N-甲基咪唑的应用

背景^[1][2]

咪唑是一种十分重要的精细化工的原料和中间体，它有着广泛的用途。咪唑不仅存在于核糖酸和脱氧核糖核酸中嘌呤氨基酸中，也存在于氨基酸中，同时又是许多农药，酶抑制剂，药物和精细化学品的有效结构成份，所以咪唑及其衍生物一直是研究的热点。由于咪唑及其衍生物的咪唑环中含有两个氮原子，可以做为温和的电子给予体，所以在过渡金属有机化学中咪唑也是最常用的官能团之一。

N-甲基咪唑即1-甲基咪唑，主要用作有机合成中间体，离子液体和树脂固化剂、粘合剂等，如脱氧核糖核酸的合成和羟乙酰化催化剂以及用于浇注、粘结和玻璃钢等领域。因此，优化N-甲基咪唑的合成工艺有很好应用价值和现实意义。目前，关于N-甲基咪唑的制备方法研究主要集中于1，2-二羰基化合物合成法、Van Leusen合成法、Phillips合成法、Wohl-Marckwald合成法、Witting合成法及N-甲基化合成法6种方式。

醛与氨的缩合成环反应应用十分广泛，但目前生产N-甲基咪唑仍以传统的间歇反应釜和蒸馏为主，反应过程为多步滴加原料、间隙釜式反应，反应周期长达24-36小时 左右、一次反应乙二醛转化率仅为59％左右，生产过程会产生较多的焦状废液和废水。

总之，釜式液相反应制备N-甲基咪唑，工序多、周期长、收率低及能耗大。咪唑取代法分为两步合成N-甲基咪唑，步首先合成咪唑，然后咪唑在碱性条件下与碘甲烷反应，生成N-甲基咪唑。咪唑取代法相对于一步环合法工艺较长，能耗高，污水量大，使用价格较高的碘甲烷，使生产成本偏高。

应用^[2][3][4]

N-甲基咪唑是合成医药中间体的重要原料，用于制备洛沙坦、硝唑芬酮、1-甲基咪唑-5- 甲酰氯盐酸盐及盐酸萘甲咪唑等；在农药领域中，被广泛的用于合成杀菌剂以及植物促生长剂，例如：N-甲基咪唑作为阳离子母体发生季铵化反应合成咪唑类的离子液体；此外N-甲基 咪唑还被用于环氧树脂等其他树脂的固化剂、胶黏剂等；N-甲基咪唑在浇注与玻璃钢领域也有着很大的应用。

如有研究通过DMF缩醛和N-甲基咪唑在一锅法中制备钆布醇，钆布醇是一种用于核自旋断层成像的含钆造影剂，并且自2000年以 来在德国于适应证“颅和脊椎磁共振断层成像中的对比放大”中得到批准。过使用诸如氢氧化锂或N甲基咪唑的弱碱，这种方法的优势在于高 生产能力而无需分离和中间纯化中间体。在所述方法中，可以有利地回收锂盐并随后再次供回生产循环。

与现有技术方法相比，废物产生是更有利的，因为所有的步骤在一“锅”中进行，从而省去母液的后处理、滤器装 置的清理等。通过在钆络合之前精确地测定配体含量，可以成功地避免废 水中的钆，因为可以所有金属被布醇配体络合的方式来调节钆的量。所述方法可以用搅拌器和过滤装置进行管理。仅用水进行中间体清理，无需干燥，并且可以直接进行后续的制备。这确保的设备使用，并允许半连续操作。

此外，还可用于制备离子液体油田水用缓蚀剂，以N-甲基咪唑为起始原料，通过两步法合成的咪唑型离子液体为缓释主剂、添加几种其他化合物作为辅助缓释剂的合成油田注水复配型缓蚀剂。该方法可按如下步骤依次进行：

(1)在一定温度，将N-甲基咪唑和溴代正丁烷或苄氯混合搅拌下反应，反应数小时后，洗涤、除去未反应的物质，得到N-甲基咪唑的卤化物。

(2)将步骤(1)所得产物与选用化合物混合，加入溶剂，一定温度搅拌反应一段时间后，反应溶液经萃取、洗涤、脱掉溶剂处理后得到各个目标产物。

(3)将步骤(2)所得产物与乌洛托品、OP-10、碘化钾、硫脲按照一定比例复配即得到缓蚀效率极高的缓蚀剂。本发明所需原料简单易得，操作过程简便、安全，反应时间短，成本低，产率高，缓蚀性能强，适于工业规模化生产，具有较强的实用性。

制备^[2][1]

方法1：以乙二醛、甲胺、氨水、多聚甲醛为原料，“一锅法”合成N-甲基咪唑：

称取多聚甲醛12.0 g ( 0.4 mol) 加入到250 mL 三口烧瓶中，依次加入25%的氨水30.0 mL( 0.4 mol)和40%的甲胺47.0 mL( 0.4 mol) ，室温剧烈搅拌。然后将40%的乙二醛50.0 mL ( 0.4 mol) 通过恒压滴液漏斗缓慢滴加到反应器中。为防止滴加的过程中温度剧烈上升，实验过程中采用水浴控制其反应温度。

滴加完后，将其温度保持在某个温度反应若干小时，然后每反应一段时间后取样测定其折光率，与N-甲基咪唑的标准折光率曲线比较，得出其含量以及转化率。当转化率达到实验要求后，进行减压蒸馏，直至基本无水份蒸出，再加入50.0 mL 的共沸剂环己烷精制N-甲基咪唑。先常压蒸馏至样品无水带出时，将环己烷蒸出，再进行减压蒸馏，得到无色液体，称重并计算出其最终产率。

方法2：一种N-甲基咪唑的连续化制备方法，以Hβ分子筛为催化剂，在管式反应器中，含有氨水与甲胺的混氨，和含有甲醛与乙二醛的混醛进行气相催化反应，所得反应产物经精馏分离得到N-甲基咪唑。具体步骤是：

(1)在管式反应器中加入Hβ分子筛催化剂，将原料混氨和混醛加热汽化之后连续通入管式反应器中，气相催化反应生成的混合气体经冷凝后得到N-甲基咪唑粗产品；

(2)步骤(1)得到的N-甲基咪唑粗产品加入减压侧线精馏塔精馏分离，控制减压侧线精馏塔压力为0.20MPa，减压侧线精馏塔侧线出料为含量≥99.0wt％的N-甲基咪唑，减压侧线精馏塔塔顶得到纯度在99.0wt％以上的水，减压侧线精馏塔塔底出料为含有微量N-甲基咪唑的高沸点混合物；

(3)将减压侧线精馏塔塔顶得到的纯度在99.0wt％以上的水加入精馏塔，经精馏分离，精馏塔塔顶得到混氨和混醛的水溶液作为原料循环使用，精馏塔塔底出料为水。

主要参考资料

[1] 张平, 汤琳, 张婷, 等. N-甲基咪唑合成工艺研究[J]. 安徽科技学院学报, 2016 (2016 年 02): 71-75. 

[2] CN201610181460.8 一种N-甲基咪唑的连续化制备方法

[3] CN201180027353.5通过DMF缩醛和N-甲基咪唑在一锅法中制备钆布醇

[4] CN201410703935.6一种离子液体油田水用缓蚀剂的制备方法