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脒是一類含氮羧酸類化合物,種類繁多,最常見的有甲脒、環脒和聚脒等。甲脒中的亞氨基和氨基能夠相互轉化,形成互變異構體,在農藥上應用廣泛,綠色安全。脒類化合物在農藥、醫藥上有很廣泛的用途,早年發現某些脒鹽可以治療血吸蟲病(但毒性較大),現在脒鹽的主要用途是合成嘧啶環。苯甲脒鹽類化合物也是一類重要的化合物,研究發現長鏈烷氧基取代的苯甲脒鹽具有表面活性劑的作用,而被稱為殺蟲脒、克死螨的氯苯甲脒對于水稻螟蟲、棉花紅蜘蛛、紅鈴蟲、果樹紅蜘蛛、介殼蟲等有很好的防治作用并且具有良好的內吸作用,用作殺蟲劑、殺螨劑效果很好。脒鹽在含氮雜環的合成中應用廣泛,合成方法一般采用酸催化法即Pinner法。4-氯苯甲脒鹽酸鹽英文名稱:4-Chlorobenzene-1-carboximidamidehydrochloride,中文別名:對氯苯甲脒鹽酸鹽,CAS號:14401-51-5,分子式:C7H8Cl2N2,分子量 :191.058,沸點:241.1ºCat760mmHg,熔點:244°C。
脒鹽合成方法一般采用酸催化法即Pinner法,此方法脂肪族腈或芳香腈作原料均可,盡管這種方法的收率很高,但使用氯化氫氣及氨氣,實驗室合成頗為不便且污染大、反應周期長。在工業化生產中氯化氫氣腐蝕性強、毒性高、對設備要求高,應用時采用如搪瓷等材料制作的設備,并要有嚴格的安全措施,雖然有工業品供應,但價格高,運輸、貯存危險性大,因此工業化生產中要考慮設備及氯化氫氣的來源問題。基于以上缺點筆者改進了Pinner法,采用堿催化法合成了標題化合物。這種方法反應條件緩和,無污染,對α-位有吸電子基的脂肪族及芳香腈有較高的收率,適于實驗室合成且易于實現工業化。筆者采用此法成功合成標題化合物,并且通過強化反應條件,顯著地縮短了各步反應時間、降低了反應溫度[1]。4-氯苯甲脒鹽酸鹽的合成路線圖如下圖:
圖14-氯苯甲脒鹽酸鹽的合成路線圖
在室溫條件下將0.1mol對氯苯甲腈、100mL無水乙醇加入到250mL四口瓶中,同時開動攪拌,15min左右對氯苯甲腈完全溶解;再加入氨基鈉,為防止氨基鈉暴露空氣中被氧化,將稱好的氨基鈉放在封閉的試劑瓶中分批加入,待全部加入完畢后,反應14h;將氯化銨一次性加入0.1mol,同時升高溫度至60℃反應2h反應結束。將反應液趁熱真空抽濾后濾液用鹽酸調節pH值1~2,使用接有真空泵的旋轉蒸發儀,在0.085MPa真空度下將濾液減壓蒸餾回收,余下部分乙醇倒入表面皿中風干得到淡黃色固體,放入烘箱82℃烘干12h后研磨放入自封袋內保存,收率在85%左右。IR(KBr,v/cm-1):3291(N-H),3256.74~3080.26(NH3+,Ar-H);1658.5,1599.8(C=N),847.5(=C-H),原料對氯苯甲腈中C≡N(2225.70)消失。m.p.238~242℃(理論值:244~245℃)。
1)筆者研究創新在用堿催化法來制備脒鹽,其中以氨基鈉作為第一步反應物與溶劑乙醇產生乙醇鈉和氨氣,乙醇鈉作為加成的催化劑,氨氣作為第二步胺化的原料可以在第一步反應完全后及時參與第二步的反應,使第二步反應充分。
2)關鍵技術是第一步要在室溫下反應,溫度不能超過35℃,否則會有副反應發生,第一步加成產物部分會發生熱分解生成酰胺和氯乙烷,反應方程式如下。
3)較以前的Pinner(酸催化法)合成方法,堿催化法無污染條件緩和,易于控制,并且筆者實驗采用的氨基鈉與乙醇反應生成乙醇鈉作為加成反應的催化劑,較參考文獻中直接用醇堿作為催化劑的方法在溫度、時間控制方面更為適宜:溫度低,時間明顯縮短并且反應完全、易于控制,為脒鹽合成方法提供了較新的合成方法。
4)發展趨勢。可以更換高活性的催化劑,在現有的基礎上進一步更優化反應條件提高收率;另一方面脒鹽的提純仍然存在問題,筆者進行了初步提純,但不是高純度的,實驗的側重點是避免了副反應。
5)高純度脒類鹽酸鹽的提純方法可以參考有關文獻。將酸催化法或堿催化法得到的脒類鹽酸鹽粗產品配成甲醇溶液蒸發干燥得脒類鹽酸鹽結晶,準確稱重后用氫氧化鈉滴定法測定其中氯化銨的含量,再根據濃縮倍數算出脒鹽的甲醇溶液中氯化銨的含量,再加入醇鹽,醇鹽與氯化銨的物質的量比為0.95~1.05,回流冷凝(最好保持溶液沸騰)0.5h后加入分子篩或大孔吸附樹脂做為吸附劑,最后將除去氯化銨的脒鹽的醇溶液減壓蒸餾出固體結晶,即高純度脒鹽產品,純度可達98.8%,氯化銨的含量0.4%。
筆者采用堿催化法來制備苯甲脒鹽酸鹽,選用乙醇做溶劑,氨基鈉為原料,優勢是氨基鈉與乙醇反應既能生成第一步需要的催化劑乙醇鈉,又能產生氨氣可以作為第二步胺化的原料,使第二步反應及時開始;第一步的溫度控制在室溫,避免了高溫發生副反應(熱分解反應);兩步反應的時間較以前的文獻大大縮短,第一步時間14h,第二步的時間2h;筆者方法反應原料易得,反應條件溫和,易于控制,適合業化生產。所得產物產品總收率達到85%以上。且最終產品經過IR、熔點測定確定。
[1] 廉應江,陳安良,馮俊濤,等.芳香二脒類化合物合成及抑菌活性的初步研究[J].西北農林科技大學學報(自然科學版),2005,33(7):45.