邻甲基苯腈的制备及其在有机合成中的应用

背景及概述^[1][2]

邻甲基苯腈及其衍生物是重要的有机合成中间体。目前，邻甲基苯腈及其衍生物的制备方法主要有：1）用CuCN与卤代芳烃进行腈基化反应，制备芳香族腈基化合物。这种腈基化方法的优点是可以不用催化剂和配体，在合适的溶剂中，高温反应即可。现在工业上生产生产芳香族腈基化合物仍然会采用这种方法，这种方法的缺点是反应条件较苛刻，需要高温（150~250℃），对设备要求高。2）用CuI为催化剂，DMDEA为配体，甲苯为反应介质，催化溴代芳烃制备芳香族腈基化合物，反应24h，芳香族腈基化合物的得率为70%~98%。

结构

制备^[1]

一种制备高纯邻甲基苯腈及其衍生物的方法，其至少包括以下步骤：

1）将无机碱和钯类催化剂加入到有机溶剂中，搅拌，加入配体，升温至100~140℃，加入邻甲基溴苯及其衍生物，再加入腈基化试剂，惰性气体保护，反应10~15个小时；将占反应底物重量62%的无机碱和占反应底物重量0.05%的钯类催化剂加入到底物重量2.28倍体积的无水有机溶剂中，充分搅拌，随后再加入反应底物和占底物摩尔量0.16~0.25倍摩尔的腈基化试剂，在惰性气体保护下，反应10~15个小时后。检测反应完全，用蒸馏水淬灭反应，正己烷萃取，分离有机层，用饱和NaCl水溶液洗涤，无水硫酸钠或硫酸镁干燥有机相12个小时，减压蒸除溶剂，得到粗品。无机碱包括碳酸钠、碳酸钾、碳酸氢钠等，优选地为碳酸钠。钯类催化剂包括醋酸钯，三苯基膦钯，氯化钯等，优选地为醋酸钯。无水的有机溶剂包括N,N-二甲基乙酰胺，N,N-二甲基甲酰胺，N-甲基吡咯烷酮，二甲基亚砜等，优选地为N-甲基吡咯烷酮。腈基化试剂包括亚铁氰化钾，亚铁氰化钾·3H2O等，优选地为亚铁氰化钾。邻甲基溴苯及其衍生物与腈基化试剂的摩尔比为1∶0.16~0.25，优选地为1∶0.19。

2）将1）中得到粗品进行纯化，得到纯品。步骤2）中，主要涉及到粗产品的纯化过程。由于得到的邻甲基苯腈及其衍生物物理性状有差异，如4-氟-2-甲基苯腈在常温常压下为固体，而邻甲基苯腈在常温常压下却为液体。因此，针对不同的性状需采取不同的纯化方式。

主要有以下两种方式：

1）、重结晶：将粗品至于三颈瓶，加入醚类溶剂，升温至40℃左右，搅拌至完全溶解。缓慢冷却至20℃，在该温度下搅拌2小时，随后冷却至0℃，搅拌、析晶，过滤，干燥，得纯品，纯度为99.83%。

2）精馏：粗品至于单颈瓶中，搭建精馏装置，收集-0.006MPa、100℃下的馏分，得纯品，纯度为99.75%。醚类试剂包括石油醚、甲基叔丁基醚中的一种或两种，优选地将二者按一定比例对相应的产物进行重结晶。重结晶溶剂的用量为粗品重量12~2.8倍的体积，优选地为2.5倍。

应用^[2-3]

邻甲基苯腈及其衍生物是重要的有机合成中间体，它广泛地应用于农药、医药、染料及其它精细化工产品的制备，近年来随着涤纶荧光增白剂在国内的广泛使用，作为其重要原料的邻甲基苯腈及其衍生物需求量也在不断增加。其应用举例如下：

1. 从腈合成多取代吡啶衍生物以及联吡啶衍生物。吡啶衍生物是一类重要的有机化合物，是许多天然药物、农药、染料、维生素和各种生物碱的基本组成部分。吡啶衍生物以及联吡啶衍生物在化学生物学以及许多交叉学科中发挥着重要作用。例如，作为金属有机化合物的配体，在配位化学、高分子材料科学以及金属有机化学中发挥着重要的作用。

利用腈作为直接原料，与合成易得的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物发生环化，高产率高选择性地合成多取代吡啶衍生物以及联吡啶衍生物。合成方法包括先将溶在乙醚或四氢呋喃溶剂中的1，4-二碘-1，3-丁二烯衍生物在-78℃至-50℃温度下与正丁基锂或叔丁基锂反应，再加入腈和六甲基磷酰胺。将反应液升温至20℃-28℃，0.5-1.5小时后用饱和NaHCO3水溶液淬灭反应，再经萃取、洗涤、干燥、浓缩、纯化即得纯品。其中所述腈化合物可以是脂肪腈和芳香腈，取代基可为烷基(C1-C12)、 具有推电子取代基或吸电子取代基的芳香基；所述脂肪腈包括乙腈、丁腈、庚腈、异丙腈、异丁腈等； 

2. 用于一维单晶二氧化钛纳米材料制备过程中。一维纳米材料在光学、电子学、环境和医学等领域有广泛的应用前景，成为材料领域研究的热点。二氧化钛作为一种n型半导体和一种典型的光催化剂，在光电转换、光伏器件、光催化降解污染物及光解水产生氢气等方面的广阔应用前景而尤为受人瞩目。一维单晶二氧化钛纳米材料的制备，是以四氯化钛或二氧化钛粉体为原料，运用溶剂热法制备。

该方法包括以下步骤，所涉及的量是以重量份数计：

1)将1～30份四氯化钛或二氧化钛粉体加入到70～99份醇、胺、腈或酚类的有机溶剂中，剧烈搅拌，得到分散均匀的四氯化钛或二氧化钛的有机溶剂的混合物；

2)将10～60份氢氧化钠溶于40～90份去离子水中，搅拌均匀，得到透明、澄清的氢氧化钠水溶液；

3)在快速搅拌下，往10～50份步骤(1)的混合物中加入20～80份步骤 (2)的氢氧化钠水溶液，持续搅拌数分钟后，转移到聚四氟乙烯内衬的高压 中，在50～300℃温度下恒温；

4)自然冷却，倾去上层清液，用去离子水和酸的稀溶液(浓度在0～1.0M) 洗涤、离心、收集下层沉淀，在10～200℃干燥，得到一维单晶二氧化钛纳米 材料。所述的步骤(3)恒温时间为0.5～72小时。所述的腈为脂肪腈或芳香腈，如乙腈或邻甲基苯腈等。

主要参考资料

[1] CN201510572882.3 一种制备高纯邻甲基苯腈及其衍生物的方法

[2] CN01141463.4 从腈合成多取代吡啶衍生物以及联吡啶衍生物的合成方法

[3] CN200410038073.6 一维单晶二氧化钛纳米材料的制备方法