脒类化合物的合成工艺研究进展

脒类化合物的合成工艺研究进展

李珠叶;徐保明;薛东升;叶流颖;李高;廖义鹏;周宝晗;陈驰

【摘 要】对脒类化合物的合成方法从两个方面进行了分类总结,分为催化法和缩合法,并对使用不同催化剂及缩合剂的合成方法进行了分析.通过对比各自的优缺点,指出以Ni为催化剂的催化加氢法是一种较好的可用于工业化生产的方法;而微波辅助法是一种可在未来进行深入研究的新方法.

【期刊名称】《应用化工》

【年(卷),期】2019(048)002

【总页数】4页(P430-433)

【关键词】脒;催化加氢;微波辅助;合成工艺

【作 者】李珠叶;徐保明;薛东升;叶流颖;李高;廖义鹏;周宝晗;陈驰

【作者单位】湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学

湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北

武汉 430068;上海汉景化工有限公司,上海 201615;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068;湖北工业大学 湖北省研究生工作站,湖北 武汉 430068

【正文语种】中 文

【中图分类】TQ225.26

脒是一类含氮羧酸类化合物，种类繁多，最常见的有甲脒、环脒和聚脒等。甲脒中的亚氨基和氨基能够相互转化，形成互变异构体[1]，在农药上应用广泛，绿色安全[2]。环脒常用作聚氨酯和环氧树酯的固化剂，固化效果好，易于贮藏[3]。聚脒可用作增溶剂、聚合的酸捕捉剂、表面改性剂等[4]。部分经过改性的脒类化合物还具备生理活性[5]。因此，脒类化合物作为高活、低毒的有机合成中间体，在化工领域中被广泛应用[6]。

目前，脒类化合物具有多种较为成熟的合成工艺，但仍存在一些问题，因此，本文总结了近期脒类化合物合成工艺的进展，以期为问题的解决提供部分参考。

1 合成方法

本文将脒类化合物的合成工艺主要分为两类，催化法和缩合法，并对其分别进行了分析和讨论。

1.1 催化法

催化合成不仅可以简化合成工艺，还能提高目标产物的收率，因此，其为脒合成的一类重要的方法。该方法不仅拓宽了脒的合成路线，还在脒类化合物的合成方面取得了突破性的进展。根据催化剂种类的不同，可将其分为无机催化和有机催化两大类。

1.1.1 无机催化 Saluste等[7]用AlCl3作催化剂，催化芳香腈和芳香胺发生加成反应生成了N-取代脒。在无水AlCl3的催化下，与脂肪腈或芳香腈进行加成的胺较多，如伯胺、仲胺和芳香胺等，芳胺比脂肪胺易进行反应，芳腈比脂肪腈易进行反应[8]，因此，在该反应中芳香腈先与无水AlCl3反应生成了带正电的化合物，然后亲核性胺与之反应生成脒。因无水AlCl3易与水结合，因此，该反应需保持溶剂与反应器的充分干燥。其方程式如下：

Patai等[9]用Cu2O或CuCl作催化剂对苯腈和丁胺进行催化氨解，制得了取代甲脒。实验结果表明，在无催化剂存在的条件下，苯腈和丁胺在甲醇溶液中反应，需要进行40 h的高压氨解，才能得到取代甲脒；而在催化剂存在下，反应在常压就可使2，4-二甲基苯腈发生氨解，得到相应的脒。并且发现芳香腈在与胺反应时，溶剂的选择，也影响着其反应结果。

赵越等[6]用HCl作催化剂，对羟基苯甲醛作原料，对其进行了烷基化、肟化、脱水及Pinner法反应，最终合成了对烷氧基苯甲脒盐酸盐。Pinner法反应作为合成脒最原始的方法，收率较高，但因反应中采用的HCl气体具有强腐蚀性，导致实验操作的危险较大；并且气体排放的污染较大，不利于工业化的操作。其方程式如下：

周阳等[10]用经过氧化处理的活性炭作载体，负载主催化剂Pd和助催化剂In，形成了双组分的催化剂Pd-In/C，并在醋酸的存在下，使氰胺加氢合成了醋酸甲脒。实验对催化剂组成、反应温度以及原料物质的量之比等影响因素进行了考察，并得到了最佳反应条件。该方法的优点是催化剂可过滤回收和进行重复使用，节约了成本。

徐凡等[11]用SmI2作催化剂，将胺亲核加成到母体腈上合成N，N′二取代脒，在80 ℃条件下，SmI2对芳胺和芳腈的合成有较好的催化效果，脒的产率较高，但是，SmI2只能催化合成短链的脒，因此直接用其作催化剂合成脒的报道并不多。方乐平等[12]对Sm/三甲基氯硅烷/H2O(微量)体系催化合成脒的方法进行了研究。通常情况下，钐助剂体系需要在无水的条件下进行，而在该方法中加入微量的水后不仅加快了反应收率，还增加了产物的收率。并且在Sm/三甲基氯硅烷/H2O(微量)体系下，芳腈与芳香族叠氮化合物更容易进行反应得到对应的脒，且反应在室温搅拌下进行，操作简单。 蔡亮等[13]用Raney-Ni作催化剂，先将原料对羟基苯腈转化为对羟基苯肟，然后催化其加氢合成生成了对羟基苯甲脒。研究者同时对反应的时间、温度、压力等条件进行了详细的分析和验证，得到了最佳工艺。由于该实验没有污染环境的副产物产生，与当前所要求的绿色化学相符合，因此，该法具有较大的工业应用前景。其方程式如下：

Wang J等[14]用Yb作催化剂催化芳香腈和芳香胺一步合成了取代环脒，催化剂的用量为5%。以甲苯作溶剂，在100 ℃条件下反应24 h，芳香胺的产率20%～95%。该方法过程简单，但产物的收率不稳定，反应时间长；且Yb属于稀土金属，价格昂贵，来源稀少，不适合工业化生产。其方程式如下：

对氨基苯甲脒亚胺基甲酸正己酯盐酸盐是达比加群酯合成路线中一种重要的中间体，作为新一代口服抗凝药物，达比加群酯在医药上有着非常重要的作用。目前关于该中间体合成工艺的报道并不多，并且其存在原料价格昂贵等问题。因此，为了降低其工艺成本，郑文丽等[15]用FeCl3作催化剂，以对硝基苯甲醛为原料，经过成脒、酯化、还原、成盐等5步反应制得了目标产物，实验所用的原料价格均比较便宜，并且产率较高，因此，该法适合工业化大规模的生产，同时也为合成达比加群酯提供了丰富的中间体。

1.1.2 有机催化 Pedersen等[16]在220～240 ℃的温度条件下，使芳基、烷基酮肟和六甲基磷酰三胺(HMPA)发生Beckmann重排反应，生成了N，N′-二甲基苯甲脒。通过对产物进行研究发现，该产物中不仅含有酰胺和反应物，还含有脒。因此，为了提高了脒的产量，作者又利用苯甲酮肟和六甲基磷酰三胺(HMPA)为原料，以多聚磷酸(PPA)为催化剂，制得了N,N,N′-三取代苯甲脒。该法虽然最终提高了脒的产量，但反应温度过高，具有一定的操作危险性。 王新红等[17]以芳香腈为原料，在甲醇钠催化下与甲醇反应后，再以氯化铵进行氨解，得到了对卤苯甲脒盐酸盐。该法反应周期短，不需要使用强腐蚀性的氯化氢气体，但该法仅适用于特定位置含有吸电子基的脂肪腈以及芳香腈。赵越[18]用乙醇钠作催化剂，对氯苯腈作原料，催化氨解后得对氯苯甲脒盐酸盐。乙醇钠作为脒基化反应第一步所用的催化剂，由溶剂乙醇与原料氨基钠反应制得后，再加氯化铵进行胺化反应。该方法提高了原料利用率，降低了工艺成本，工艺更优化易行。

Lange等[19]用N-乙酰半胱氨酸作催化剂，先将N-乙酰半胱氨酸加成到脂肪腈上，形成亚氨基硫脒中间体，然后催化剂从中间体中分离出来，被氨基取代形成了脒。在催化过程中N-乙酰半胱氨酸无毒、无害、稳定性好，可回收利用。但是此方法仅适合用于当含有吸电子基的脂肪族腈、苯环、杂环作底物时，才会有较好的效果。其方程式如下：

杜杰等[20]用甲酸乙酯作催化剂，亚胺基酯为原料合成了N-(2,4-二甲苯基)-N′-甲基甲脒。研究发现，亚胺基酯的胺解过程无催化剂也可进行，但所需的反应时间更长，产率低而不稳。而加了催化剂后反应收率明显提高。通过对加入的不同催化剂进行对比发现，甲酸乙酯的催化效果更好，其大大缩短了反应时间，提高了设备的利用率。

李奎杰等[21]用甲酸作催化剂，通过微波辅助的方法开发了一种新型、高效的脒类合成新方法。该法是在甲酸的催化作用下，芳香胺与原甲酸三甲酯脱水缩合，得到了目标产物。作者通过该法成功合成了3种不同母核结构的脒类化合物，其中苯并咪唑的产率最高，可达95%。此法合成步骤少、后处理简单、收率高，对于复杂脒类化合物的合成具有很好的应用价值。

通过对比可以发现，采用无机催化剂或有机催化剂催化的脒类合成反应都存在各自的优缺点。无机催化剂的使用使反应操作变得较为简单，反应条件大多温和，易于控制，但催化剂在反应过程中容易产生污染环境的物质；有机催化剂虽然减少了对环境的污染，但在催化合成中易与反应物发生反应，生成副产物，造成后处理困难，产物难分离且收率低的问题。因此，对于催化剂的选择，要进行全面考虑，既要达到生成要求，又要符合实际操作、环境安全等

方面的要求。

1.2 缩合法

温俊峰等[22]用多聚磷酸三甲硅酯(PPSE)作缩合剂，使羧酸和胺缩合得到了相应的二苯基甲脒。但是PPSE因为价格昂贵，导致反应的成本较高，同时生成的产物也较复杂，不易分离及后处理。后来有人对该工艺进行了改进，以P2O5为缩合剂，缩合羧酸和胺的盐酸盐制得了相应的脒，产率可达30%～83%。Bas G等[23]在硅的存在下，以氨基酸为原料，进行气相缩合得到二元(a)或三元(b)环脒，此方法是制备环脒的一种较好方法。

三氯氧磷、三氯化磷或氯化亚砜同样可做为合成脒的缩合剂。乌斯曼等[24]总结前人的经验，以磺酰胺与环状亚胺脒为原料，在三氯氧磷的活化作用下，通过一步反应得到了N-磺酰基脒类化合物。在合成N-磺酰基甲脒类化合物时，氯化亚砜的活化作用更好。夏佳美[25]同样以三氯氧磷为缩合剂，先将对氨基苯甲酸乙酯用甲酸进行甲酰化，再将所得的产物与对氨基苯甲酸乙酯在三氯氧磷的作用下进行缩合，得到所需要的脒。该工艺所得产物的收率可稳定在65%～70%，并且甲酰化和缩合反应中产生的滤液在后处理中可以加以回收和利用，因此，该法在较大程度上降低了生产成本，可适用于工业化的生产。其反应方程式如下：

在以N-取代酰胺为原料合成脒的缩合反应中，N-取代和N-二取代有着明显的差别。以N，N-二甲基甲酰胺(DMF)为原料与三氯氧磷在80 ℃下进行氯化，反应形成的盐再与2,4-二甲苯胺反应，得到N-(2,4-二甲苯基)-N′，N′-二甲基甲脒，其产率达85%～95%；而在以N-甲基甲酰胺为原料时，则无法得到相应的脒，主要是因为其分子中，氮上的活泼氢和氯结合生成了脒的盐酸盐。使用三氯氧磷为缩合剂的反应，虽然其收率较高，操作方便，但三氯氧磷具有刺激性的气味，并且遇水容易分解出强腐蚀性的氯化氢气体，会造成环境的污染，不适合大量使用。

2 结束语

脒类化合物作为医药、农药应用上重要的中间体，其合成方法一直是学者们重点关注的对象。虽然经过多年的研究和积累，脒的合成方法有了很大的改进和提升，克服了生产工艺的环境污染以及目标产物的产率低等问题，但其在产物的提纯和后处理等方面还存在一定的瓶颈。近年来，对于脒合成过程中的催化剂和缩合剂的研究报道也是越来越多，但其也依然还有很大的发展空间。