偶氮二甲酸二異丙酯的合成方式與使用儀器
作者：南京順象醫(yī)藥科技
發(fā)布時間： 2019-09-05 14:51:09 瀏覽量：0
在現(xiàn)代社會中，作為一種化學(xué)物質(zhì)，偶氮二甲酸二異丙酯，其起到了巨大的作用。那么，我們可以用什么方法來合成它呢？
偶氮二甲酸二異丙酯（ＤＩＡＤ）是一種重要的有機合成中間體，可作為環(huán)化試劑進行Ｍｉｔｓｕｎｏｂｕ反應(yīng)。Ｍｉｓｔｕｎｏｂｕ反應(yīng)是在偶氮二碳酸二乙酯（ＤＥＡＤ）或ＤＩＡＤ和三苯基膦作用下，醇類化合物和含活潑氫的酸性化合物發(fā)生取代反應(yīng)，形成Ｃ—Ｏ、Ｃ—Ｓ、Ｃ—Ｎ和Ｃ—Ｃ等鍵的反應(yīng)。該反應(yīng)是Ｍｉｔｓｕｎｏｂｕ等于１９６７年發(fā)現(xiàn)的，一般在溫和的中性條件下進行，因此，該反應(yīng)被廣泛用于天然產(chǎn)物的全合成，或者化合物的官能團轉(zhuǎn)換，應(yīng)用范圍較為廣泛。ＤＩＡＤ也可用于光敏劑、聚合催化劑、殺菌劑等產(chǎn)品的合成；還可與烯基樹脂的液體發(fā)泡劑反應(yīng)，用于制備淺色乙烯基泡沫塑料，ＤＩＡＤ與塑膠混溶性好，分解產(chǎn)物無色、無毒、無污染、無臭味，在４０～１２０℃范圍內(nèi)可獲得高發(fā)氣量，應(yīng)用前景廣闊。現(xiàn)有的偶氮二羧酸二烴基酯是先由氯代羧酸酯和水合肼或者肼基酯發(fā)生縮合反應(yīng)制備肼二羧酸二烴基酯，肼二羧酸二烴基酯經(jīng)濃硝酸、氯氣、溴素、Ｎ溴代丁二酰亞胺（ＮＢＳ）等氧化劑氧化得到偶氮二羧酸二羥基酯。
肼二甲酸二乙酯的常用合成是以氯甲酸乙酯、水合肼為原料，１５～２０℃下反應(yīng)０５ｈ制得肼二甲酸二乙酯；Ｍａｔｖｅｅｖａ等用該方法制得肼二甲酸二乙酯，收率５６％，再以苯和水為溶劑，采用氯氣氧化肼二甲酸二乙酯制得偶氮二甲酸二乙酯，收率８１％。該方法用到氯氣和有機溶劑苯，氯氣易揮發(fā)，苯毒性大，對設(shè)備要求較高。
?。危拢釉噭┭趸磻?yīng)，多采用吡啶做縛酸劑，Ｈｉｄｅｙｕｋｉ等［５］制備偶氮二甲酸甲基叔丁基酯時，先以氯甲酸甲酯和肼甲酸叔丁酯為原料，在－７８℃下反應(yīng)２４ｈ，得到肼二甲酸甲基叔丁基酯，再與吡啶、ＮＢＳ試劑反應(yīng)得到偶氮二甲酸甲基叔丁基酯，總收率７５６％。Ｋａｚｕｔａｋｅ等在常溫下以二甲苯為溶劑、吡啶、ＮＢＳ試劑和肼二甲酸二（２甲氧基乙基）酯反應(yīng)３ｈ制得偶氮二甲酸二（２甲氧基乙基）酯，收率為８５％。該反應(yīng)中吡啶氣味很重，并且溴素容易游離出來，對環(huán)境造成污染。
用ＨＮＯ３氧化合成偶氮二羧酸二烴基酯典型反應(yīng)是偶氮二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯和偶氮二甲酸二丙酯的合成，Ｄａｎｉｅｌ等以肼二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯為原料，采用ＨＮＯ３氧化得到偶氮二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯，收率為７６％，反應(yīng)過程中有大量氮氧化物生成；廉鵬［８］等用ＨＮＯ３氧化肼二甲酸二丙酯得到偶氮二甲酸二丙酯，收率達到９９８％。采用ＨＮＯ３氧化，反應(yīng)收率比較高，但是能耗大、對設(shè)備要求高、容易產(chǎn)生大量氮氧化合物污染環(huán)境。
綜上所述，ＤＩＡＤ合成方法是通常是氯甲酸異丙酯和水合肼反應(yīng)合成肼１，２二甲酸二異丙酯，再用濃硝酸、氯氣、溴素、ＮＢＳ等氧化劑氧化而得。濃硝酸為氧化劑，在０℃以下氧化，產(chǎn)生大量的氮氧化物，氮能引起水環(huán)境的富營養(yǎng)化，環(huán)境污染嚴重。文獻直接用氧化劑ＮＢＳ在吡啶環(huán)境中氧化肼酯得到產(chǎn)品ＤＩＡＤ，產(chǎn)率高達９０％以上，但由于溴素在水中溶解度不大，容易揮發(fā)造成大氣污染，安全性差，且成本較高。
采用氯氣在堿性條件下氧化肼１，２二甲酸二異丙酯，用有機溶劑萃取后，再脫除溶劑得產(chǎn)品，該方法產(chǎn)生大量次氯酸鈉，三廢排放高，對環(huán)境污染嚴重，不經(jīng)濟環(huán)保。以苯系物為溶劑，吡啶、ＮＢＳ試劑氧化法在常溫下制備偶氮二甲酸二烴基酯，反應(yīng)條件溫和，收率高［１０］，溴素在水中溶解度不大，容易揮發(fā)造成大氣污染，且成本較高。
本文以氯甲酸異丙酯和水合肼為原料，制備肼１，２二甲酸二異丙酯；雙氧水為氧化劑，氫溴酸為催化劑，在低溫濃硫酸酸性條件下氧化肼１，２二甲酸二異丙酯制得ＤＩＡＤ。該反應(yīng)合成方法簡便，副反應(yīng)少，氫溴酸為催化劑量，不會產(chǎn)生大量溴。反應(yīng)中濃硫酸可以很好的溶解肼１，２二甲酸二異丙酯，可以循環(huán)使用，經(jīng)濟性好，具有良好的應(yīng)用前景。
實驗部分
１ 儀器和試劑
氯甲酸異丙酯、水合肼（８０％）、無水碳酸鉀、乙醚、濃硫酸（９８％）、氫溴酸（４０％）、雙氧水（３０％）、二氯甲烷等均為分析純試劑。ＷＲＳ２型微機熔點測定儀，ＦＴＩＲ２００ＸＢ型紅外光譜儀（美國Ｎｉｃｏｌｅｔ公司），ＢｒｕｋｅｒＡｖａｎｃｅⅢ ５００ＭＨｚ核磁共振儀（ＣＤＣｌ３，ＴＭＳ為內(nèi)標(biāo)，瑞士Ｂｒｕｋｅｒ公司），ＬＣ２０ＡＴ型Ｃ１８柱液相色譜儀。
２ 實驗方法
?。玻薄‰陋玻?，２二甲酸二異丙酯的制備 在裝有攪拌器、溫度計、滴液漏斗的２５０ｍＬ三頸瓶中，依次加入４９０２ｇ（０４ｍｏｌ）氯甲酸異丙酯，乙醚（８０ｍＬ），干燥的粉末碳酸鉀４１５ｇ（０３ｍｏｌ），攪拌，冰鹽浴降溫至０℃以下，緩慢滴加水合肼１２５ｇ（０２ｍｏｌ），溫度控制在０℃以下；滴加完畢后繼續(xù)反應(yīng)２ｈ，反應(yīng)結(jié)束，瓶中有大量白色固體析出。向反應(yīng)瓶中混合物傾入冰水（１００ｍＬ），減壓抽濾，用５０ｍＬ水洗滌固體３次，烘干，得到白色晶狀固體肼１，２二甲酸二異丙酯３９４ｇ，收率為９６６％，經(jīng)ＨＰＬＣ測定其色譜含量為９５０８％，ＨＰＬＣ測定條件為：Ｃ１８柱分離，柱溫２５℃，甲醇水（體積比８∶２）為流動相，流速１０ｍＬ／ｍｉｎ，紫外檢測波長２３０ｎｍ。ｍｐ１０６１～１０７６℃（文獻值［１３］：１０５～１０７℃），１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３５００ＭＨｚ），δ：１２６～１２７（ｄ，１２Ｈ，ＣＨ３）；４９５～５００（ｍ，２Ｈ，ＣＨ）；７２７（ｓ，２Ｈ，ＮＨ）。
?。玻病∨嫉姿岫惐サ暮铣伞≡谘b有攪拌器、溫度計、滴液漏斗的２５０ｍＬ三頸瓶中，依次加入１０２ｇ（００５ｍｏｌ）肼１，２二甲酸二異丙酯，水（５０ｍＬ），攪拌下加入濃硫酸（５０ｍＬ）至固體全溶；加４０％的氫溴酸０２ｇ（０００１ｍｏｌ），控制在０℃以下滴３０％雙氧水６２３ｇ（００５５ｍｏｌ），１ｈ滴加完畢，溶液為橘紅色，０℃下反應(yīng)２ｈ。反應(yīng)完畢后靜置，ＣＨ２Ｃｌ２萃取，萃取液反復(fù)水洗至中性，水洗液回收，用無水ＭｇＳＯ４干燥，蒸餾回收溶劑，在７５～８０℃（２ｍｍＨｇ）下減壓蒸餾得到淡黃色液體偶氮二甲酸二異丙酯９４８ｇ，收率９３９％，經(jīng)ＨＰＬＣ測定其色譜含量為９７５３％，ＨＰＬＣ測定條件為：Ｃ１８柱分離，柱溫２５℃，甲醇水（體積比８∶２）為流動相，流速１０ｍＬ／ｍｉｎ，紫外檢測波長２８５ｎｍ；１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，５００ＭＨｚ），δ：１４２～１４４（ｄ，１２Ｈ，ＣＨ３）；５２０～５２８（ｍ，２Ｈ，ＣＨ）；ＩＲ（Ｌｉｑｕｉｄｆｉｌｍ），σ／ｃｍ－１：２９８７０（Ｃ—Ｈ），２９４０６（Ｃ—Ｈ），１７７６２（ＣＯ），１２４５８（—Ｃ—Ｏ—Ｃ），１０９８１（Ｃ—Ｏ—Ｃ）。
