專利名稱：偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法。
背景技術(shù)：
偶氮二甲酸二烷基酯是一類同時帶有偶氮和羧基官能團的化合物，比較常見的有偶氮二甲酸二甲酯(DMAD)、偶氮二甲酸二乙酯(DEAD)、偶氮二甲酸二異丙酯(DIAD)、偶氮二甲酸二芐酯(DBAD)。偶氮二甲酸二烷基酯由于具有獨特的電子和結(jié)構(gòu)特性，作為一種多功能化的試劑在有機合成中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在Mitsunobu反應(yīng)、羰基化合物的氨化、不飽烴的氨化及雜環(huán)化合物的合成中有著非常重要的作用，此外偶氮二甲酸酯還可以作為氧化劑，用于醇、胺的脫氫氧化反應(yīng)。另外偶氮二甲酸二烷基酯是一類重要的中間體及催化劑，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥中間體、泡沫聚合物的發(fā)泡及自由基引發(fā)劑的領(lǐng)域。其主要用途 有以下幾個方面(I)在醫(yī)藥中間體方面，可以合成吲哚、氮雜茂等的衍生物，用于抑制磷脂酶的生成，殺菌及治療和預(yù)防糖尿病、動脈硬化；(2)在催化劑方面，除可作為聚合物的催化劑外，還能作為合成熱塑性合成纖維的自由基引發(fā)劑；(3)作為泡沫聚合物的發(fā)泡劑時，只要這種聚合物的粘度特征符合熔化后膨脹或有釋放氣體的殘留，就可以發(fā)泡。偶氮二甲酸二甲酯可以通過 A. Rodgman 和 G. F. Wright 在 J. Org. Chem, 18,481-482 (1953)中提出的方法合成，偶氮二甲酸二乙酯可以通過Rabjohn等人在OrganicSyntheses, 28, 59 以及 Kauer 等人在 Organic Syntheses, collective volume IV,411-415(1963)中提出的方法合成。其合成方法如下先將理論量一半的氯甲酸酯滴加到水合肼的乙醇溶液中攪拌一段時間，保持溫度在20°C以下，然后同時滴加剩余的氯甲酸甲酯和碳酸氫鈉溶液繼續(xù)反應(yīng)半小時，經(jīng)抽濾、洗滌、干燥得到白色固體亞肼基二甲酸二烷基酯，產(chǎn)率為81%-85%，將上述產(chǎn)物在冰浴條件下與二氯甲烷中和水混合機械攪拌，緩慢滴加濃硝酸氧化，經(jīng)洗滌、干燥等步驟得產(chǎn)物，產(chǎn)率為70%-80%。然而，該方法以氯甲酸酯和水合肼為原料，對環(huán)境污染嚴(yán)重，而且價格昂貴，用硝酸氧化產(chǎn)生的廢氣廢液對環(huán)境也有很大污染；另外該方法中第一步易生成取代一側(cè)的副產(chǎn)物肼基甲酸酯，很難分離出去，并且易被硝酸氧化使下一步的分離更加困難。在U. S. PatentNo. 3192196中Frederic D. Vidal等人提出了氧化亞餅基化合物的新方法將一定量的二氧化氮通入到冰醋酸溶液，加熱到85°C，此時反應(yīng)液中有氣泡冒出。取少量該溶液移入三口燒瓶中，向其中滴加加入亞肼基化合物的冰醋酸溶液，滴加完畢后將剩余的二氧化氮的醋酸溶液加入到反應(yīng)瓶中，繼續(xù)加熱到90-95 V，保持IOmin，然后分離出偶氮二甲酸二烷基酯，洗滌，干燥，最后產(chǎn)率在76%以上。這種方法在一定程度上節(jié)省了成本，反應(yīng)的劇烈程度有所減緩，但是容易產(chǎn)生大量的含氮化合物，對環(huán)境有較大污染。在U. S. Patent No. 3488342 中 Chester S. sheppard 將上述 A. Rodgman 等人的方法做出了改進氯甲酸酯和水合肼在碳酸鈉的水溶液中的反應(yīng)產(chǎn)物不經(jīng)處理直接快速通入氯氣進行下一步氧化反應(yīng)，經(jīng)萃取得到目標(biāo)產(chǎn)物，產(chǎn)率約90%。這種方法與前一種相比以水做溶劑進行第一步反應(yīng)，減少了單側(cè)取代的副產(chǎn)物，提高了反應(yīng)收率，但是，該方法仍然以氯甲酸酯和水合肼為原料，并且第二步中改用氯氣為氧化劑增大了反應(yīng)的危險性，而且反應(yīng)終點較難控制，對環(huán)境也有很大的污染。以上傳統(tǒng)工藝路線，選用氯甲酸酯、水合肼等物質(zhì)作原料，這些物質(zhì)不僅價格昂貴，而且毒性大；氧化過程需要使用毒性較大或腐蝕性強的濃硝酸、氧化氮、氯氣等物質(zhì)。合成過程污染嚴(yán)重，不符合現(xiàn)代綠色化學(xué)的要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法，步驟如下 I)向反應(yīng)容器中加入偶氮二甲酰胺、氫氧化鈉或氫氧化鉀，以水作為反應(yīng)溶劑，力口熱回流，并用質(zhì)量濃度為5 10%的稀鹽酸吸收產(chǎn)生的氨氣，直至氨氣不再產(chǎn)生，停止加熱，得到淡黃色水溶液；2)將硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX和季銨鹽催化劑加入恒壓滴液漏斗中，邊攪拌邊緩慢滴加到步驟I)得到的水溶液中，滴加過程中控制溫度在40°c以下，且pH=8 12，待滴加完畢，升溫至50°C 100°C，反應(yīng)I 5小時，將反應(yīng)溶液進行萃取和減壓蒸餾，得到偶氮二甲酸酯R00CN=NC00R ；其中，R為含有廣16個碳原子的烷基，X為氯、溴或碘；偶氮二甲酰胺、氫氧化鈉或氫氧化鉀、硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX、季銨鹽催化劑的物質(zhì)的量之比為1:2 2. 5 :2 2. 5 :0. 01 O.1。步驟2)中所述萃取和減壓蒸餾具體包括待反應(yīng)溶液的溫度降至室溫后，用二氯甲烷萃取，無水硫酸鈉干燥、過濾，常壓蒸除二氯甲烷，殘余物經(jīng)減壓蒸餾，收集餾分，即為偶氮二甲酸酯。步驟2)中所述季銨鹽催化劑為芐基三乙基氯化銨、四丁基溴化銨、四丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨或十二烷基三甲基氯化銨中的任一種。步驟2)中所述硫酸二烷基酯為硫酸二甲酯或硫酸二乙酯。本發(fā)明以目標(biāo)產(chǎn)物偶氮二甲酸二烷基酯進行逆合成分析，在避免使用毒性大的氯代甲酸基酯、水合肼等的設(shè)計初衷上，試圖尋找直接以含有偶氮二甲?；蚣艿挠袡C化合物進行反應(yīng)，并最終確定以廉價易得的偶氮二甲酰胺為原料，經(jīng)兩步反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。步驟a :偶氮二甲酰胺Nh2OCN=NCONh2經(jīng)堿性水解生成偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M ；步驟b :偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M與硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX進行烷基化反應(yīng)，即得目標(biāo)產(chǎn)物。步驟a中，Imol偶氮二甲酰胺NH20CN=NC0NH2生成偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M時，需消耗2mol Μ,使用實驗室常見的氫氧化鈉NaOH或氫氧化鉀KOH進行堿水解,則至少需要2mol NaOH或Κ0Η，為使反應(yīng)更充分，堿略微過量，偶氮二甲酰胺與氫氧化鈉或氫氧化鉀的物質(zhì)的量為1:2 2. 5。反應(yīng)溫度經(jīng)過了不斷的試驗篩選，溫度過高時，反應(yīng)物料容易噴出反應(yīng)容器，并最終選擇40°C以下進行反應(yīng)。
步驟b為兩相反應(yīng)，申請人使用相轉(zhuǎn)移催化劑進行催化，從而有效提高產(chǎn)率，經(jīng)過試驗篩選申請人選用催化量的季銨鹽催化劑作為相轉(zhuǎn)移催化劑，經(jīng)加熱反應(yīng)，并進行萃取和減壓蒸餾等后處理最終得到產(chǎn)物偶氮二甲酸二烷基酯。Imol偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M需要消耗2mol硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX進行烷基取代，故偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M與硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX投料的物質(zhì)的量比為1:2 2. 5。經(jīng)過試驗篩選，申請人發(fā)現(xiàn)該步驟的反應(yīng)溫度在回流溫度時為最佳，對應(yīng)的溫度范圍是50°C 100°C。另外，反應(yīng)過程的酸堿度也是十分重要的，pH過低，步驟a得到的偶氮二甲酸鹽M00CN=NC00M容易水解，影響反應(yīng)；pH過高，反應(yīng)無法進行，經(jīng)過不斷嘗試，選定pH范圍為8 12。本發(fā)明的有益效果是(I)本發(fā)明選用偶氮二甲酰胺為主要原料，原料廉價易得，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟性好;(2)本發(fā)明所選用的原料避免了傳統(tǒng)工藝中的氯代甲酸基酯、水合肼等毒性大的物質(zhì)；本發(fā)明不需要傳統(tǒng)工藝中的氧化過程，避免使用濃硝酸、氧化氮、氯氣等重污染物。合成過程清潔環(huán)保，符合綠色化學(xué)要求；(3)本發(fā)明操作簡單，工藝路線短，反應(yīng)條件溫和，收率高；(4)本發(fā)明產(chǎn)品合成工藝有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實施例方式下面結(jié)合實施例對本發(fā)明進行進一步的闡述，應(yīng)該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發(fā)明，并不對其內(nèi)容進行限定。本發(fā)明的反應(yīng)式如下
權(quán)利要求
1.偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法，步驟如下 1)向反應(yīng)容器中加入偶氮二甲酰胺、氫氧化鈉或氫氧化鉀，以水作為反應(yīng)溶劑，加熱回流，并用質(zhì)量濃度為5 10%的稀鹽酸吸收產(chǎn)生的氨氣，直至氨氣不再產(chǎn)生，停止加熱，得到淡黃色水溶液； 2)將硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX和季銨鹽催化劑加入恒壓滴液漏斗中，邊攪拌邊緩慢滴加到步驟I)得到的水溶液中，滴加過程中控制溫度在40°C以下，且pH=8 12，待滴加完畢，升溫至50°C 100°C，反應(yīng)I 5小時，將反應(yīng)溶液進行萃取和減壓蒸餾，得到偶氮二甲酸酯 R00CN=NC00R ； 其中，R為含有f 16個碳原子的烷基，X為氯、溴或碘；偶氮二甲酰胺、氫氧化鈉或氫氧化鉀、硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX、季銨鹽催化劑的物質(zhì)的量之比為1:2 2. 5 :2 2. 5 :0. 01 O.1。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述萃取和減壓蒸餾具體包括待反應(yīng)溶液的溫度降至室溫后，用二氯甲烷萃取，無水硫酸鈉干燥、過濾，常壓蒸除二氯甲烷，殘余物經(jīng)減壓蒸餾，收集餾分，即為偶氮二甲酸酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述季銨鹽催化劑為芐基三乙基氯化銨、四丁基溴化銨、四丁基氯化銨、四丁基硫酸氫銨或十二烷基三甲基氯化銨中的任一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，步驟2)中所述硫酸二烷基酯為硫酸二甲酯或硫酸二乙酯。
全文摘要
本發(fā)明公開了偶氮二甲酸二烷基酯的制備方法，步驟如下1)向反應(yīng)容器中加入偶氮二甲酰胺、氫氧化鈉或氫氧化鉀，以水作為反應(yīng)溶劑，加熱回流，并用質(zhì)量濃度為5～10%的稀鹽酸吸收產(chǎn)生的氨氣，直至氨氣不再產(chǎn)生，停止加熱，得到淡黃色水溶液；2)將硫酸二烷基酯R2SO4或鹵代烴RX和季銨鹽催化劑加入恒壓滴液漏斗中，邊攪拌邊緩慢滴加到步驟1)得到的水溶液中，滴加過程中控制溫度在40℃以下，且pH=8～12，待滴加完畢，升溫至50℃～100℃，反應(yīng)1～5小時，將反應(yīng)溶液進行萃取和減壓蒸餾，得到偶氮二甲酸酯ROOCN=NCOOR。本發(fā)明的原料廉價易得，生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟性好；合成過程清潔環(huán)保，符合綠色化學(xué)要求；操作簡單，反應(yīng)條件溫和，收率高；有利于工業(yè)化生產(chǎn)。
文檔編號C07C281/02GK103012215SQ20131002308
公開日2013年4月3日 申請日期2013年1月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月22日
發(fā)明者張志德, 呂碩, 王重斌, 相竹林, 滿成娜 申請人:山東師范大學(xué)