5,6-二甲基苯并咪唑制備研究

徐立軍

【摘要】? 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)的報(bào)道，對(duì)5，6-二甲基苯并咪唑的合成路線進(jìn)行比較分析，確定了5，6-二甲基苯并咪唑的合成路線。以3，4-二甲基硝基苯為原料，通過(guò)還原硝基加氫獲得3，4-二甲基硝苯，再與乙酸或酸酐進(jìn)行酰化反應(yīng)得到3，4-二甲基乙酰苯胺，在與混酸硝化反應(yīng)得到4，5-二甲基-2-硝基乙酰苯胺，再經(jīng)過(guò)水解，加氫，縮合得到5，6-二甲基苯并咪唑。重點(diǎn)研究還原加氫、酰化、硝化。本文便對(duì)5，6-二甲基苯并咪唑制備以及高中化學(xué)拓展教學(xué)的相關(guān)策略研究。

【關(guān)鍵詞】? 溶劑法催化加氫 5，6-二甲基苯并咪唑 二氯甲烷 乙醇-水體系精制

【中圖分類號(hào)】? G633.8 ? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】? A 【文章編號(hào)】? 1992-7711（2020）18-064-01

根據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，以10%鈀碳為催化劑，甲醇、水為溶劑，3，4-二甲基硝基苯可以與甲酸、甲酸銨反應(yīng)，還原成3，4-二甲基苯胺。以4.3%鈀碳為催化劑甲醇為溶劑通入氫氣在密閉瓶中催化加氫收率99%以上。模擬工廠催化加氫后直接用乙酸進(jìn)行酰化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率在90%以上，酸酐作為酰化劑在甲醇水存在下不影響收率，溶劑法硝化反應(yīng)以二氯甲烷代替甲醇醋酸作為溶劑進(jìn)行硝化反應(yīng)，對(duì)此本文進(jìn)行了如下教學(xué)方案的探討。

一、相關(guān)研究路線與催化試驗(yàn)方法

合成5，6-二甲基苯并咪唑的方法路線，都是根據(jù)常用方法及路線，根據(jù)文獻(xiàn)記載對(duì)于上述方法的有缺得按進(jìn)行簡(jiǎn)單的總結(jié)，并篩選出實(shí)驗(yàn)所用的合成方法。本次實(shí)驗(yàn)所選取的合成路線分為5個(gè)主要部分組成，分別是苯環(huán)硝基的還原，3，4-二甲基苯胺的乙酰化，3，4-二甲基乙酰苯胺的硝化，4，5-二甲基-2-硝基乙酰苯胺的水解和4，5-二甲基-1，2-二苯胺的環(huán)化反應(yīng)，而本次實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)還原、乙酰化、硝化這三個(gè)反應(yīng)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。

具體操作是向向1000ml反應(yīng)瓶中加入60g（0.4mol）3，4-二甲基硝基苯和300ml甲醇3g4.2%鈀碳，攪拌20min通入氮?dú)庵?atm，放空重復(fù)操作2次，通入氫氣至3atm攪拌開(kāi)始反應(yīng)，控制溫度不超過(guò)50℃，反應(yīng)不在吸收氫氣，此外及時(shí)的總結(jié)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出固液比影響反映的速率，當(dāng)固液比為1：5時(shí)反應(yīng)時(shí)間短，且穩(wěn)定在8-10小時(shí)。通過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)將相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行正規(guī)的操作，借此來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。

二、溶劑還原與催化方法的相關(guān)應(yīng)用

為了減少鈀碳的用量，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始時(shí)都是加入0.2g10%鈀碳，在反應(yīng)過(guò)程中觀察反應(yīng)現(xiàn)象，如溫度停止上升，氣泡停止溢出則反應(yīng)變得非常緩慢，或者反應(yīng)停止，加入0.2g10%鈀碳催化劑使反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。

為了確定原料、甲酸、甲酸銨的比例設(shè)置反應(yīng)開(kāi)始時(shí)除1號(hào)實(shí)驗(yàn)以外，其他實(shí)驗(yàn)加入的n原料：n甲酸銨：n甲酸=1：2：1。補(bǔ)加原則是當(dāng)補(bǔ)加鈀碳后，反應(yīng)依然不進(jìn)行時(shí)補(bǔ)加甲酸銨并且補(bǔ)加甲酸調(diào)節(jié)PH使其反應(yīng)繼續(xù)。

結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和實(shí)驗(yàn)過(guò)程與結(jié)果來(lái)看，當(dāng)3，4-二甲基硝基苯用量很少時(shí)，鈀碳用量也非常少，并且反應(yīng)相當(dāng)劇烈，尤其是1、2號(hào)實(shí)驗(yàn)，當(dāng)加入鈀碳催化劑攪拌10min左右時(shí)溫度迅速上升，并且有大量氣泡溢出，若三口瓶過(guò)小則還會(huì)有溢出現(xiàn)象。3、4號(hào)實(shí)驗(yàn)在鈀碳在0.2g時(shí)攪拌30min無(wú)反應(yīng)現(xiàn)象，但鈀碳補(bǔ)加至0.4g時(shí)攪拌10min便出現(xiàn)劇烈的反應(yīng)現(xiàn)象，但在后續(xù)反應(yīng)中難以控制鈀碳的補(bǔ)加量，無(wú)法找到合適的原料催化劑比和物料比。并且從反應(yīng)收率上看收率并不高，多數(shù)在60%左右并且TLC點(diǎn)板顯示有大量雜質(zhì)生成并且有原點(diǎn)出現(xiàn)。

三、根據(jù)現(xiàn)象分析原因優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

本次反應(yīng)固液比1：10甲醇，初始物料比n原料：n甲酸銨：n甲酸=1：1.5：1.5，為了更好地控制鈀碳用量，本次實(shí)驗(yàn)采取少量多次加入，投料時(shí)加入0.1g10%鈀碳，之后補(bǔ)加鈀碳為0.1g/次，甲酸銨和甲酸的用量也要適當(dāng)減少并多次補(bǔ)加，并對(duì)反應(yīng)時(shí)間進(jìn)行延長(zhǎng)，確保補(bǔ)加催化劑與物料的可信度。

向三口瓶中加入5g（0.03mol）4，5-二甲基-2-硝基苯胺，1.5倍物質(zhì)的量的甲酸銨和甲酸，攪拌溶解甲酸銨因?yàn)榧状紝?duì)4，5-二甲基-2-硝基苯胺的溶解不能在常溫下快速溶解所以該反應(yīng)是在兩相間進(jìn)行。加入0.1g鈀碳后攪拌20min，溫度開(kāi)始上升并伴隨氣泡出現(xiàn)，但是反應(yīng)現(xiàn)象并不是非常劇烈，在反應(yīng)現(xiàn)象停止后對(duì)其進(jìn)行薄層色譜檢測(cè)未反應(yīng)完全，繼續(xù)攪拌30min再次檢測(cè)并未反應(yīng)完全且PH=7-8，補(bǔ)加0.1g鈀碳反應(yīng)現(xiàn)行立即出現(xiàn)，重復(fù)上述步驟直到加入總量0.4g鈀碳時(shí)充分?jǐn)嚢鑀H=7-8反應(yīng)未完全且反應(yīng)現(xiàn)象終止，補(bǔ)加甲酸銨并且監(jiān)測(cè)PH值用甲酸調(diào)節(jié)PH=6-8，反應(yīng)現(xiàn)象出現(xiàn)，重復(fù)上述步驟，也就是說(shuō)在補(bǔ)加鈀碳時(shí)確定反應(yīng)條件正常，在補(bǔ)加甲酸銨時(shí)確定反應(yīng)條件正常的同時(shí)確定鈀碳已經(jīng)不再催化反應(yīng)進(jìn)行。在反應(yīng)完全后停止攪拌降至室溫。

后處理，抽濾過(guò)濾掉鈀碳，旋蒸甲醇，加入固液比1：6的水（30ml）和固液比1：4二氯甲烷20（ml）攪拌調(diào)PH8-9萃取、靜止分層，取二氯甲烷層旋蒸得到固體。并最終完成相關(guān)實(shí)驗(yàn)。

綜上所述，本次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次實(shí)驗(yàn)步驟中所得的主要產(chǎn)品和主要中間產(chǎn)物都是已知藥品，且樣本是從正規(guī)工廠中所要得到的，因此在證明產(chǎn)物過(guò)程中主要是通過(guò)薄層色譜點(diǎn)樣對(duì)比和熔點(diǎn)對(duì)比進(jìn)行確認(rèn)。

[ 參? 考? 文? 獻(xiàn) ]

[1]王華，陳輝，李雪梅，等.維生素B12功能及營(yíng)養(yǎng)作用研究[J].中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2007（2）：57-58.

[2]李勇，王文治.維生素B12的營(yíng)養(yǎng)與食用量.中國(guó)食物與營(yíng)養(yǎng)，2003，4：55-56.