616-47-7 / N-甲基咪唑的應(yīng)用

背景^[1][2]

咪唑是一種十分重要的精細(xì)化工的原料和中間體，它有著廣泛的用途。咪唑不僅存在于核糖酸和脫氧核糖核酸中嘌呤氨基酸中，也存在于氨基酸中，同時(shí)又是許多農(nóng)藥，酶抑制劑，藥物和精細(xì)化學(xué)品的有效結(jié)構(gòu)成份，所以咪唑及其衍生物一直是研究的熱點(diǎn)。由于咪唑及其衍生物的咪唑環(huán)中含有兩個(gè)氮原子，可以做為溫和的電子給予體，所以在過渡金屬有機(jī)化學(xué)中咪唑也是最常用的官能團(tuán)之一。

N-甲基咪唑即1-甲基咪唑，主要用作有機(jī)合成中間體，離子液體和樹脂固化劑、粘合劑等，如脫氧核糖核酸的合成和羥乙?；呋瘎┮约坝糜跐沧?、粘結(jié)和玻璃鋼等領(lǐng)域。因此，優(yōu)化N-甲基咪唑的合成工藝有很好應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義。目前，關(guān)于N-甲基咪唑的制備方法研究主要集中于1，2-二羰基化合物合成法、Van Leusen合成法、Phillips合成法、Wohl-Marckwald合成法、Witting合成法及N-甲基化合成法6種方式。

醛與氨的縮合成環(huán)反應(yīng)應(yīng)用十分廣泛，但目前生產(chǎn)N-甲基咪唑仍以傳統(tǒng)的間歇反應(yīng)釜和蒸餾為主，反應(yīng)過程為多步滴加原料、間隙釜式反應(yīng)，反應(yīng)周期長(zhǎng)達(dá)24-36小時(shí)左右、一次反應(yīng)乙二醛轉(zhuǎn)化率僅為59％左右，生產(chǎn)過程會(huì)產(chǎn)生較多的焦?fàn)顝U液和廢水。

總之，釜式液相反應(yīng)制備N-甲基咪唑，工序多、周期長(zhǎng)、收率低及能耗大。咪唑取代法分為兩步合成N-甲基咪唑，第一步首先合成咪唑，然后咪唑在堿性條件下與碘甲烷反應(yīng)，生成N-甲基咪唑。咪唑取代法相對(duì)于一步環(huán)合法工藝較長(zhǎng)，能耗高，污水量大，使用價(jià)格較高的碘甲烷，使生產(chǎn)成本偏高。

應(yīng)用^[2][3][4]

N-甲基咪唑是合成醫(yī)藥中間體的重要原料，用于制備洛沙坦、硝唑芬酮、1-甲基咪唑-5- 甲酰氯鹽酸鹽及鹽酸萘甲咪唑等；在農(nóng)藥領(lǐng)域中，被廣泛的用于合成殺菌劑以及植物促生長(zhǎng)劑，例如：N-甲基咪唑作為陽離子母體發(fā)生季銨化反應(yīng)合成咪唑類的離子液體；此外N-甲基咪唑還被用于環(huán)氧樹脂等其他樹脂的固化劑、膠黏劑等；N-甲基咪唑在澆注與玻璃鋼領(lǐng)域也有著很大的應(yīng)用。

如有研究通過DMF縮醛和N-甲基咪唑在一鍋法中制備釓布醇，釓布醇是一種用于核自旋斷層成像的含釓造影劑，并且自2000年以來在德國于適應(yīng)證“顱和脊椎磁共振斷層成像中的對(duì)比放大”中得到批準(zhǔn)。過使用諸如氫氧化鋰或N 甲基咪唑的弱堿，這種方法的優(yōu)勢(shì)在于高生產(chǎn)能力而無需分離和中間純化中間體。在所述方法中，可以有利地回收鋰鹽并隨后再次供回生產(chǎn)循環(huán)。

與現(xiàn)有技術(shù)方法相比，廢物產(chǎn)生是更有利的，因?yàn)樗械牟襟E在一“鍋”中進(jìn)行，從而省去母液的后處理、濾器裝置的清理等。通過在釓絡(luò)合之前精確地測(cè)定配體含量，可以成功地避免廢水中的釓，因?yàn)榭梢运薪饘俦徊即寂潴w絡(luò)合的方式來調(diào)節(jié)釓的量。所述方法可以用攪拌器和過濾裝置進(jìn)行管理。僅用水進(jìn)行中間體清理，無需干燥，并且可以直接進(jìn)行后續(xù)的制備。這確保最優(yōu)的設(shè)備使用，并允許半連續(xù)操作。

此外，還可用于制備離子液體油田水用緩蝕劑，以N-甲基咪唑?yàn)槠鹗荚?，通過兩步法合成的咪唑型離子液體為緩釋主劑、添加幾種其他化合物作為輔助緩釋劑的合成油田注水復(fù)配型緩蝕劑。該方法可按如下步驟依次進(jìn)行：

(1)在一定溫度，將N-甲基咪唑和溴代正丁烷或芐氯混合攪拌下反應(yīng)，反應(yīng)數(shù)小時(shí)后，洗滌、除去未反應(yīng)的物質(zhì)，得到N-甲基咪唑的鹵化物。

(2)將步驟(1)所得產(chǎn)物與選用化合物混合，加入溶劑，一定溫度攪拌反應(yīng)一段時(shí)間后，反應(yīng)溶液經(jīng)萃取、洗滌、脫掉溶劑處理后得到各個(gè)目標(biāo)產(chǎn)物。

(3)將步驟(2)所得產(chǎn)物與烏洛托品、OP-10、碘化鉀、硫脲按照一定比例復(fù)配即得到緩蝕效率極高的緩蝕劑。本發(fā)明所需原料簡(jiǎn)單易得，操作過程簡(jiǎn)便、安全，反應(yīng)時(shí)間短，成本低，產(chǎn)率高，緩蝕性能強(qiáng)，適于工業(yè)規(guī)?；a(chǎn)，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。

制備^[2][1]

方法1：以乙二醛、甲胺、氨水、多聚甲醛為原料，“一鍋法”合成N-甲基咪唑：

稱取多聚甲醛12.0 g ( 0.4 mol) 加入到250 mL 三口燒瓶中，依次加入25%的氨水30.0 mL( 0.4 mol)和40%的甲胺47.0 mL( 0.4 mol) ，室溫劇烈攪拌。然后將40%的乙二醛50.0 mL ( 0.4 mol) 通過恒壓滴液漏斗緩慢滴加到反應(yīng)器中。為防止滴加的過程中溫度劇烈上升，實(shí)驗(yàn)過程中采用水浴控制其反應(yīng)溫度。

滴加完后，將其溫度保持在某個(gè)溫度反應(yīng)若干小時(shí)，然后每反應(yīng)一段時(shí)間后取樣測(cè)定其折光率，與N-甲基咪唑的標(biāo)準(zhǔn)折光率曲線比較，得出其含量以及轉(zhuǎn)化率。當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求后，進(jìn)行減壓蒸餾，直至基本無水份蒸出，再加入50.0 mL 的共沸劑環(huán)己烷精制N-甲基咪唑。先常壓蒸餾至樣品無水帶出時(shí)，將環(huán)己烷蒸出，再進(jìn)行減壓蒸餾，得到無色液體，稱重并計(jì)算出其最終產(chǎn)率。

方法2：一種N-甲基咪唑的連續(xù)化制備方法，以Hβ分子篩為催化劑，在管式反應(yīng)器中，含有氨水與甲胺的混氨，和含有甲醛與乙二醛的混醛進(jìn)行氣相催化反應(yīng)，所得反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)精餾分離得到N-甲基咪唑。具體步驟是：

(1)在管式反應(yīng)器中加入Hβ分子篩催化劑，將原料混氨和混醛加熱汽化之后連續(xù)通入管式反應(yīng)器中，氣相催化反應(yīng)生成的混合氣體經(jīng)冷凝后得到N-甲基咪唑粗產(chǎn)品；

(2)步驟(1)得到的N-甲基咪唑粗產(chǎn)品加入減壓側(cè)線精餾塔精餾分離，控制減壓側(cè)線精餾塔壓力為0.20MPa，減壓側(cè)線精餾塔側(cè)線出料為含量≥99.0wt％的N-甲基咪唑，減壓側(cè)線精餾塔塔頂?shù)玫郊兌仍?9.0wt％以上的水，減壓側(cè)線精餾塔塔底出料為含有微量N-甲基咪唑的高沸點(diǎn)混合物；

(3)將減壓側(cè)線精餾塔塔頂?shù)玫降募兌仍?9.0wt％以上的水加入精餾塔，經(jīng)精餾分離，精餾塔塔頂?shù)玫交彀焙突烊┑乃芤鹤鳛樵涎h(huán)使用，精餾塔塔底出料為水。

主要參考資料

[1] 張平, 湯琳, 張婷, 等. N-甲基咪唑合成工藝研究[J]. 安徽科技學(xué)院學(xué)報(bào), 2016 (2016 年 02): 71-75.

[2] CN201610181460.8一種N-甲基咪唑的連續(xù)化制備方法

[3] CN201180027353.5通過DMF縮醛和N-甲基咪唑在一鍋法中制備釓布醇

[4] CN201410703935.6一種離子液體油田水用緩蝕劑的制備方法