催化氧化合成2-甲基吡啶氧化物及其分析方法

背景技术

甲基吡啶氮氧化物是一类重要的有机化工中间体，在农药、医药、染料、杀虫剂、合成树脂等方面有着广泛的应用，特别是在新型农药和医药的应用方面，含吡啶基团的产品表现出很强的生理活性。尤其是2-甲基吡啶氧化物是新冠病毒的重要药物中间体，要求纯度高，醋酸含量≤0.5％，水份≤0.5％。由于2-甲基吡啶氧化物中氧原子的存在，使得它在不同的反应条件下，该氧原子既可以作为电子给予者，也可以作为电子接受者，因此氮‑氧基团使吡啶环上2、4的亲核取代反应和亲电取代反应活性均有所增加。

目前合成2-甲基吡啶氧化物的主要方法：过氧化物直接氧化法和催化氧化法。其中第一种直接氧化法：例如中国专利201810030946.0中通过3‑甲基吡啶与过氧化氢在微混合器中快速混合并在高温条件下于微反应器中完成氧化，生成的3‑甲基吡啶‑N‑ 氧化物溶液经过进一步闪蒸得到产品，氧化物容易发生爆炸。第二种催化氧化法：例如韩国专利KR1020030027253制备2-甲基吡啶氧化物的方法包括在强酸性阳离子交换树脂催化剂存在下使1当量的2‑甲基吡啶与1.0至1.5当量的乙酸和1.0至2.5当量的过氧化氢反应，其中强酸阳离子交换树脂的量为每1g 2‑甲基吡啶0.2～0.5g；反应温度为70～100℃； 反应时间为3小时。

可以发现，上述的通常做法是冰醋酸作溶剂，双氧水滴加，存在的缺陷是：(1)反应时间长，原料2‑甲基吡啶有2‑3％反应不完，双氧水需要加入过量；(2)反应温度相对较高，由于2-甲基吡啶氧化物受热不稳定，尤其在醋酸、双氧水体系中，只要加热就会发生爆炸可能：(3)2-甲基吡啶氧化物中的冰醋酸、水不容易去除；(4)污染大。2-甲基吡啶氧化物市场需求量比较大，因此研发一种环保、高效、经济的2-甲基吡啶氧化物的合成方法意义重大。

制备方法

(1)将2‑甲基吡啶溶于苯中，2‑甲基吡啶与苯的体积比为1:2，得到反应液A；

(2)在低温条件下，向反应液A缓慢滴入过氧化氢，过氧化氢加入过量，同时添加氧化钼和TEBA进行反应，氧化钼与TEBA的质量比例为1：3，复合催化剂的加入量为原料总质量的3％；跟踪反应3小时，使2‑甲基吡啶的含量控制为0.5％，所述的低温条件为50℃；过氧化氢的质量分数为27 .5％；

(3)反应完成后，减压蒸苯(常规的方法，在此不做限定)，对反应液用冰箱进行冷冻，得到2-甲基吡啶氧化物。

分析方法

分析仪器为：灵华GC9890B，柱型：SE‑5430m×0.32mm×0.4um；

A、仪器条件：a、柱温：140℃；检测器：280℃；汽化温度：280℃；灵敏度：3；b、氢气：0 .1Mpa；空气：0 .1Mpa；载气(氮气)：0 .08Mpa；

B、程序升温：140℃保留1min，20℃/min升温至280℃，保留5min。

C、样品处理：取0 .1g样品，加甲醇10mL溶解完全，用10uL进样器进样0.1uL，走样15min，面积归一法测其含量，色谱图如下图所示，产品2-甲基吡啶氧化物的纯度高达99.07％。

参考文献

[1]安徽星宇化工有限公司. 一种2-甲基吡啶-N-氧化物合成方法:CN202110637735.5[P]. 2021-10-22.