催化剂DMAP合成技术的改进doc

1、科研实践训练项目论文催化剂DMAP合成技术的改进辽宁师范大学化学化工学院04级4班 李元东 指导教师 张成路2007年10月8日2007年11月16日催化剂DMAP合成技术的改进李元东指导教师：张成路(辽宁师范大学化学化工学院，辽宁大连116029)摘要：高效酰化催化剂4-二甲氨基吡啶具有多种合成方法，本文针对其中一种合成方法在试剂的加入方式和仪器装置作了相应的改进，使反应操作更具有连续性，更为简单，目标产物的产率也取得了满意的结果。关键词： 催化剂、合成、4-二甲氨基吡啶（DMAP）The Improvement of Synthetic Techniques of Catalyst DMA

2、PLI Yuan-dong, (School of Chemistry and Chemical Engineering, Liaoning Normal Univ., Dalian 116029, China)Abstract: There are many synthetic methods of the catalyst 4-dimethylaminyl pyridine. The addition of the reagent and the experiment equipment were changed in this paper. As a result, the operat

3、ion became more continuous and simple and the yield of the product was satisfactory.Key words: catalyst; synthesis; DMAPCLC number: O622.4 Document code: A1 引 言 吡啶及吡啶的衍生物是化工部“九五”期间重点开发的课题。近年来，4-二甲基吡啶(DMAP)在国外已广泛用于医药、农药、染料等多个行业。DMAP是一种新型高效的亲核反应的催化剂，它是一种浅黄色或近无色的晶体，熔点112-113，（乙酸乙酯重结晶），易溶于甲醇，乙酸乙酯，氯仿，二氯甲

4、烷，1，2-二氯乙烷，微溶于冷的乙烷和水1。DMAP被称为酰化反应的“超级催化剂”2主要有以下优点：1. 用量少，催化1 mol反应物，一般需要0.05-0.2 mol；2. 反应条件温和，容易控制，很多反应在室温下就可以进行；3. 反应时间短，使用吡啶作为酰化反应的催化剂需要数小时，而使用DMAP只需要几分钟；4. 溶剂范围广，如乙烷，苯，甲苯，二氯甲烷等；5. 对于空间位阻大、活性低的醇类酰化，效果尤为显著，能使一般条件下难以进行的反应得以顺利完成，收率可达80%-90%。DMAP的催化机理3在于吡啶环上的二甲氨基的两个甲基的斥电子效应，强烈的增加了吡啶环中氮原子的电子云密度，使4-DMA

5、P的偶极距由吡啶的2.33D增加到4.40D，亲核性明显增强，即使在非极性溶剂中，4- DMAP与酰化试剂也形成高浓度的N-酰基-4-二甲氨基吡啶盐。该盐分子中心电荷分散，使其形成一个连接不紧密的离子对，在酸碱催化下，与酚、醇、酸酐（以YH代表）反应时，有利于Y-向活化的酰基进行亲核性进攻。除了可以催化酰化反应之外，DMAP还广泛应用于酯化反应4，胺化反应，异氰酸酯的反应5和酚的醚化反应6等。DMAP以其优良的催化性能，必将会成为有机工作者常用的催化剂之一，对它的合成研究，也必将成为广大合成工作者的重点研究的对象。2 实验部分2.1 实验原理及方法设计DMAP的合成方法有很多种7，如双吡啶盐法

6、、4-氯吡啶法、4-吡啶磺酸法等，本文采用以双吡啶盐酸盐为中间产物，合成DMAP的方法8，这种方法是先将吡啶和氯化亚砜在乙酸乙酯为溶剂的条件下反应，产生双吡啶盐酸盐，产物与二甲胺盐酸盐反应得到DMAP ，这种方法的特点是中间产物双吡啶盐酸盐不需要精制和纯化即可使用，在避免原料浪费的同时，也做到了最大限度的节约能源，减少了污染。此方法的缺点是反应的产率相对较低，其合成方法还有待改进。2.2 试剂吡啶，氯化亚砜，二甲胺盐酸盐，乙酸乙酯，二氯甲烷，活性碳，40% 氢氧化钠水溶液2.3 仪器三颈烧瓶，温度计，球形冷凝管，直形冷凝管，集热式恒温磁力搅拌器，布式漏斗，抽滤瓶，旋转蒸发仪，恒压滴液漏斗，机械

7、搅拌器2.4 双吡啶盐酸盐的合成 在装有电动搅拌器、球形冷凝管、温度计的三口烧瓶中，先后加入30 mL乙酸乙酯，20 mL吡啶（19.6 g,， 0.24 mol）15ml氯化亚砜（24.8 g，0.2mol），油浴加热，连续搅拌回流5 h，蒸除溶剂，未反应的SOCl2及其馏分残渣为双吡啶盐酸盐，约33.5g，产物无需精制，即可进行下一步反应。2.5 DMAP的制备在上反应的残渣中，加入干燥的二甲胺盐酸盐（10 g，0.12 mol），立即升温，在165-170下连续反应4 h，反应完毕后，待反应物冷却到80左右时，分批加入40%氢氧化钠水溶液，将pH 值调到14。蒸除吡啶和水的共沸物约30m

8、L后，加CH2Cl2 40 mL，利用共沸物除去余下的水分。最后蒸除残余的CH2Cl2。残渣中加乙酸乙酯50 mL，活性碳5 g，加热回流片刻，趁热过滤。滤渣用50 mL乙酸乙酯洗涤三次，合并滤液，浓缩，得到黄色的DMAP粗品7.5 g（m.p.106-108）。乙酸乙酯重结晶，一次得白色的DMAP 6 g，熔点110.5-111。所得产品熔点测定结果与文献相符。2.6 实验结果与讨论2.6.1对SOCl2加入方式和搅拌方法的研究作者分别尝试了两种SOCl2的加入方式，即一次性全部加入反应体系和以滴秒的速度滴加入反应体系。结果发现，将SOCl2全部加入反应中时，体系内物质颜色立刻变成深黑色，并

9、伴有刺激性气体生成，最终产物DMAP的产量是5.80 g；而在滴加SOCl2时体系内反应比较平稳，颜色由无色逐渐变成黄色、深棕色到深黑色，同时也同样伴有刺激性气味的气体生成，得到产物的产量是6.02 g。试剂加入方式的改变，增加了产品的产率。作者同样尝试了两种不同的搅拌方式，即使用磁子搅拌和机械搅拌，结果发现：使用磁子搅拌所得的产物80左右为黑色粘稠状固体，为产物的脱色分离制造了很大的困难。而使用机械搅拌所得到的产物在同样条件下为黑色均相溶液，证明产物没有包夹在杂质中，使分离产物的难度大大降低。2.6.2对反应装置的改进由上述实验过程可以看出，产品合成操作比较复杂，实验装置必须频繁更换。根据本

10、合成的操作特点，作者自行设计了一套简易多功能的反应装置，以达到简化多步反应的要求，如图1所示。图1 多功能反应装置利用改进的仪器装置进行实验，操作过程更为简便：（1）实验开始，将吡啶和乙酸乙酯加入到三口烧瓶中，将SOCl2放入恒压滴液漏斗中，通冷凝水，打开机械搅拌开关，打开恒压滴液漏斗的活塞，以秒滴的速度滴入SOCl2，约80 min滴完。控制反应温度，使体系在试剂滴加过程中逐渐升温，滴加完毕时温度恰好达到 80。回流反应小时。然后关闭恒压滴液漏斗的活塞，接收蒸除的溶剂并转移；（2）无需改变装置，在温度计口处加入二甲胺盐酸盐，立即升温至165-170，搅拌反应小时。待其冷却到80时，从冷凝管上

11、口加入氢氧化钠溶液，经恒压漏斗滴加调节反应体系酸碱度至pH = 14；（3）关闭恒压滴液漏斗的活塞，蒸发吡啶和水的混合物至恒压漏斗中；（4）从温度计口加入1, 2-二氯乙烷，加热搅拌下，蒸除其和水的共沸物至恒压漏斗中并转移（5）从冷凝管上口加入乙酸乙酯和活性炭，加热回流脱色即完成反应体系内的操作过程。最后经热过滤得到粗产品，粗产品重结晶即得到纯品。实验过程中仅使用一套实验装置就完成了整个实验过程，在简化了实验操作的同时不影响产物DMAP的产量。3 结论：经熔点和红外谱图和相关反应的测试，可以鉴定本实验合成的最终产物确实是所需的DMAP，并且通过对仪器和试剂加入方式改进前后的产率作了相应的比较，

12、证明改进后的结果产率较高，取得了令人满意的结果。 参考文献（Reference ）: 1 郭玉凤，李景印，李淑芳，等。4-二甲氨基吡啶的催化作用J。化学试剂，2001，23(6)：338-339。2 李报庆。高效酰化催化剂4-二甲氨基吡啶的合成研究J.化学世界，1992，8：344-347。3 陈耀，杨义雄，高效酰化催化剂4-DMAP 海峡药学 2001 13（1） 101-1024 Zceyler F. E, Berger G. D. A mild method for the esterification of facty acidsJ. Synth. Common., 1979, 9 (6): 539.5 Koninklijle N.b-(Arylaceranido) penicillanic acids and N-phen-ylphenylactamide P. DE 2155152, 1972.6 Krzysztof W Pankiewiez, Jacek Rrzeminski , et al. Synthesis of 2-fluoro-and 3-fluoro-