N-甲基吗啡啉的制备

背景及概述^[1][2]

N-甲基吗啡啉是一种重要的有机化工中间体，其是一种优良的溶剂、乳化剂、缓蚀剂、聚氨酯泡沫催化剂，也可以作为农药中间体。其合成方法主要有以吗啉为原料的N-甲基化法、以二乙醇胺为原料的环合法、以一缩二乙醇胺为原料的环合法以及以二氯乙烷为原料的合成方法等。这些方法一般采用金属催化剂进行催化，在较高的温度和压力下进行。而最方便的方法是采用吗啉为原料，直接选用不同的甲基化试剂进行N-甲基化反应。

N-甲基吗啡啉

应用^[3]

N-甲基吗啡啉作为一种有机化工中间体，具有叔胺及醚的双重性质，能够作表面活性剂、萃取剂、腐蚀抑制剂，还广泛应用于农药和医药领域。N-甲基吗啡啉是一种杂环叔胺，具有醚和胺的性质，广泛应用于杀虫剂、杀菌剂、植物生长调节剂等农药化合物的合成，也用于表面活性剂、润滑油冷却剂、金属防锈剂、纤维处理剂等精细化工产品的合成，

制备^[2]

目前，由吗啉作为原料合成N-甲基吗啡啉的方法主要有以下几种研究报道：

(1)1985年的前苏联专利SU1164234，报道了以吗啉和氯代甲烷为原料制备N-甲基吗啡啉，收率较高。但是此法选用氯代甲烷为甲基化试剂，毒性较大，低沸点需要钢瓶贮存，操作不方便；同时生成的氯化氢会与原料和产物成盐，消耗大，对环境不友好；

(2)文献Syn.Comm，32(3)，457～465(2002)，报道了以甲醛、草酸和吗啉为原料的合成N-甲基吗啡啉的方法。该法单程转化率高、反应条件温和，不使用催化剂，但是放出二氧化碳等温室气体甲醛等，原子经济性较差，元素浪费较多，污染大；

(3)1985年的美国专利US585949提出以硫酸二甲酯和吗啉反应得到N-甲基吗啡啉，反应转化率高，原料方便易得。但是硫酸二甲酯毒性很大，现在该工艺已逐渐被淘汰。

(4)1973年的德国专利DE2205597提出，以吗啉和甲醇进行烷基化反应，催化剂为SiO2-H3PO4，吗啉与甲醇的投料摩尔比为40∶60，以流速为106g/h的混合蒸汽通入200mL的催化剂流化床，在160℃下进行反应可以制得91％的N-甲基吗啡啉，吗啉转化率达到95％。此工艺采用了廉价易得的原料，但流化床工艺的技术要求较高，操作难度，工业生产中对催化剂的强度、耐磨性、粒径和寿命要求很高。对于N-甲基吗啡啉这样的小批量产品流化床生产并不十分适合。

具体方法一：

称取44.59g吗啉、45.41g碳酸二甲酯置于250mL高压反应釜中，设定反应温度100℃、转速500r.p.m.，压力1.0×105，反应1h，反应完成后将反应液蒸馏后得产物，吗啉的转化率为77.83％，N‑甲基吗啡啉收率为58.29％。

具体方法二：

1)、合成：

在500ml的四口烧瓶中，将110g浓硫酸(1.1mol,98％)缓慢滴加(控制温度不超过60℃，约30分钟内滴加结束)至119.16g的N-甲基二乙醇胺(1mol)中，升温至160～170℃回流反应7小时，反应过程中有水蒸出。反应结束后，冷却至室温，得合成反应液。

2)、铵盐转移：

在室温搅拌条件下，将119.16gN-甲基二乙醇胺(1mol)滴入(滴加时间约为30分钟)合成反应液中，然后再加入1.19g的PEG-8000(约为N-甲基二乙醇胺质量的1％)，接着升温至60～70℃搅拌30分钟。

3)、蒸馏：

将步骤2)所得的铵盐转移反应液进行减压蒸馏，在-0.95MPa压力下收集55～60℃下的馏分，得到N-甲基吗啡啉98.72g。产品纯度为99.9％；以消耗的N-甲基二乙醇胺为基准，收率为97.5％。

具体方法三：

将17.4g(以摩尔比计为0.2mol，以下均同，)吗啉、9.1g(0.06mol)的DBU加入到反应器中，搅拌加热至回流，缓慢加入12.8g(0.4mol)的甲醇，反应3h后结束反应，先蒸馏脱除回收甲醇，再加入吸水剂除水后，收集115～116℃的馏分为产品，釜底物为催化剂，可再次循环利用。产品N-甲基吗啡啉的收率为90％，产品经气相色谱测定纯度为99％。

主要参考资料

[1] 李庆春, 莫冬次, 邹超贤, & 杨春波. (2004). N-甲基吗啉-n氧化物合成工艺的研究. 河南化工(9).

[2] 张想竹, 张继昌, & 吴明书. (2003). N-甲基吗啉的合成. 应用化学, 20(9), 917-918.

[3] 程春祖, 徐纪刚, 骆强, 孙玉山, & 徐鸣风. (2012). 纤维素在n-甲基吗啉-n-氧化物/水溶液中的溶胀与溶解性能. 合成纤维, 41(007), 15-19.