但產品中仍然含有1.2%的I,0.5%的II和55ppm的肼。此外,在產品提純過程中甲苯的加入不僅會使該技術的工業化生產投資增大和生產原料成本提高,而且由于甲苯具有易揮發和有毒的性質,還會給肼基碳酸甲酯的工業生產帶來諸如環境污染及危害工人身體健康等棘手的問題。
因此,目前仍然需要一種制備高純度肼基碳酸甲酯的新工藝,用該工藝制備的產品不含有雜質I、II、殘余的肼、產品變色的問題以及在純化過程中不需要加入像甲苯等易揮發和有毒的溶劑等。
發明內容
為了克服現有的肼基碳酸甲酯合成工藝中存在的缺點,本發明專利提供了一種制備高純度肼基碳酸甲酯的新工藝,該合成新工藝不僅不需要加入像甲苯等易揮發和有毒的溶劑,還具有工業化生產投資小,生產成本低和環境友好的優點。
從有機化學分子反應理論上分析,我們知道雜質I和II是肼基碳酸甲酯合成反應體系中的二個副產物 因此,控制這二個副產物的關鍵措施是找到一個合適方法,使得原料碳酸二甲酯分子和肼分子在反應體系中,在適合的反應體系能量下,反應物分子之間都是1比1的碰撞或接觸。顯然,如果將水合肼加入到碳酸二甲酯中(專利GB2185983,GB 2150567,FR 2555582,JP 60132969,NL 8403635中采取的方法),在適合的反應能量下,在加入過程中,體系中過量的碳酸二甲酯必然會導致副產物I的生成;如果將碳酸二甲酯加入到水合肼中(專利U S4496761,JP59048456和EP 0103400中采取的方法),過量的水合肼也必然會導致副產物II的生成。盡管在專利CN 1337943,US 6465678,EP 1149070,DE 19902960,CA2361423中采取了將等摩爾的碳酸二甲酯和水合肼同時加入到甲醇溶劑中方法,一定程度緩解了過量的碳酸二甲酯或水合肼的矛盾,但在碳酸二甲酯和水合肼加入到甲醇溶劑的瞬間,仍然會在液滴進入反應液液面的地方,有局部過量的碳酸二甲酯和局部過量的水合肼的形成,因此在合適的反應體系能量下會導致1.2%的I和0.5%的II的生成。
由于碳酸二甲酯和水合肼作用生成肼基碳酸甲酯的反應是放熱的,反應的進行將會導致反應體系的溫度升高。我們在研究中發現當體系溫度為5℃以上(包括5℃)時,碳酸二甲酯和水合肼的同時加入會導致體系溫度的明顯升高,這說明在體系溫度為5℃以上(包括5℃)時,體系的能量足夠提供碳酸二甲酯和水合肼反應所需要的活化能。所以,盡管原來的專利技術采取了等摩爾的碳酸二甲酯和水合肼反應,但由于在原料的加入過程中,反應體系中同時存在1)某一原料的局部過剩;2)體系在5℃以上(包括5℃)能提供足夠的能量使過剩的碳酸二甲酯和水合肼反應,或過剩的水合肼和碳酸二甲酯反應所需要的活化能,所以導致了副產物I和II的生成。此外,產品中肼的殘余是由于反應不完全所致。
本發明專利解決上述技術問題所采用的技術方案是1.用稀釋劑防止和減少原料碳酸二甲酯和肼在加入反應體系的過程中出現局部過量的現象;其中稀釋劑采用了可以同時溶解碳酸二甲酯和肼的溶劑,優選為甲醇,因為甲醇除了具有的沸點較低(反應結束后易于分離),價格較低(有利于降低生產成本外)的優點外,甲醇還是反應的副產物之一,因而用甲醇作為稀釋劑不會給反應體系增加額外的組分,有利于產品的純化;稀釋劑的使用方法是在原料碳酸二甲酯和肼加入到反應體系之前,先用甲醇分別將碳酸二甲酯和肼稀釋;2.在碳酸二甲酯和肼充分混和均勻前,將反應體系的溫度控制在1℃以下,使得未充分混和均勻的碳酸二甲酯和肼不能夠發生反應,這樣能夠有效地防止副產物I和II的生成;3.當碳酸二甲酯和肼在反應體系中混和均勻后,采取適當的辦法使得反應盡可能完全;適當的辦法是,1)將反應溫度控制在50-55℃;2)采用TLC技術,取反應液樣分析,直到原料肼消失為止,這樣可以防止產品中含有殘余的原料肼。
本發明的優點在于用該新技術制備的肼基碳酸甲酯產品的純度高,不含有雜質I、II、殘余的肼、也沒有產品變色的問題,由于純化過程中不需要加入像甲苯等易揮發和有毒的溶劑,所以該新技術還具有工業化生產投資小,生產成本低和環境友好的優點。
具體實施例方式
本發明結合實施例作進一步詳細描述將15毫升的無水甲醇放入到裝有回流冷凝管、二個滴液漏斗和溫度計的四口燒瓶中,回流冷凝管上面裝有無水氯化鈣的干燥管。將燒瓶置入冰鹽浴中,將無水甲醇冷卻到0℃以下;在上面的一個滴液漏斗中加入由5克的肼和12毫升無水甲醇組成的溶液,另一個滴液漏斗中加入由7克的碳酸二甲酯和10毫升無水甲醇組成的溶液。然后在激烈的攪拌下,同步從二個滴液漏斗中精確地滴加等體積量的碳酸二甲酯甲醇溶液和肼甲醇溶液到燒瓶中。在滴加過程中,控制體系溫度在0℃以下。碳酸二甲酯甲醇溶液和肼甲醇溶液滴加完后,將反應液慢慢升溫到50~55℃,攪拌反應半個小時后,取反應液樣進行TLC分析,直到原料肼消失為止(需要1.5~2小時)。然后在30℃下,減壓蒸餾除去甲醇,得到的固體產品真空干燥2~3天以除去反應中產生的微量水,得到6.5克的肼基甲酸甲酯白色晶體產品,產率為92.8%,熔點為72-73℃,純度大于99%,得到的產品在室溫和空氣中放置10天沒有紅色生成。
權利要求
1.一種高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝,其特征是使用稀釋劑防止和減少原料碳酸二甲酯和肼在加入反應體系的過程中出現局部過量的現象,在有利于副反應不發生和使生成肼基碳酸甲酯的主反應進行完全的工藝條件下,由碳酸二甲酯和水合肼反應制備高純度肼基碳酸甲酯的新工藝。
2.根據權利要求1所述的一種高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝,其特征是稀釋劑選用甲醇,稀釋劑的使用方法是在原料碳酸二甲酯和肼加入到反應體系之前,先用甲醇分別將碳酸二甲酯和肼稀釋。
3.根據權利要求1所述的一種高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝,其特征是有利于副反應不發生的工藝條件是在碳酸二甲酯甲醇溶液和肼甲醇溶液充分混和均勻前,將反應體系的溫度控制在1℃以下。
4.根據權利要求1所述的一種高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝,其特征是有利于使生成肼基碳酸甲酯的主反應進行完全的工藝條件是當碳酸二甲酯甲醇溶液和肼甲醇溶液充分混和均勻后將反應溫度控制在50~55℃,采用TLC技術準確的監控反應過程和反應終點,防止產品中含有殘余的原料肼。
全文摘要
一種高純度肼基碳酸甲酯的合成新工藝。涉及到由碳酸二甲酯和水合肼反應制備高純度肼基碳酸甲酯的新工藝,尤其是在該工藝過程中使用稀釋劑甲醇在原料碳酸二甲酯和肼加入到反應體系之前分別將碳酸二甲酯和肼稀釋以防止和減少原料碳酸二甲酯和肼在加入到反應體系和混和均勻的過程中出現的局部過量的現象,在碳酸二甲酯和肼充分混和均勻前將反應體系的溫度控制在1℃以下以防止副反應的發生,當碳酸二甲酯和肼充分混和均勻后將反應溫度控制在50~55℃,采用TLC技術準確的監控反應過程和反應終點使反應完全,能有效地防止產品中含有殘余的原料肼。
文檔編號C07C243/16GK1958564SQ200510116970
公開日2007年5月9日 申請日期2005年11月1日 優先權日2005年11月1日
發明者王玉蘭, 陳潔華, 顧本喜, 韓曉麗 申請人:北京格瑞華陽科技發展有限公司