Vilsmeier試劑合成雙(2-氯乙基)胺

李柏林， 曾偉男， 李金環， 牛瑞霞

( 1. 東北石油大學 化學化工學院，黑龍江 大慶 163318; 2. 中國石油大慶煉化公司 研究院，黑龍江 大慶 163411 )

雙(2-氯乙基)胺是重要的精細化工中間體，分子中含有強極性的C—Cl鍵，有較高的化學反應活性，可與多種親核試劑作用發生取代反應，衍生多種功能化合物[1].如與N,N—二甲基十二烷基叔胺進行季銨化反應，制備Gemini表面活性劑[2]；與三甲胺、環氧氯丙烷，通過季銨化、共聚反應，合成主、側鏈都有季氮原子的陽離子聚合物[3-4]；與胺基發生環化反應，制備哌嗪類醫藥中間體[5-6].

氯代反應不用催化劑，二氯亞礬(DCSO)用量大，產物收率低[7-8].吡啶可以和鹵化氫成鹽而提高鹵離子濃度，提高氯代反應速率.吡啶刺激性強并污染環境，難以實際應用[9].以二乙醇胺(DEA)為原料和DCSO進行置換氯化，因為DEA分子中含有2個羥基，化學空間位阻較大，為提高DEA轉化率，須使用活性很強的氯代試劑.筆者以DMF作為催化劑兼溶劑，DMF和DCSO形成Vilsmeier試劑[10]，生成氯代活性更強的氯代烯胺鹽中間體，提高DEA的轉化率和雙(2-氯乙基)胺的收率.

1 實驗

1.1 試劑與儀器

1.1.1 試劑

DEA，分析純，沈陽市東興試劑廠；DCSO，分析純，上海同方精細化工有限公司；DMF，分析純，天津市縱橫興工貿有限公司；乙酸酐，分析純，宜興市第二化學試劑廠；吡啶，分析純，天津市大茂化學試劑廠.氫氧化鈉、濃硫酸、乙醇、酚酞為分析純.

1.1.2 儀器

Bruker ADVANCE Ⅲ 400MHz核磁共振儀；Bruker Tensor27 FT紅外分光光度計；上海精科WRS-1B數字熔點儀.

1.2 方法

1.2.1 雙(2-氯乙基)胺合成

1.2.1.1 反應機理

取代酰胺DMF和DCSO形成的復合試劑稱為Vilsmeier試劑，其實質是DMF和DCSO作用，先生成亞磺酰氯烯胺中間體，再分解脫除SO2，產生氯代烯胺鹽.氯代烯胺鹽具有活性大、反應迅速、選擇性好、結合HCl等優點，特別適宜于醇羥基氯置換反應[11]，其反應：

無DMF時，羥基與DCSO反應首先生成氯代亞硫酸酯和氯化氫，然后氯代亞硫酸酯發生分解并放出SO2.在Vilsmeier試劑中DMF為催化劑時，氯代烯胺鹽和羥基發生親核取代反應，羥基被氯置換，其反應：

1.2.1.2 合成方法

基本反應條件：DMF與DEA質量比為0.15，DCSO和DEA物質的量比為2.6∶1，反應溫度為70 ℃，反應時間為3 h.采用控制變量法，改變其中某一因素，研究該影響因素對DEA轉化率的影響規律[12].

在250 mL四口瓶中加入88.0 g的DCSO，冰水冷卻到5 ℃，滴加4.5 g的DMF[13]，機械攪拌30 min；在溫度5 ℃下用恒壓滴液漏斗滴加30.0 g的DEA，反應升溫明顯并有氣體生成；DEA滴加完畢，30 ℃下攪拌1 h，加裝冷凝管，升溫至70 ℃，反應6 h后結束.趁熱加入95%乙醇，冷卻，隔夜抽濾.產品經真空干燥，得到白色針狀晶體46.7 g，雙(2-氯乙基)胺收率為91.7%.產品熔點為211.7～213.4 ℃，與文獻[14]給出的結果相近.

1.2.2 DEA轉化率測定

采用吡啶催化的乙酰化法測定DEA轉化率[3].

2 結果與討論

2.1 DMF與DEA質量比

不同DMF與DEA質量比對DEA轉化率的影響曲線見圖1.由圖1可知，隨著DMF與DEA質量比的增大，DEA的轉化率先增大后趨于平緩.當DMF與DEA質量比為0.15時，DEA的轉化率達到96.1%；再增大DMF與DEA質量比，DEA的轉化率增大幅度非常小.DMF和DCSO形成氯化活性很強的氯代烯胺鹽，二元氯代反應空間位阻大，DMF用量少時，反應體系中氯代烯胺鹽濃度低，氯化能力差，導致DEA的轉化率較低.當DMF與DEA質量比大于0.15時，反應體系中的氯代烯胺鹽達到一定濃度，加之DMF的助溶作用，有利于氯代反應，DEA的氯化轉化率較高[15].

2.2 DSCO與 DEA物質的量比

不同DCSO與DEA物質的量比對DEA轉化率的影響曲線見圖2.由圖2可知，隨著DCSO與DEA物質的量比增大，DEA轉化率先增大后趨于平緩.當DCSO與DEA物質的量比為2.6時，DEA轉化率達到96.1%；再增大DCSO與DEA物質的量比，DEA轉化率增大幅度非常小.DCSO與DEA反應的化學計量物質的量比為2.0∶1，增加DCSO用量，有利于反應平衡向產物方向移動，提高DEA轉化率.在DMF的作用下，DCSO與DEA物質的量比為2.6時，DEA的氯化轉化率已達較高.

圖1 DMF與DEA質量比對DEA轉化率的影響曲線

圖2 DCSO與DEA物質的量比對DEA轉化率的影響曲線

2.3 反應溫度

不同反應溫度對DEA轉化率的影響曲線見圖3.由圖3可知，隨著反應溫度升高，DEA轉化率先增大后減小.當反應溫度為70 ℃時，DEA的轉化率達到96.1%；再升高反應溫度，DEA的轉化率下降.反應溫度低，氯代烯胺鹽形成速度慢，氯代活性低，DEA的轉化率低，反應溫度高，氯化亞砜受熱分解，揮發損失大，導致DEA轉化率降低.反應溫度為70 ℃時，低于DCSO沸點6 ℃，DEA氯化轉化率達到最高.

2.4 反應時間

不同反應時間對DEA轉化率的影響曲線見圖4.由圖4可知，隨反應時間延長，DEA轉化率先增大后略減小.當反應時間為3 h時，DEA轉化率達到96.1%；再延長反應時間，DEA轉化率略有下降.延長反應時間，有利于反應中間產物HCl脫除，提高DEA轉化率.反應時間為3 h時，DEA的轉化率已達到較高，反應已趨于平衡，再延長反應時間，反應體系顏色加深，副反應加劇，不利于DEA的氯化反應.

圖3 反應溫度對DEA轉化率的影響曲線

圖4 反應時間對DEA轉化率的影響曲線

3 結構表征

3.1 FT-IR解析

雙(2-氯乙基)胺IR譜圖見圖5.由圖5可知，1 431 cm-1與1 255 cm-1為—CH2—Cl中C—H面內和面外彎曲振動吸收峰；754 cm-1為—CH2—Cl中C—Cl伸縮振動吸收峰；1 591 cm-1為N—H彎曲振動吸收峰；DEA的1 500～1 350 cm-1O—H彎曲振動的中等強度吸收雙峰消失，1 150～1 050 cm-1C—O伸縮振動強吸收峰消失，說明—OH完全被—Cl取代.

3.2 1H-NMR解析

雙(2-氯乙基)胺1H-NMR譜圖見圖6.由圖6可知，δ4.12為—CH2—Cl共振吸收峰，δ3.53為—N—CH2—共振吸收峰，δ2.74為—NH—共振吸收峰；—CH2—Cl、—N—CH2—與―NH—共振吸收峰的積分面積比為4∶4∶1，與3個基團質子個數相符；DEA的—OH共振吸收峰消失，受—Cl影響，2個亞甲基的化學位移有所增加，說明—OH完全被—Cl取代.

圖5 雙(2-氯乙基)胺IR譜圖(薄膜)

圖6 雙(2-氯乙基)胺1H-NMR譜圖(CD3Cl)

4 結論

(1)以Vilsmeier試劑為氯化劑，DMF為催化劑兼溶劑，合成雙(2-氯乙基)胺.經FT-IR、1H-NMR分析，產物結構和目標分子結構相符.

(2)優化的合成工藝條件：當DMF和DEA質量比為0.15、DCSO和DEA物質的量比為2.6∶1、反應溫度70 ℃、反應時間3 h時，DEA轉化率達到96.1%，雙(2-氯乙基)胺收率為91.7%.