1-丁基-2-吡咯烷酮的应用与合成

介绍

1-丁基-2-吡咯烷酮（1-Butylpyrrolidin-2-one），也称为N-丁基吡咯烷酮，是一种在有机合成、染料工业和作为有机溶剂方面具有广泛应用的化合物。它具有较高的极性，这是因为分子中含有吡咯环结构，使其在许多有机反应中成为合适的溶剂。它的化学转化活性主要集中在其结构中的酰胺单元和羰基α位的碳原子上，这些特性使得它能够参与多种化学反应，如羰基加成和酯化反应等，用于构建复杂的有机分子结构。在常温常压下外观为无色透明液体，具有一定的水溶性。

1-丁基-2-吡咯烷酮

应用

1-丁基-2-吡咯烷酮（NBP）具有良好的表面活性，是一种优良的有机溶剂，用作农药溶剂或分散剂、电子涂层的剥落剂和药物合成介质，广泛用于精细化学品、医药中间体、材料中间体的合成[1,2]。

合成

目前制备1-丁基-2-吡咯烷酮的方法主要有以下5种：

（1）氢化法：以α-吡咯烷酮为起始原料，经与丁醛反应后，再以钯炭为催化剂，在4.0×106Pa压力下100℃加氢反应4h，NBP的得率可达98%[3]。

（2）N-烷基化法：以α-吡咯烷酮为起始原料，在碱性催化剂作用下，与卤代正丁烷C4H8X（X=Cl、Br、I）反应，NBP的得率为40%~93%[4,5]。

（3）酯胺法：以1,4-丁内酯为起始原料，不添加催化剂，在280℃压力釜中，与正丁胺加热反应4h，NBP的得率为85%[6]；另以1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐为催化剂，220℃微波反应0.58h，NBP得率为85%[7]。

（4）哌啶酮脱亚甲基法：以N-正丁基哌啶-3-酮为原料，经叔丁基过氧化氢（TBHP）氧化脱亚甲基，NBP得率为90%[8]。

（5）脱羧法：以N-丁基吡咯烷酮酸为原料，经Pd/Al2O3脱羧基，NBP得率为63%[9]。这些1-丁基-2-吡咯烷酮的制备方法存在诸多问题，如：氢化法反应压力与温度均较高，对设备的设计要求高；脱亚甲基和脱羧法原料不易得，成本较高；N-烷基化法原料成本高，得率低；1,4-丁内酯与正丁胺反应法虽然成本较低，但反应条件需要高温高压。SO42-/MxOy型固体超强酸催化剂具有活性高、不腐蚀设备和可重复使用等优点，是一种典型的环境友好型催化剂。该催化剂克服了液体酸催化剂的诸多弊端，对烷基化、异构化、酯化和脱水等反应均具有较高的催化活性[10-13]。

针对上述合成方法所存在的不足，李修刚[14]结合SO42-/MxOy型固体超强酸的优势，拟以1,4-丁内酯和正丁胺为原料，以SO42-/MxOy型固体超强酸为催化剂，采用固定床法合成NBP,研究反应温度、反应物摩尔比和进料速率对NBP得率的影响。

参考文献

[1] LI S K,CHANTASART D.Skin permeation enhancement in aqueous solution:Correlation with equilibrium enhancer concentration and octanol/water partition coefficient[J].Journal of Pharmaceutical Sciences,2019,108(1):350-357.

[2] XU D H,GUO S W,LIU L,et al.Heterogeneous catalytic effects on the characteristics of water-soluble and water-insoluble biocrudes in chlorella hydrothermal liquefaction[J].Applied Energy,2019,243:165-174.

[3] FACHE F,JACQUOT L,LEMAIRE M.Extension of the eschweiler-clarke procedure to the N-alkylation of amides[J].Tetrahedron Letters,1994,35(20):3313-3314.

[4] MESHRAM H M,CHENNAKESAVA REDDY B,RAMESH GOUD P.Triton B-mediated mild,convenient,and efficient method for the selective alkylation of cyclic secondary amines and thiols[J].Synthetic Communications,2009,39(13):2297-2303.

[5] SHONO T,KASHIMURA S,NOGUSA H.Electroreductive N-alkylation of amides,carbamates,and N-heterocycles[J].Chemistry Letters,2006,15(3):425-428.

[6] ADAMS R,MAHAN J E.Basicity studies of tertiary vinyl amines[J].Journal of the American Chemical Society,1942,64(11):2588-2593.

[7] ORRLING K M,WU X Y,RUSSO F,et al.Fast,acid-free,and selective lactamization of lactones in ionic liquids[J].The Journal of Organic Chemistry,2008,73(21):8627-8630.

[8] PENG X,WANG H H,CAO F,et al.TBHP promoted demethylation of α-amino carbonyl compounds:A concise approach to substituted γ-lactams[J].Organic Chemistry Frontiers,2019,6(11):1837-1841.

[9] DE SCHOUWER F,ADRIAANSEN S,CLAES L,et al.Bio-based N-alkyl-2-pyrrolidones by Pd-catalyzed reductive N-alkylation and decarboxylation of glutamic acid[J].Green Chemistry,2017,19(20):4919-4929.

[10] LIU G L,TSEN W C,HU F Q,et al.Enhanced proton conductivities of chitosan-based membranes by inorganic solid superacid SO42--TiO2 coated carbon nanotubes[J].International Journal of Hydrogen Energy,2020,45(53):29212-29221.

[11] 宋华，杨东明，刘春贵，等.SO42-/MxOy型固体超强酸催化剂改性研究进展[J].化学工程，2008,21(8):70-74.SONG Hua,YANG Dongming,LIU Chungui,et al.Research on modification of SO42-/MxOy solid superacid catalysts [J].Industrial Catalysis,2008,21(8):70-74.

[12] 王晓晨.改性固体超强酸用于烷烃异构化的研究进展[J].现代化工，2020,40(11):63-66.WANG Xiaochen.Research progress on isomerization of alkanes by modified solid superacid[J].Modern Chemical Industry,2020,40(11):63-66.

[13] 李修刚，丁谦，吴宜佩，等.固体超强酸固定床催化裂解松香的研究[J].化学试剂，2019,41(4):411-414.LI Xiugang,DING Qian,WU Yipei,et al.Cracking of rosin catalyzed by solid superacid in fixed bed[J].Chemical Reagents,2019,41(4):411-414.

[14]李修刚,杨晓红,吕慧敏,等.固体超强酸催化合成N-丁基-2-吡咯烷酮的研究[J].信阳师范学院学报(自然科学版),2023,36(01):112-116.