偶氮二甲酸二异丙酯的合成方式与使用仪器
作者：南京顺象医药科技
发布时间： 2019-09-05 14:51:09 浏览量：0
在现代社会中，作为一种化学物质，偶氮二甲酸二异丙酯，其起到了巨大的作用。那么，我们可以用什么方法来合成它呢？
偶氮二甲酸二异丙酯（ＤＩＡＤ）是一种重要的有机合成中间体，可作为环化试剂进行Ｍｉｔｓｕｎｏｂｕ反应。Ｍｉｓｔｕｎｏｂｕ反应是在偶氮二碳酸二乙酯（ＤＥＡＤ）或ＤＩＡＤ和三苯基膦作用下，醇类化合物和含活泼氢的酸性化合物发生取代反应，形成Ｃ—Ｏ、Ｃ—Ｓ、Ｃ—Ｎ和Ｃ—Ｃ等键的反应。该反应是Ｍｉｔｓｕｎｏｂｕ等于１９６７年发现的，一般在温和的中性条件下进行，因此，该反应被广泛用于天然产物的全合成，或者化合物的官能团转换，应用范围较为广泛。ＤＩＡＤ也可用于光敏剂、聚合催化剂、杀菌剂等产品的合成；还可与烯基树脂的液体发泡剂反应，用于制备浅色乙烯基泡沫塑料，ＤＩＡＤ与塑胶混溶性好，分解产物无色、无毒、无污染、无臭味，在４０～１２０℃范围内可获得高发气量，应用前景广阔。现有的偶氮二羧酸二烃基酯是先由氯代羧酸酯和水合肼或者肼基酯发生缩合反应制备肼二羧酸二烃基酯，肼二羧酸二烃基酯经浓硝酸、氯气、溴素、Ｎ溴代丁二酰亚胺（ＮＢＳ）等氧化剂氧化得到偶氮二羧酸二羟基酯。
肼二甲酸二乙酯的常用合成是以氯甲酸乙酯、水合肼为原料，１５～２０℃下反应０５ｈ制得肼二甲酸二乙酯；Ｍａｔｖｅｅｖａ等用该方法制得肼二甲酸二乙酯，收率５６％，再以苯和水为溶剂，采用氯气氧化肼二甲酸二乙酯制得偶氮二甲酸二乙酯，收率８１％。该方法用到氯气和有机溶剂苯，氯气易挥发，苯毒性大，对设备要求较高。
ＮＢＳ试剂氧化反应，多采用吡啶做缚酸剂，Ｈｉｄｅｙｕｋｉ等［５］制备偶氮二甲酸甲基叔丁基酯时，先以氯甲酸甲酯和肼甲酸叔丁酯为原料，在－７８℃下反应２４ｈ，得到肼二甲酸甲基叔丁基酯，再与吡啶、ＮＢＳ试剂反应得到偶氮二甲酸甲基叔丁基酯，总收率７５６％。Ｋａｚｕｔａｋｅ等在常温下以二甲苯为溶剂、吡啶、ＮＢＳ试剂和肼二甲酸二（２甲氧基乙基）酯反应３ｈ制得偶氮二甲酸二（２甲氧基乙基）酯，收率为８５％。该反应中吡啶气味很重，并且溴素容易游离出来，对环境造成污染。
用ＨＮＯ３氧化合成偶氮二羧酸二烃基酯典型反应是偶氮二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯和偶氮二甲酸二丙酯的合成，Ｄａｎｉｅｌ等以肼二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯为原料，采用ＨＮＯ３氧化得到偶氮二甲酸二（２，２，２三氯乙基）酯，收率为７６％，反应过程中有大量氮氧化物生成；廉鹏［８］等用ＨＮＯ３氧化肼二甲酸二丙酯得到偶氮二甲酸二丙酯，收率达到９９８％。采用ＨＮＯ３氧化，反应收率比较高，但是能耗大、对设备要求高、容易产生大量氮氧化合物污染环境。
综上所述，ＤＩＡＤ合成方法是通常是氯甲酸异丙酯和水合肼反应合成肼１，２二甲酸二异丙酯，再用浓硝酸、氯气、溴素、ＮＢＳ等氧化剂氧化而得。浓硝酸为氧化剂，在０℃以下氧化，产生大量的氮氧化物，氮能引起水环境的富营养化，环境污染严重。文献直接用氧化剂ＮＢＳ在吡啶环境中氧化肼酯得到产品ＤＩＡＤ，产率高达９０％以上，但由于溴素在水中溶解度不大，容易挥发造成大气污染，安全性差，且成本较高。
采用氯气在碱性条件下氧化肼１，２二甲酸二异丙酯，用有机溶剂萃取后，再脱除溶剂得产品，该方法产生大量次氯酸钠，三废排放高，对环境污染严重，不经济环保。以苯系物为溶剂，吡啶、ＮＢＳ试剂氧化法在常温下制备偶氮二甲酸二烃基酯，反应条件温和，收率高［１０］，溴素在水中溶解度不大，容易挥发造成大气污染，且成本较高。
本文以氯甲酸异丙酯和水合肼为原料，制备肼１，２二甲酸二异丙酯；双氧水为氧化剂，氢溴酸为催化剂，在低温浓硫酸酸性条件下氧化肼１，２二甲酸二异丙酯制得ＤＩＡＤ。该反应合成方法简便，副反应少，氢溴酸为催化剂量，不会产生大量溴。反应中浓硫酸可以很好的溶解肼１，２二甲酸二异丙酯，可以循环使用，经济性好，具有良好的应用前景。
实验部分
１ 仪器和试剂
氯甲酸异丙酯、水合肼（８０％）、无水碳酸钾、乙醚、浓硫酸（９８％）、氢溴酸（４０％）、双氧水（３０％）、二氯甲烷等均为分析纯试剂。ＷＲＳ２型微机熔点测定仪，ＦＴＩＲ２００ＸＢ型红外光谱仪（美国Ｎｉｃｏｌｅｔ公司），ＢｒｕｋｅｒＡｖａｎｃｅⅢ ５００ＭＨｚ核磁共振仪（ＣＤＣｌ３，ＴＭＳ为内标，瑞士Ｂｒｕｋｅｒ公司），ＬＣ２０ＡＴ型Ｃ１８柱液相色谱仪。
２ 实验方法
２．１ 肼１，２二甲酸二异丙酯的制备 在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗的２５０ｍＬ三颈瓶中，依次加入４９０２ｇ（０４ｍｏｌ）氯甲酸异丙酯，乙醚（８０ｍＬ），干燥的粉末碳酸钾４１５ｇ（０３ｍｏｌ），搅拌，冰盐浴降温至０℃以下，缓慢滴加水合肼１２５ｇ（０２ｍｏｌ），温度控制在０℃以下；滴加完毕后继续反应２ｈ，反应结束，瓶中有大量白色固体析出。向反应瓶中混合物倾入冰水（１００ｍＬ），减压抽滤，用５０ｍＬ水洗涤固体３次，烘干，得到白色晶状固体肼１，２二甲酸二异丙酯３９４ｇ，收率为９６６％，经ＨＰＬＣ测定其色谱含量为９５０８％，ＨＰＬＣ测定条件为：Ｃ１８柱分离，柱温２５℃，甲醇水（体积比８∶２）为流动相，流速１０ｍＬ／ｍｉｎ，紫外检测波长２３０ｎｍ。ｍｐ１０６１～１０７６℃（文献值［１３］：１０５～１０７℃），１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３５００ＭＨｚ），δ：１２６～１２７（ｄ，１２Ｈ，ＣＨ３）；４９５～５００（ｍ，２Ｈ，ＣＨ）；７２７（ｓ，２Ｈ，ＮＨ）。
２．２ 偶氮二甲酸二异丙酯的合成 在装有搅拌器、温度计、滴液漏斗的２５０ｍＬ三颈瓶中，依次加入１０２ｇ（００５ｍｏｌ）肼１，２二甲酸二异丙酯，水（５０ｍＬ），搅拌下加入浓硫酸（５０ｍＬ）至固体全溶；加４０％的氢溴酸０２ｇ（０００１ｍｏｌ），控制在０℃以下滴３０％双氧水６２３ｇ（００５５ｍｏｌ），１ｈ滴加完毕，溶液为橘红色，０℃下反应２ｈ。反应完毕后静置，ＣＨ２Ｃｌ２萃取，萃取液反复水洗至中性，水洗液回收，用无水ＭｇＳＯ４干燥，蒸馏回收溶剂，在７５～８０℃（２ｍｍＨｇ）下减压蒸馏得到淡黄色液体偶氮二甲酸二异丙酯９４８ｇ，收率９３９％，经ＨＰＬＣ测定其色谱含量为９７５３％，ＨＰＬＣ测定条件为：Ｃ１８柱分离，柱温２５℃，甲醇水（体积比８∶２）为流动相，流速１０ｍＬ／ｍｉｎ，紫外检测波长２８５ｎｍ；１ＨＮＭＲ（ＣＤＣｌ３，５００ＭＨｚ），δ：１４２～１４４（ｄ，１２Ｈ，ＣＨ３）；５２０～５２８（ｍ，２Ｈ，ＣＨ）；ＩＲ（Ｌｉｑｕｉｄｆｉｌｍ），σ／ｃｍ－１：２９８７０（Ｃ—Ｈ），２９４０６（Ｃ—Ｈ），１７７６２（ＣＯ），１２４５８（—Ｃ—Ｏ—Ｃ），１０９８１（Ｃ—Ｏ—Ｃ）。
