專利名稱:N-(磺酰甲基)甲酰胺制備方法
本發(fā)明涉及一種通過(guò)亞磺酸，甲醛和甲酰胺在水和第二種酸存在的情況下起反應(yīng)以制備N-(磺酰甲基)甲酰胺的方法。
所得的化合物是制備磺酰甲基異氰化物的重要原材料，而磺酰甲基異氰化物則是近年來(lái)在制備有機(jī)化學(xué)中廣泛用作“結(jié)構(gòu)單元”的一類化合物。例如可參看Lect.Heterocycl.Chem.5，S111-S122(1980)的綜述。這類化合物中最常用的是對(duì)-甲苯磺酰甲基異氰化物，亦簡(jiǎn)稱Tos MIC。
Tetrahedron Letters，2367-2368(1972)介紹了磺酰甲基異氰化物的可能的合成方法。
但磺酰甲基異氰化物的大規(guī)模應(yīng)用卻遇到了嚴(yán)重的障礙，這是由于其原料化合物N-(磺酰甲基)甲酰胺在工業(yè)生產(chǎn)中不易獲得高的產(chǎn)率。
為了大規(guī)模生產(chǎn)磺酰甲基異氰化物最好采用曼尼期縮合方法，該方法是使亞磺酸、甲酰胺和甲醛在水和甲酸存在下起反應(yīng)，然后將所得的N-(磺酰甲基)甲酰胺脫水獲得所需要的磺酰甲基異氰化物。詳細(xì)方法可參看Organic Syntheses 57，102-106(1977)，特別是其中的討論(第三部分)。
反應(yīng)可用下面的反應(yīng)式表示
式中R為一有機(jī)基團(tuán)，更具體地說(shuō)明，R可以是取代的或未取代的烴基或雜芳基。烴基可以是脂族基、脂環(huán)族基、單核芳基或多核芳基。脂族基可以是烷基、鏈烯基或者炔基。脂環(huán)族基可以是環(huán)烷基或環(huán)烷基烷基。芳基可以是苯基或萘基。雜芳基可以是含一個(gè)或一個(gè)以上5元、6元或7元環(huán)的基團(tuán)(該環(huán)有一個(gè)或一個(gè)以上在環(huán)的氮、氧或硫原子)。如有取代基，可以有一個(gè)或一個(gè)以上，該取代基可選自烷基、鏈烯基、炔基、烷氧基、囟素(如氯或溴)、氨基、硝基等。脂族基和脂環(huán)族基最多可含10個(gè)碳原子，最好為6個(gè)碳原子，烷基最好含1-4個(gè)碳原子。
R宜為一隨意取代的苯基，或?yàn)橐惠粱虻图?jí)烷基，最好是對(duì)-甲基苯基。
脫水(反應(yīng)式2)進(jìn)行得很順利。在溫和的條件下用易于獲得的廉價(jià)化學(xué)品便能使產(chǎn)率達(dá)到80-90%。
但前行的曼尼期縮合反應(yīng)(反應(yīng)式1)的產(chǎn)率卻是很低的。Rec. Trav.Chim.Pays B91，209-212(1972)報(bào)道了所得的五種N-(磺酰甲基)甲酰胺其產(chǎn)率在15-55%范圍。Orh.Synth.57，102-106(1977)提到，生產(chǎn)TosMIC的原料N-(對(duì)-甲苯基磺酰甲基)甲酰胺，其產(chǎn)率僅為42-47%。
本發(fā)明發(fā)現(xiàn)，在利用曼尼期縮合反應(yīng)制備N-(磺酰甲基)甲酰胺時(shí)，如果反應(yīng)介質(zhì)中沒(méi)有水或僅有少量水[不超過(guò)40%(重量)，更好的是少于15%(重量)，最好是少于5%(重量)]，產(chǎn)率能顯著提高。通過(guò)控制含水量的方法，使用水量大大低于前面提到的Organic Sytheses的方法中所用的量，產(chǎn)率可達(dá)90以上。本發(fā)明的方法還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)粗產(chǎn)物不需要進(jìn)一步分離便可用于下一步脫水步驟以得到相應(yīng)的磺酰甲基異氰化物，所以磺酰甲基異氰化物現(xiàn)在可用更為經(jīng)濟(jì)的一鍋法制造。
亞磺酸通常是以其鹽的形式(如亞磺酸鈉鹽)加入反應(yīng)混合物中，混合物中的過(guò)量酸使亞磺酸鹽就地釋出亞磺酸。過(guò)量的酸最好是甲酸。
甲醛可以甲醛的形式或以能就地產(chǎn)生甲醛的物質(zhì)(如多聚甲醛)的形式加入反應(yīng)混合物中。
反應(yīng)物和酸的用量相對(duì)于亞磺酸而言最好是過(guò)量的。當(dāng)甲酰胺與亞磺酸的摩爾比為6∶1、甲醛與亞磺酸的摩爾比為5∶1，第二種酸與亞磺酸的摩爾比為4∶1時(shí)能獲得最佳產(chǎn)率。需要的話可采用不會(huì)干擾反應(yīng)的稀釋劑，但通常是不必要的。
反應(yīng)溫度通常約在50℃與反應(yīng)混合物的沸點(diǎn)之間，宜為85-95℃，最好為90℃左右。
用下面的實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明。產(chǎn)率%是以亞磺酸鹽反應(yīng)物作為計(jì)算基準(zhǔn)的。
實(shí)施例1N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺將51.22克(0.2摩爾)約含4摩爾H2O的對(duì)-甲苯基亞磺酸鈉、24克(0.8摩爾)多聚甲醛、60毫升(1.5摩爾)甲酰胺和38毫升(1摩爾)甲酸加入一容器中，在15分鐘內(nèi)加熱至90℃。混合物含水7%左右。將混合物在該溫度下攪拌2小時(shí)后，使清澈的溶液冷卻至20℃。在加入晶種和400毫升水之后有N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺的結(jié)晶產(chǎn)生。將結(jié)晶懸浮液在19℃下攪拌30分鐘。濾出沉淀，用75毫升水洗滌三次，在70℃進(jìn)行真空干燥，得30.16克N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺(產(chǎn)率為70.8%)。熔點(diǎn)為109-111℃用100毫升二氯甲烷萃取濾液五次，又獲得相當(dāng)量的N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺。將合并在一起的萃取液蒸發(fā)后所得的10.5克殘留物溶于50毫升丙酮中。在此溶液中加入75毫升水。在真空中蒸發(fā)掉丙酮。加晶種后有N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺結(jié)晶生成。濾出所生成的結(jié)晶，洗滌并干燥，得8.18克(產(chǎn)率為19.2%)。熔點(diǎn)為103-107℃。
將母液的殘余物(1.90克)溶于二氯甲烷中，并使溶液通過(guò)硅膠柱。先用甲苯洗提已加了溶液的硅膠柱以清除全部二氯甲烷。接著用0.6升含5%(體積)丙酮的甲苯洗脫，最后用含有10%(體積)丙酮的甲苯洗脫。將由合并的幾份洗提液所得的殘留物溶于丙酮。加水并在真空中蒸發(fā)掉丙酮。加晶種后又有0.49克(產(chǎn)率1.15%)N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺結(jié)晶生成。熔點(diǎn)為107.5-108℃所得到的N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺的總產(chǎn)量為38.8克，相當(dāng)于91%產(chǎn)率(根據(jù)亞磺酸鹽計(jì)算)。
實(shí)施例2N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺將7.34克(40毫摩爾)的97%無(wú)水對(duì)-甲苯基亞磺酸鈉、4.80克(160毫摩爾)多聚甲醛、12毫升(13.56克，300毫摩爾)甲酰胺和7.6毫升(9.72克，200毫摩爾)的99%甲酸的混合物加熱到90℃。所有試劑基本上都不含水。
混合物攪拌2小時(shí)后冷卻至室溫加入30毫升水，此時(shí)便有N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺結(jié)晶生成。所得的N-(甲基磺酰甲基)甲酰胺用水洗滌，并進(jìn)行真空干燥。產(chǎn)量為7.68克(90.1%產(chǎn)率)。熔點(diǎn)為109-111℃。
實(shí)施例3N-(苯基磺酰甲基)甲酰胺重復(fù)實(shí)施例2的操作，所不同的是用6.77克(40毫摩爾)的97%無(wú)水苯亞磺酸鈉代替對(duì)-甲苯基亞磺酸鈉。N-(苯基磺酰甲基)甲酰胺的產(chǎn)量為6.31克(79.3%產(chǎn)率)。熔點(diǎn)為106-107℃。
實(shí)施例4N-(β-萘磺酰甲基)甲酰胺重復(fù)實(shí)施例2的操作，所不同的是用4.28克(20毫摩爾)的無(wú)水β-萘亞磺酸鈉代替對(duì)-甲苯基亞磺酸鈉鹽。其它反應(yīng)物的用量均為實(shí)施例2的一半。
N-(β-萘磺酰甲基)甲酰胺的產(chǎn)量為4.63克(93.0%產(chǎn)率)。熔點(diǎn)為139-141℃。
實(shí)施例5N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺制備了8份含有實(shí)施例2的反應(yīng)物的反應(yīng)混合物。在每份混合物中加入X毫升水，水的加入量是遞增的，使8份混合物最后分別含0、5、10、15、20、25、30和35%(重量)的水。
使混合物起反應(yīng)并按實(shí)施例2所述完成。只是在第一份混合物中加入30毫升水，而在其它混合物中則加入(30-X)毫升水?；厥盏玫? N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺。所得結(jié)果如下水的百分?jǐn)?shù) 0 5 10 15 20 25 30 35N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺產(chǎn)量 (克) 7.68 7.09 7.20 6.98 6.95 6.52 6.20 5.70產(chǎn)率 (%) 90.1 83.2 84.5 81.9 81.6 76.5 72.8 66.9熔點(diǎn) 109-111℃
實(shí)施例6甲基磺酰甲基異氰化物將由1.02克(10毫摩爾)甲基亞磺酸鈉、1.20克(40毫摩爾)多聚甲醛、3.0毫升(75毫摩爾)甲酰胺和1.9毫升(50毫摩爾)甲酸所組成的基本上不含水的混合物在90℃攪拌2小時(shí)。在90℃進(jìn)行真空蒸餾以除去揮發(fā)性反應(yīng)物。殘留物與10毫升無(wú)水乙腈一起在室溫下超聲振動(dòng)30分鐘。然后加入20毫升四氫呋喃，并繼續(xù)振動(dòng)15分鐘。將所得的懸浮液冷卻至0℃，在攪拌下加入13.0毫升(93毫摩爾)二異丙胺，并加入3.1毫升(33毫摩爾)磷酰氯。使反應(yīng)混合物在0℃下交替地振動(dòng)和攪拌達(dá)1小時(shí)，然后倒到100毫升的冰/飽和碳酸氫鈉溶液中，并用二氯甲烷萃取。將經(jīng)過(guò)干燥和濃縮的萃取液用250毫升乙酸乙酯稀釋并用中性氧化鋁處理。將液體濃縮至20毫升，然后慢慢加入約50毫升40-60℃的石油醚。這時(shí)開(kāi)始有結(jié)晶生成，再加入50毫升石油醚。甲基磺酰甲基異氰化物的產(chǎn)量為630毫克。另外從母液中又獲得30毫克甲基磺酰甲基異氰化物。
總的產(chǎn)量為660毫克(按甲基亞磺酸鹽原料計(jì)產(chǎn)率為55%)。熔點(diǎn)為50-54℃。再結(jié)晶后熔點(diǎn)為54.5-55.0℃。
權(quán)利要求
1.制備含有有機(jī)基團(tuán)R的N-(磺酰甲基)甲酰胺的方法，R基團(tuán)在磺酰部分取代，該方法包括使含有R基團(tuán)的亞磺酸與甲醛和甲酰胺以及第二種酸起反應(yīng)，其特點(diǎn)是反應(yīng)介質(zhì)中水的含量少于40%(重量)。
2.權(quán)利要求
1所述的方法，其特點(diǎn)是反應(yīng)介質(zhì)中水的含量少于15(重量)。
3.權(quán)利要求
1所述的方法，其特點(diǎn)是反應(yīng)介質(zhì)中水的含量少于5%(重量)。
4.權(quán)利要求
1-3中任一權(quán)利要求
所述的方法其特點(diǎn)是第二種酸為甲酸。
5.權(quán)利要求
1-4中任一權(quán)利要求
所述的方法，其特點(diǎn)是反應(yīng)溫度為85-95℃，最好為90℃左右。
6.權(quán)利要求
1-5中任一權(quán)利要求
所述的方法，其特點(diǎn)是反應(yīng)混合物中反應(yīng)物和第二種酸與亞磺酸的摩爾比如下甲酰胺與亞磺酸的摩爾比為6∶1，甲醛與亞磺酸的摩爾比為5∶1，第二種酸與亞磺酸的摩爾比為4∶1。
7.權(quán)利要求
1-6中任一權(quán)利要求
所述的方法，其特點(diǎn)是R是可選擇取代的苯基或萘基或一低級(jí)烷基。
8.權(quán)利要求
1-7中任一權(quán)利要求
所述的方法，其特點(diǎn)是所制備的是N-(甲苯磺酰甲基)甲酰胺。
9.權(quán)利要求
1-8中任一權(quán)利要求
所述的方法，其特點(diǎn)是將所得的N-(磺酰甲基)甲酰胺脫水以獲得相應(yīng)的磺酰甲基異氰化物。
專利摘要
N-(磺酰甲基)甲酰胺是在第二種酸和控制量的水存在下使亞磺酸、甲醛和甲酰胺反應(yīng)而得。該類甲酰胺可轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的磺酰甲基異氰化物。
文檔編號(hào)C07C313/00GK87102774SQ87102774
公開(kāi)日1987年11月18日 申請(qǐng)日期1987年4月15日
發(fā)明者巴恩德斯·尼克拉斯·科爾內(nèi)利斯·瑪利亞·E 申請(qǐng)人:吉斯特-布羅卡迪斯公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan