吗啉-2,5-二酮的合成研究

2011-10-13周得才

天津化工 2011年2期

关键词：二酮酰化吗啉

周得才

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

吗啉-2,5-二酮的合成研究

周得才

（中北大学化工与环境学院，山西太原030051）

以甘氨酸和溴乙酰溴为原料合成了吗啉-2，5-二酮。产物用FTIR谱、1H-NMR谱进行结构表征。通过考察酰化反应中体系pH和环化反应中反应物滴加速度对反应产率的影响，确定了pH为7.5，滴加速度为0.007mol/h为较佳的合成条件。通过对合成工艺的改进，使得反应总产率达到了26%以上。

甘氨酸，溴乙酰溴，吗啉-2,5-二酮

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

试剂：甘氨酸，分析纯，购自上海有机化学研究所，溴乙酰溴为实验室自制，其它所用试剂均为分析纯。

仪器：JXT4型显微熔点仪（温度计未经校正）；EOLJNM2EX 300型核磁共振仪（DMSO-d6为溶剂，TMS为内标）；FT-IR-7600型红外光谱仪(KBr压片)。

1.2 实验

合成路线见图1。

将甘氨酸溶解在1，4-二氧杂环己烷/水（体积比：1:1）的混合物中，然后加入氢氧化钠溶液调节其pH为7，在强烈搅拌下，于-5～0℃下将含有溴乙酰溴的1，4-二氧六环溶液和氢氧化钠溶液缓慢加入到上面的混合物中，滴加完毕后继续反应5min，加入浓盐酸调节pH为2。将所得溶液用乙醚萃取2次，再用饱和NaCl溶液洗涤3次，用无水MgSO4干燥，真空出去溶剂得到黄油状物质，再用石油醚重结晶，即为N-溴乙酰氨基乙酸产品。将其溶解于适量的DMF中，滴加TEA，100℃下反应数小时，减压蒸馏除去溶剂，得到白色晶体。热的乙酸乙酯进行溶解，重结晶后，冷水洗涤两次，真空干燥12 h，得到纯产品，测熔点为99～101℃（文献[5]中为100℃）。

1.3 产物的表征

1.3.1FT-IR谱分析

3190 cm-1为缔合态的N-H伸缩振动吸收峰；3073 cm-1为NH面内弯曲吸收峰；2989 cm-1是C—H键的对称和不对称伸缩振动吸收峰；1755 cm-1为酯键中伸缩振动吸收峰；1695 cm-1为伸缩振动（酰胺I带）吸收峰；1490 cm-1是N—H面内弯曲振动（酰胺II带）吸收峰。

1.3.21H-NMR谱分析

2 结果与讨论

2.1 酰化反应

在溴乙酰化反应中，由于溴乙酰溴极易吸水，因此必须保证量取溴乙酰溴的容器和反应氛围干燥。同时增加溴乙酰溴的投料比（n溴乙酰溴:n甘氨酸=1.2:1）；所使用的二氧六环要经分子筛吸水干燥处理，尽量减少溴乙酰溴的损失。

酰化反应过程中体系的pH对N-溴乙酰氨基乙酸产率的影响较大（如图4所示）。当pH低于7时，产率较低，这是因为产生的溴化氢没有及时的被NaOH溶液中和，而与反应物生成铵盐，大大降低了其亲核活性，使反应难以继续进行。pH=7时，由于扩散，NaOH未能及时充分的与生成的溴化氢充分反应，仍有部分反应物生成铵盐。pH大于8时，体系碱性变大，副反应增多，导致产率降低。而当pH在7～8范围内时，碱性适中，NaOH能够及时充分的中和反应中产生的溴化氢，实现反应的顺利进行。因此，应控制溴乙酰溴和氢氧化钠溶液的滴加速度，保证反应体系的pH为7.5左右。

2.2 环化反应

在环化反应过程中同时还存在分子间的缩合反应，为尽量避免发生分子间缩合反应，采用将含有反应物的DMF溶液缓慢滴加到纯的DMF中以使体系中保持较低的反应物浓度。实验将配制好的一定浓度的N-溴乙酰氨基乙酸的DMF溶液滴加到150mL纯的DMF中，以考察滴加速度对反应产率的影响（如图5所示）。

图4 体系pH值对酰化反应产率的影响

图5 滴加速度对环化反应产率的影响

由图5可以看出，在滴加速度为0.005mol/h和0.007mol/h时产率较大，其后随着滴加速度的增加，产率降低较为明显。当滴加速度过慢（大于0.005 mol/h）时，反应时间太长，导致副反应增加，产率有所降低。综合考虑，选择0.007mol/h为较佳的滴加速度。

在该反应中，实验选择三乙胺为碱性中和剂，与DMF能够很好互溶，反应环境为均相体系，三乙胺能够及时中和产物HBr，从而使整个反应顺利进行，使产率提高。

3 结论

以甘氨酸、溴乙酰溴为起始原料合成吗啉-2，5-二酮；通过分别考察酰化反应过程中反应中体系pH对酰化产率的影响，以及在环化过程中反应物的滴加速度对环化产率的影响，确定了较佳的合成条件，使得酰化产率达到40%以上，环化产率达到65%以上。

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Synthesis of morpHoline-2,5-dione

ZHOU De-cai
（School of Chemical Engineering and Environment,North university of China,Taiyuan Shanxi 030051,China）

In this paper,morpHoline-2,5-dione was synthesized from glycine and bromoacetyl bromide.The structure of the final product was characterized by FT-IR,1H-NMR analysis methods.Through researching in the influence of pH value of the system in acylation and the reactant dropping rate in cyclization on reaction yield.the better synthesis conditions are determined that pH value is 8 and the reactant dropping rate is 0.007 mol/h.the optimized procedure that results in the totalyield of the reaction with 33% or more.

glycine;bromoacetyl bromide;morpHoline-2,5-dione

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.008

TQ254.19

1008-1267（2011）02-0019-03

将氨基酸链段引入聚乳酸，可以对聚乳酸进行改性，由此制备的共聚物将兼具两类聚合物的优良性能[1]。吗啉-2，5-二酮及其衍生物与丙交酯开环共聚是合成高相对分子质量聚（乳酸-氨基酸）共聚物的重要方法之一。其关键步骤是合成与丙交酯进行共聚的单体-吗啉-2，5-二酮及衍生物[2]。吗啉-2，5-二酮及其衍生物通常可以看作是α-羟基酸和α-氨基酸的环状二聚体。它的结构中含有一个酯键和一个酰胺键，是最简单的环状多肽[3]。1983年，Shakaby SW和KoelmelD F[4]发表了吗啉-2，5-二酮合成的专利，通过直接加热N-氯乙酰氨基乙酸钠，收集升华的环合物吗啉-2，5-二酮，收率仅5%。1994年，in’tVeld PJA和沈正荣等[5]在此基础上改进了合成工艺，先将N-氯乙酰氨基乙酸钠吸附在硅藻土上，加入一定量的三氧化二锑作为解聚剂，再加热，收集升华的吗啉-2，5-二酮，收率提高到16%；1995年，Denise A等[6]以L-赖氨酸为原料合成了带有氨基活性基团的吗啉-2，5-二酮衍生物，酰基化和环化两步的总收率为31%；1997年，王东，冯新德[7]以天冬氨酸为原料合成了带有羧基活性基团的吗啉-2，5-二酮衍生物，其中酰基化和环化两步的总收率仅为11%；2000年邓先模等[8]以γ-苄基-L-谷氨酸和溴乙酰氯为原料合成出同样带有羧基活性基团的吗啉-2，5-二酮衍生物，两步总收率为31.8%。2008年严琼姣，殷义霞等[9]用N′-苄氧羰基-L-赖氨酸与溴乙酰溴发生酰化反应，再经环化得到带有氨基活性基团的吗啉-2，5-二酮衍生物，产率42%。姚军燕等[10]以赖氨酸为原料通过类似的方法使吗啉-2，5-二酮衍生物的产率提高到了48%。如上所述，近年来，有关吗啉-2，5-二酮各类衍生物的合成研究报道较多，合成方法相对成熟，产率也有了较大提高，而对于吗啉-2，5-二酮的合成研究却较少，因此，实验以甘氨酸和溴乙酰溴为原料对吗啉-2，5-二酮的合成方法进行研究。