微波辅助法合成n,n’-二环己基碳二亚胺的方法
阅读说明：本技术 微波辅助法合成n,n’-二环己基碳二亚胺的方法 (Method for synthesizing N, N' -dicyclohexylcarbodiimide by microwave-assisted method ) 是由 王辉 王静 孙铎 于 2020-12-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种微波辅助法合成N,N’-二环己基碳二亚胺的方法。在微波辐射下,将N,N’-二环己基脲溶于溶剂中,加入氧化剂和负载在分子筛上的催化剂,保温回流；再加入相转移催化剂,调节pH值,发生碱解反应；过滤,分液,蒸出溶剂,减压蒸馏,得到N,N’-二环己基碳二亚胺。本发明负载在分子筛上的催化剂比表面积大,催化效率高；采用微波辅助法,并加入相转移催化剂,克服了传统工艺两相反应难、反应不彻底的问题,大大提高了反应转化率,缩短了反应时间,产品具有纯度和收率高的特点。(The invention relates to the technical field of organic synthesis, in particular to a method for synthesizing N, N' -dicyclohexylcarbodiimide by a microwave-assisted method. Under microwave radiation, dissolving N, N' -dicyclohexylurea in a solvent, adding an oxidant and a catalyst loaded on a molecular sieve, and carrying out heat preservation and reflux; adding a phase transfer catalyst, adjusting the pH value, and carrying out alkaline hydrolysis reaction; filtering, separating liquid, evaporating the solvent, and distilling under reduced pressure to obtain the N, N' -dicyclohexylcarbodiimide. The catalyst loaded on the molecular sieve has large specific surface area and high catalytic efficiency; by adopting a microwave-assisted method and adding a phase transfer catalyst, the problems of difficult two-phase reaction and incomplete reaction in the traditional process are solved, the reaction conversion rate is greatly improved, the reaction time is shortened, and the product has the characteristics of high purity and high yield.)
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种微波辅助法合成N,N’-二环己基碳二亚胺的方法。
背景技术
N,N’-二环己基碳二亚胺又名DCC，常温下是一种无色透明固体，35℃以上为液体，实验室常用作合成醛、酸酐、酮、氨基酸、酯等化合物的低温脱水剂。同时也是工业上胺(或醇)与羧酸进行酰化反应最为重要的试剂之一，在合成重要且来源稀少的大环内酰胺及大环内酯反应中也发挥着独特的作用，而在我国主要用于谷光甘肽和丁胺卡那霉素等产品的生产。
现有技术中N,N’-二环己基碳二亚胺的化学合成方法主要涉及下述几种方法：硫脲法、异氰酸酯法和光气法。
硫脲法有两种合成方法，第一种方法是采用次氯酸钠作反应试剂，中国专利CN101096349A公开一种N,N’-二环己基碳二亚胺的生产工艺，由环己胺和二硫化碳反应生成二环己基硫脲和硫化钠，二环己基硫脲经次氯酸钠二次氧化脱硫化氢生成N，N’-二环己基碳二亚胺，其特征在于二环己基硫脲经次氯酸钠氧化时，同时加入催化剂进行反应，所述催化剂采用三乙基苄基氯化铵(TEBA)或聚乙二醇，二次氧化后分离出的有机相中加入第一步反应生成的硫化钠与有机相中的硫磺反应脱除其中的硫磺。第二种方法是采用氧化汞作为反应试剂，但该方法采用氧化汞为剧毒物质，容易造成环境污染，不利于工业化生产。
异氰酸酯法：中国专利CN101524650A公开一种合成二环己基碳二亚胺的有机磷固相催化剂的制备方法及使用。该专利采用有机磷固体聚合物催化剂用于环己基异氰酸酯催化缩合得到二环己基碳二亚胺产品，反应温度较高，催化剂较难制得，容易产生废气，造成环境污染。
光气法：美国专利US5648537A公开一种采用二环己基脲和气态光气为原料在甲基叔丁基醚中反应制备二环己基碳二亚胺的方法。该工艺虽收率较高，但采用剧毒的光气为原料，严重影响了生产的安全和操作人员健康，并且气态物料的使用对设备要求高，生产投入较大，不容易储存，不利于工业化生产。
中国专利CN104262200A公开一种循环利用废水制备N,N’-二环己基碳二亚胺的生产方法，将N,N’-二环己基碳二亚胺使用后产生的N,N'-二环己基脲先水洗去除杂质，然后在有机溶剂中与氧化剂进行反应，反应液滴加到碱水溶液中进行中和反应，中和反应产物经过滤后静置分层，有机层蒸馏分离得到DCC产品。该专利反应收率低，副产物较多，不适合大规模生产。
发明内容
本发明的目的是提供一种微波辅助法合成N,N’-二环己基碳二亚胺的方法，负载在分子筛上的催化剂比表面积大，催化效率高；采用微波辅助法，并加入相转移催化剂，克服了传统工艺两相反应难、反应不彻底的问题，大大提高了反应转化率，产品具有纯度和收率高的特点。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
所述的微波辅助法合成N,N’-二环己基碳二亚胺的方法：在微波辐射下，将N,N’-二环己基脲溶于溶剂中，加入氧化剂和负载在分子筛上的催化剂，保温回流；再加入相转移催化剂，调节pH值，发生碱解反应；过滤，分液，蒸出溶剂，减压蒸馏，得到N,N’-二环己基碳二亚胺。
其中：
所述的溶剂为乙二醇单丁醚、醋酸戊酯、甲苯环己酮、乙二醇单甲醚、乙酰乙酸乙酯或N,N-二甲基甲酰胺中的一种或多种，优选N,N-二甲基甲酰胺；N,N’-二环己基脲与溶剂的质量比为1:3-6。
所述的氧化剂为二氯亚砜、三氯乙酰氯或苯甲酰氯，优选三氯乙酰氯；N,N’-二环己基脲与氧化剂的质量比1:1.1-2.4，优选1:1.8。
所述的催化剂为无水三氯化铁、无水三氯化铝或无水四氯化锡，优选无水三氯化铝；催化剂的用量为N,N’-二环己基脲质量的1-3％，优选1.8％。
所述的保温回流温度为30-50℃，优选40℃；保温回流时间为1-4h，优选2.5h。
所述的微波辐射功率为100-300W。
所述的碱解反应时间为20-60min；碱解反应温度为0-20℃；碱解反应时的搅拌速度为100-300转/min。
所述的相转移催化剂为三辛基甲基氯化铵、十二烷基三甲基氯化铵或十四烷基三甲基氯化铵，优选十二烷基三甲基氯化铵；相转移催化剂与N,N’-二环己基脲的质量比为1:100-120。
采用N,N-二甲基乙醇胺、三正丁胺或三乙胺进行碱调，调节pH值至8-10，优选采用三乙胺调节pH值。
优选地，微波辅助法合成N,N’-二环己基碳二亚胺的方法：在微波辐射下，将N,N’-二环己基脲溶于溶剂中，降温，加入氧化剂和负载在分子筛上的催化剂，升温，保温回流，再降温；再加入相转移催化剂，调节pH值，发生碱解反应，过滤，分液；先蒸出溶剂，再减压蒸馏，得到N,N’-二环己基碳二亚胺。
其中：
将N,N’-二环己基脲溶于溶剂后降温至10-12℃；保温回流后再降温至5-6℃。
所述的减压蒸馏的压力为0.6-1.2KPa。
本发明的反应过程为：
本发明的有益效果如下：
本发明采用负载在分子筛上的催化剂比表面积大，催化效率高，可以部分循环使用，节约了成本，并且从根本上消除了传统工艺气味大、毒性强、污染重的问题；本发明具有操作工艺简单，安全系数高的特点。
由于本发明的反应是非均相反应，通常会存在收率低、反应慢、杂质多的特点，但本发明在反应体系中加入相转移催化剂，加碱调节pH值至8-10后，相转移催化剂能够与水相中的氢氧根离子结合，将其迅速转移到有机相中，参与碱解反应，促使反应快速进行；本发明碱解反应温度低，反应彻底，副产物少，大大提高了纯度和收率。
本发明采用微波辅助法，在微波辐射下，将N,N’-二环己基脲溶于溶剂中，加入氧化剂和负载在分子筛上的催化剂，保温回流；再加入相转移催化剂，加碱调节pH值，发生碱解反应；过滤，分液；最后蒸出溶剂，减压蒸馏，得到N,N’-二环己基碳二亚胺。微波辐射能够对反应体系均匀加热，促进了反应进行，克服了传统工艺两相反应难、反应不彻底的问题，大大提高了反应转化率，缩短了反应时间，产品具有纯度和收率高的特点，纯度达到99.75％以上，收率达到90％以上，且产能大大增加，因此非常适合工业化生产。
附图说明
图1为本发明实施例1中N,N’-二环己基碳二亚胺的核磁氢谱图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述。
实施例1
使用微波反应器，在微波辐射功率为100W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400g乙二醇单丁醚中，降温至10-12℃，加入三氯乙酰氯180g，负载在分子筛上的无水三氯化铝1.5g，升温至30℃保温回流2h，降温至5℃；加入1.0g相转移催化剂十二烷基三甲基氯化铵，之后滴加N,N-二甲基乙醇胺调节pH值至8-9，发生碱解反应，控制碱解反应温度为5℃，碱解反应时间为20min，碱解反应的搅拌速度为100转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，0.7-0.9KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺83.01g，其收率为90.15％，纯度为99.88％。
N,N’-二环己基碳二亚胺的核磁氢谱图如图1所示。对N,N’-二环己基碳二亚胺上的氢进行编号，如下所示。结合图1中的数据可知，1和1’位上的两个氢的化学位移在3.323-3.385ppm，2和2’位上的八个氢的化学位移在1.515-1.838ppm，3和3’位上的八个氢的化学位移在1.284-1.461ppm，4和4’位上的四个氢的化学位移在1.188-1.292ppm。
实施例2
使用微波反应器，在微波辐射功率为150W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400g甲苯环己酮中，降温至10-12℃，加入二氯亚砜180g，负载在分子筛上的无水三氯化铁1.8g，升温至40℃保温回流2h，降温至5℃；加入0.84g相转移催化剂三辛基甲基氯化铵，之后滴加三正丁胺调节pH值至9-10，发生碱解反应，控制碱解反应温度为10℃，碱解反应时间为30min，碱解反应的搅拌速度为200转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，0.9-1.1KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺83.04g，其收率为90.08％，纯度为99.77％。
实施例3
使用微波反应器，在微波辐射功率为180W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400g乙酰乙酸乙酯中，降温至10-12℃，加入苯甲酰氯180g，负载在分子筛上的无水四氯化锡2.1g，升温至50℃保温回流2h，降温至5℃；加入0.9g相转移催化剂十四烷基三甲基氯化铵，之后滴加三乙胺调节pH值至9-10，发生碱解反应，控制碱解反应温度为20℃，碱解反应时间为40min，碱解反应的搅拌速度为300转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，0.9-1.0KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺83.22g，其收率为90.31％，纯度为99.81％。
实施例4
使用微波反应器，在微波辐射功率为100W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400g醋酸戊酯中，降温至10-12℃，加入三氯乙酰氯240g，负载在分子筛上的无水三氯化铁1.8g，升温至30℃保温回流2h，降温至5℃；加入0.95g相转移催化剂十四烷基三甲基氯化铵，之后滴加N,N-二甲基乙醇胺调节pH值至8.5-10，发生碱解反应，控制碱解反应温度为5℃，碱解反应时间为40min，碱解反应的搅拌速度为100转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，1.0-1.2KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺83.13g，其收率为90.16％，纯度为99.75％。
实施例5
使用微波反应器，在微波辐射功率为150W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400g乙二醇单甲醚中，降温至10-12℃，加入二氯亚砜240g，负载在分子筛上的无水三氯化铝1.5g，升温至40℃保温回流2h，降温至5℃；加入1.0g相转移催化剂三辛基甲基氯化铵，之后滴加三正丁胺调节pH值至9-10，发生碱解反应，控制碱解反应温度为10℃，碱解反应时间为30min，碱解反应的搅拌速度为200转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，0.9-1.1KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺83.24g，其收率为90.32％，纯度为99.79％。
实施例6
使用微波反应器，在微波辐射功率为180W下，室温将100g N,N’-二环己基脲(DCU)加入400gN,N-二甲基甲酰胺中，降温至10-12℃，加入苯甲酰氯240g，负载在分子筛上的无水四氯化锡2.1g，升温至50℃保温回流2.5h，降温至5℃；加入0.9g相转移催化剂十二烷基三甲基氯化铵，之后滴加三乙胺调节pH值至8-10，发生碱解反应，控制碱解反应温度为20℃，碱解反应时间为20min，碱解反应的搅拌速度为300转/min；反应液过滤、分液，蒸出溶剂，0.9-1.1KPa下减压蒸馏，收集135-145℃馏分得到N,N’-二环己基碳二亚胺84.17g，其收率为91.39％，纯度为99.86％。
对比例1
不添加负载在分子筛上的无水三氯化铝，其余步骤同实施例1；得到N,N’-二环己基碳二亚胺79.49g，其收率为85.89％，纯度为99.38％。
对比例2
不添加相转移催化剂十二烷基三甲基氯化铵，其余步骤同实施例1；得到N,N’-二环己基碳二亚胺78.80g，其收率为84.98％，纯度为99.19％。
对比例3
不采用微波辐射进行反应，其余步骤同实施例1；得到N,N’-二环己基碳二亚胺79.01g，其收率为85.12％，纯度为99.08％。