專利名稱：N-烷基-氰基吡啶酮的一種新的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出一種新的N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法，其中N-烷基-氰基吡啶酮的結(jié)構(gòu)式如(I)所示
R為H或1～6個(gè)碳原子的脂肪鏈。該方法通過(guò)氰乙酰胺(I)，其中R與
(I)式中意義相同，或具有足量氰乙酰胺(I)的混合物，在50～150℃條件下，以溶液態(tài)或懸浮態(tài)，在最少1mol氨水(III)的催化下，與乙酰乙酸酯(IV)，
R1可以為1～8個(gè)碳原子脂肪鏈，最好為3～6個(gè)碳原子脂肪鏈回流反應(yīng)而得。
反應(yīng)方程式為
N-烷基-氰基吡啶酮是一種十分重要的N雜環(huán)化合物，在染料、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域都有十分重要的用途。N-烷基-氰基吡啶酮由Guarsehi在β-酮基酸酯與氰乙酰胺反應(yīng)中首次發(fā)現(xiàn)并作記錄(Mem.Accad.[2]volume 46，page 11Chemicals 1896 I，601)。德國(guó)公開(kāi)專利No 2，531，035中介紹了氰乙酰胺與乙酰乙酸乙酯在哌啶或醇鈉中反應(yīng)獲得N-烷基-氰基吡啶酮，這是作為專利技術(shù)首次介紹N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法，但該方法存在著溶劑復(fù)雜，收率較低的缺點(diǎn)。在其它文獻(xiàn)中(Journal of Organic Chemistry，Volume 25(1960)pages 560～564)，作了關(guān)于這方面技術(shù)改進(jìn)的研究報(bào)導(dǎo)。在德國(guó)公開(kāi)專利No1,956,142中提出利用脂肪醇作為溶劑進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程結(jié)束后，用蒸餾法分離溶劑醇類，再析出而得產(chǎn)品。以N-甲基-氰基吡啶酮的合成為例，需用氰乙酸乙酯1mol，乙酰乙酸乙酯1mol，胺2mol，丁醇作為溶劑，反應(yīng)時(shí)間16hr，收率為80％。該方法缺點(diǎn)在于反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，收率相對(duì)較低，回收溶劑耗能較大。美國(guó)專利U.S.P 4,284,782在此方法的基礎(chǔ)上，提出在整個(gè)反應(yīng)
的體系中補(bǔ)加水進(jìn)行反應(yīng)，可提高反應(yīng)的收率，N-丁基-氰基吡啶酮到N-H-氰基吡啶酮的收率分別可達(dá)到85％到95％。該方法的主要特點(diǎn)是在反應(yīng)體系中補(bǔ)加一定量的水，一般為10％～1000％，最好為50～500％，其優(yōu)點(diǎn)在于收率提高，而且對(duì)原料的純度要求降低，可用胺的水溶液，或其混合物進(jìn)行反應(yīng)。但是該方法仍然存在著以下缺點(diǎn)過(guò)量部分的原料胺的回收仍需要耗能較大；回收不徹底的胺會(huì)造成大的污染；收率總體而言，隨R碳鏈的增長(zhǎng)而下降；在冷卻析出的過(guò)程中R越長(zhǎng)，產(chǎn)品越可能以焦油態(tài)形式存在，析出困難，難得到產(chǎn)品，反應(yīng)在加壓條件下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求高，以上問(wèn)題直接影響N-烷基-氰基吡啶酮(I)的合成與生產(chǎn)。
本發(fā)明經(jīng)過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，按專利U.S.P4，284，782在N-烷基-氰基吡啶酮合成過(guò)程中，過(guò)量的1mol胺在反應(yīng)中起的作用主要是反應(yīng)的催化劑，并且提供反應(yīng)環(huán)境的弱堿性的作用。但是過(guò)量的脂肪胺的存在，一方面其具有的有機(jī)溶劑效應(yīng)，使最終產(chǎn)品收率降低，同時(shí)作為有機(jī)溶劑的存在，易使產(chǎn)品以焦油態(tài)析出。
本發(fā)明在揭示過(guò)量脂肪胺存在對(duì)反應(yīng)體系利弊的同時(shí)，還指出用氨水代替過(guò)量的脂肪胺，既可以保持原有過(guò)量胺的催化效應(yīng)及弱堿性作用，同時(shí)又消除了脂肪胺的有機(jī)溶劑反應(yīng)，并避免了產(chǎn)品以焦油態(tài)析出的情況。
本發(fā)明同時(shí)還指出，U.S.P4,284,782中加壓過(guò)程的實(shí)質(zhì)是通過(guò)加壓提高反應(yīng)產(chǎn)物的沸點(diǎn)，縮短反應(yīng)時(shí)間。
本發(fā)明在此基礎(chǔ)上，提出了N-烷基-氰基吡啶酮(I)的新的合成方法。
氰乙酰胺(II)或具有足量氰乙酰胺(II)的混合物，在50～150℃條件下，以溶液或懸浮態(tài)，在最少1mol氨的催化下，與乙酰乙酸酯(IV)回流反應(yīng)而得，收率90％以上，N-H-氰基吡啶酮收率達(dá)98％。
本發(fā)明所提出的這種合成方法，具有成本低，以1molNH3代替過(guò)量的脂肪胺，降低了反應(yīng)成本，同時(shí)提高了反應(yīng)收率，由過(guò)去的85％提高到90％，產(chǎn)品外觀好，由原來(lái)的灰色變?yōu)楝F(xiàn)在的白色；反應(yīng)條件更為簡(jiǎn)單，不僅可在加壓條件下反應(yīng)，而且可在常溫條件下進(jìn)行。
本發(fā)明在提出N-烷基-氰基吡啶酮的新的合成方法的同時(shí)，亦同時(shí)介紹了基本原料，氰乙酰胺的合成反應(yīng)。
氰乙酰胺(II)，可以通過(guò)氰乙酸乙酯(VI)(R2可為1～6碳烷基，最好為2～3碳鏈烷基)與胺(VII)，R與(I)意義一致，反應(yīng)而得，而氰乙酸乙酯則可通過(guò)氯乙酸與氰化鈉反應(yīng)得氰乙酸，氰乙酸再酯化而得氰乙酸乙酯，本發(fā)明提出的工藝方案中，即采用氰乙酸乙酯與胺反應(yīng)得到氰乙酰胺再與乙酰乙酸乙酯在氨水存在下，縮合閉環(huán)反應(yīng)而得N-烷基-氰基吡啶酮。
本發(fā)明提出兩種具體工藝方案為加壓分次投料方案投料摩爾比∶(胺∶氰乙酸乙酯∶乙酰乙酸乙酯∶氨)不低于1.0∶1.0∶1.0∶1.0，一般情況下為(1.0～4.0∶1∶1.0～4.0∶1.0～4.0)。操作過(guò)程先將氰乙酸乙酯加入到胺中，常溫?cái)嚢?.5～8hr，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯和氨水，升溫到100℃以上，壓力為反應(yīng)物自身產(chǎn)生的壓力，反應(yīng)時(shí)間不少于5hr，反應(yīng)物冷卻后，經(jīng)稀釋、中和、過(guò)濾、洗滌得產(chǎn)品，產(chǎn)品收率為90.0％。
常壓分次投料方案投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙酰乙酸乙酯∶氨)不低于1.0～1.0∶1.0∶1.0，一般情況下為(1.0～4.0∶1∶1.0～4.0∶1.0～4.0)。操作過(guò)程先將氰乙酸乙酯加入到胺中，常溫下攪拌0.5～8hr，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯和氨水，升溫到回流，回流時(shí)間不少于12hr，一般為14～20hr，反應(yīng)物冷卻后，經(jīng)稀釋中和、過(guò)濾、洗滌回流得產(chǎn)品，產(chǎn)品收率為90.0％。
加壓分次投料方案、常壓分次投料方案兩種方法和已有的文獻(xiàn)，專利中提到的合成方法相比，具有反應(yīng)時(shí)間少，設(shè)備要求低的優(yōu)點(diǎn)。
綜上所述，本發(fā)明提出一種新的N-烷基-氰基吡啶酮(I)的合成方法。
本發(fā)明通過(guò)以下例子，對(duì)提出的N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法作進(jìn)一步說(shuō)明。
實(shí)施例實(shí)例1N-乙基-氰基吡啶酮的合成(加壓分次投料方案)將11.3g的氰乙酸乙酯與5.2g的乙胺在常溫下混合攪拌3小時(shí)，然后，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應(yīng)，升溫到140℃，反應(yīng)6小時(shí)，然后將反應(yīng)混合物冷卻，再用200ml水稀釋，用10％鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾干燥得產(chǎn)品，熔點(diǎn)為184～185℃收率為90.0％。
實(shí)例2N-乙基-氰基吡啶酮的合成(常壓分次投料方案)將11.3g的氰乙酸乙酯與5.2g的乙胺在常溫下混合攪拌3小時(shí)，然后，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g氨水10ml，回流反應(yīng)18小時(shí)，反應(yīng)混合物冷卻后，用200ml水稀釋，用10％的鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾干燥得產(chǎn)品。熔點(diǎn)為184～185℃收率為90.0％。
實(shí)例3N-(γ-甲氧基丙基)-氰基吡啶酮的合成(加壓分次投料方案)將11.3g的氰乙酸乙酯與10.3g的γ-甲氧基丙胺在常溫下混合，攪拌3小時(shí)，然后，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應(yīng)14小時(shí)，反應(yīng)混合物冷卻后，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾，干燥得產(chǎn)品，熔點(diǎn)為200～201℃，收率為90.0％。
實(shí)例4N-(γ-甲氧基丙基)-氰基吡啶酮的合成(常壓分次投料)將11.3g的氰乙酸乙酯與10.3g的γ-甲氧基丙胺在常溫下混合攪拌3小時(shí)，然后，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，回流反應(yīng)14小時(shí)，反應(yīng)混合物冷卻后，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾，干燥得產(chǎn)品，熔點(diǎn)為200～201℃，收率為90％。
實(shí)例5N-丁基-氰基吡啶酮的合成(加壓分次投料)將11.3g的氰乙酸乙酯與9.0g正丁胺在常溫下混合攪拌3小時(shí)，然后，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應(yīng)升溫到140℃，反應(yīng)6小時(shí)，將反應(yīng)混合物冷卻后，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾干燥得產(chǎn)品，熔點(diǎn)為220℃～221 ℃，收率為90％。
實(shí)例6N-丁基-氰基吡啶酮的合成(常壓分次投料)將11.3g的氰乙酸乙酯與9.0g的正丁胺在常溫下混合攪拌3小時(shí)，然后補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，回流反應(yīng)14小時(shí)，反應(yīng)混合物冷卻后，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調(diào)pH值為5～6，過(guò)濾，干燥得產(chǎn)品，熔點(diǎn)為220℃～221℃收率為90.0％。
權(quán)利要求
1.N-烷基-氰基吡啶酮(I)新的合成方法。該方法通過(guò)氰乙酰胺(Ⅱ)在氨水(Ⅲ)的存在下與乙酰乙酸(Ⅳ)乙酯反應(yīng)而獲得。R為H、1～6個(gè)碳原子的烷基、R2OR3(R2，R3為1～6個(gè)碳原子烷基)，R1為1～8個(gè)碳原子的烷基。
2.按照1中基礎(chǔ)上，所提出的加壓分次投料方法投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙酰乙酸乙酯∶氨)為1.0～1.0∶1.0∶1.0以上，一般為1.0～4.0∶1∶1.0～4.0∶1.0～4.0，胺與氰乙酸乙酯反應(yīng)0.5～8hr，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯和氨水后，加壓反應(yīng)不少于5hr時(shí)，經(jīng)稀釋、中和、過(guò)濾、洗滌得產(chǎn)品，收率為90.0％。
3.按照1中基礎(chǔ)上，所提出的常壓分次投料方法投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙酰乙酸乙酯∶胺)不少于1.0∶1.0∶1.0∶1.0以上，一般為1.0～4.0∶1∶1.0～4.0∶1.0～4.0，胺與氰乙酸乙酯反應(yīng)0.5～8hr，補(bǔ)加乙酰乙酸乙酯和氨水，常溫回流不少于10hr，經(jīng)稀、釋中和、過(guò)濾、洗滌而得，收率為90.0％。
4.按照1中基礎(chǔ)上，所舉的N-乙基-氰基吡啶酮，N-γ-甲氧基丙基-氰基基吡啶酮，N-丁基-氰基吡啶酮常壓，加壓反應(yīng)實(shí)例。
全文摘要
本發(fā)明提出一種新的N-烷基—氰基吡啶酮(I)的合成方法。該法通過(guò)氰乙酰胺，乙酰乙酸酯，氨水在加壓條件或常壓條件下，于50～150℃下回流反應(yīng)而得到，反應(yīng)收率≥90％。
文檔編號(hào)C07D213/78GK1158845SQ9610245
公開(kāi)日1997年9月10日 申請(qǐng)日期1996年3月4日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月4日
發(fā)明者彭勃, 程侶柏 申請(qǐng)人:大連理工大學(xué)化工學(xué)院