Vilsmeier试剂合成双(2-氯乙基)胺

2011-11-10李柏林曾伟男李金环牛瑞霞

东北石油大学学报 2011年5期

李柏林，曾伟男，李金环，牛瑞霞

( 1. 东北石油大学化学化工学院，黑龙江大庆 163318; 2. 中国石油大庆炼化公司研究院，黑龙江大庆 163411 )

双(2-氯乙基)胺是重要的精细化工中间体，分子中含有强极性的C—Cl键，有较高的化学反应活性，可与多种亲核试剂作用发生取代反应，衍生多种功能化合物[1].如与N,N—二甲基十二烷基叔胺进行季铵化反应，制备Gemini表面活性剂[2]；与三甲胺、环氧氯丙烷，通过季铵化、共聚反应，合成主、侧链都有季氮原子的阳离子聚合物[3-4]；与胺基发生环化反应，制备哌嗪类医药中间体[5-6].

氯代反应不用催化剂，二氯亚矾(DCSO)用量大，产物收率低[7-8].吡啶可以和卤化氢成盐而提高卤离子浓度，提高氯代反应速率.吡啶刺激性强并污染环境，难以实际应用[9].以二乙醇胺(DEA)为原料和DCSO进行置换氯化，因为DEA分子中含有2个羟基，化学空间位阻较大，为提高DEA转化率，须使用活性很强的氯代试剂.笔者以DMF作为催化剂兼溶剂，DMF和DCSO形成Vilsmeier试剂[10]，生成氯代活性更强的氯代烯胺盐中间体，提高DEA的转化率和双(2-氯乙基)胺的收率.

1 实验

1.1 试剂与仪器

1.1.1 试剂

DEA，分析纯，沈阳市东兴试剂厂；DCSO，分析纯，上海同方精细化工有限公司；DMF，分析纯，天津市纵横兴工贸有限公司；乙酸酐，分析纯，宜兴市第二化学试剂厂；吡啶，分析纯，天津市大茂化学试剂厂.氢氧化钠、浓硫酸、乙醇、酚酞为分析纯.

1.1.2 仪器

Bruker ADVANCE Ⅲ 400MHz核磁共振仪；Bruker Tensor27 FT红外分光光度计；上海精科WRS-1B数字熔点仪.

1.2 方法

1.2.1 双(2-氯乙基)胺合成

1.2.1.1 反应机理

取代酰胺DMF和DCSO形成的复合试剂称为Vilsmeier试剂，其实质是DMF和DCSO作用，先生成亚磺酰氯烯胺中间体，再分解脱除SO2，产生氯代烯胺盐.氯代烯胺盐具有活性大、反应迅速、选择性好、结合HCl等优点，特别适宜于醇羟基氯置换反应[11]，其反应：

无DMF时，羟基与DCSO反应首先生成氯代亚硫酸酯和氯化氢，然后氯代亚硫酸酯发生分解并放出SO2.在Vilsmeier试剂中DMF为催化剂时，氯代烯胺盐和羟基发生亲核取代反应，羟基被氯置换，其反应：

1.2.1.2 合成方法

基本反应条件：DMF与DEA质量比为0.15，DCSO和DEA物质的量比为2.6∶1，反应温度为70 ℃，反应时间为3 h.采用控制变量法，改变其中某一因素，研究该影响因素对DEA转化率的影响规律[12].

在250 mL四口瓶中加入88.0 g的DCSO，冰水冷却到5 ℃，滴加4.5 g的DMF[13]，机械搅拌30 min；在温度5 ℃下用恒压滴液漏斗滴加30.0 g的DEA，反应升温明显并有气体生成；DEA滴加完毕，30 ℃下搅拌1 h，加装冷凝管，升温至70 ℃，反应6 h后结束.趁热加入95%乙醇，冷却，隔夜抽滤.产品经真空干燥，得到白色针状晶体46.7 g，双(2-氯乙基)胺收率为91.7%.产品熔点为211.7～213.4 ℃，与文献[14]给出的结果相近.

1.2.2 DEA转化率测定

采用吡啶催化的乙酰化法测定DEA转化率[3].

2 结果与讨论

2.1 DMF与DEA质量比

不同DMF与DEA质量比对DEA转化率的影响曲线见图1.由图1可知，随着DMF与DEA质量比的增大，DEA的转化率先增大后趋于平缓.当DMF与DEA质量比为0.15时，DEA的转化率达到96.1%；再增大DMF与DEA质量比，DEA的转化率增大幅度非常小.DMF和DCSO形成氯化活性很强的氯代烯胺盐，二元氯代反应空间位阻大，DMF用量少时，反应体系中氯代烯胺盐浓度低，氯化能力差，导致DEA的转化率较低.当DMF与DEA质量比大于0.15时，反应体系中的氯代烯胺盐达到一定浓度，加之DMF的助溶作用，有利于氯代反应，DEA的氯化转化率较高[15].

2.2 DSCO与 DEA物质的量比

不同DCSO与DEA物质的量比对DEA转化率的影响曲线见图2.由图2可知，随着DCSO与DEA物质的量比增大，DEA转化率先增大后趋于平缓.当DCSO与DEA物质的量比为2.6时，DEA转化率达到96.1%；再增大DCSO与DEA物质的量比，DEA转化率增大幅度非常小.DCSO与DEA反应的化学计量物质的量比为2.0∶1，增加DCSO用量，有利于反应平衡向产物方向移动，提高DEA转化率.在DMF的作用下，DCSO与DEA物质的量比为2.6时，DEA的氯化转化率已达较高.

图1 DMF与DEA质量比对DEA转化率的影响曲线

图2 DCSO与DEA物质的量比对DEA转化率的影响曲线

2.3 反应温度

不同反应温度对DEA转化率的影响曲线见图3.由图3可知，随着反应温度升高，DEA转化率先增大后减小.当反应温度为70 ℃时，DEA的转化率达到96.1%；再升高反应温度，DEA的转化率下降.反应温度低，氯代烯胺盐形成速度慢，氯代活性低，DEA的转化率低，反应温度高，氯化亚砜受热分解，挥发损失大，导致DEA转化率降低.反应温度为70 ℃时，低于DCSO沸点6 ℃，DEA氯化转化率达到最高.

2.4 反应时间

不同反应时间对DEA转化率的影响曲线见图4.由图4可知，随反应时间延长，DEA转化率先增大后略减小.当反应时间为3 h时，DEA转化率达到96.1%；再延长反应时间，DEA转化率略有下降.延长反应时间，有利于反应中间产物HCl脱除，提高DEA转化率.反应时间为3 h时，DEA的转化率已达到较高，反应已趋于平衡，再延长反应时间，反应体系颜色加深，副反应加剧，不利于DEA的氯化反应.

图3 反应温度对DEA转化率的影响曲线

图4 反应时间对DEA转化率的影响曲线

3 结构表征

3.1 FT-IR解析

双(2-氯乙基)胺IR谱图见图5.由图5可知，1 431 cm-1与1 255 cm-1为—CH2—Cl中C—H面内和面外弯曲振动吸收峰；754 cm-1为—CH2—Cl中C—Cl伸缩振动吸收峰；1 591 cm-1为N—H弯曲振动吸收峰；DEA的1 500～1 350 cm-1O—H弯曲振动的中等强度吸收双峰消失，1 150～1 050 cm-1C—O伸缩振动强吸收峰消失，说明—OH完全被—Cl取代.

3.2 1H-NMR解析

双(2-氯乙基)胺1H-NMR谱图见图6.由图6可知，δ4.12为—CH2—Cl共振吸收峰，δ3.53为—N—CH2—共振吸收峰，δ2.74为—NH—共振吸收峰；—CH2—Cl、—N—CH2—与―NH—共振吸收峰的积分面积比为4∶4∶1，与3个基团质子个数相符；DEA的—OH共振吸收峰消失，受—Cl影响，2个亚甲基的化学位移有所增加，说明—OH完全被—Cl取代.