N-烷基-氰基吡啶酮的一種新的合成方法

2023-10-23 01:22:12 1

專利名稱：N-烷基-氰基吡啶酮的一種新的合成方法
技術領域：
本發明提出一種新的N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法，其中N-烷基-氰基吡啶酮的結構式如(I)所示
R為H或1～6個碳原子的脂肪鏈。該方法通過氰乙醯胺(I)，其中R與
(I)式中意義相同，或具有足量氰乙醯胺(I)的混合物，在50～150℃條件下，以溶液態或懸浮態，在最少1mol氨水(III)的催化下，與乙醯乙酸酯(IV)，
R1可以為1～8個碳原子脂肪鏈，最好為3～6個碳原子脂肪鏈回流反應而得。
反應方程式為
N-烷基-氰基吡啶酮是一種十分重要的N雜環化合物，在染料、農藥、醫藥等領域都有十分重要的用途。N-烷基-氰基吡啶酮由Guarsehi在β-酮基酸酯與氰乙醯胺反應中首次發現並作記錄(Mem.Accad.[2]volume 46，page 11Chemicals 1896 I，601)。德國公開專利No 2，531，035中介紹了氰乙醯胺與乙醯乙酸乙酯在哌啶或醇鈉中反應獲得N-烷基-氰基吡啶酮，這是作為專利技術首次介紹N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法，但該方法存在著溶劑複雜，收率較低的缺點。在其它文獻中(Journal of Organic Chemistry，Volume 25(1960)pages 560～564)，作了關於這方面技術改進的研究報導。在德國公開專利No1,956,142中提出利用脂肪醇作為溶劑進行反應，反應過程結束後，用蒸餾法分離溶劑醇類，再析出而得產品。以N-甲基-氰基吡啶酮的合成為例，需用氰乙酸乙酯1mol，乙醯乙酸乙酯1mol，胺2mol，丁醇作為溶劑，反應時間16hr，收率為80％。該方法缺點在於反應時間長，收率相對較低，回收溶劑耗能較大。美國專利U.S.P 4,284,782在此方法的基礎上，提出在整個反應
的體系中補加水進行反應，可提高反應的收率，N-丁基-氰基吡啶酮到N-H-氰基吡啶酮的收率分別可達到85％到95％。該方法的主要特點是在反應體系中補加一定量的水，一般為10％～1000％，最好為50～500％，其優點在於收率提高，而且對原料的純度要求降低，可用胺的水溶液，或其混合物進行反應。但是該方法仍然存在著以下缺點過量部分的原料胺的回收仍需要耗能較大；回收不徹底的胺會造成大的汙染；收率總體而言，隨R碳鏈的增長而下降；在冷卻析出的過程中R越長，產品越可能以焦油態形式存在，析出困難，難得到產品，反應在加壓條件下進行，對設備要求高，以上問題直接影響N-烷基-氰基吡啶酮(I)的合成與生產。
本發明經過研究發現，按專利U.S.P4，284，782在N-烷基-氰基吡啶酮合成過程中，過量的1mol胺在反應中起的作用主要是反應的催化劑，並且提供反應環境的弱鹼性的作用。但是過量的脂肪胺的存在，一方面其具有的有機溶劑效應，使最終產品收率降低，同時作為有機溶劑的存在，易使產品以焦油態析出。
本發明在揭示過量脂肪胺存在對反應體系利弊的同時，還指出用氨水代替過量的脂肪胺，既可以保持原有過量胺的催化效應及弱鹼性作用，同時又消除了脂肪胺的有機溶劑反應，並避免了產品以焦油態析出的情況。
本發明同時還指出，U.S.P4,284,782中加壓過程的實質是通過加壓提高反應產物的沸點，縮短反應時間。
本發明在此基礎上，提出了N-烷基-氰基吡啶酮(I)的新的合成方法。
氰乙醯胺(II)或具有足量氰乙醯胺(II)的混合物，在50～150℃條件下，以溶液或懸浮態，在最少1mol氨的催化下，與乙醯乙酸酯(IV)回流反應而得，收率90％以上，N-H-氰基吡啶酮收率達98％。
本發明所提出的這種合成方法，具有成本低，以1molNH3代替過量的脂肪胺，降低了反應成本，同時提高了反應收率，由過去的85％提高到90％，產品外觀好，由原來的灰色變為現在的白色；反應條件更為簡單，不僅可在加壓條件下反應，而且可在常溫條件下進行。
本發明在提出N-烷基-氰基吡啶酮的新的合成方法的同時，亦同時介紹了基本原料，氰乙醯胺的合成反應。
氰乙醯胺(II)，可以通過氰乙酸乙酯(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，反應而得，而氰乙酸乙酯則可通過氯乙酸與氰化鈉反應得氰乙酸，氰乙酸再酯化而得氰乙酸乙酯，本發明提出的工藝方案中，即採用氰乙酸乙酯與胺反應得到氰乙醯胺再與乙醯乙酸乙酯在氨水存在下，縮合閉環反應而得N-烷基-氰基吡啶酮。
本發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∶乙醯乙酸乙酯∶氨)不低於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)。操作過程先將氰乙酸乙酯加入到胺中，常溫攪拌0.5～8hr，補加乙醯乙酸乙酯和氨水，升溫到100℃以上，壓力為反應物自身產生的壓力，反應時間不少於5hr，反應物冷卻後，經稀釋、中和、過濾、洗滌得產品，產品收率為90.0％。
常壓分次投料方案投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙醯乙酸乙酯∶氨)不低於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)。操作過程先將氰乙酸乙酯加入到胺中，常溫下攪拌0.5～8hr，補加乙醯乙酸乙酯和氨水，升溫到回流，回流時間不少於12hr，一般為14～20hr，反應物冷卻後，經稀釋中和、過濾、洗滌回流得產品，產品收率為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，專利中提到的合成方法相比，具有反應時間少，設備要求低的優點。
綜上所述，本發明提出一種新的N-烷基-氰基吡啶酮(I)的合成方法。
本發明通過以下例子，對提出的N-烷基-氰基吡啶酮的合成方法作進一步說明。
實施例實例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，然後，補加乙醯乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應，升溫到140℃，反應6小時，然後將反應混合物冷卻，再用200ml水稀釋，用10％鹽酸調pH值為5～6，過濾乾燥得產品，熔點為184～185℃收率為90.0％。
實例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，然後，補加乙醯乙酸乙酯14.3g氨水10ml，回流反應18小時，反應混合物冷卻後，用200ml水稀釋，用10％的鹽酸調pH值為5～6，過濾乾燥得產品。熔點為184～185℃收率為90.0％。
實例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，然後，補加乙醯乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應14小時，反應混合物冷卻後，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調pH值為5～6，過濾，乾燥得產品，熔點為200～201℃，收率為90.0％。
實例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，然後，補加乙醯乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，回流反應14小時，反應混合物冷卻後，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調pH值為5～6，過濾，乾燥得產品，熔點為200～201℃，收率為90％。
實例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，然後，補加乙醯乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，密封反應升溫到140℃，反應6小時，將反應混合物冷卻後，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調pH值為5～6，過濾乾燥得產品，熔點為220℃～221 ℃，收率為90％。
實例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，然後補加乙醯乙酸乙酯14.3g，氨水10ml，回流反應14小時，反應混合物冷卻後，用200ml水稀釋，用10％鹽酸調pH值為5～6，過濾，乾燥得產品，熔點為220℃～221℃收率為90.0％。
權利要求
1.N-烷基-氰基吡啶酮(I)新的合成方法。該方法通過氰乙醯胺(Ⅱ)在氨水(Ⅲ)的存在下與乙醯乙酸(Ⅳ)乙酯反應而獲得。R為H、1～6個碳原子的烷基、R2OR3(R2，R3為1～6個碳原子烷基)，R1為1～8個碳原子的烷基。
2.按照1中基礎上，所提出的加壓分次投料方法投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙醯乙酸乙酯∶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0.5～8hr，補加乙醯乙酸乙酯和氨水後，加壓反應不少於5hr時，經稀釋、中和、過濾、洗滌得產品，收率為90.0％。
3.按照1中基礎上，所提出的常壓分次投料方法投料摩爾比(胺∶氰乙酸乙酯∶乙醯乙酸乙酯∶胺)不少於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0.5～8hr，補加乙醯乙酸乙酯和氨水，常溫回流不少於10hr，經稀、釋中和、過濾、洗滌而得，收率為90.0％。
4.按照1中基礎上，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，加壓反應實例。
全文摘要
本發明提出一種新的N-烷基—氰基吡啶酮(I)的合成方法。該法通過氰乙醯胺，乙醯乙酸酯，氨水在加壓條件或常壓條件下，於50～150℃下回流反應而得到，反應收率≥90％。
文檔編號C07D213/78GK1158845SQ9610245
公開日1997年9月10日 申請日期1996年3月4日 優先權日1996年3月4日
發明者彭勃, 程侶柏 申請人:大連理工大學化工學院