羰基二咪唑合成工艺的研究

第39卷第10期2010年10月应　用　化　工.39.10.2010收稿日期:2010-07-30　　修改稿日期:2010-09-04基金项目:浙江省自然科学基金项目(407350)作者简介:邱方利(1966-),男,浙江临海人,台州学院副教授,硕士,主要从事化工产品与药品的工艺研究。电话:[phone],-:123@163.羰基二咪唑合成工艺的研究邱方利(台州学院医药化工系,浙江临海　317000)摘　要:对羰基二咪唑的合成工艺进行了研究。采用咪唑、六甲基二硅胺烷为起始原料,经缩合得到三甲基硅咪唑,然后再与三光气反应得到产物羰基二咪唑。实验考察了三甲基硅咪唑合成过程中的各种影响因素,确定该反应的最佳工艺条件为:咪唑∶六甲基二硅胺烷(摩尔比)=1∶0.6,反应温度为105℃,反应时间为5;合成羰基二咪唑的反应配比为:三甲基硅咪唑∶三光气(摩尔比)=7∶1。在该工艺条件下,羰基二咪唑的合成反应总收率可达90.4%,产品纯度为98.5%,并用红外光谱对产物进行结构表征。关键词:羰基二咪唑;咪唑;三甲基硅咪唑;合成中图分类号:252.3　　　文献标识码:　　　文章编号:1671-3206(2010)10-1478-04-(,,317000,):.-,..:∶(/)=1∶0.6,105℃5.-(/)7∶1.,90.4%98.5%,.:;;;　　羰基二咪唑(结构式:,-,简称),是一种白色或类白色结晶性粉末,分子式764,分子量162.15,熔点115～117℃,易溶于水及乙醇,微溶于苯、二氯甲烷、四氢呋喃[1]。羰基二咪唑是一种具有较强反应活性的化合物,它可与—、—2、—等官能团进行反应合成许多用一般方法难以得到的酮、酯、脲等化合物[2]。作为强活化剂,在生物领域的研究日益广泛。据资料报道[3-4],应用合成了可用于吸液净化的蛋白免疫吸附材料,可被用来对聚乙二醇活化后修饰蛋白质等。由于作为活化剂具有高度的选择性,在聚合物的合成与改性中具有明显的优势,特别是制备规整的树枝状聚合物。随着高分子领域的不断发展,它在聚合物合成研究及其工业化领域有望得到更进一步的发展。另外,羰基二咪唑也是一种重要的医药中间体,广泛用作酶和蛋白质粘合剂,抗生素类合成药物中间体,咪唑类药物中间体,特别是它也可以作为合成多肽化合物的键合剂[5]。合成羰基二咪唑的工艺路线国内外已有报道[6-11],主要有以下三种:①光气法路线合成。多以苯、甲苯、四氢呋喃为溶剂,以光气和咪唑为原料,在一定的温度下反应,然后过滤除去咪唑盐酸盐,蒸发得到羰基二咪唑,收率为70%～80%。该法存在收率不高,产品纯度低,而原料光气有毒并且回收困难等缺点;②以咪唑和芳族碳酸酯为原料,在一定温度下、常压反应即可得到羰基二咪唑,在该反应中有副产物-苯氧羰基咪唑生成。该法优点是反应时间短,常压下即可得到目标产物,但副产物难以去除,因而产物纯度较低;③三光气法。将三光气溶于四氢呋喃等有机溶剂中,在较低温度下滴加溶解在溶第10期邱方利:羰基二咪唑合成工艺的研究剂中的咪唑溶液进行反应,反应完毕后,再冷却结晶,过滤、干燥得到羰基二咪唑,收率为75%以上。该法优点是反应速度比较快,过程操作简单,但是该过程得到的产物极易氧化吸水,因此影响了产品的收率和质量。综上所述,以上几种方法都存在着污染大或产品质量不高等缺点。针对以上情况,我们采用一种新的合成方法,采用三光气替代光气来合成羰基二咪唑。实验中以咪唑、六甲基二硅胺烷为起始原料,经缩合得到-三甲基硅咪唑,然后再与三光气反应得,'-羰基二咪唑。其主要中间产品-三甲基硅咪唑的合成是该工艺的关键工序,本文主要考察-三甲基硅咪唑的合成过程中的各种影响因素,确定了制备-三甲基硅咪唑的最佳反应条件,得到产品收率比较高,并通过红外分析、熔点测定和液相对目标产物进行确认。1　实验部分1.1　试剂与仪器　　六甲基二硅胺烷(含量≥99.0%)、咪唑(含量≥99.5%)为工业品;三光气、二氯甲烷、氢氧化钠等均为化学纯。-101型集热式恒温加热磁力搅拌器;-1型数字熔点仪;-8400型傅立叶交换红外光光度计;-200型核磁共振波谱仪。1.2　-三甲基硅咪唑的制备1.2.1　实验原理1.2.2　实验步骤　在250的三口烧瓶中加入34.0(0.50)咪唑和48.4(0.30)六甲基二硅胺烷,搅拌溶解后,加入少许催化剂,然后加热升温,加热反应过程中产生的大量气体用氢氧化钠溶液吸收,至温度达到105℃之后,在该温度下保持回流5即完成缩合反应,所得反应液为橘红色液体。然后降温,待反应瓶内反应液温度降至50℃以下,进行减压蒸馏,先收集过量的六甲基二硅胺烷,然后再收集75～78℃/1.03的馏分,即为-三甲基硅咪唑,得到的产物为透明液体64.5(0.46),收率为92.0%,经液相检测含量为98.0%。1.3　羰基二咪唑的合成1.3.1　实验原理1.3.2　实验步骤　在100的三口烧瓶中加入5.94(0.02)三光气和100二氯甲烷,搅拌至溶解,用冰浴冷却至20℃以下,在该温度氮气保护条件下滴加19.6(0.14)-三甲基硅咪唑,约30滴完,然后于冰浴中静置冷却结晶,待结晶完全后,抽滤真空干燥,得到白色粉末状固体9.52(0.059),收率为98.3%,经液相色谱检测,含量为98.5%,熔点为116～118℃(文献值为115～117℃[1])。2　结果与讨论　　本文目标是合成羰基二咪唑,但其主要中间产品-三甲基硅咪唑的合成是该工艺的关键工序。因此,实验主要考察-三甲基硅咪唑的合成过程中的诸多影响因素,通过对配料比、反应时间、反应温度等因素的对比实验,确定了制备-三甲基硅咪唑的最佳反应条件,得到了比较高的反应收率。2.1　不同的原料配比对中间产品收率的影响　　咪唑和六甲基二硅胺烷是合成-三甲基硅咪唑的主要原料,本实验在一定的反应温度和反应时间下,采用不同的配料比进行条件试验,对所得产品收率进行比较,结果见表1。表1　不同原料配比对中间产品的影响1　序号咪唑∶六甲基二硅胺烷/摩尔比含量/%收率/%11∶0.487.958.721∶0.595.979.431∶0.698.286.341∶0.896.475.551∶1.089.672.9　　由表1可知,当物料的摩尔配比较小时,收率不高,纯度也较低,说明咪唑原料反应不完全;随着配比的增加,收率也逐渐提高,当达到一定配比后收率1479应用化工第39卷和质量都开始下降,可知副产物增加。根据实验,最终确定较佳原料配比为:咪唑∶六甲基二硅胺烷=1∶0.6。2.2　不同反应温度对中间产品收率的影响　　在-三甲基硅咪唑的合成过程中,需要控制一定的温度,反应温度过低,不利于反应的进行;温度太高,也会严重影响产品的收率与质量等。本实验采用咪唑和六甲基二硅胺烷的摩尔配比为1∶0.6,一定的反应时间,改变反应温度进行实验,对所得产品收率进行比较,结果见图1。图1　不同反应温度对中间产品的影响.1　　　由图1可知,反应温度过低,反应进行得较缓慢,收率较低;随着温度的升高收率也逐渐提高,在105℃时达到最大值,在这之后又呈下降趋势。可见,温度的升高一方面有利于化学反应的进行,另一方面却导致了氧化产物生成的加快,收率反而下降。因此,反应的温度不宜过高,控制在105℃时可得到较高的收率。2.3　不同反应时间对中间产品收率的影响　　在一定的反应条件下,考察了不同反应时间对中间产物收率的影响,结果见图2。图2　不同反应时间对中间产品的影响.2　　　由图2可知,随着反应时间的增加,产物的收率呈上升趋势,当反应进行到5以后,收率基本稳定,然后开始下降。这说明反应时间过短,反应不够完全,收率较低;反应时间过长时,使副产物增加,不但影响产物的纯度,而且收率也大大降低。因此,反应时间宜控制在5。2.4　不同的原料配比对目标产品收率的影响　　-三甲基硅咪唑和三光气的配比对羰基二咪唑的收率也有较大的影响。本实验以二氯甲烷作为溶剂,控制反应温度为20℃,采用不同的配料比进行实验,对所得产品收率进行比较,结果见图3。图3　不同原料配比对产品的影响.3　　　由图3可知,产品的收率随着三甲基硅咪唑与三光气摩尔配比的增加而逐渐提高,当配比达到7∶1以后,收率开始下降。因此,三甲基硅咪唑与三光气的最佳摩尔配比为7∶1。2.5　平行实验结果　　综合以上实验得到的反应条件:咪唑与六甲基二硅胺烷摩尔配比为1∶0.6,反应温度为105℃,反应时间为5得到三甲基硅咪唑,然后采用三甲基硅咪唑与三光气的摩尔配比为7∶1,在20℃下反应达到目标产物羰基二咪唑,实验结果见表2。表2　平行实验数据2　序号含量/%总收率/%平均收率/%198.089.02298.490.3289.82398.590.12　　由表2可知,此工艺条件操作稳定性高,实验结果的平行性好。3　产品分析　　产品用红外分光光度计测定,压片,含量用液相色谱仪测定。对所得产物羰基二咪唑进行红外检测,其红外光谱见图4。1480第10期邱方利:羰基二咪唑合成工艺的研究图4　羰基二咪唑红外光谱图.4　　　由图4可知,现将谱图中的特征峰作如下归属:897.8-1(—),1322.1-1(——),1576.7-1(—),1652.9-1(—),1730.0-1(——)。根据以上分析得出,产品图谱与羰基二咪唑的结构式相符。4　结论　　本实验在催化剂存在下,以咪唑、六甲基二硅胺烷为起始原料,经缩合得到三甲基硅咪唑。通过实验确定最佳工艺条件为:咪唑与六甲基二硅胺烷的摩尔配比为1∶0.6,反应温度为105℃,反应时间为5。然后在20℃下,三甲基硅咪唑与三光气以摩尔比为7∶1进行反应,得到白色结晶粉末状固体羰基二咪唑,两部反应总收率为90.4%,产品含量为98.5%。参考文献:[1]　黄天守.化学化工药学大辞典[].台北:台湾大学图书出版社,1982:1.[2]　许小聪,刘美华,卢彦兵,等.,'-羰基二咪唑作为活化剂在高分子合成中的研究进展[].高分子通报,2007(2):74-80.[3]　张津辉,蒋中华.生物分子固定化技术及应用[].北京:化学工业出版社,1998:7.[4]　夏承建,王松,朱鹤孙.聚乙二醇二酸(2-羟甲基-3,5,6-三甲基吡嗪)酯的合成及其体外降解性能[].精细化工,2004,21(9):676-678.[5]　,.,-,-[].,1960,82:4596-4600.[6]　.,,,'-[].,1956,68:754-755.[7]　,.'-[].,1963,96(8):2090-2092.[8]　.[].,1979(11):1756-1767.[9]　涂昌位,臧阳陵,李萍,等.医药中间体,'-羰基二咪唑的合成研究[].精细化工中间体,2001,31(2):33-34.[10]杨凤玲,温金梅.羰基二咪唑[].精细与专用化学品,2003(1):20.[11],.,'-:,6455702[].2002-09-24.(上接第1465页)[2]　杜郢,蔡华兵,杨恩华,等.废弃聚酯/二聚酸聚酰胺共聚物的合成及过程分析[].化工进展,2007,26(12):1779-1781.[3]　邓晓琴.环氧树脂固化剂的改性研究[].粘接,2008,29(11):26-29.[4]　刘云,商伟胜,辛红玲,等.乌桕梓油酶法制备生物柴油的研究[].应用化工,2008,37(9):977-980.[5]　,,.:[].,2009,30:431-436.[6]　,.--[].,2010,87(10):3148-3154.[7]　中华人民共和国国家技术监督局./5530—2005动植物油脂酸值和酸度测定[].北京:中国标准出版社,2006.[8]　中华人民共和国国家技术监督局./265—88石油产品运动粘度的测定[].北京:中国标准出版社,1988.[9]　丁耀魁,杜海波.卡尔费休法在油脂水分测定中的应用[].油脂开发,2007,15(2):29-30.[10]中华人民共和国国家技术监督局./5526—85植物油脂检验比重测定法[].北京:中国标准出版社,1985.148