2,2-二異丙基丙腈的合成

王 凱，劉玉華，萬 幸，張秀蘭，張 珩，萬春杰

(1.武漢工程大學湖北省新型反應器與綠色化學工藝重點實驗室，湖北 武漢430074; 2.武漢工程大學國際學院，湖北 武漢 430074 )

0 引 言

2,2-二異丙基丙腈(I)是新型涼味劑 N, 2, 3-三甲基-2-(1-甲基乙基)丁酰胺或N, 2, 3-三甲基-2-異丙基丁酰胺(WS-23)的關鍵中間體[1],廣泛用于食品、飲料、糖果、化妝品、煙制品、醫藥等.

2,2-二異丙基丙腈的制備主要有兩種方法.方法一：Arseniyadis等[2]采用二異丙基胺基鋰/THF的體系，將溴甲烷和2, 2-二異丙基乙腈縮合，合成2, 2-二異丙基丙腈；此外，在氨基鈉/液氨的條件下，碘甲烷與2, 2-二異丙基乙腈縮合，制備2, 2-二異丙基丙腈(如圖1).針對兩條路線以及工藝條件而言，2, 2-二異丙基乙腈既無來源供給，且制備方法復雜.而溴甲烷為氣體，工業化操作相對麻煩，反應需要使用壓力設備，無疑增加設備成本投入.同時，碘甲烷價格較貴，使得反應成本增加.此外，采用的二異丙基胺基鋰價格昂貴，且要求反應體系無水，導致工業化操作難度增加.而氨基鈉/液氨的反應體系，操作溫度低，從而對于冷卻裝置要求相對較高.

圖1 2, 2-二異丙基丙腈的制備方法(一)Fig.1 Synthetic route of 2, 2-diisopropylpropionitrile (I)

方法二：李家玉等[3]采用丙腈為原料，在氨基鈉/液氨的體系中與2-溴丙烷直接縮合得到2,2-二異丙基丙腈，反應時間為30 h.該路線優點在于原料易得，反應過程簡單.但是氨基鈉/液氨的反應體系屬于超低溫條件，且由于時間長而導致生產周期過長，勞動生產率較低，不利于工業操作過程.

圖2 2, 2-二異丙基丙腈的制備方法(二)Fig.2 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (II)

針對前人路線的優缺點，結合反應機理和文獻方法[3]，利用磺酸酯替代溴代物作為親電試劑參與反應，設計并實施了一條2, 2-二異丙基丙腈的合成新路線，如圖3所示.

圖3 2, 2-二異丙基丙腈的合成新路線Fig.3 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (III)

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

美國Agilent公司7890A/5975C氣-質聯用儀(GC-MS)；四氫呋喃(THF)采用Na干燥，二本甲酮作為指示劑；其它試劑為分析純.

1.2 合 成

在NaNH2/THF體系下，以丙腈為起始原料，與異丙基甲磺酸酯發生縮合反應，合成得到2, 2-二異丙基丙腈，總收率81.3%.

1.2.1 異丙基磺酸酯(2)的制備[4-5]將甲磺酰氯11.5 g(0.1 mol)溶解于50 mL吡啶溶劑中，室溫下緩緩滴加異丙醇6.0 g(0.1 mol)，加畢，維持攪拌2 h，減壓至干，殘余物溶于40 mL乙酸乙酯，依次用質量分數為1%碳酸氫鈉水溶液、飽和鹽水洗滌酯層，分液，無水硫酸鈉干燥酯層，減壓除去乙酸乙酯，得到無色液體，即甲磺酸異丙酯粗品13.0 g，收率94.2%.未經純化，直接進行下一步反應.

1.2.2 2, 2-二異丙基丙腈(1)的合成 冰浴下，丙腈5.5 g(0.1 mol)溶于30 mL THF中，加入氨基鈉8.6 g(0.22 mol)混合2 h.攪拌下，滴入13.0 g甲磺酸異丙酯粗品的10 mL THF溶液，滴加30 min后，反應溫度維持在20 ℃.反應8 h后，過濾，濾餅用THF洗滌，合并有機層.濃縮至干，殘余物減壓蒸餾，收集74～76 ℃(0.266 kPa)的餾分，得到無色液體，即2, 2-二異丙基丙腈12.0 g，收率86.3%.GC-MS(m/z)：140[M+H]+，97，82，質量分數98%.

2 結果與討論

在異丙基磺酸酯的制備中，除了甲磺酰氯以外，采用了苯磺酰氯、對甲苯磺酰氯和三氟甲磺酰氯作為磺酸酯的反應原料，收率分別為86.5%、91.2%和95.8%.但是由于來源有限、價格相對較貴或由于中間體的改變，而導致最終產物制備收率較低的原因，而未采用.

在2, 2-二異丙基丙腈的制備中，考察了不同堿體系對于反應收率的影響.結果顯示：氫化鈣/甲苯、乙醇鈉/乙醇、氨基鈉/THF也都能較好滿足反應本身的需求，但是對于最終產品的質量而言，氨基鈉/THF體系能更好符合產品質量的要求.

與溴代物一樣，磺酸酯是親電試劑，也是較好的解離基團.而異丙基甲磺酸酯的沸點也較高，它的使用能有效提高反應溫度，增強反應活性，從而縮短反應周期，因此，本路線中的采用的工藝條件為反應溫度20 ℃，反應時間8 h，有效地克服溴代丙烷的沸點偏低而給反應帶來的諸多不利因素.

此外，對于反應過程也進行了相應的工藝控制.在NaNH2/THF體系中，呈現固-液非均相.因此，將NaNH2碾磨成粉末，同時，采用高速攪拌的措施，來提高反應轉化率.

3 結 語

本研究設計并實施了一條2, 2-二異丙基丙腈的新路線.針對原有制備過程中存在的不利因素，本發明的目的選用廉價易得、安全低毒的原料，改進反應條件，降低了生產成本，簡化操作過程，提高產品質量，更有利于工業化生產，具有潛在的工業化價值[7].

參考文獻：

[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, 張弛. 新型涼味劑N, 2, 3-三甲基-2-異丙基丁酰胺(WS-23)的合成[J]. 香料香精化妝品, 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] 王凱, 黃婷, 張天暢, 等. 2,5-二氨基-4,6-二羥基嘧啶鹽酸鹽的合成[J]. 武漢工程大學學報, 2011, 33 (5): 22-24.