2-氨基-3-甲基吡啶的合成及性质研究

2-氨基-3-甲基吡啶的合成及性质研究

氨基-3-甲基吡啶是一种重要的有机化合物，可用于合成抗哮喘药物、抗菌药物、止痛剂和抗感染药物。这也是一种氧气和氮结合的酶抑制剂。最近，该化合物也是一种优良的增剂剂，有利于溶解碳纳米管材料。其制备通常是将3-甲基吡啶与氨基钠进行氨化反应。此反应条件苛刻,反应试剂难得,且副产物较多,收率低;也有以2-氨基吡啶为起始原料进行甲基化,但步骤繁琐,路线长,总收率仅50%,工业应用价值不高。本文参考有关文献,以2-氰基-3-甲基吡啶为原料,在碱性条件下加入过氧化氢催化氰基不完全水解成酰胺,得到中间体新化合物——3-甲基-2-吡啶甲酰胺,再经过霍夫曼降解得到2-氨基-3-甲基吡啶,此合成路线操作简便,反应条件温和,收率高。具体合成路线如下:1实验部分1.1实验原料及助剂2-氰基-3-甲基吡啶(工业级,上虞三和医药化工有限公司);氢氧化钠(AR,武进市漕桥中学实验化工厂);液溴(工业级,上虞三和医药化工有限公司);过氧化氢(27.5%,质量分数)(杭州临安金龙化工有限公司);乙酸乙酯(AR,上海试剂总厂)。1.2红外光谱检测仪器X4-显微熔点测定仪(温度计未校正,上海华岩仪器设备有限公司);AvanceDMX500NMR谱仪(TMS为内标,Bruker公司);Nicolet5DX型红外光谱仪(美国Nicolet公司);HP5898A质谱仪(惠普公司);FlashEA-1112型元素分析仪(意大利Carlo-Erba公司)。1.3实验步骤1.3.1-甲基-2-吡啶甲酰胺3-甲基-2-吡啶甲基的合成将2-氰基-3-甲基吡啶(47.2g,0.4mol)加到5%(质量分数)氢氧化钠水溶液(320mL)和丙酮(320mL)的混合溶剂中,搅拌下在15min内滴加10%(质量分数)的H2O2(123.5mL),升温至50°C,继续搅拌反应3.5h,停止反应,于50°C以下蒸除丙酮,冷冻,抽滤,烘干,得白色固体3-甲基-2-吡啶甲酰胺46.2g,摩尔收率84.9%,mp:140～140°C。1HNMR(CDCl3)δ(×10-6):2.736(s,3H,CH3),5.868(b,2H,NH2),7.279～8.410(m,3H,吡啶H);IR(KBr)/cm-1:3419NH2,3199CH3,1689C=O;MS(m/z):136(M,8%),120(M-NH2,21%),92(M-CONH2,100%);元素分析(%),理论值:C61.75;H5.92;N20.58;实测值:C61.66;H5.98;N20.87。1.3.2以量化法合成次溴酸钠溶液将12%(质量分数)的NaOH水溶液(320mL)用冰盐水降温至0～5°C,缓慢滴加液溴(21mL),滴毕保温0.5h,制得次溴酸钠溶液。将上步制得的白色固体2投入到12%(质量分数)的NaOH水溶液(250mL),0°C时滴加新制得的次溴酸钠溶液,滴加完毕,白色固体逐渐溶解,升温至60°C反应0.5h,停止反应。反应液冷却,用乙酸乙酯(270mL×3)萃取,有机相用水(50mL×2)洗涤,干燥,浓缩得红色液体,粗品减压蒸馏,收集107～108.5°C/2.67kPa馏分,降至室温,得到白色固体(1)32g,摩尔收率87.2%,mp:33.5°C,与文献一致。1HNMR(CDCl3)δ(×10-6):2.334(s,3H,CH3),5.430(b,2H,NH2),6.846～8.110(m,3H,吡啶H)。2降解反应工艺的考察实验中主要对水解反应所用的H2O2水溶液浓度和氢氧化钠水溶液浓度,以及霍夫曼降解中反应温度和氢氧化钠水溶液浓度进行了考察,得出反应的最佳工艺条件。2.1在氰基水解反应中，氢氧化钠溶液浓度、b2o溶液浓度和反应温度对澄清率的影响2.1.1-氰基-3-甲基吡啶水解反应时间的影响在氢氧化钠用量相同的情况下,改变氢氧化钠溶液浓度,结果如表1:由表1可以看出,2-氰基-3-甲基吡啶水解在碱溶液浓度为5%时,产物收率较高。碱液浓度太低,反应进行不完全;浓度过高,易导致酰胺产物继续水解成酸,使收率下降。2.1.2-氰基-3-甲基吡啶水解反应时双氧水溶液浓度的确定在过氧化氢用量相同的情况下,改变过氧化氢溶液浓度,结果如表2:由表2可以得出,2-氰基-3-甲基吡啶水解反应中双氧水溶液最佳浓度为10%。2.1.3反应温度对酰胺合成反应的影响水解反应中,反应温度过低,反应速度较慢,反应不完全,延长反应时间,原料减少但副产物相应增加,致使收率下降;反应温度太高,TLC跟踪显示有明显副产物生成,使酰胺产物继续水解至酸。根据表3,2-氰基-3-甲基吡啶水解成酰胺的适宜温度为50°C。2.2霍夫曼分解反应中反应温度和氢氧化钠溶液浓度的影响2.2.1最佳工艺的测定由表4可见,霍夫曼降解反应在60°C时反应收率最佳。温度过低降低反应速度,延长反应时间,而且反应不完全;温度过高虽然反应速度加快,反应时间缩短,但有杂质随之生成,降低了收率。2.2.2碱液浓度对霍夫曼降解反应的影响本实验采用先以12%(质量分数)的氢氧化钠溶液自制次溴酸钠溶液,再将新制次溴酸钠溶液滴加到碱液(NaOH)中进行霍夫曼降解反应,对此碱液的适宜浓度考察结果如表5,可见氢氧化钠溶液浓度对霍夫曼降解反应的收率影响很大。最适宜的浓度是12%。3水解反应反应中有机物溶剂的应用(1)本文以2-氰基-3-甲基吡啶为原料,经过氰基水解和霍夫曼降解反应制得2-氨基-3-甲基吡啶,两步摩尔收率分别在84%和87%以上。该路线原料廉价易得,操作工艺简单,反应条件温和,收率较高,适于工业化生产;(2)氰基水解反应中,以水和与水互溶的有机介质丙酮为混合溶剂,在稀碱(NaOH)溶液中,以过氧化氢为催化剂,既有效地避免了氰基完全