CN101182304A - N-烷基吡咯烷的制备方法 - Google Patents

N-烷基吡咯烷的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于医药、化工原料的中间体——N－烷基吡咯烷的制备方法。该方法是将氨或有机胺水溶液控制在30℃，同时在1～5h滴加顺－1，4－二卤－2－丁烯和有机碱或者无机碱溶液，控制pH＝11～12，滴加完毕后，在30～100℃继续反应1～10h生成N－烷基－3－二氢吡咯；然后在高压釜中加入有机惰性溶剂、N－烷基－3－二氢吡咯和5％的Pd/C催化剂，升温至30～100℃，通H2，控制体系压力为0.2～1.0MPa，反应2～12h生成N－甲基吡咯烷。本发明原料来源丰富，产品收率高，纯度好，易提纯，所需设备要求相对较低；本发明污染小，有利于治理“三废”，容易实现工业化生产。

Description

N-烷基吡咯烷的制备方法
                               技术领域
本发明属于医药、农药中间体领域，涉及一种头孢菌素类抗生素的中间体的合成方法，具体涉及N-烷基吡咯烷及制备方法。
                               背景技术
N-烷基吡咯烷是一种重要的医药、农药中间体，尤其是N-甲基吡咯烷是应用于头孢吡肟必不可少的中间体。
欧洲专利EP 34480公开了一种N-烷基吡咯烷酮与氢气在Zn-Cu等催化剂的作用下在高温高压条件下制备N-烷基吡咯烷的方法。另外美国专利US 4892959也公开了利用亚铬酸铜作为催化剂在高温高压下制备N-烷基吡咯烷方法。该类方法的缺点是需要在高压装置中反应，设备投资大，不利于小批量生产。
精细与专用化学品，2004，V12(10)，24～25页报道了以四氢吡咯为原料，利用甲醛在甲酸介质中进行N甲基化反应。另外，日本专利JP 273056和JP 262869公开了利用四氢吡咯为原料以甲醇为甲基化试剂，选用H-X型分子筛为催化剂，进行反应制备N-甲基吡咯烷。这类方法的缺点主要是四氢吡咯价格太高，四氢吡咯与N-甲基吡咯烷沸点相近，利用普通的蒸馏方法很难将其分离。
Chemistry Letters，1990，(2)，251～252页报道了以N-甲基吡咯烷酮为原料以NaBH4进行还原制备N-甲基吡咯烷，但该方法中还原剂NaBH4价格高，此工艺没有实际意义。
中国专利CN 1810787公开了一种N-甲基吡咯烷的制备方法，该方法是利用1，4-二氯丁烷和一甲胺在高压釜中进行反应，最后利用无机碱进行中和，制备了N-甲基吡咯烷。典型的反应方程式如下所示：
Figure S2007101147802D00011
在该方法中，制备N-甲基吡咯烷盐酸盐的过程中，需要高温高压，在反应过程中对设备腐蚀大，反应条件较为苛刻。
                             发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种原料来源丰富，所需设备要求相对较低，工艺污染小，易提纯的N-烷基吡咯烷的制备方法。
本发明是一种N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于是利用顺-1，4-二卤-2-丁烯与氨或有机伯胺进行反应合成N-烷基-3-二氢吡咯，N-烷基-3-二氢吡咯经过加氢制备N-烷基吡咯烷。
具体工艺步骤为：
(1)N-烷基-3-二氢吡咯的制备：将2～3mol的氨或有机伯胺的水溶液控制在30℃，同时在1～5h内滴加1.0mol顺-1，4-二卤-2-丁烯和碱溶液，控制PH＝11～12，滴加完毕后，在30～100℃继续反应1～10h，反应结束后，经精馏得N-烷基-3-二氢吡咯，其中所述氨或有机伯胺水溶液的质量浓度10～50％；
(2)N-烷基吡咯烷的制备：在高压釜中加入有机惰性溶剂、N-烷基-3-二氢吡咯和5％或10％的Pd/C催化剂，升温至30～100℃，通H2，控制体系压力为0.2～1.0MPa，反应2～12h后降温，过滤回收Pd/C催化剂，液体进行精馏，得N-甲基吡咯烷，有机惰性溶剂与N-烷基-3-二氢吡咯质量比为9∶1～1∶1，Pd/C催化剂与N-烷基-3-二氢吡咯质量比为0.01∶1～0.10∶1。
所述N-烷基-3-二氢吡咯和N-烷基吡咯烷分别具有下面的结构式：
Figure S2007101147802D00021
其中R为H或C1～C6的脂肪烷基。
所述步骤(1)的顺-1，4-二卤-2-丁烯优选为顺-1，4-二氯-2-丁烯、顺-1，4-二溴-2-丁烯或顺-1，4-二碘-2-丁烯；碱溶液可以是无机碱溶液，也可以是有机碱溶液，选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、三乙胺、吡啶、氨水中的一种或多种；所述步骤(1)中的反应温度优选为40～80℃；反应时间为3～7小时。
所述步骤(2)中的惰性有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种；所述步骤(2)中反应温度优选为50～80℃；反应时间为6～10小时。
以下为本发明典型的化学反应方程式：
Figure S2007101147802D00031
其中X为Cl，Br，I；R为H，C1～C6烷基。
相对于现有技术，本发明具有如下优点和有益效果：
1.此工艺具有原料来源丰富，产品收率高，纯度好，易提纯，所需设备要求相对较低的特点；
2.整个工艺污染小，有利于治理“三废”，容易实现工业化生产。
                                 具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明要求保护的范围并不局限于实施例表示的范围。
实施例1
(1)N-甲基-3-二氢吡咯的制备
在一个安装有温度计、冷凝管、磁力搅拌和恒压滴加漏斗的500ml反应瓶中加入40％的233.3g(3.0mol)一甲胺水溶液，控制在30℃，同时滴加125.0g(1.0mol)顺-1，4-二氯-2-丁烯和40％的NaOH溶液，体系的PH控制在11～12。滴加完毕后，升温至60℃，控制体系的PH＝11～12，继续反应3h。反应结束后，经两次精馏得N-甲基-3-二氢吡咯63.5g，产率76.5％。
(2)N-甲基吡咯烷的制备
在2L的高压釜中加入500g四氢呋喃，83.0g(1.0mol)N-甲基-3-二氢吡咯和4.2g 5％的Pd/C催化剂(Pd的质量百分数为5％)，升温至60℃，通氮扫除空气后开始通H2，控制反应体系的压力为0.6MPa，搅拌反应8h，反应结束后降至室温。过滤回收Pd/C催化剂，液体进行精馏，得N-甲基吡咯烷78.2g，产率92.1％。
实施例2
(1)N-乙基-3-二氢吡咯的制备
在一个安装有温度计、冷凝管、磁力搅拌和恒压滴加漏斗的500ml反应瓶中加入50％的180.0g(2.0mol)一乙胺水溶液，控制在30℃，同时滴加214.0g(1.0mol)顺-1，4-二溴-2-丁烯和饱和的Na2CO3溶液，体系的PH控制在11～12。滴加完毕后，升温至100℃，控制体系的PH＝11～12，继续反应1h。反应结束后，经两次精馏得N-乙基-3-二氢吡咯58.5g，产率60.3％。
(2)N-乙基吡咯烷的制备
在2L的高压釜中加入97g甲醇，97.0g(1.0mol)N-乙基-3-二氢吡咯和1.0g 5％的Pd/C催化剂，升温至100℃，通氮扫除空气后开始通H2，控制反应体系的压力为0.2MPa，搅拌反应12h，反应结束后降至室温。过滤回收Pd/C催化剂，液体进行精馏，得N-乙基吡咯烷81.3g，产率82.1％。
实施例3
(1)3-二氢吡咯的制备
在一个安装有温度计、磁力搅拌和恒压滴加漏斗的1000ml反应瓶中加入10％的680.0g(4.0mol)氨水，控制在30℃，同时滴加125.0g(1.0mol)顺-1，4-二氯-2-丁烯。滴加完毕后，升温至30℃，继续反应8h。反应结束后，经两次精馏得3-二氢吡咯37.4g，产率54.2％。
(2)吡咯烷的制备
在2L的高压釜中加入621g异丙醇，69.0g(1.0mol)3-二氢吡咯和3.5g10％的Pd/C催化剂(Pd的质量百分数为10％)，升温至30℃，通氮扫除空气后开始通H2，控制反应体系的压力为1.0MPa，搅拌反应2h，反应结束后降至室温。过滤回收Pd/C催化剂，液体进行精馏，得吡咯烷33.3g，产率46.9％。

Claims (10)

1.一种N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于是利用顺-1，4-二卤-2-丁烯与氨或有机伯胺进行反应合成N-烷基-3-二氢吡咯，N-烷基-3-二氢吡咯经过加氢制备N-烷基吡咯烷。
2.根据权利要求1所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)N-烷基-3-二氢吡咯的制备：将2～3mol的氨或有机伯胺水溶液控制在30℃，同时在1～5h内滴加1.0mol顺-1，4-二卤-2-丁烯和碱溶液，控制PH＝11～12，滴加完毕后，在30～100℃继续反应1～10h，反应结束后，经精馏得N-烷基-3-二氢吡咯，其中所述氨或有机伯胺水溶液的质量浓度为10～50％；
(2)N-烷基吡咯烷的制备：在高压釜中加入有机惰性溶剂、N-烷基-3-二氢吡咯和5％或10％的Pd/C催化剂，升温至30～100℃，通H2，控制体系压力为0.2～1.0MPa，反应2～12h后降温，过滤回收Pd/C催化剂，液体进行精馏，得N-甲基吡咯烷，有机惰性溶剂与N-烷基-3-二氢吡咯质量比为9∶1～1∶1，Pd/C催化剂与N-烷基-3-二氢吡咯质量比为0.01∶1～0.10∶1。
3.根据权利要求1或2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述N-烷基-3-二氢吡咯具有下面的结构式：
Figure S2007101147802C00011
其中R为H，C1～C6的脂肪烷基。
4.根据权利要求1或2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述顺-1，4-二卤-2-丁烯为顺-1，4-二氯-2-丁烯、顺-1，4-二溴-2-丁烯或顺-1，4-二碘-2-丁烯。
5.根据权利要求1或2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述有机伯胺的通式为RNH2，R为C1～C6的脂肪烷基。
6.根据权利要求5所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述有机伯胺为一甲胺或一乙胺。
7.根据权利要求2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述步骤(1)的碱溶液选自氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠、碳酸钾、三乙胺、吡啶、氨水中的一种或多种。
8.根据权利要求2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述步骤(1)中的反应温度为40～80℃，反应时间为3～7小时。
9.根据权利要求2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中的惰性有机溶剂选自四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、甲醇、乙醇、异丙醇中的一种或多种。
10.根据权利要求2所述的N-烷基吡咯烷的制备方法，其特征在于所述步骤(2)中反应温度为50～80℃，反应时间为6～10小时。
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