嗎啉及其衍生物是一類(lèi)十分重要的化合物,廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥、醫(yī)藥和化工等行業(yè)。N-甲基嗎啉、N-甲基氧化嗎啉和N-(2-胺乙基)嗎啉是嗎啉的幾種重要衍生物,n-甲基嗎啉廠(chǎng)家將對(duì)上述幾種嗎啉衍生物以及嗎氯貝胺的合成進(jìn)行簡(jiǎn)要探討。

N-甲基嗎啉(N-Methylmorpholine)是一種有機(jī)中間體,無(wú)色透明液體,具有氨臭味,沸點(diǎn)115℃～117℃,能與水、乙醇混溶。N-甲基氧化嗎啉(MMNO)是一種雜環(huán)叔胺氧化物,分子式C5H11NO2,熔點(diǎn)184.2℃,易溶于水,與1～4分子的水形成結(jié)晶水合物,一水合物的熔點(diǎn)76.5℃,二倍半水合物的熔點(diǎn)為40.5℃?？尚纬蓮?qiáng)烈的氫鍵,并能與纖維素形成牢固的溶劑化層,使之進(jìn)入溶劑當(dāng)中,生成一種粘性的纖維素溶液,因此用于紡絲,制造人造棉、玻璃紙、食物腸衣等。

N-(2-胺乙基)嗎啉是氯貝胺的重要中間體。嗎氯貝胺是新一代單胺氧化酶抑制劑。試驗(yàn)部分N-甲基嗎啉和N-甲基氧化嗎啉的合成在500mL4口瓶中,投入130g嗎啉(1.50mol)。將146g40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的甲醛溶液(1.95mol)與92g90%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的甲酸溶液(1.80mol)混合,在30℃充分?jǐn)嚢?滴入甲醛-甲酸混合溶液,滴加時(shí)間約1h。滴加完畢后,升溫至70℃～80℃,繼續(xù)反應(yīng)2h。迅速加入固體NaOH至反應(yīng)液分層。分離有機(jī)相進(jìn)行蒸餾,收集114℃～117℃的餾分141g,即為N-甲基嗎啉。經(jīng)氣相色譜分析,產(chǎn)品純度在99%以上,收率可達(dá)92.4%。在500mL4口瓶中,投入制得的N-甲基嗎啉102g(1.0mol)。在20℃充分?jǐn)嚢?緩慢滴入30%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))的H2O2120g(1.05mol),滴加時(shí)間約1h,控制溫度在70℃±2℃,繼續(xù)反應(yīng)6h。反應(yīng)結(jié)束后,微熱除去殘余的H2O2,再加入苯,共沸脫水。有晶體析出,過(guò)濾,用丙酮進(jìn)行重結(jié)晶,得到淺黃色的N-甲基氧化嗎啉水合物結(jié)晶89g,產(chǎn)品收率約為76%。1.2　N-(2-胺乙基)嗎啉的合成在500mL4口瓶中,投入一縮二乙二醇100g(0.94mol),在室溫下充分?jǐn)嚢?緩慢滴加250gSOCl2(2.10mol),滴加完畢后,繼續(xù)攪拌3h,升溫,回流3h。冷卻,將反應(yīng)物傾入冷水中,靜置分層,分離。用飽和碳酸鈉水溶液洗滌有機(jī)相至中性,并用無(wú)水氯化鈣干燥。處理后的有機(jī)相進(jìn)行減壓蒸餾,在5062Pa,收集沸點(diǎn)122℃～124℃的餾分121.5g,即為2,2′-二氯二乙醚。收率為89%,純度99%。在250mL4口瓶中,投入36.0g乙二胺(0.6mol),充分?jǐn)嚢?滴加28.6g制得的2,2′-二氯二乙醚(0.2mol),控制溫度低于70℃,滴加時(shí)間約1h,在60℃保溫2h,降溫至50℃,加入17g固體氫氧化鈉,冷卻,過(guò)濾。濾液進(jìn)行減壓蒸餾,在8666Pa,收集沸點(diǎn)118℃～130℃的餾分16.9g,即為N-(2-胺乙基)嗎啉,收率為59.3%。

嗎氯貝胺的合成將13.0gN-(2-胺乙基)嗎啉(0.1mol)溶于150g甲苯中,控制溫度為0℃～5℃,充分?jǐn)嚢?滴加17.5g對(duì)氯苯甲酰氯(0.1mol),滴加完畢后,在30℃～40℃保溫1h,在室溫下除去沉降,減壓濃縮,得白色結(jié)晶性粉末10g,收率37.5%。

N-甲基嗎啉和N-甲基氧化嗎啉的合成NHO+HCHO+HCOOHNOCH3+CO2+H2O，N-甲基嗎啉的合成路線(xiàn)對(duì)于N-甲基嗎啉的合成,考慮經(jīng)濟(jì)原因,應(yīng)使嗎啉得到充分利用,一般使甲醛和甲酸過(guò)量。經(jīng)過(guò)分析各組反應(yīng)數(shù)據(jù),增加甲醛的投入量對(duì)提高收率有一定作用,而增加甲酸投入量的作用并不明顯。本反應(yīng)為放熱反應(yīng),反應(yīng)溫度過(guò)高,有副反應(yīng)發(fā)生,影響收率。對(duì)于反應(yīng)時(shí)間,通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù),可以得出,反應(yīng)2h后,N-甲基嗎啉的收率均可達(dá)到90%以上,超過(guò)2h,產(chǎn)物收率提高有限,(嗎啉、甲酸和甲醛摩爾比為1.0∶1.2∶1.3;反應(yīng)溫度75℃)。

反應(yīng)時(shí)間對(duì)N-甲基嗎啉收率的影響反應(yīng)時(shí)間h產(chǎn)品收率%170.8291.3391.3491.4591.5692.4NOCH3+H2O2NOOCH3圖2　N-甲基氧化嗎啉的合成路線(xiàn)N-甲基氧化嗎啉的合成反應(yīng)是由H2O2分解產(chǎn)生的新生態(tài)氧是雙自由基進(jìn)攻N-甲基嗎啉分子中N上的孤對(duì)電子。我們對(duì)反應(yīng)體系的pH值以及N-甲基嗎啉的濃度對(duì)于此反應(yīng)的影響進(jìn)行了探討,表2(溫度70℃,反應(yīng)時(shí)間6h)和表3(pH值為8,反應(yīng)溫度70℃,反應(yīng)時(shí)間6h)。

試驗(yàn)的pH值是由35%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))HCl和40%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))NaOH溶液共同來(lái)調(diào)節(jié)的。由試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出,pH值對(duì)反應(yīng)的影響很大,在酸性或較強(qiáng)的堿性條件下(pH值為4、6、12、14),產(chǎn)品含量非常低,在中性或弱堿性條件下(pH值為7～9),氧化產(chǎn)物的產(chǎn)品含量達(dá)到80%以上。這是由于H2O2的分解速度受pH值影響的結(jié)果。N-甲基嗎啉濃度對(duì)產(chǎn)品收率影響很小。在反應(yīng)過(guò)程中,我們?cè)鴩L試添加催化劑(FeCl3)以促進(jìn)H2O2的分解速率,但收率幾乎不變。催化劑的加入使反應(yīng)液呈現(xiàn)紅色,形成懸浮液,造成產(chǎn)品分離困難。

N-甲基氧化嗎啉的合成是通過(guò)氧化反應(yīng)實(shí)現(xiàn)的,該氧化反應(yīng)由于生成的氧化物與水形成氫鍵,是一個(gè)強(qiáng)放熱反應(yīng),會(huì)發(fā)生爆沸現(xiàn)象。滴加H2O2時(shí),溫度不宜過(guò)高,反應(yīng)所產(chǎn)生的熱量可以維持反應(yīng)進(jìn)行下去。如果滴加溫度較高,反應(yīng)體系顏色加深,最終影響產(chǎn)品純度。對(duì)于N-(2-胺乙基)嗎啉的合成,應(yīng)首先合成2,2′-二氯二乙醚。對(duì)于此反應(yīng),選用二氯亞砜作氯化劑,產(chǎn)品收率高,幾乎無(wú)副反應(yīng)發(fā)生,目的產(chǎn)品易分離提純。減壓蒸餾時(shí),確定收集餾分的條件:溫度122℃～124℃,壓力5062Pa。在此條件下,2,2′-二氯二乙醚的收率達(dá)到了89%,而且產(chǎn)品純度可達(dá)99%。

二氯二乙醚與乙二胺的反應(yīng)是很復(fù)雜的。除生成目的產(chǎn)品N-(2-胺乙基)嗎啉外,還會(huì)生成一系列副產(chǎn)物,低反應(yīng)物的濃度應(yīng)有利于分子內(nèi)的反應(yīng),所以本文對(duì)反應(yīng)物的濃度,分子比,加料速度等影響因素進(jìn)行了試驗(yàn),并對(duì)此反應(yīng)在不同反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間的條件下所得出的試驗(yàn)數(shù)據(jù),見(jiàn)表4(反應(yīng)溫度為60℃)和表5(反應(yīng)溫度為60℃)的分析,發(fā)現(xiàn)反應(yīng)適宜溫度為60℃,適宜時(shí)間為2h,產(chǎn)率可達(dá)59.3%,但產(chǎn)品純度不十分理想。表5　反應(yīng)時(shí)間對(duì)合成N-(2-胺乙基)嗎啉的影響反應(yīng)時(shí)間h產(chǎn)品收率%0.542.91.050.01.555.32.059.32.559.52.3　嗎氯貝胺的合成ONCH2CH2NH2+ClCOCl-HClONCH2CH2NH+COCl圖4　嗎氯貝胺的合成路線(xiàn)本文以N-(2-胺乙基)嗎啉和對(duì)氯苯甲酰氯為原料,經(jīng)上述反應(yīng)得到了嗎氯貝胺。經(jīng)過(guò)核磁分析,該固體產(chǎn)品含有一定量雜質(zhì),其原因應(yīng)是上一步反應(yīng)制得的產(chǎn)品純度較低或是對(duì)氯苯甲酰氯部分水解生成對(duì)氯苯甲酸,因而發(fā)生副反應(yīng)所致。