2,2-二异丙基丙腈的合成
王凯;刘玉华;万幸;张秀兰;张珩;万春杰
【摘 要】针对原有工艺条件的操作条件苛刻和反应原料贵的缺点,设计并实施了一种制备2,2-二异丙基丙腈的方法.首先,在吡啶的存在下,甲磺酰氯与异丙醇缩合制备异丙基甲磺酸酯.不经分离,直接与丙腈反应,在氨基钠的作用下发生缩合反应,合成得到2,2-二异丙基丙腈,总收率81.3％,含量98％.结果表明:能有效通过改变起始原料和工艺过程,使得原料易得,操作条件温和,更好地满足工业化生产要求,具有潜在的工业化价值.%To improve the harsh operating conditions and expensive reactants in the original process conditions, a process for preparing 2, 2-diisopropylpropionitrile method was designed and implemented. In the presence of pyridine, isopropyl mesylate ester was prepared with methanesulfonyl chloride and isopropyl alcohol, and it was not purified further to synthesize 2, 2-diisopropylpropionitrile with propionitrile in the system of amino sodium. At last the 2, 2-diisopropylpropionitrile with total yield of 81.3% and purity of 98% was obtained. The results show that the raw material is gained easily and the mild operating conditions are obtained through changing the starting raw materials and technological process, which meets industrial production requirements 【期刊名称】《武汉工程大学学报》 【年(卷),期】2012(034)008 【总页数】3页(P24-25,30)
【关键词】工艺改进;凉味剂;异丙基甲磺酸酯 【作 者】王凯;刘玉华;万幸;张秀兰;张珩;万春杰
【作者单位】武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学国际学院,湖北武汉430074;武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074;武汉工程大学湖北省新型反应器与绿色化学工艺重点实验室,湖北武汉430074 【正文语种】中 文
【中图分类】TQ463.2;O623.2 0 引 言
2,2-二异丙基丙腈(I)是新型凉味剂 N, 2, 3-三甲基-2-(1-甲基乙基)丁酰胺或N, 2, 3-三甲基-2-异丙基丁酰胺(WS-23)的关键中间体[1],广泛用于食品、饮料、糖果、化妆品、烟制品、医药等.
2,2-二异丙基丙腈的制备主要有两种方法.方法一：Arseniyadis等[2]采用二异丙基胺基锂/THF的体系，将溴甲烷和2, 2-二异丙基乙腈缩合，合成2, 2-二异丙基丙腈；此外，在氨基钠/液氨的条件下，碘甲烷与2, 2-二异丙基乙腈缩合，制备2, 2-二异丙基丙腈(如图1).针对两条路线以及工艺条件而言，2, 2-二异丙基乙腈既无来源供给，且制备方法复杂.而溴甲烷为气体，工业化操作相对麻烦，反应需要使用压力设备，无疑增加设备成本投入.同时，碘甲烷价格较贵，使得反应成本增加.
此外，采用的二异丙基胺基锂价格昂贵，且要求反应体系无水，导致工业化操作难度增加.而氨基钠/液氨的反应体系，操作温度低，从而对于冷却装置要求相对较高. 图1 2, 2-二异丙基丙腈的制备方法(一)Fig.1 Synthetic route of 2, 2-diisopropylpropionitrile (I)
方法二：李家玉等[3]采用丙腈为原料，在氨基钠/液氨的体系中与2-溴丙烷直接缩合得到2,2-二异丙基丙腈，反应时间为30 h.该路线优点在于原料易得，反应过程简单.但是氨基钠/液氨的反应体系属于超低温条件，且由于时间长而导致生产周期过长，劳动生产率较低，不利于工业操作过程.
图2 2, 2-二异丙基丙腈的制备方法(二)Fig.2 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (II)
针对前人路线的优缺点，结合反应机理和文献方法[3]，利用磺酸酯替代溴代物作为亲电试剂参与反应，设计并实施了一条2, 2-二异丙基丙腈的合成新路线，如图3所示.
图3 2, 2-二异丙基丙腈的合成新路线Fig.3 Synthetic route of 2, 2-diisopro pylpropionitrile (III) 1 实验部分 1.1 仪器与试剂
美国Agilent公司70A/5975C气-质联用仪(GC-MS)；四氢呋喃(THF)采用Na干燥，二本甲酮作为指示剂；其它试剂为分析纯. 1.2 合 成
在NaNH2/THF体系下，以丙腈为起始原料，与异丙基甲磺酸酯发生缩合反应，合成得到2, 2-二异丙基丙腈，总收率81.3%.
1.2.1 异丙基磺酸酯(2)的制备[4-5] 将甲磺酰氯11.5 g(0.1 mol)溶解于50 mL吡啶溶剂中，室温下缓缓滴加异丙醇6.0 g(0.1 mol)，加毕，维持搅拌2 h，减压至
干，残余物溶于40 mL乙酸乙酯，依次用质量分数为1%碳酸氢钠水溶液、饱和盐水洗涤酯层，分液，无水硫酸钠干燥酯层，减压除去乙酸乙酯，得到无色液体，即甲磺酸异丙酯粗品13.0 g，收率94.2%.未经纯化，直接进行下一步反应. 1.2.2 2, 2-二异丙基丙腈(1)的合成 冰浴下，丙腈5.5 g(0.1 mol)溶于30 mL THF中，加入氨基钠8.6 g(0.22 mol)混合2 h.搅拌下，滴入13.0 g甲磺酸异丙酯粗品的10 mL THF溶液，滴加30 min后，反应温度维持在20 ℃.反应8 h后，过滤，滤饼用THF洗涤，合并有机层.浓缩至干，残余物减压蒸馏，收集74～76 ℃(0.266 kPa)的馏分，得到无色液体，即2, 2-二异丙基丙腈12.0 g，收率86.3%.GC-MS(m/z)：140[M+H]+，97，82，质量分数98%. 2 结果与讨论
在异丙基磺酸酯的制备中，除了甲磺酰氯以外，采用了苯磺酰氯、对甲苯磺酰氯和三氟甲磺酰氯作为磺酸酯的反应原料，收率分别为86.5%、91.2%和95.8%.但是由于来源有限、价格相对较贵或由于中间体的改变，而导致最终产物制备收率较低的原因，而未采用.
在2, 2-二异丙基丙腈的制备中，考察了不同碱体系对于反应收率的影响.结果显示：氢化钙/甲苯、乙醇钠/乙醇、氨基钠/THF也都能较好满足反应本身的需求，但是对于最终产品的质量而言，氨基钠/THF体系能更好符合产品质量的要求. 同时，结合前人的反应条件以及机理，NaNH2的目的是脱丙腈alpha-H，形成[CCN]-碳负离子[6]，再进攻溴丙烷的仲碳，从而得到目标产物.因此，反应中会产生大量NH3，而溴丙烷的沸点只有71 ℃.如果不采用液氨的超低温体系，溴丙烷会随着NH3一起带出，使得反应收率大大下降.同时，也是由于超低温体系，反应活性较低，从而使得反应时间达到30 h，延长了反应周期.
与溴代物一样，磺酸酯是亲电试剂，也是较好的解离基团.而异丙基甲磺酸酯的沸点也较高，它的使用能有效提高反应温度，增强反应活性，从而缩短反应周期，因
此，本路线中的采用的工艺条件为反应温度20 ℃，反应时间8 h，有效地克服溴代丙烷的沸点偏低而给反应带来的诸多不利因素.
此外，对于反应过程也进行了相应的工艺控制.在NaNH2/THF体系中，呈现固-液非均相.因此，将NaNH2碾磨成粉末，同时，采用高速搅拌的措施，来提高反应转化率. 3 结 语
本研究设计并实施了一条2, 2-二异丙基丙腈的新路线.针对原有制备过程中存在的不利因素，本发明的目的选用廉价易得、安全低毒的原料，改进反应条件，降低了生产成本，简化操作过程，提高产品质量，更有利于工业化生产，具有潜在的工业化价值[7]. 参考文献：
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[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.
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