專利名稱：一種2-咪唑烷酮的化學合成方法
技術領域：
本發明涉及一種2 -咪唑烷酮的化學合成方法。(二) 背景技術在醫藥工業中，2-咪唑烷酮為多種新型抗生素，如美洛西林、 阿洛西林的關鍵中間體，并可作為第三代青霉素的基礎原料，也可以 作為抗血吸蟲病藥的中間體。另外該產品對于除曱醛有奇特的功效. 并且能有效的去除經2D-樹脂、KB樹脂、脲醛樹酯、三聚氰胺曱醛 樹脂等整理后織物中殘存的曱醛,因此也可用于合成高性能曱醛清除 劑、家居空氣曱醛強效活力酶等；在生物領域，它可生產植物生長調 節劑、殺菌劑、抑制劑、除草劑等。在本發明作出之前，現有技術2 -咪唑烷酮的化學合成方法主要 是光氣法和尿素法。光氣法是以光氣為氯化試劑，如JP 62265268拔_ 出的，乙二胺與光氣在氫氧化鈉水溶液中于20。C下反應3小時，然 后減壓蒸餾，殘留物用氯仿重結晶得2-咪唑烷酮；尿素法是以尿素 和乙二胺為原料的合成方法，如The Merck Index, 12th ed, 1996, 4952 提出的，將乙二胺與尿素、助劑按比例加入反應瓶中，慢慢升溫至沸 騰。0.5小時后繼續升溫，慢慢回收助劑和過量的乙二胺，直到反應 溫度升至250°C ,控制總反應過程在5小時，并在250。C下保溫2小頁時，后冷卻，重結晶，得2-咪唑烷酮。上述方法中，光氣法雖然具有反應條件溫和、反應速度快，精制 方便，收率高等優點，但由于使用了劇毒原料光氣， 一方面安全隱患 大，含光氣的副產物氯化氬回收利用困難，另一方面，光氣活性較大， 易發生深度副反應，給產品后處理帶來一定的難度，生產成本較高， 三廢量大。尿素法由于反應過程必須采用程序升溫,生產過程較難控 制，由于含聚合物雜質導致產品質量較差，精制非常困難。
發明內容本發明要解決的技術問題是克服現有技術的缺點，提供一種工藝合理、反應收率高、生產成本低、環保的2-咪唑烷酮的化學合成方 法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案如下 一種如式(I)所示的2 -咪唑烷酮的化學合成方法，按照如下步 驟進行向反應容器中先加入式(II)所示的乙二胺和2~20%的氬 氧化鈉水溶液，再在-10 ~ 50。C溫度下緩慢加入式(III)所示的雙(三 氯曱基)碳酸酯，雙(三氯曱基)碳酸酯的加入時間為1~15小時， 加入完畢后在0 80。C溫度下反應1~20小時，反應結束后，反應液 經后處理得到2-咪唑烷酮。反應式如下<formula>formula see original document page 6</formula>本發明所述乙二胺與雙(三氯曱基)碳酸酯的投料摩爾比為3: 1 ~ 1.50,優選為3: 1 ~ 1.3。在上述反應中，氫氧化鈉水溶液作為反應介質，其中的氫氧化鈉 是縛酸劑，中和反應過程中產生的HC1。優選的，所述的氫氧化鈉溶 液的濃度為5 ~ 15 % 。推薦加入的氫氧化鈉水溶液含有的氫氧化鈉與 乙二胺的物質的量比為2~4: 1。所述的雙(三氯曱基)碳酸酯由于不溶于水，所以加入過程中一 般是事先研細成粉末狀顆粒，然后分次加入。較好的，反應體系中還可以加入有機溶劑，此時雙(三氯甲基) 碳酸酯一般也先用部分有機溶劑溶解，然后以雙(三氯曱基)碳酸酯 的有機溶劑溶液的形式滴加入反應體系。所述有機溶劑為下列一種或任意幾種按任意比例的組合:①C1 ~ C4的卣代烴，②C6 ~ C8的芳香 烴類。優選的，所述的有機溶劑為下列一種或任意幾種按任意比例的 組合二氯曱烷、二氯乙烷、氯仿、1,1,2,2-四氯乙烷、苯、曱苯、二 曱苯、氯苯。所述的有機溶劑總用量以乙二胺質量計為6 ~ 15mL/g，優選6 ~ 12mL/g。在滴加雙(三氯曱基)碳酸酯前還可以加入相轉移催化劑，有利 于反應的進行。所述的相轉移催化劑為四丁基氯化銨或四丁基溴化 銨。所述的相轉移催化劑的用量為乙二胺質量的5 ~ 20 % ,優選為乙 二胺質量的5~ 10%。更優選的，在滴加雙(三氯曱基)碳酸酯前同時加入相轉移催化劑和有才幾;容劑。進一步，上述合成方法中滴加溫度優選為0~40°C,滴加時間優 選為1 ~ 6小時；反應溫度優選為20 ~ 60°C ,反應時間優選為2 ~ 10 小時。所述的后處理可采用如下步驟反應結束后，反應液靜置分層， 分出水層，濃縮至干后，重結晶得到2-咪唑烷酮。所述的重結晶溶 劑可選用下述之一或下述任意幾種按任意比例的組合:曱醇、乙醇、 氯仿、二氯曱烷、丙酮。具體推薦所述的2 -咪唑烷酮的化學合成方法按照如下步驟進 行向反應容器中加入乙二胺、2~ 15%的氫氧化鈉水溶液、有機溶 劑和相轉移催化劑，并在0 ~ 40。C溫度下慢慢滴加雙(三氯曱基)碳 酸酯溶于有機溶劑的溶液，滴加時間1 ~ 6小時，滴加完畢后在20 ~ 6(TC溫度下反應2 10小時，反應結束后，反應液靜置分層，分出水 層，濃縮至干后，重結晶得到2-咪唑烷酮；所述投料物質的量比乙 二胺雙(三氯曱基)碳酸酯2~ 15%的氬氧化鈉水溶液含有的氫 氧化鈉為3: 1~1.3: 6 ~ 12;所述的有機溶劑為下列一種或任意幾種 按任意比例的組合二氯曱烷、二氯乙烷、氯仿、1,1,2,2-四氯乙烷、 苯、曱苯、二曱苯、氯苯，所述有機溶劑的用量以乙二胺質量計為6~ 12mL/g;所述相轉移催化劑為四丁基氯化銨或四丁基溴化銨，所述 相轉移催化劑的用量為乙二胺質量的5 ~ 10% 。本發明與現有技術相比，主要優點體現在 1.反應收率高(可達到90% )，生產成本低；2.工藝路線先進、操作方便，反應條件溫和。
具體實施方式
以下以具體實施例來說明本發明的技術方案，但本發明的保護范圍不限于此 實施例1投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量以乙二胺質量計為12mL/g;四丁基溴化銨為相轉移 催化劑,用量為乙二胺質量的0.05倍。在裝有機械攪拌、回流冷凝管、溫度計和恒壓滴定漏斗的四口 燒瓶中，加入乙二胺(9 g, 150 mmol )、 10 %氫氧化鈉水溶液(120 mL )、 曱苯(48 mL)和四丁基溴化銨(1.35g，4.2mmo1),開啟機械攪拌。 15。C左右緩慢滴加雙(三氯曱基)碳酸酯(14.7 g， 49mmo1)溶于曱 苯(60mL)中的溶液，滴加時間6h。滴加完畢，室溫下反應3 h。 反應結束后，反應液靜置、分層，分出水層，甲苯層分別用30 mL 水萃取2次，合并水層，濃縮至干后，加100mL乙醇進行重結晶， 熱過濾，濃縮至30mL,冷卻、結晶，過濾，干燥，得白色固體，為 2-咪唑烷酮成品，稱重10.85 g，收率84.1%,熔點129.7°C。高效液相色譜檢測含量，98.7%,色譜條件色譜柱shim-pack VP-ODSC18 250 mm x 4.6 mm;波長210 nm;溫度室溫；流動 相60%乙腈溶液，速度1.0mL/min;樣品稱25 mg用10mL流動 相溶解；注射量10pL。實施例2投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基氯化銨為相轉 移催化劑，用量為乙二胺質量的0.05倍。乙二胺投料量為150 mmol, 雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmol,雙(三氯曱基)碳酸酯滴 加時間為1 h。重結晶溶劑改為曱醇，其它操作同實施例l,產品收率73.1%, 熔點130.6°C,純度98.0%。 實施例3投料比乙二胺雙(三氯甲基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，甲苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相 轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.05倍。乙二胺招:料量為150mmol, 雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmol,雙(三氯曱基)碳酸酯滴 加時間為1 h,氬氧化鈉水溶液的濃度為5 % ,用量為240mL。其它操作同實施例1，產品收率75.4%,熔點129.6°C,純度 98.3 % 。 實施例4投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相 轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺招:料量為150 mmol, 雙(三氯甲基)石友酸酯投料量為49mmol，氪氧化鈉水溶液的濃度為 5%,用量為240M1，反應時間14 h。其它才喿作同實施例1,產品收率84.1%,熔點130.2°C,純度 98.6% 。 實施例5投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，乙二 胺才殳料量為150 mmol,雙(三氯甲基)石友酸酯^L料量為49 mmol， 氫氧化鈉水溶液的濃度為5%,用量為480mL,不加入其他任何有機溶 劑，雙(三氯曱基)碳酸酯以粉末狀顆粒分次加入，控制加入溫度不 超過0°C ,反應溫度為30°C ,反應時間3 h。其它操作同實施例1,產品收率55.9%，熔點130.6°C，純度98.1%。 實施例6投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,不加入相轉移催化劑。 乙二胺招:料量為15Ommo1,雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmo1, 氬氧化鈉水溶液的濃度為18%,用量為100mL，反應時間20 h。其它操作同實施例1,產品收率74.1%,熔點126.9°C，純度 97.3 % 。 實施例7投料比乙二胺雙(三氯甲基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相 轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150mmo1, 雙(三氯甲基)碳酸酯投料量為49mmo1，氫氧化鈉水溶液的濃度為 20%,用量為90mL,滴加溫度為-2。C，滴加時間為12 h,反應溫度為10°C,反應時間12 h。其它操作同實施例1,產品收率74.2%,熔點130.9°C,純度98.4 % 。 實施例8投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，二曱 苯作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基淡化銨為 相轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150 mmol,雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49 mmol，滴加雙(三氯曱 基)石友酸酯時間為7h，反應時間12 h。其它操作同實施例1,產品收率75.6%，熔點130.7°C,純度 98.8 % 。 實施例9投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，曱苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相 轉移催化劑，用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150 mmol， 雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmol,滴加溫度為30。C,滴加時 間為5 h,反應溫度為10°C ,反應時間17 h。其它操作同實施例1,產品收率79.1%，熔點130.rC,純度98.5 % 。 實施例10投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，氯苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺損3+量為150mmo1， 雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmo1,氫氧化鈉水溶液的濃度為 5%,用量為264mL,滴加溫度為26。C，滴加時間為4h，反應溫度為 l(TC,反應時間18 h。其它操作同實施例1,產品收率82.3%，熔點129.9°C,純度 98.0%。 實施例11投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，乙苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為相轉 移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150mmo1, 雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49mmo1,氫氧化鈉水溶液的濃度為 5%,用量為240mL,滴加溫度為28。C，滴加時間為5h，反應溫度為 10°C，反應時間18 h。其它操作同實施例1,產品收率83.7%,熔點129.5°C，純度 98.3 % 。 實施例12投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: 1.01 (摩爾比)， 曱苯作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨為 相轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150 mmol，雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為50.5mmo1,氬氧化鈉水溶液 的濃度為5%,用量為240mL,滴加溫度為25。C,滴加時間為5 h， 反應溫度為2(TC,反應時間18h。其它操作同實施例1,產品收率82.2%,熔點130.7°C,純度 98.7% 。 實施例13投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l.l(摩爾比)，二 氯曱烷作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g,四丁基溴化銨 為相轉移催化劑，用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150 mmol,雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為55 mmol，氬氧化鈉水溶液 的濃度為5%，用量為240mL,滴加溫度為25°C,滴加時間為6 h， 反應溫度為18 °C ，反應時間16 h。重結晶溶劑改為丙酮，其它操作同實施例l,產品收率82.6%, 熔點131.rC，純度98.2%。 實施例14投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: 1.2(摩爾比)，二 氯乙烷作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為15mL/g,四丁基溴化銨 為相轉移催化劑,用量為乙二胺質量的0.15倍。乙二胺投料量為150 mmol，雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為60 mmol,氫氧化鈉水溶液 的濃度為5%,用量為240mL,滴加溫度為26。C，滴加時間為6 h, 反應溫度為16。C ，反應時間15 h。其它操作同實施例1，產品收率88.3%,熔點129.6°C,純度 98.2%。 實施例15投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，二氯乙烷作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g。乙二胺投料量 為150 mmol，雙(三氯曱基)-灰酸酯才殳料量為49 mmol,氳氧化鈉 水溶液的濃度為5%，用量為240mL，滴加溫度為26。C，滴加時間為 5h,反應溫度為16°C,反應時間6h。其它操作同實施例1，產品收率96.2%,熔點131.8°C,純度 98.3 % 。 實施例16投料比乙二胺雙(三氯甲基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，1, 1, 2， 2-四氯乙烷作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g。乙二 胺投料量為150 mmol，雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49 mmol， 氬氧化鈉水溶液的濃度為18%,用量為80mL,滴加溫度為-2。C,滴 加時間為12h,反應溫度為15°C，反應時間3h。其它操作同實施例1,產品收率75.2%,熔點130.2。C,純度 98.4%。 實施例17投料比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯為3: l(摩爾比)，氯苯 作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g。乙二胺^:料量為150 mmol，雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49 mmol,氪氧化鈉水溶液 的濃度為10%，用量為120mL,滴加溫度為15°C，滴加時間為6 h, 反應溫度為15°C,反應時間3h。其它操作同實施例1,產品收率84.1%,熔點129.7°C,純度 98.1%。實施例18投料比乙二胺雙(三氯甲基)碳酸酯為3: 1.5(摩爾比)，氯 苯仿作為溶劑，其用量為以乙二胺質量計為12mL/g。乙二胺投料量 為150 mmol，雙(三氯曱基)碳酸酯投料量為49 mmol,氪氧化鈉 水溶液的濃度為10%,用量為140mL，滴加溫度為15°C,滴加時間 為6h,反應溫度為15°C,反應時間3h。重結晶溶劑為氯仿，其它操:作同實施例l,產品收率74.2%,熔 點129.7°C,純度98.1%。
權利要求
1、一種如式(I)所示的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于所述的合成方法包括如下步驟向反應容器中先加入式(II)所示的乙二胺和2～20％的氫氧化鈉水溶液，再在-10～50℃溫度下緩慢加入式(III)所示的雙(三氯甲基)碳酸酯，雙(三氯甲基)碳酸酯的加入時間為1～15小時，加入完畢后在0～80℃溫度下反應1～20小時，反應結束后，反應液經后處理得到2-咪唑烷酮；id="icf0001" file="S2008100602369C00011.gif" wi="106" he="27" top= "105" left = "50" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>
2、 如權利要求1所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 反應體系中還加入有機溶劑，所述有機溶劑為下列 一種或任意幾種按 任意比例的組合:①C1 ~ C4的卣代烴，②C6 ~ C8的芳香烴類。
3、 如權利要求2所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 所述雙(三氯曱基)碳酸酯先用有機溶劑溶解，然后以雙(三氯曱基) 碳酸酯的有機溶劑溶液的形式滴加入反應體系。
4、 如權利要求2所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 所述的有機溶劑為下列一種或任意幾種按任意比例的組合二氯曱 烷、二氯乙烷、氯仿、1,1,2,2-四氯乙烷、苯、曱苯、二曱苯、氯苯。
5、 如權利要求3所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 所述的有機溶劑總用量以乙二胺質量計為6~ 15mL/g。
6、 如權利要求1所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于在加入雙(三氯曱基)碳酸酯前還加入相轉移催化劑，所述的相轉移 催化劑為四丁基氯化銨或四丁基溴化銨。
7、 如權利要求6所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 所述的相轉移催化劑的用量為乙二胺質量的5 ~ 20 % 。
8、 如權利要求1所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 反應體系中還加入相轉移催化劑和有機溶劑，所述的有機溶劑總用量 以乙二胺質量計為6~ 15mL/g，所述的相轉移催化劑的用量為乙二胺 質量的5~20%。
9、 如權利要求1 8之一所述的2-咪唑烷酮的化學合成方法，其特 征在于所述投料物質的量乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯2~20% 的氫氧化鈉水溶液中含有的氫氧化鈉為3: 1~1.50: 6~12。
10、 如權利要求1所述的2 -咪唑烷酮的化學合成方法，其特征在于 所述的合成方法按照如下步驟進行向反應容器中加入乙二胺、2~ 15%的氫氧化鈉水溶液、有機溶劑和相轉移催化劑，并在0 40。C溫 度下慢慢滴加雙(三氯曱基)碳酸酯溶于有機溶劑的溶液，滴加時間 1~6小時，滴加完畢后在20 60。C溫度下反應2~10小時，反應結 束后，反應液靜置分層，分出水層，濃縮至干后，重結晶得到2-咪 唑烷酮；所述投料物質的量比乙二胺雙(三氯曱基)碳酸酯2~ 15%的氫氧化鈉水溶液中含有的氫氧化鈉為3: 1~1.3: 6~12;所述 的有機溶劑為下列一種或任意幾種按任意比例的組合二氯曱烷、二氯乙烷、氯仿、1,1,2,2-四氯乙烷、苯、曱苯、二曱苯、氯苯，所述有 機溶劑的總用量以乙二胺質量計為6~12mL/g;所述相轉移催化劑為四丁基氯化銨或四丁基溴化銨，所述相轉移催化劑的用量為乙二胺質 量的5~ 10%。
全文摘要
本發明公開了一種2-咪唑烷酮的化學合成方法，該合成方法按照如下步驟進行向反應容器中加入乙二胺和2～20％的氫氧化鈉水溶液，然后在-10～50℃溫度下緩慢加入雙(三氯甲基)碳酸酯，雙(三氯甲基)碳酸酯的加入時間為1～15小時，加入完畢后在0～80℃溫度下反應1～20小時，反應結束后，反應液經后處理得到2-咪唑烷酮。本發明所述化學合成方法反應收率高(一般在80％以上)，純度好(一般在98.0％以上)，是一種工藝合理、生產成本低、反應收率高、三廢少的有效合成方法。
文檔編號C07D233/70GK101270088SQ20081006023
公開日2008年9月24日 申請日期2008年3月31日 優先權日2008年3月31日
發明者峰 李, 李振華, 梁現蕊, 濮發祥, 蘇為科 申請人:浙江工業大學;浙江利民化工有限公司