109-02-4 / N-甲基嗎啡啉的制備

背景及概述^[1][2]

N-甲基嗎啡啉是一種重要的有機(jī)化工中間體，其是一種優(yōu)良的溶劑、乳化劑、緩蝕劑、聚氨酯泡沫催化劑，也可以作為農(nóng)藥中間體。其合成方法主要有以嗎啉為原料的N-甲基化法、以二乙醇胺為原料的環(huán)合法、以一縮二乙醇胺為原料的環(huán)合法以及以二氯乙烷為原料的合成方法等。這些方法一般采用金屬催化劑進(jìn)行催化，在較高的溫度和壓力下進(jìn)行。而最方便的方法是采用嗎啉為原料，直接選用不同的甲基化試劑進(jìn)行N-甲基化反應(yīng)。

N-甲基嗎啡啉

應(yīng)用^[3]

N-甲基嗎啡啉作為一種有機(jī)化工中間體，具有叔胺及醚的雙重性質(zhì)，能夠作表面活性劑、萃取劑、腐蝕抑制劑，還廣泛應(yīng)用于農(nóng)藥和醫(yī)藥領(lǐng)域。N-甲基嗎啡啉是一種雜環(huán)叔胺，具有醚和胺的性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于殺蟲劑、殺菌劑、植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑等農(nóng)藥化合物的合成，也用于表面活性劑、潤(rùn)滑油冷卻劑、金屬防銹劑、纖維處理劑等精細(xì)化工產(chǎn)品的合成，

制備^[2]

目前，由嗎啉作為原料合成N-甲基嗎啡啉的方法主要有以下幾種研究報(bào)道：

(1)1985年的前蘇聯(lián)專利SU1164234，報(bào)道了以嗎啉和氯代甲烷為原料制備N-甲基嗎啡啉，收率較高。但是此法選用氯代甲烷為甲基化試劑，毒性較大，低沸點(diǎn)需要鋼瓶貯存，操作不方便；同時(shí)生成的氯化氫會(huì)與原料和產(chǎn)物成鹽，消耗大，對(duì)環(huán)境不友好；

(2)文獻(xiàn)Syn.Comm，32(3)，457～465(2002)，報(bào)道了以甲醛、草酸和嗎啉為原料的合成N-甲基嗎啡啉的方法。該法單程轉(zhuǎn)化率高、反應(yīng)條件溫和，不使用催化劑，但是放出二氧化碳等溫室氣體甲醛等，原子經(jīng)濟(jì)性較差，元素浪費(fèi)較多，污染大；

(3)1985年的美國(guó)專利US585949提出以硫酸二甲酯和嗎啉反應(yīng)得到N-甲基嗎啡啉，反應(yīng)轉(zhuǎn)化率高，原料方便易得。但是硫酸二甲酯毒性很大，現(xiàn)在該工藝已逐漸被淘汰。

(4)1973年的德國(guó)專利DE2205597提出，以嗎啉和甲醇進(jìn)行烷基化反應(yīng)，催化劑為SiO2-H3PO4，嗎啉與甲醇的投料摩爾比為40∶60，以流速為106g/h的混合蒸汽通入200mL的催化劑流化床，在160℃下進(jìn)行反應(yīng)可以制得91％的N-甲基嗎啡啉，嗎啉轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％。此工藝采用了廉價(jià)易得的原料，但流化床工藝的技術(shù)要求較高，操作難度，工業(yè)生產(chǎn)中對(duì)催化劑的強(qiáng)度、耐磨性、粒徑和壽命要求很高。對(duì)于N-甲基嗎啡啉這樣的小批量產(chǎn)品流化床生產(chǎn)并不十分適合。

具體方法一：

稱取44.59g嗎啉、45.41g碳酸二甲酯置于250mL高壓反應(yīng)釜中，設(shè)定反應(yīng)溫度100℃、轉(zhuǎn)速500r.p.m.，壓力1.0×105，反應(yīng)1h，反應(yīng)完成后將反應(yīng)液蒸餾后得產(chǎn)物，嗎啉的轉(zhuǎn)化率為77.83％，N?甲基嗎啡啉收率為58.29％。

具體方法二：

1)、合成：

在500ml的四口燒瓶中，將110g濃硫酸(1.1mol,98％)緩慢滴加(控制溫度不超過(guò)60℃，約30分鐘內(nèi)滴加結(jié)束)至119.16g的N-甲基二乙醇胺(1mol)中，升溫至160～170℃回流反應(yīng)7小時(shí)，反應(yīng)過(guò)程中有水蒸出。反應(yīng)結(jié)束后，冷卻至室溫，得合成反應(yīng)液。

2)、銨鹽轉(zhuǎn)移：

在室溫?cái)嚢钘l件下，將119.16gN-甲基二乙醇胺(1mol)滴入(滴加時(shí)間約為30分鐘)合成反應(yīng)液中，然后再加入1.19g的PEG-8000(約為N-甲基二乙醇胺質(zhì)量的1％)，接著升溫至60～70℃攪拌30分鐘。

3)、蒸餾：

將步驟2)所得的銨鹽轉(zhuǎn)移反應(yīng)液進(jìn)行減壓蒸餾，在-0.95MPa壓力下收集55～60℃下的餾分，得到N-甲基嗎啡啉98.72g。產(chǎn)品純度為99.9％；以消耗的N-甲基二乙醇胺為基準(zhǔn)，收率為97.5％。

具體方法三：

將17.4g(以摩爾比計(jì)為0.2mol，以下均同，)嗎啉、9.1g(0.06mol)的DBU加入到反應(yīng)器中，攪拌加熱至回流，緩慢加入12.8g(0.4mol)的甲醇，反應(yīng)3h后結(jié)束反應(yīng)，先蒸餾脫除回收甲醇，再加入吸水劑除水后，收集115～116℃的餾分為產(chǎn)品，釜底物為催化劑，可再次循環(huán)利用。產(chǎn)品N-甲基嗎啡啉的收率為90％，產(chǎn)品經(jīng)氣相色譜測(cè)定純度為99％。

主要參考資料

[1]李慶春, 莫冬次, 鄒超賢, & 楊春波. (2004). N-甲基嗎啉-n氧化物合成工藝的研究. 河南化工(9).

[2] 張想竹, 張繼昌, & 吳明書. (2003). N-甲基嗎啉的合成. 應(yīng)用化學(xué), 20(9), 917-918.

[3] 程春祖, 徐紀(jì)剛, 駱強(qiáng), 孫玉山, & 徐鳴風(fēng). (2012). 纖維素在n-甲基嗎啉-n-氧化物/水溶液中的溶脹與溶解性能. 合成纖維, 41(007), 15-19.