一步法合成N，N-二甲基羟基乙酰胺

黄金宁，许孝良

（浙江工业大学 工业催化研究所 绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江 杭州 310014）

一步法合成N，N-二甲基羟基乙酰胺

黄金宁，许孝良

（浙江工业大学 工业催化研究所 绿色化学合成技术国家重点实验室培育基地，浙江 杭州 310014）

以乙醇酸和二甲胺为原料，固体金属氧化物为催化剂，采用一步法合成N，N-二甲基羟基乙酰胺。考察了催化剂种类、原料配比、反应温度、反应压力、反应时间、催化剂用量对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响。实验结果表明，在12种催化剂中，MoO3和ZnO催化剂具有良好的催化性能；以MoO3为催化剂时，N，N-二甲基羟基乙酰胺适宜的合成条件为：甲醇为溶剂、n（二甲胺）∶n（乙醇酸）=5.0、n（催化剂）∶n（乙醇酸）=2%、乙醇酸 0.2 mol、甲醇200 mL、150 ℃、2.4 MPa、5 h。在此条件下，N，N-二甲基羟基乙酰胺的收率达到77.0%。1H NMR表征结果显示，合成的产物为N，N-二甲基羟基乙酰胺，气相色谱分析表明其纯度高达99.9%。

乙醇酸；二甲胺；N，N-二甲基羟基乙酰胺；氧化钼催化剂；氧化锌催化剂

N，N-二甲基羟基乙酰胺是一种有机溶剂，具有低毒、低挥发性的优良性能，在半导体及液晶显示器工业中具有广泛的应用前景［1］。

目前，N，N-二甲基羟基乙酰胺的合成主要停留在实验室阶段，主要方法有：1）苄氧基乙酸与二甲胺反应，或苄氧基乙酰氯与二甲胺盐酸盐反应得到对应的酰胺，再经Pd催化加氢还原制得目标产物［2-3］。2）乙醇酸乙酯的羟基用叔丁基二甲基硅烷保护，与二甲胺反应制得相应的酰胺，再去保护得到N，N-二甲基羟基乙酰胺［4］。3）乙醇酸自聚得到乙交酯，再与二甲胺反应得到目标产物［5］。前两类方法原料昂贵且不易得到，反应步骤复杂，收率低；第三类方法反应复杂，耗时较长，且收率低，产品带有颜色，严重影响了产物的品质。

针对目前N，N-二甲基羟基乙酰胺合成中存在的问题，在参考相关文献［6-19］的基础上，本课题组提出了用乙醇酸与二甲胺在高压釜式反应器内一步法直接合成N，N-二甲基羟基乙酰胺。

本工作以乙醇酸和二甲胺为原料，固体金属氧化物为催化剂，进行一步法合成N，N-二甲基羟基乙酰胺的实验，考察了催化剂种类、原料配比、反应温度、反应压力、反应时间和催化剂用量对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响。

1 实验部分

1.1 试剂

MgO，ZnO，Bi2O3，SnO，SnO2，TiO2，SiO2（轻质）：AR，阿拉丁试剂（上海）有限公司；CeO2（纯度99.9%）、WO3（纯度99.8%）、La2O3（纯度99.99%）、乙醇酸（纯度98%）、钼酸铵（纯度99%）、酸性Al2O3（规格100～200目）：阿拉丁试剂（上海）有限公司；二甲胺气体：浙江江山化工股份有限公司；无水乙醇：AR，安徽安特食品股份有限公司；无水甲醇：AR，杭州化学试剂有限公司。

MoO3采用钼酸铵在500 ℃下灼烧5 h制备，粒径（D90）为10.5 μm。

1.2 实验方法

乙醇酸与二甲胺一步反应合成N，N-二甲基羟基乙酰胺的反应式如下。

合成N，N-二甲基羟基乙酰胺的实验方法包括合成和后处理两部分。将0.2 mol乙醇酸溶于150 mL 0 ℃的甲醇中，将一定量的二甲胺气体溶于50 mL 0 ℃的甲醇中，再把两种溶液加入到容积为0.5 L的高压釜式反应器中，加入一定量的金属氧化物催化剂，用N2充压至1.4～3.4 MPa，开启搅拌，在130～160 ℃的条件下反应3～9 h。

反应结束后，待釜内温度降至室温，泄压排出反应物溶液。将反应物溶液经水泵减压蒸馏除去甲醇及溶解的二甲胺，再向产物中加入5 mL乙醇，用旋转蒸发仪减压蒸出乙醇和反应中生成的水，最后所得的高沸点液体用油泵减压蒸馏，得到白色固体，即为N，N-二甲基羟基乙酰胺。

固定上述步骤中的其他条件不变，分别调整催化剂种类、原料配比、反应温度、反应压力、反应时间和催化剂用量，考察反应条件对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响。

1.3 分析方法

采用Bruker 公司 AVANCE Ⅲ 500MHz型核磁共振仪表征产物的结构（四甲基硅烷为内标，氘代氯仿为溶剂）。采用岛津公司GC2014型气相色谱仪进行纯度分析，分析条件为：HP-5柱，FID检测，检测器温度300 ℃；柱温80 ℃保持3 min，以10 ℃/ min的速率程序升温至250 ℃，保持3 min。

2 结果与讨论

2.1 产物的表征

产物的1H NMR表征结果：化学位移δ=2.82（s，3H），δ=2.94（s，3H），δ=3.84（s，1H），δ=4.07（s，2H），表明此产物为N，N-二甲基羟基乙酰胺。气相色谱检测显示，产物的纯度达99.9%。

2.2 催化剂种类对产物收率的影响

催化剂种类对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见表1。

表1 催化剂种类对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Table 1 Effects of different catalysts on the yield of N，N-dimethylglycolic amide

由表1可见，1号实验为不使用催化剂的结果，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率仅为23.6%； 2～5号实验为低原料配比时，分别以SiO2，SnO2，Al2O3，MoO3为催化剂的结果，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率比不使用催化剂时显著提高，其中MoO3催化剂的收率最高（为60.3%）；6～14号实验为高原料配比时，分别以MoO3，La2O3，MgO，WO3，Bi2O3，TiO2，SnO，CeO2，ZnO为催化剂的结果，其中MoO3和ZnO催化剂可使N，N-二甲基羟基乙酰胺收率分别达到73.8%和71.5%。

以上实验结果表明，在12种氧化物催化剂中MoO3和ZnO具有较好的催化性能。

2.3 反应条件对产物收率的影响

2.3.1 原料配比的影响

n（二甲胺）∶n（乙醇酸）对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见图1。由图1可看出，当n（二甲胺）∶n（乙醇酸） 从1.2增至5.0时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率大幅增加，说明提高二甲胺用量可促进反应向正方向移动；继续提高原料的配比，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的增幅趋缓。由此可看出，选择n（二甲胺）∶n（乙醇酸） =5.0较适宜，此时N，N-二甲基羟基乙酰胺的收率为77.0%。

图1 原料配比对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Fig.1 Effect of n(dimethylamine)∶n(glycolic acid) on the yield of N，N-dimethylglycolic amide.Reaction conditions：glycolic acid 0.2 mol，MoO3catalyst 0.006 mol，methanol 200 mL，150 ℃，2.4 MPa，5 h.

2.3.2 反应温度的影响

反应温度对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见图2。由图2可看出，随温度的升高，N，N-二甲基羟基乙酰胺的收率显著增加；当反应温度为150 ℃时，产物收率为77.0%；由于乙醇酸在高温下可能会发生自聚反应，故温度继续升高，乙醇酸自聚等副反应会导致收率下降。因此，适宜的反应温度为150 ℃。

2.3.3 反应压力的影响

反应压力对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见图3。由图3可看出，当反应压力从1.4 MPa 提高到3.4 MPa时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率先增加后降低；当反应压力为2.4 MPa时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率最大。因此，适宜的反应压力为2.4 MPa。

图2 反应温度对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Fig.2 Effect of reaction temperature on the yield of N，N-dimethylglycolic amide.Reaction conditions：glycolic acid 0.2 mol，dimethylamine 1.0 mol，MoO3catalyst 0.006 mol，methanol 200 mL，2.4 MPa，5 h.

图3 反应压力对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Fig.3 Effect of reaction pressure on the yield of N，N-dimethylglycolic amide.Reaction conditions：glycolic acid 0.2 mol，dimethylamine 0.8 mol，MoO3catalyst 0.006 mol，methanol 200 mL，150 ℃，5 h.

2.3.4 反应时间的影响

反应时间对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见图4。由图4可看出，使用MoO3或ZnO催化剂时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率均随反应时间的延长先增大后降低；使用MoO3催化剂时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的变化较小，当反应时间为5 h时收率最大可达到77.0%；使用ZnO催化剂时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率变化较大，当反应时间为7 h时，收率最大可达到74.1%；当N，N-二甲基羟基乙酰胺收率达到最大后再延长反应时间，收率快速降低，这可能是因为生成的N，N-二甲基羟基乙酰胺与二甲胺反应生成了羟基的氨解产物，导致收率降低。由图4还可看出，MoO3催化剂比ZnO催化剂具有更好的催化性能，最佳反应时间为5 h。

图4 反应时间对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Fig.4 Effect of reaction time on the yield of N，N-dimethylglycolic amide.Reaction conditions：glycolic acid 0.2 mol，dimethylamine 1.0 mol，catalyst 0.006 mol，methanol 200 mL，150 ℃，2.4 MPa.

2.3.5 催化剂用量的影响

n（MoO3）∶n（乙醇酸）对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响见图5。由图5可看出，n（MoO3）∶n（乙醇酸）=2%或3%时，N，N-二甲基羟基乙酰胺收率均可达到77.0%。综合考虑，选择n（MoO3）∶n（乙醇酸）=2%较适宜。

图5 n（MoO3）∶n（乙醇酸）对N，N-二甲基羟基乙酰胺收率的影响Fig.5 Effect of n(MoO3)∶n(glycolic acid) on the yield of N，N-dimethylglycolic amide.Reaction conditions：glycolic acid 0.2 mol，dimethylamine 1.0 mol，methanol 200 mL，150 ℃，2.4 MPa，5 h.

3 结论

1）以乙醇酸和二甲胺为原料，固体金属氧化物为催化剂，甲醇为溶剂，N2加压一步法可以合成N，N-二甲基羟基乙酰胺。合成工艺路线简单，原料廉价易得。

2）在SiO2，SnO2，Al2O3，MoO3，La2O3，MgO，WO3，Bi2O3，TiO2，SnO，CeO2，ZnO等12种催化剂中，MoO3和ZnO催化剂具有较好的催化性能。

3）合成N，N-二甲基羟基乙酰胺适宜的反应条件为：MoO3为催化剂，n（二甲胺）∶n（乙醇酸）=5.0，n（催化剂）∶n（乙醇酸）=2%，乙醇酸0.2 mol，甲醇200 mL，150 ℃，2.4 MPa，5 h。在此条件下，N，N-二甲基羟基乙酰胺的收率可达到77.0%，纯度高达99.9%。

［1］ Samsung Fine Chemicals Co.，Ltd. Preparing Dialkyl Lactamides：WO，2012067470 A2［P］. 2012-05-30.

［2］ Assignee Xenoport，Inc. Preparation of Simple Pantoic Acid Ester Neopentyl Sulfonyl Ester Cyclization Release Prodrugs of Acamprosate for Enhancing Its Oral Bioavailability，their Compositions and Methods of Use：WO，2009033069 A1［P］. 2012-05-12.

［3］ Haberman J M，Gin D Y. Dehydrative Sialylation with C2-Hemi-Ketal Sialyl Donors［J］. Org Lett，2003，5（14）：2539 - 2541.

［4］ Vo C T，Mitchell T A，Bode J W. Expanded Substrate Scope and Improved Reactivity of Ether-Forming Cross-Coupling Reactions of Organotrifluoroborates and Acetals［J］. J Am Chem Soc，2011，133（35）：14082 - 14089.

［5］ Von B A，Rudolf S，Joachin S. Darstellung und Eigenschaften von Glykolid［J］. J Prakt Chem，1962，18（4）：141 - 149.

［6］ Assignee LG Chem，Ltd. Method for Preparing Alkyl Lactate and Method for Preparing Lactamide by Using Same：WO，2011145867 A2［P］. 2011-05-17.

［7］ BASF S E. Method for Producing Lactic Acid Dialkylamide Using Ionic Liquids：WO，2010108817 A1［P］. 2010-09-30.

［8］ Clariant International Ltd. Continuous Procedure for the Production of Hydroxycarboxylic Acid Amides：WO，2009121489 A1［P］. 2009-10-08.

［9］ Shanghai Jingwei Chemical Co.，Ltd. Preparation of N，NDimethylacetamide：CN，1884255 A［P］. 2006-12-27.

［10］ Chidambaram R，Zhu J，Penmetsa K，et al. Reaction of Electron-Deficient N-Sulfinylanilines with Chiral α-Hydroxy Acids：A New Process for the Synthesis of Enantiomerically Pure α-Hydroxy Amides［J］. Tetrahedron Lett，2000，41（32）：6017 - 6020.

［11］ Shin Jai Moo，Kim Yong Hae. New Facile Synthesis of α-Hydroxy Amides：Intermolecular and Intramolecular Catalysis in the Reaction of α-Hydroxy Carboxylic Acids with N-Sulfinylamines［J］. Tetrahedron Lett，1986，27（17）：1921 - 1924.

［12］ Ishihara K，Ohara S，Yamamoto H. 3，4，5-Trifluorobenzeneboronic Acid as an Extremely Active Amidation Catalyst［J］. J Org Chem，1996，61（13）：4196 - 4197.

［13］ Katritzky A R，Singh S K，Cai C，et al. Direct Synthesis of Esters and Amides from Unprotected Hydroxyaromatic and Aliphatic Carboxylic Acids［J］. J Org Chem，2006，71（9）：3364 - 3374.

［14］ Assignee Rhodia Operations. Ether-Amide Compounds and Uses Thereof：WO，2011048314 A1［P］. 2011-04-28.

［15］ Ratchford W P，Fisher C H. Preparation of N，N-Dimethylacrylamide by Pyrolysis of N，N-Dimethyl-α-Acetoxypropionamide［J］. J Am Chem Soc，1947，69（8）：1911 - 1914.

［16］ Anderson K R，Atkinson S L G，Fujiwara T，et al. Routes for the Synthesis of (2S)-2-Methyltetrahydropyran-4-One from Simple Optically Pure Building Blocks［J］. Org Process Res Dev，2010，14（1）：58 - 71.

［17］ Yavrouian A H，Sanchez R A，Pollard J K Jr. Hydrolysis of 3-Hydroxy-3-Methylglutaronitrile：A Convenient Synthesis of 3-Hydroxy-3-Methylglutaric Acid［J］. Synthesis，1981（10）：791 - 793.

［18］ Boyko V I，Rodik R V，Severenchuk I N. A Novel Method for the Synthesis of 2，2-Dimethyl-1，3-Dioxolan-4-One，and Its Reactions with Secondary Amines［J］. Synthesis，2007（14）：2095 - 2096.

［19］ Shipov A G，Gruener S. V，Korlyukov A A，et al. Tribromogermyl Monochelates-Derivatives of N，N-Disubstituted 2-Hydroxycarboxylic Amides［J］. Russ Chem Bull，2010，59（4）：761 - 770.

（编辑 李治泉）

・最新专利文摘・

一种从烃类混合物中萃取精馏回收苯乙烯的方法

该专利涉及一种从烃类混合物中萃取精馏回收苯乙烯的方法。包括如下步骤：将烃类混合物在阻聚剂存在下用复合溶剂进行萃取精馏，回收其中的苯乙烯，复合溶剂包括80%～99%（w）的主溶剂、0.01%～19%（w）的助溶剂和0.1%～2.0%（w）的水，其中主溶剂选自砜类化合物，助溶剂为甲氧基苯酚或甲氧基苯酚与甘醇单甲醚的混合物； 所述阻聚剂包括40%～80%（w）的氮氧自由基、15%～50%（w）的硝基酚及衍生物和5%～30%（w）的N，N-二乙基羟胺，阻聚剂用量为烃类原料量的10～500 μg/g。该专利选用的复合溶剂与高效阻聚剂配合，可减少阻聚剂用量，显著降低苯乙烯的聚合率。 （中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院）/CN 103360201 A，2013 - 10 - 23

一种由甲醇高选择性制取丙烯的方法

该专利涉及 一种由甲醇高选择性制取丙烯的方法。包括如下步骤：将甲醇与经过冷却的再生催化剂引入第一反应器，反应得到第一反应产物和第一待生催化剂；第一待生催化剂部分或全部引入再生器再生；将第一反应产物与再生催化剂和/或第一待生催化剂和/或第三待生催化剂引入第二反应器反应，得到第二反应产物和第二待生催化剂，第二反应产物引入产物分离系统分离得到富含C4～8烯烃的物料和丙烯；第二待生催化剂引入再生器再生；所述产物分离系统分离得到的富含C4～8烯烃的物料与再生催化剂引入第三反应器接触反应，得到第三待生催化剂和第三反应产物，第三反应产物引入所述的产物分离系统分离；第三待生催化剂部分或全部引入再生器再生；其中所述催化剂包括改性中孔分子筛。该专利用于甲醇转化具有更高的丙烯产率。（中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院）/CN 103360196 A，2013 - 10 - 23

一种催化丙烯环氧化的方法

该专利涉及一种催化丙烯环氧化的方法。其特征在于在丙烯环氧化反应条件下，丙烯和氧化剂在固定床上与一种微球催化剂进行接触反应，该微球催化剂是将催化活性组元与有机硅化合物水解产物混合成型得到的，催化活性组元为具有MFI结构的空心钛硅分子筛，微球催化剂粒径为0.5～5 000 μm。该方法可在反应接触过程中提高目的产物的选择性，同时催化剂寿命延长。（中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司石油化工科学研究院）/CN 103360344 A，2013 - 10 - 23

一种高效银催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷的方法

该专利涉及一种高效银催化剂催化乙烯氧化制环氧乙烷的方法。银催化剂为新鲜的或停车后重新开车使用的催化剂，通过在乙烯氧化反应气中控制加入一定量的乙烷，使其含量为0.1%～1.2%（x）；当装置满负荷运行一段时间后，即当催化剂的满负荷反应温度每月升高值大于或等于2℃后，在0.1%～1.2%（x）范围内适当降低乙烷浓度。采用该发明的技术方案，能使高效银催化剂在选择性不降低的同时催化活性大幅提高，进而能在一定程度上延长催化剂的使用周期，特别适用于乙烯氧化生产环氧乙烷的反应。（中国石油化工股份有限公司；中国石油化工股份有限公司北京化工研究院）/CN 103360345 A，2013 - 10 - 23

Direct Synthesis of N，N-Dimethylglycolic Amide

Huang，Jinning，Xu Xiaoliang
（State Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry Synthesis Technology，Industrial Catalysis Institute，Zhejiang University of Technology，Hangzhou Zhejiang 310014，China）

N，N-Dimethylglycolic amide was directly synthesized from glycolic acid and dimethylamine over metal oxide catalysts in an autoclave reactor. The influences of the catalysts，ratio of dimethylamine to glycolic acid，reaction temperature，reaction pressure and reaction time on the product yield were studied. The results showed that among twelve solid oxide catalysts，the catalytic performances of MoO3and ZnO were better. Under the appropriate conditions of MoO3as catalyst，anhydrous methanol as solvent，n(dimethylamine)∶n(glycolic acid) 5，n(MoO3)∶n(glycolic acid) 2%，glycolic acid 0.2 mol，methanol 200 mL，150 ℃，2.4 MPa and 5 h，the colorless solid product was obtained with the yield of 77%. The product was verified by means of1H NMR and its purity reached 99.9%.

glycolic acid；dimethylamine；N，N-dimethylglycolic amide；molybdenum oxide catalyst；zinc oxide catalyst

1000 - 8144（2014）02 - 0186 - 05

TQ 225.261

A

2013 - 09 - 03；［修改稿日期］ 2013 - 11 - 25。

黄金宁（1988—），男，河北省无极县人，硕士生，电邮 hjinning@163.com。联系人：许孝良，电话 0571 -88320500，电邮 xuxiaoliang@zjut.edu.cn。

浙江省自然科学基金资助项目（LY12B02017）。