微波輻射合成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的研究

N,N-二甲氨基乙酸(DMG)，又稱維他命B15，是一種存在于生物體中的改性氨基酸，具有顯著的免疫促進作用并能提高人體心理抗壓能力，是重要的醫藥化工中間體。由于DMG是一種強吸濕性固體，通常制成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽(DMGC)。目前，文獻報道的合成方法主要有以下幾種：(1) 以甘氨酸為原料,與甲酸和甲醛混合物加熱回流,再加入鹽酸，得DMGC。該方法操作復雜,不利于大規模生產；(2)以N,N-二甲氨基乙醇為原料，經氧化，得DMG，收率為56%。該方法原料價格昂貴，副產物多，反應條件不易控制，收率也不高；(3) 以甘氨酸和甲醛為原料，Pd/C為催化劑，采用常溫常壓氫化方法得DMG，收率為95%[1]。該方法的產物收率很高，但原料和催化劑的價格昂貴、反應時間較長(5 h)；(4)以氯乙酸和二甲胺為原料，加熱反應后減壓蒸餾,再加入鹽酸，得DMGC[2]。該方法雖然原料易得、操作簡單，但存在反應時間太長(12 h)、產物收率偏低(80%)等缺陷。

近年來，微波給有機化學反應的研究提供了新方法，引起了愈來愈多化學工作者的關注[3～6]。但用微波輻射合成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽還未見報道。

作者采用單因素實驗研究了在微波輻射下，以氯乙酸和二甲胺為原料合成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的影響因素[2]，確定了適宜的合成條件,并對產物進行了紅外光譜分析。

1 實驗

1.1 主要試劑與儀器

氯乙酸，分析純，上海山浦化工有限公司；33%的二甲胺水溶液，化學純，西安化學試劑廠；丙酮，分析純，天津化學試劑有限公司；鹽酸，化學純，開封東大化工有限公司試劑廠。

XH100B型電腦微波催化合成萃取儀，北京祥鵠科技發展有限公司；X4DL型熔點測定顯微鏡，北京第三光學儀器廠；Prestige-21型紅外光譜儀，日本島津儀器公司；JJ500型精密電子天平，美國雙杰兄弟集團有限公司；SHB-Ⅲ型循環水式多用真空泵，鄭州長城科工貿有限公司。

1.2 方法

向裝有磁力攪拌的三口燒瓶中加入24.59 g(0.18 mol) 33%的二甲胺水溶液和5.67 g(0.06 mol)氯乙酸，室溫下攪拌反應30 min，再升溫至65℃于微波輻射功率為500 W的條件下恒溫反應150 min。反應結束后,減壓蒸餾,得到黃色粘稠狀液體，置于冰水中冷卻,緩慢加入10 mL 濃鹽酸,再次減壓蒸餾，然后趁熱倒出產物,放置冷卻，析出白色晶體。真空抽濾,用丙酮洗滌晶體,干燥,得到白色柱狀晶體7.20 g，m.p.為187～188℃(文獻值[2]187～189℃),收率86.02%。并通過紅外光譜分析對產物進行表征。

2 結果與討論

2.1 紅外光譜分析(圖1)

圖1 產物的紅外光譜圖

由圖1可知，主要基團的紅外特征吸收(cm-1)為：3415(胺鹽的N-H伸縮振動吸收峰)，1159(C-N-C的伸縮振動吸收峰)，2939～2559(固體二締合羧酸的O-H伸縮振動吸收峰)，1411、933(羧酸O-H的彎曲振動吸收峰)，1732(羧酸C=O的伸縮振動吸收峰)，1219(羧酸C-O的伸縮振動吸收峰)，3032(-CH3、-CH2的C-H伸縮振動吸收峰)，1471、1454(-CH3、-CH2的C-H彎曲振動吸收峰)。上述紅外特征吸收與N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的結構相符合。

2.2 氯乙酸與二甲胺的摩爾比對產物收率的影響

在5.67 g(0.06 mol) 氯乙酸、微波輻射功率為500 W、反應溫度為70℃、微波輻射時間為130 min的條件下，考察氯乙酸與二甲胺的摩爾比對產物收率的影響，結果見表1。

表1 n(氯乙酸)∶n(二甲胺)對產物收率的影響

由表1可以看出，隨著氯乙酸與二甲胺的摩爾比從1∶2.0降至1∶3.0，N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的收率從68.22%提高到83.27%；然后隨著二甲胺用量的繼續增加，產物收率有所降低。從理論上講，氯乙酸與二甲胺的摩爾比應該為1∶1，但是由于部分氯乙酸與二甲胺發生酸堿中和反應生成了羧酸胺，同時還有一部分二甲胺作為縛酸劑來控制反應的pH值，所以二甲胺必須是過量的。但是二甲胺過量太多，可能會引起生成酰胺等副反應的發生。因此，氯乙酸與二甲胺的摩爾比以1∶3.0為宜。

2.3 反應溫度對產物收率的影響

在5.67 g(0.06 mol) 氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波輻射功率為500 W、微波輻射時間為130 min的條件下，考察反應溫度對產物收率的影響，結果見表2。

表2 反應溫度對產物收率的影響

由表2可以看出，當反應溫度為65℃時，產物收率達到最高值(84.22%)；繼續升高反應溫度，產物收率明顯降低。這可能是因為反應溫度太高，會引發其它副反應。因此，反應溫度以65℃為宜。

2.4 微波輻射功率對產物收率的影響

在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、反應溫度為65℃、微波輻射時間為130 min的條件下，考察微波輻射功率對產物收率的影響，結果見表3。

表3 微波輻射功率對產物收率的影響

由表3可以看出，產物收率隨微波輻射功率的增大先升高后降低。當微波輻射功率小于500 W 時，產物收率較低；當微波輻射功率為500 W時，產物收率達到最高值(84.22%)；當微波輻射功率大于500 W后,產物收率又明顯降低。這是因為微波輻射功率太小時升溫速度慢、反應不完全，而功率太大又易引發其它副反應。因此，微波輻射功率以500 W為宜。

2.5 微波輻射時間對產物收率的影響

在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波輻射功率為500 W、反應溫度為65℃的條件下，考察微波輻射時間對產物收率的影響，結果見表4。

表4 微波輻射時間對產物收率的影響

由表4可以看出，產物收率隨微波輻射時間的延長先升高后降低。微波輻射時間較短時,反應不完全，產物收率較低； 隨著微波輻射時間的延長，產物收率逐漸升高；當微波輻射時間為150 min時，產物收率達到最高值(86.02%)；之后繼續延長微波輻射時間，產物收率反而有所下降。因此，微波輻射時間以150 min為宜。

2.6 重現性實驗結果及與文獻比較

為了驗證該合成方法的穩定性，在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波輻射功率為500 W、反應溫度為65℃、微波輻射時間為150 min的優化條件下，進行了3次平行實驗，并與文獻[2]進行了比較，結果見表5。

由表5可見，微波輻射法的重現性較好，產物的平均收率達85.70%，最高達86.02%。與文獻[2]比較，反應時間縮短了75%，產物收率提高了6.02%。

表5 重現性實驗結果及與文獻比較

3 結論

(1)以氯乙酸和二甲胺為原料，微波輻射合成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的優化工藝條件為：氯乙酸與二甲胺的摩爾比1∶3.0,反應溫度65℃，微波輻射功率500 W，微波輻射時間150 min。在此反應條件下，N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的收率達86.02%。

(2)采用微波輻射加熱法合成N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽具有反應時間短、產物收率高和操作簡單等特點,有著潛在的工業應用前景。

參考文獻：

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[2] 熊燕,胡志勇.N,N-二甲氨基乙酸鹽酸鹽的合成研究[J].應用化工，2007，36(1):72-73.

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