环庚酮的合成

第32卷第6期辽宁工业大学学报(自然科学版)Vol.32, No.62012年12月Journal of Liaoning University of Technology(QNatural Science Edition)Dec. 2012环庚酮的合成鲁桂林，齐航(沈阳工业大学理学院，辽宁沈阳110178)摘要:以1-硝甲基环己醇(1-NMCH)为主要原料，经过铁粉还原、重氮化、扩环反应制得了环庚酬。利用.气柑色谱对产品进行纯度测定并且通过红外光谱、核磁共振对产品结构进行了表征.探讨了反应条件对产品产率的影响，找出了较佳的合成工艺条件。结果表明合成较佳工艺条件为:铁粉与1-NMCH摩尔比为3.5: 1.0,铁粉还原的PH值范围为s~6,还原温度为40 C,重氮化温度为5 C以下,重氮化PH值范围为4~5,产品产率为48.69%.关键词; 1-硝甲基环己醇: 环庚酮:还原:重氮化中图分类号: 0611文献标识码: A .文章编号: 1674-32612012)06-0401-04Synthesis of cyclohexanolLU Gui-lin, QI Hang(School of Science, Shenyang University ofechnology. Shenyang 110870,0 China)Key words: 1-(nitromethyI) -cyclohemanol; cyclobeptanone; reduction; diazoizationAbstract: The cycloheplanone was synthesized with the main material 1-Nitomethy)-cyclohemanol through iron reduction, diazotization and ring expansion reaction. The purity of samplesby Gc spectum was determined and the structure was charaterized by IR spectrum and H-NMRspectrum. The efects of the syonthesis conditions on the yield of product were discussed, with muchbetter synthesizing process found. The results indicate that the optimal synthesis conditions are asfollows: the molar ratio of iron powder to 1-(nitromethyl) -cyclohemanol is 3.5:1.0, the control range ofiron reduction PH is S~6, the temperature of iron reduction is 40 9 the temperature of diazotization isbelow 5C, the control range of diazotization PH is 3~4. The yield of products is 48.69%.高血压病是最常见的心血管病，是全球范围内1实验部分的最大公共卫生问题。根据流行病学研究，血压升高是脑卒死和冠心病发病的独立危险因素。硫酸胍1.1 试剂及仪器设备乙啶能阻断交感神经，但不象神经节阻断药那样阻1.1.1实 验试剂断副交感神经，也不象利血平那样抑制中枢神经系试剂:氢氧化钠、冰醋酸、无水硫酸镁、乙醚、统,堪称治疗高血压药物方面突出的进展,而环庚酮还原铁粉、亚硝酸钠、盐酸，均为分析纯: I-NMCH为硫酸胍乙啶"合成必需的中间体,。据文献报道，(自制)。合成环庚酮的主要方法为亚硝酸法R-)和重氮甲烷.1.2 实验仪器设备法",由于所用原料重氮甲烷为极易爆炸的危险品，仪器:阿贝折光仪、红外光谱分析仪重氮甲烷法不适用于工业生产。亚硝酸法合成所用IRPRESTIGE-21型(日本岛津公司);气相色谱仪原料廉价，而且操作简单、收率较高，本实验采用GC7890 (美国安捷伦)、核磁共振波谱仪这条路线进行合成。(JNM-FX-90Q).中国煤化工收稿日期: 2012-11-04YHCNM HG作者简介:鲁桂林(1961-)， 男，辽宁沈阳人，副教授，硕士。402辽宁工业大学学报(自然科学版)第32卷1.2 实验原理反应方程式为:NO 21 NaOH十CH3NO22 2CH 3 COOH➢OHNO2NH24^0H+ 9Fe + 4H2O→4+ 3FezO4N2cl~OH + 2HCl + NaNO2一oH + NaCl + 2H2OCH2)H分解重排反应还原1 mol 硝基物为氨基物理论上需要2.252.1.1铁粉与 1-NMCH摩尔比对产率的影响mol Fe,据文献[5]报道实际用量为3~ 4 mol.脂环伯铁粉还原反应温度为40 C左右, PH值控制在5~6,胺主要通过与亚硝酸作用而发生重氮化反应，但由进行还原反应，重氮化的温度控制在5 C以下，PH于亚硝酸很不稳定，通常是用亚硝酸钠和盐酸使其值控制在3~4,改变铁粉与1-NMCH摩尔比，考察生成的亚硝酸立即与脂环伯胺反应形成重氮盐，这其摩尔比对产率的影响，得到实验结果见图1.也是运用最广的重氮化方法1(67]。生成的重氮盐即使50在低温下也不稳定，因而必须立即用于下步反应848脂肪族伯胺经重氮化形成的碳正离子可发生重排反应，得到某些扩环和缩环的反应产物。1.3 实验方法1.3.1 环庚酮的制备及其提纯40在一定量的水中加入适量的铁粉及少量的盐3E酸，回流1h,降温，调节PH值，维持该温度滴加1-NMCH，在滴加过程中保持PH值保持不变，滴加结束后，保温反应2 h.过滤，将滤液冷却至一2224262830323436384042Fe/1-NMCH /mol定温度，加入一定量盐酸，滴加亚硝酸钠溶液,进行图1铁粉 与1-NMCH摩尔比对产率的影响重氮化反应，直到可以使淀粉碘化钾试纸变蓝为从图1中可以看到:当铁粉与1-NMCH投料摩止，继续保温反应半小时，室温搅拌2h,回流1h,尔比为3.5: 1和4.0: 1的时候，产率相近且较高，水蒸气蒸馏,分出油层。蒸馏收集174~178 C馏分。小于3.5: 1比例时，产率变小，由此可以看出，铁1.3.2环庚酮的纯度 及结构测定粉与1-NMCH摩尔比在3.5: 1及更高时，产率较本实验利用阿贝折光仪测量产品折光率并且大。为节省原料，较佳摩尔比确定为3.5: 1.和文献值进行比较，再利用气相色谱测定了合成产2.1.2还原反应pH对产率的影响品的纯度，用红外光谱、核磁共振图谱手段对产品铁粉与1-NMCH投料摩尔比为3.5: 1, 反应温进行了结构表征。度控制在40 C左右，进行还原反应，重氮化的温2结果与讨论度控制在5中国煤化工4,考察还原反应时pH对HCNMH G果见表1.2.1反应条件对产率的影响.第6期鲁桂林等:环庚酮的合成403从表1中可以看到:当pH控制在5~6的时候，而急剧减少，由此可以看出，重氮化温度在低于5产率较高,在其它pH范围内产率较低，且偏离5~6C时，产率较大。越远产率越低，较佳pH范围为5~6.2.1.5重氮化pH值对产率的影响表1还原反应 pH对产率的影响铁粉与1-NMCH投料摩尔比为3.5: 1, pH控还原PH值3-44-5 5-65-7制在5~6，反应温度在40 C左右，进行还原反应,产事(%) 39.85 45.28 48.69 40.95重氮化的温度值控制在5 C以下，考察重氮化时2.1.3铁粉还原时反应温度对产率 的影响pH对产率的影响，得到实验结果见表2.表2重氯化pH对产率的影响制在5~6,进行还原反应,重氮化的温度控制在5 C重氮化PH值3-4 4-5 5-6以下, pH控制在3~ 4,考察还原温度对产率的影响，产率(%)34.20 48.69 25.95得到实验结果见图2.从表2可以看到:当重氮化pH范围在4~5的时候，产率较高，不在这个范围内产率都会减少，由此可以看出，重氫化pH范围在4~5时，产率较48-大。2.2 结构认证2.2.1红外光谱将样品与KBr压片，用IRPRESTIGE-21型红外光谱仪测试样品，实验结果见图4.45 50120还原温度/C110-图2铁粉还原时反应温度对产率的影响从图2可以看到:当还原温度在40~-50 C的时o0候，产率相近且较高，低于40 C时，随温度的升高而增加，高于40 C时，变化不大，由此可以看o1出，铁粉还原时反应温度在40 C及更高时，产率较大，为节省能耗，较佳还原温度为40 C.2.1.4重 氮化温度对产率的影响40003023020001000500铁粉与1-NMCH投料摩尔比为3.5:1，pH控Wavenumber/ca"制在5~6，反应温度在40 C左右进行还原反应，图4环庚酮的红外 光谱图重氮化的pH在3~4,考察重氮化温度对产率的影由图4可以看出:在2930 cm'、2 850 cm-'响，得到实验结果见图3.左右处有两个强吸收峰，分别是饱和的反对称伸缩和对称伸缩的-CH2;在1700 cm-' 处有一个强吸收峰，该峰是由C=0的伸缩振动引起的，受其他吸收带干扰的较小，是判断C=0存在的特征峰;在1 460 cm:'处，有一个比较弱的峰，该峰汇475.为_CH2的对称变形引起的;在788 cm-'处，有一个比较弱的峰，该峰为CH2弯曲振动引起的。由47.0红外谱图中的这几个主要的特征峰，可以证明产4.-品结构存在C=O、-CH2 结构。2.2.2核磁共振重氮化温度/C用CDC13 作溶剂，以FMS作内标，利用图3重氮化温度对产率的影响JNM-FX-90C中国煤花空样品。核磁共从图3可以看到:当重氮化温度在0~5 C的时振仪器测试THCNMHG候，产率相近且较高，高于5“C时，随温度的升高由图5可以以山;个大的刀」一各氢原子的归404 .辽宁工业大学学报(自然科学版)第32卷，属如下所示: 8=1.6 ppm处,为环庚酮分子C-CHz-C布为4: 8,符合环庚酮结构的氢核比例。上氢原子共振信号: 8=2.5 ppm处，为环庚酮分子由红外光谱和核磁共振谱图可以得出:合成._CH2-C=0.上氢原子共振信号。由积分线可见:自样品确实为环庚酮。左到右峰的面积为接近1:2,表明12个质子的分圄5环庾嗣的核磁共撅谱图2.3产品纯度(2)制备的环庚酮的较佳反应条件为:铁粉与气相色谱的条件为:填充柱最高温度325 C,1-NMCH摩尔比为3.5 : 1.0, 铁粉还原PH值为5~6,FID检测器;柱升温程序:初温45 C,然后以40还原温度为40 C，重氮化温度为S C以下，重氮C/min升至280 C:载气:氢气30mL/min;空气:化 pH为4~S.400 mL/min;氮气(高纯); 25 mL/min.在上述色谱(3)合成的环庚酮产品产率为48.69%.操作条件下，GC7890气相色谱仪测试样品实验结参考文献:果见图6.100000[|] Mull R P. Cuanidines with Antihypertensive Activity[]js. 088Journal of Organic Compounds, 1960, 25(9): 1953-1956.80000[2] Shih Yun-Er, Chen Chao-Tung. Synthesis of GuanethidineSulfte[J]. Bulletin of the Institute of Chemisty,60000Academica Sinica, 1980, 27(5): 19-22.40000-[3] Dauben H J, Cycloheptanone[J]. Organic Sytheses, 1963,8(4): 221-227.20000[41] 陈秀英,氽一成.胍乙啶的合成[U].药学学报，1964,1(4): 281-284.[5]张荣成，高健，芳香族硝菡化合物还原制芳胺生产工艺0123436789101112314评析[]化工矿物与加工，2000, 8(8): 29-31. .[6]陈长应.芳胺重氨化在有机合成中的应用[1喀什师范圈6环庚嗣的气相色谱图由气相色谱图及数据可以看到:合成产品的保学院学报, 2007, 28(6): 41-45.留时间为5.088 min,产品的纯度为98.15%.[7]刘灿培,林金火，曾玲玲,等.漆酚与苯胺重氨盐的偶联反应[].中国生漆, 2006, 25(1): 1-5.3结论[8]李怀刚.芳香伯胺重氮化的特殊反应条件[]. Jourmal of(1)以1-NMCH 为主要原料，经过铁粉还原、Huaihail中国煤化工(3):4-5.YHCN MH G壬编校;刘亚兵.重氮化、扩环反应合成环庚酮的方法是可行的。.