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N-甲基咪唑的应用

发布日期:2018/11/29 14:02:15

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,第一步首先合成咪唑,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。这确保最优的设备使用,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