对氨基吡啶合成的研究_赵岷

第21卷第2期锦州师范学院学报V ol.21N o.2 2000年6月Journal of J inzhou T eachers Co llege Jun.2000

对氨基吡啶合成的研究

赵　岷　李新华

(锦州师范学院,锦州,121000)

【摘　要】　研究了由吡啶制备对氨基吡啶的方法,在两个方面取得了进展。其一是用T S—1分子筛代替醋酸或邻苯二甲酸酐作为合成N—氧化吡啶的催化剂;其二是用Pd A l2O3作为催化剂通过催化加氢制备对氨基吡啶。T S—1及Pd A l2O3作为催化剂不仅具有较强的催化活性,稳定性和重复使用性,而且极大地减少了副产物的生成,降低了对环境的污染和设备的腐蚀。

【关键词】　对氨基吡啶,T S—1,催化氧化,催化还原

中图分类号:O621.3 文献标识码:A 文章编号:1007-533X-(2000)02-41-04

对氨基吡啶是有机合成和医药合成的中间体,也是合成新型降压药吡那地尔的重要原料〔1〕。对氨基吡啶的合成路线如图l所示〔2、3〕:

图1

传统的方法采用醋酸或邻苯二甲酸酐为催化剂,使用30%双氧水氧化吡啶(I)制备N—氧化吡啶(II),再将( )直接用HNO3-H2SO4混酸硝化制备N—氧化对硝基吡啶( )。而氨基吡啶的合成一般在少量酸存在的条件下用金属还原( )制备。在该方法中,由于酸作催化剂,酸与金属作还原剂,一方面腐蚀了设备,另一方面由于大量副产物的生成使后处理复杂,污染环境,并且产率不高。

本论文对上述合成方法在两方面进行了改进:其一是用T S—1分子筛作催化剂代替醋酸或邻苯二甲酸酐合成( );其二是用Pd A l2O3为催化剂通过催化加氢制备( ),并通过实验摸索出最佳反应条件,充分发挥催化剂的催化效果。

1　实验部分

1.1　催化剂Pd A l2O3的制备

称取一定量的PdC l2,加少量1N N aC l,在加热条件下使其溶解。将此溶液倒入盛有一定量Χ-A l2O3的

收稿日期:2000-02-26

作者简介:赵岷,女,39岁,硕士,从事结构化学和多相催化的教学与科研工作。

蒸发皿中。水浴加热,不断搅拌液体至蒸干。取一下量85%水合肼溶液加入上述蒸干的粉末中,浸泡4小时使

PdC l 2充分还原。过滤,蒸馏水洗涤至中性,100℃条件下干燥,即得到各种Pd A l 2O 3催化剂。1.2　合成反应

1.2.1　N —氧化吡啶的合成

将30.5m l 吡啶,3g T S -1催化剂及30m l H 2O 加入三颈瓶中,水浴温度升至80℃后,在搅拌下慢慢滴入

30%H 2O 2,在2小时内滴完52m l 。反应2小时后反应体系降至室温,抽滤。将滤液减压蒸馏,蒸出水和吡啶。将产物冷却,得浅黄色固体。

1.2.2　N —氧化对硝基吡啶的合成

水浴冷却下将30m l 浓H 2SO 4缓慢加入上述浅黄色固体中,然后在强力搅拌下向其中加入62.5m l HNO 3

与50m l H 2SO 4组成的混酸,充分混匀后水浴加热,在85—90℃下保温反应5小时,放置过夜。向反应混合物中滴加45%N a OH 溶液中和至pH =7,放置冷却后过滤,滤饼、滤液分别用氯仿洗涤和萃取。合并洗液及萃取液,减压蒸馏,蒸出氯仿,得到黄色固体产物。1.2.3　对氨基吡啶的合成

在装有电磁搅拌、温度计及H 2导气管的100m l 四颈瓶中加入0.2g Pd A l 2O 3催化剂,40m l 无水乙醇。接通H 2供气系统,排尽反应体系中的空气。开启电磁搅拌,液体石蜡浴控温至60℃。加入2g 上述得到的N -氧化对硝基吡啶,反应开始。产物中各组分含量的分析采用气相色谱仪(SP —502),检测器为氢火焰离子检测器,色谱柱为OV —101弹性石英毛细管柱。2　实验结果与讨论

由吡啶合成对氨基吡啶涉及到氧化、硝化和还原三类反应。对于硝化反应,前人的研究工作较多,反应技术较成熟。我们主要研究了催化氧化及催化还原两类反应,考察了影响反应的几个因素。2.1　催化氧化反应

T S —1是具有M F I 结构的含钛高硅分子筛,一般认为钛原子进入分子筛的骨架结构并高度分散。在温和条件下以双氧水作氧化剂时,T S —1可催化烃类的部分氧化,并具有较高的氧化活性、选择性和稳定性。

T S —1催化下H 2O 2氧化吡啶生成N —氧化吡啶的反应方程如图2所示

:

图2

氧化产物通过测定其NM R 谱并与标准谱图对照可知为N —氧化吡啶。2.1.1　T S —1催化剂的用量对氧化反应的影响

T S —1用量对于催化氧化反应的影响见表1。

由表1可知,随着催化剂用量的增加,反应产率增加,但是当催化剂继续增加时,产率反而下降。这是因为催化反应与催化剂活性中心浓度成正比,开始时,催化剂量增加,活性中心浓度增加,产率增加。当催化剂过量时,将吸附部分产物,使产率降低。因此催化剂的用量要适中,我们选用催化剂的用量为3g 。

表1　T S —1用量对催化反应的影响

吡啶 m l T S —1 g

H 2O m l

H 2O 2 m l

产量 g

产率 %30.5

135

30

52

34.234.532.7

94.795.690.6

2.1.2　氧化剂H 2O 2的用量对于催化反应的影响

24锦州师范学院学报第21卷

表2　H 2O 2的用量对催化反应的影响

吡啶 m l T S —1 g

H 2O m l H 2O 2 m l 产量 g

产率 %30.5

3

30

455260

34.034.534.7

92.295.296.1

H 2O 2用量的影响见表2。结果表明,随着H 2O 2量的增加,产率相应增加。但考虑到生产成本,所以氧化剂的用量也应适中。我们选用了氧化剂的用量为52m l 。2.1.3　Si T i 对催化氧化反应的影响

T S —1催化剂中硅钛比不同,也直接影响氧化反应的产率,由表3可以看到Si T i 比对氧化反应的影响。

结果表明,Si T i 越低,即进入分子筛骨架的钛越多,产率越高。

但由于合成低硅钛比的技术并不成熟,所以有可能存在没有进入骨架的无定型钛,这些无定型钛反而促使H 2O 2的分解,造成产率的下降。因此适宜的硅钛比应为25。

表3　Si T i 对催化反应的影响

Si T i 产量 g 产率 %3033.091.42534.796.12033.292.0

15

36.8

—

N —氧化吡啶的硝化完全按文献〔1〕的方法,得到N —氧化对硝基吡啶。我们主要讨论了N —氧化对硝基

吡啶加氢还原生成对氨基吡啶的反应。2.2　催化还原反应

由文献〔4〕可知贵金属用于催化还原芳香硝基化合物到相应的芳香胺具有较强的催化活性。因此,我们仍采用贵金属作催化剂还原对硝基吡啶制备对氨基吡啶,只是将载体变为A l 2O 3。因为对硝基吡啶还原过程中不涉及脱氯问题,而且由于活性炭颗粒太小,重复使用时损失较大。当采用Pd A l 2O 3为催化剂时,为了获得最佳催化效果,我们主要讨论了两方面的影响因素。2.2.1　Pd A l 2O 3催化剂中Pd 的含量的影响

表4　不同含Pd 量的催化剂对于对硝基吡啶还原反应的影响Pd 含量

%反应时间 m in

对硝基吡啶的转化率 %

3

30

609067.02

85.60100160

9012058.6084.861000.590

120180

46.8583.40100

制备了Pd 的含量分别为3%,1%,0.5%的几种不同Pd A l 2O 3催化剂。表4列出了在上述催化剂存在下对硝吡啶加氢还原生成对氨基吡啶的反应结果。

表4的实验数据表明,随着Pd 含量的增加,对硝基吡啶达到100%转化率的时间缩短。综合考虑贵金属的价格及反应时间后,我们选择催化剂中适宜Pd 的含量为1%左右。2.2.2　反应温度的影响

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