2,2-二异丙基丙腈的合成

王 凯，刘玉华，万 幸，张秀兰，张 珩，万春杰

(1.武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室，湖北 武汉430074; 2.武汉工程大学国际学院，湖北 武汉 430074 )

0 引 言

2,2-二异丙基丙腈(I)是新型凉味剂 N, 2, 3-三甲基-2-(1-甲基乙基)丁酰胺或N, 2, 3-三甲基-2-异丙基丁酰胺(WS-23)的关键中间体[1],广泛用于食品、饮料、糖果、化妆品、烟制品、医药等.

2,2-二异丙基丙腈的制备主要有两种方法.方法一：Arseniyadis等[2]采用二异丙基胺基锂/THF的体系，将溴甲烷和2, 2-二异丙基乙腈缩合，合成2, 2-二异丙基丙腈；此外，在氨基钠/液氨的条件下，碘甲烷与2, 2-二异丙基乙腈缩合，制备2, 2-二异丙基丙腈(如图1).针对两条路线以及工艺条件而言，2, 2-二异丙基乙腈既无来源供给，且制备方法复杂.而溴甲烷为气体，工业化操作相对麻烦，反应需要使用压力设备，无疑增加设备成本投入.同时，碘甲烷价格较贵，使得反应成本增加.此外，采用的二异丙基胺基锂价格昂贵，且要求反应体系无水，导致工业化操作难度增加.而氨基钠/液氨的反应体系，操作温度低，从而对于冷却装置要求相对较高.

图1 2, 2-二异丙基丙腈的制备方法(一)Fig.1 Synthetic route of 2, 2-diisopropylpropionitrile (I)

方法二：李家玉等[3]采用丙腈为原料，在氨基钠/液氨的体系中与2-溴丙烷直接缩合得到2,2-二异丙基丙腈，反应时间为30 h.该路线优点在于原料易得，反应过程简单.但是氨基钠/液氨的反应体系属于超低温条件，且由于时间长而导致生产周期过长，劳动生产率较低，不利于工业操作过程.

图2 2, 2-二异丙基丙腈的制备方法(二)Fig.2 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (II)

针对前人路线的优缺点，结合反应机理和文献方法[3]，利用磺酸酯替代溴代物作为亲电试剂参与反应，设计并实施了一条2, 2-二异丙基丙腈的合成新路线，如图3所示.

图3 2, 2-二异丙基丙腈的合成新路线Fig.3 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (III)

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

美国Agilent公司7890A/5975C气-质联用仪(GC-MS)；四氢呋喃(THF)采用Na干燥，二本甲酮作为指示剂；其它试剂为分析纯.

1.2 合 成

在NaNH2/THF体系下，以丙腈为起始原料，与异丙基甲磺酸酯发生缩合反应，合成得到2, 2-二异丙基丙腈，总收率81.3%.

1.2.1 异丙基磺酸酯(2)的制备[4-5]将甲磺酰氯11.5 g(0.1 mol)溶解于50 mL吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0 g(0.1 mol)，加毕，维持搅拌2 h，减压至干，残余物溶于40 mL乙酸乙酯，依次用质量分数为1%碳酸氢钠水溶液、饱和盐水洗涤酯层，分液，无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到无色液体，即甲磺酸异丙酯粗品13.0 g，收率94.2%.未经纯化，直接进行下一步反应.

1.2.2 2, 2-二异丙基丙腈(1)的合成 冰浴下，丙腈5.5 g(0.1 mol)溶于30 mL THF中，加入氨基钠8.6 g(0.22 mol)混合2 h.搅拌下，滴入13.0 g甲磺酸异丙酯粗品的10 mL THF溶液，滴加30 min后，反应温度维持在20 ℃.反应8 h后，过滤，滤饼用THF洗涤，合并有机层.浓缩至干，残余物减压蒸馏，收集74～76 ℃(0.266 kPa)的馏分，得到无色液体，即2, 2-二异丙基丙腈12.0 g，收率86.3%.GC-MS(m/z)：140[M+H]+，97，82，质量分数98%.

2 结果与讨论

在异丙基磺酸酯的制备中，除了甲磺酰氯以外，采用了苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯和三氟甲磺酰氯作为磺酸酯的反应原料，收率分别为86.5%、91.2%和95.8%.但是由于来源有限、价格相对较贵或由于中间体的改变，而导致最终产物制备收率较低的原因，而未采用.

在2, 2-二异丙基丙腈的制备中，考察了不同碱体系对于反应收率的影响.结果显示：氢化钙/甲苯、乙醇钠/乙醇、氨基钠/THF也都能较好满足反应本身的需求，但是对于最终产品的质量而言，氨基钠/THF体系能更好符合产品质量的要求.

与溴代物一样，磺酸酯是亲电试剂，也是较好的解离基团.而异丙基甲磺酸酯的沸点也较高，它的使用能有效提高反应温度，增强反应活性，从而缩短反应周期，因此，本路线中的采用的工艺条件为反应温度20 ℃，反应时间8 h，有效地克服溴代丙烷的沸点偏低而给反应带来的诸多不利因素.

此外，对于反应过程也进行了相应的工艺控制.在NaNH2/THF体系中，呈现固-液非均相.因此，将NaNH2碾磨成粉末，同时，采用高速搅拌的措施，来提高反应转化率.

3 结 语

本研究设计并实施了一条2, 2-二异丙基丙腈的新路线.针对原有制备过程中存在的不利因素，本发明的目的选用廉价易得、安全低毒的原料，改进反应条件，降低了生产成本，简化操作过程，提高产品质量，更有利于工业化生产，具有潜在的工业化价值[7].

参考文献：

[1] Lebedev M Y, Erman M B. Lower primary alkanols and their esters in a Ritter-type reaction with nitriles. An efficient method for obtaining N-primary-alkyl amides [J]. Tetrahedron Letters, 2002, 43: 1397-1399.

[2] Arseniyadis S, Kyler K S, Watt D S. Addition and substitution reactions of nitrile-stabilized carbanions [J]. Organic Reactions, 1984,31:1-92.

[3] 李家玉, 张弛. 新型凉味剂N, 2, 3-三甲基-2-异丙基丁酰胺(WS-23)的合成[J]. 香料香精化妆品, 2007(6): 17-18.

[4] Granander J, Scott R, Hilmersson G. Asymmetric addition of n-butyllithium to aldehydes: new insights into the reactivity and enantioselectivity of the chiral amino ether accelerated reaction [J]. Tetrahedron, 2002, 58: 4717-4725.

[5] Kazemi F, Massah A R, Javaherian M. Chemoselective and scalable preparation of alkyl tosylates under solvent-free conditions [J]. Tetrahedron, 2007, 63: 5083-5087.

[6] Newmant M S, Ftjkuna T, Miwa T. Alkylation of nitriles: ketenimine formation [J]. J Am Chem Soc, 1960, 82: 873-875.

[7] 王凯, 黄婷, 张天畅, 等. 2,5-二氨基-4,6-二羟基嘧啶盐酸盐的合成[J]. 武汉工程大学学报, 2011, 33 (5): 22-24.