2甲氧基酚的应用.docx
《2甲氧基酚的应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2甲氧基酚的应用.docx（8页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
2甲氧基酚的应用
42-氯-5-氨甲基吡啶的合成研究42-氯-5-氨甲基吡啶的合成研究4.1前言2-氯-5-氨甲基吡啶是合成新型烟碱类杀虫剂的重要中间体。
它的合成方法有羟甲基吡啶法、氰基吡啶法及氯甲基吡啶法。
前两种方法有着目前无法克服的缺陷氯甲基吡啶路线反应条件温和、时间短收率高且2-氯-5-氯甲基吡啶已经有工业化生产本实验采用六次甲基四胺与2-氯-5-氯甲基吡啶烃基化反应再经水解得目标产物。
4.2实验部分4.2.1药品和主要仪器2-氯-5-氯甲基吡啶2-chloro-5-chloromethylpyridine90自制六次甲基四胺Hexamine南京市化学试剂一厂分析纯乙腈Acetonitrile上海陆都化学试剂厂分析纯盐酸Hydrochloricacid南京市化学试剂有限公司分析纯甲醇Methanol南京市化学试剂一厂分析纯氢氧化钠SodiumHydroxide上海化学试剂有限公司分析纯三氯甲烷Chloroform上海化学试剂有限公司分析纯旋转薄膜蒸发器天津玻璃仪器厂BrankerAC500型核磁共振仪ThermoNicoletNexus傅立叶变换红外光谱仪YMC-Pack型高效液相色谱仪4.2.2反应路线NNNNNClCH2ClNClCH2NH2CH32CH2NH3364.2.32-氯-5-氨甲基吡啶的合成1烃化反应在250ml三口烧瓶中投入烘干的六次甲基四胺11.8克0.084mol乙腈100ml2-氯-5-氯甲基吡啶13.7克90.2、0.076mol。
电磁搅拌加热回流8小时。
冷却至室温过滤得白色固体。
2水解反应将上步所得白色固体投入250ml三口瓶中加入34ml盐酸搅拌下加入甲醇100ml反应温度61℃回流2小时再升温至100℃。
自然冷却至室温加入氯仿40ml。
搅拌下滴入25NaOH水溶液调整为pH89分层水层用氯仿萃取一次合并氯仿层。
减压下除去氯仿得黄色液体。
放入冰箱变成固体。
为2-氯-5-氨甲基吡啶粗品。
用甲醇重结晶后得白色晶体为目标产物。
计算得率1H-NMR和IR谱图分析鉴定结构。
用HPLC分析纯度并用33东南大学硕士学位论文
4.3反应机理4.3.1亲核试剂的选择本反应为2-氯-5-氯甲基吡啶的氨解或者说是胺的烃化反应属亲核取代。
由于电子效应2-氯-5-氯甲基吡啶甲基上的氯原子具有较高活性易按SN2机理进行反应。
因为是氨解反应亲核试剂应该是氨、酰氨、胺。
常用的亲核试剂有甲酰胺、氨、邻苯二甲酰亚胺等。
前两种试剂反应收率较低分别为67、70邻苯二甲酰亚胺虽收率较高但原料价格高、反应路线长也不是首选。
六次甲基四胺乌洛托品是一种用途广泛的有机合成试剂。
它的结构稳定在酸性条件下可以分裂成C-N化合物或氨甲醛36且价格便宜是一种良好的氨化试剂。
乌洛托品与卤代烃反应可得季铵盐再在酸性条件下水解可得伯胺。
该反应副产少、试剂便宜、反应仪器简单条件温和、反应时间短36。
所以本文选用六次甲基四胺为氨解反应亲核试剂。
4.3.2烃化反应机理乌洛托品分子内有四个N原子它们排列成内空的四面体每两个N原子间都镶嵌着一个C原子是一种叔胺。
2-氯-5-氯甲基吡啶是非常活泼的卤代烃,亚甲基上的氯原子是一好的离去基团而与其相连的碳原子为一级碳原子位阻较小易受亲核试剂进攻而发生SN2反应。
乌洛托品分子内N原子未共用电子对进攻α碳很容易形成季铵盐。
NNNNNClCH2ClNNNNCH2NClCl-4.3.3水解反应机理HCl/H2OCH3OHNNNNCH2NClCl-NClCH2NH3ClNH4ClCH3O2CH2NClCH2NH3ClNaOH/H2ONClCH2NH263NaCl乌洛托品分子在强酸作用下能够生成甲醛和铵盐。
因此上述季铵盐在反应条件下乌洛托品同样会分解。
其中直接与2-氯-5-亚甲基吡啶正碳离子的亚甲基相连的氮形成胺基再与盐酸作用形成2-氯-5-氨甲基吡啶盐酸盐。
分解产物氨被盐酸吸收成为铵盐甲醛与过量甲醇作用形成易挥发物质二甲氧基甲烷又名甲缩醛。
2-氯-5-氨甲基吡啶盐酸盐与强碱作用得到2-氯-5-氨甲基吡啶。
3442-氯-5-氨甲基吡啶的合成研究354.4合成工艺的研究4.4.1烃化反应溶剂的选择由于2-氯-5-氯甲基吡啶的氨解反应为SN2机理反应过程属于从无电荷的反应物转变为有分散电荷的过度状态因此选用惰性的极性溶剂对反应有利。
据文献36报道卤化物氨解反应溶剂可选乙腈、水、氯仿、DMF、乙醇等。
由于本实验反应物六次甲基四胺常温固体易溶于水溶于乙醇、氯仿等2-氯-5-氯甲基吡啶常温下为半固体溶于乙醇、氯仿、乙腈等溶剂选用以下溶剂以确保反应体系均相或为两液相。
为研究溶剂对反应的影响进行了以下实验其他实验条件为六次甲基四胺2-氯-5-氯甲基吡啶1.1:
1烃化反应温度为各溶剂的沸点烃化反应时间8h。
水解反应温度61℃六次甲基四胺盐酸氢氧化钠1:
8:
8。
实验结果见表4.1。
表4.1溶剂对产物收率的影响溶剂氯仿乙腈水乙醇产物收率/66.389.368.758.9从表4.1可以看出以乙腈作溶剂产物得率最高液相色谱显示以氯仿、水、乙醇为溶剂目标产物中有一定量未反应2-氯-5-氯甲基吡啶乙腈作溶剂则反应完全。
这是因为水、乙醇为质子传递极性溶剂其离子的存在会对反应产生干扰。
氯仿为非质子传递溶剂但其极性较小不利于反应乙腈为非质子传递极性溶剂极性较强对反应有利。
4.4.2烃化反应原料配比的影响原料配比是影响化学反应进程的重要因素之一。
根据化学反应计量式n2-氯-5-氯甲基吡啶n六次甲基四胺1:
1为了研究原料配比的影响特进行以下实验。
其他实验条件为溶剂乙腈、反应温度82℃反应时间8小时。
水解反应温度61℃六次甲基四胺盐酸氢氧化钠1:
8:
8。
所得实验结果见表4.2。
表4.2原料配比对产物收率的影响原料配比1:
0.91:
11:
1.11:
1.2产物得率/85.471.189.581.7从表4.2可以看出当原料配比等于计量比时产物得率并不是最大值当2-氯-5-氯甲基吡啶或六次甲基四胺少量过量时都能提高产物收率。
n2-氯-5-氯甲基吡啶n六次甲基四胺1:
1.1产物得率达最大。
原因是根据化学平衡原理当配料比等于计量系数比时两种原料都可能反应不完全造成收率较低而若其中一种原料过量则另一原料反应将接近完全产物收率就会提高。
进料比为1:
1.1时2-氯-5-氯甲基吡啶反应接近完全进料比为1:
1.2时六次甲基四胺过量较多4反应物在酸性条件下会发生副反应生成副产物6-氯吡啶-3-甲醛37导致产率下降2-氯-5-氯甲基吡啶过量较多2-氯-5-氯甲基吡啶与产物2-氯-5-氨甲基吡啶反应生成副产物6-氯-3-吡啶甲基二胺导致产率下降。
因而选择适宜原料比为1:
1.1。
4.4.3盐酸和氢氧化钠量对水解反应的影响季铵盐水解过程中盐酸和氢氧化钠的用量对水解反应效果有着非常重要的影响。
为研究盐酸和氢氧化钠量对收率的影响进行以下实验。
其它实验条件为烃化反应原料配比n2-氯-5-氯甲基东南大学硕士学位论文吡啶n六次甲基四胺1:
1.1反应时间8小时反应温度82℃溶剂乙腈。
水解反应温度61℃。
六次甲基四胺与盐酸及氢氧化钠不同配比的实验结果见表4.3。
表4.3盐酸和氢氧化钠量对产物收率的影响1:
4:
41:
6:
61:
8:
81:
10:
10盐酸和氢氧化钠量62.978.789.388.5产物收率/注盐酸和氢氧化钠量为n六次甲基四胺n氯化氢n氢氧化钠。
从实验结果可以看出盐酸和氢氧化钠用量对产物收率有着很大影响随着盐酸和氢氧化钠用量从1:
4:
4上升到1:
8:
8产物收率从62.9上升到99.3再增加用量收率基本保持不变。
盐酸和氢氧化钠量为1:
4:
4时实验中产生大量高熔点晶体而当酸量增大时这种晶体逐渐减少1:
8:
8高熔点晶体消失。
出现这种情况的原因可能是当酸量不足时季铵盐分解不完全产生副产物环三亚甲基三甲胺NNN随着酸量增多分解逐渐完全产物收率达最大值。
因此n六次甲基四胺n氯化氢n氢氧化钠1:
8:
8为适宜的酸碱量。
4.4.4烃化反应时间的影响为了研烷基化反应时间对产物收率的影响在原料比n2-氯-5-氯甲基吡啶n六次甲基四胺1:
1.1反应温度82℃溶剂乙腈量8.5ml/g六次甲基四胺水解反应温度61℃n六次甲基四胺n氯化氢n氢氧化钠1:
8:
8的反应条件下改变反应时间的实验结果见表4.4。
表4.4反应时间对产物收率的影响46810烷基化反应时间/h75.383.789.189.2产物收率/从表4.4可以看出随着反应时间的增长目标产物收率逐渐增长反应时间8h时达最大值之后收率没有明显增长。
因而将反应时间选择在8h9h。
4.4.5烃化反应溶剂量的影响反应采用乙腈为溶剂。
为了研究溶剂量对产物收率的影响进行如下实验原料比n2-氯-5-氯甲基吡啶n六次甲基四胺1:
1.1反应温度82℃反应时间8小时。
水解反应温度61℃n六次甲基四胺n氯化氢n氢氧化钠1:
8:
8。
不同溶剂量的实验结果见表4.5。
表4.5溶剂乙腈量对产物收率的影响乙腈/ml8090100110产物收率/81.586.789.689.3注:
乙腈量为每0.076mol90.22-氯-5-氯甲基吡啶的乙腈用量。
从表4.5可以看出溶剂的用量对产物产率影响较小。
此外实验还发现当溶剂用量进一步减少时同样条件下得到产物量很少。
从实验结果看可能是由于溶剂量少2-氯-5-氯甲基吡啶及六次甲基四胺没有完全溶解形成了非均相体系致使反应速度减慢反应不完全同样条件下产品纯度很低。
每0.076mol90.22-氯-5-氯甲基吡啶加入乙腈100ml时产率最大。
因此实验选用乙腈用量100ml。
3642-氯-5-氨甲基吡啶的合成研究4.4.6正交实验的设计和结果分析1正交优化实验通过单因素实验得到了氨解反应的主要工艺条件为了得出最佳工艺条件设计了三因素、三水平的正交实验。
实验条件如下表所示。
表4.6正交实验因素水平表37水平因素123A烃化原料配比/摩尔1:
11:
1.11:
1.2B盐酸和氢氧化钠量1:
4:
41:
6:
61:
8:
8C烃化反应温度/℃406080注盐酸和氢氧化钠量为n六次甲基四胺n氯化氢n氢氧化钠本实验选用L9-3-3正交实验表安排实验实验结果和计算分析如下表表4.7正交实验结果和计算分析表因素实验号ABC收率1A1B1C351.12A2B1C153.73A3B1C250.24A1B2C261.85A2B2C378.76A3B2C171.37A1B3C170.38A2B3C288.59A3B3C375.3K1183.2155.0195.3K2220.9211.8200.5K3196.8234.1205.1k161.151.765.1k273.670.666.8k365.678.168.4极差12.526.43.3东南大学硕士学位论文2分析及讨论对实验结果进行直观分析并绘出曲线如下图A1B1C1A2B2C2A3B3C350607080指标因素A、B和CABC图4.1三因素对反应产率的影响根据正交极差可以看出影响产物收率的三种因素的主次顺序为盐酸和氢氧化钠用量原料配比烷基化反应温度盐酸和氢氧化钠用量是影响本反应中季铵盐水解效果的重要因素如前面实验述及当盐酸用量不足如1:
4:
4时季铵盐水解不充分有副产物生成只有当酸量足够多如1:
8:
8时才能使季铵盐完全水解主产物收率达最大值。
原料配比是影响主产物收率的又一重要因素。
如前所述原料比1:
1时原料反应不完全六次甲基四胺或2-氯-5
升级会员 