嗎啉-2,5-二酮的合成研究

周得才

（中北大學化工與環(huán)境學院，山西太原030051）

嗎啉-2,5-二酮的合成研究

周得才

（中北大學化工與環(huán)境學院，山西太原030051）

以甘氨酸和溴乙酰溴為原料合成了嗎啉-2，5-二酮。產(chǎn)物用FTIR譜、1H-NMR譜進行結(jié)構(gòu)表征。通過考察?；磻畜w系pH和環(huán)化反應中反應物滴加速度對反應產(chǎn)率的影響，確定了pH為7.5，滴加速度為0.007mol/h為較佳的合成條件。通過對合成工藝的改進，使得反應總產(chǎn)率達到了26%以上。

甘氨酸，溴乙酰溴，嗎啉-2,5-二酮

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

試劑：甘氨酸，分析純，購自上海有機化學研究所，溴乙酰溴為實驗室自制，其它所用試劑均為分析純。

儀器：JXT4型顯微熔點儀（溫度計未經(jīng)校正）；EOLJNM2EX 300型核磁共振儀（DMSO-d6為溶劑，TMS為內(nèi)標）；FT-IR-7600型紅外光譜儀(KBr壓片)。

1.2 實驗

合成路線見圖1。

將甘氨酸溶解在1，4-二氧雜環(huán)己烷/水（體積比：1:1）的混合物中，然后加入氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)其pH為7，在強烈攪拌下，于-5～0℃下將含有溴乙酰溴的1，4-二氧六環(huán)溶液和氫氧化鈉溶液緩慢加入到上面的混合物中，滴加完畢后繼續(xù)反應5min，加入濃鹽酸調(diào)節(jié)pH為2。將所得溶液用乙醚萃取2次，再用飽和NaCl溶液洗滌3次，用無水MgSO4干燥，真空出去溶劑得到黃油狀物質(zhì)，再用石油醚重結(jié)晶，即為N-溴乙酰氨基乙酸產(chǎn)品。將其溶解于適量的DMF中，滴加TEA，100℃下反應數(shù)小時，減壓蒸餾除去溶劑，得到白色晶體。熱的乙酸乙酯進行溶解，重結(jié)晶后，冷水洗滌兩次，真空干燥12 h，得到純產(chǎn)品，測熔點為99～101℃（文獻[5]中為100℃）。

1.3 產(chǎn)物的表征

1.3.1FT-IR譜分析

3190 cm-1為締合態(tài)的N-H伸縮振動吸收峰；3073 cm-1為NH面內(nèi)彎曲吸收峰；2989 cm-1是C—H鍵的對稱和不對稱伸縮振動吸收峰；1755 cm-1為酯鍵中伸縮振動吸收峰；1695 cm-1為伸縮振動（酰胺I帶）吸收峰；1490 cm-1是N—H面內(nèi)彎曲振動（酰胺II帶）吸收峰。

1.3.21H-NMR譜分析

2 結(jié)果與討論

2.1 ?；磻?/h3>

在溴乙?；磻?，由于溴乙酰溴極易吸水，因此必須保證量取溴乙酰溴的容器和反應氛圍干燥。同時增加溴乙酰溴的投料比（n溴乙酰溴:n甘氨酸=1.2:1）；所使用的二氧六環(huán)要經(jīng)分子篩吸水干燥處理，盡量減少溴乙酰溴的損失。

酰化反應過程中體系的pH對N-溴乙酰氨基乙酸產(chǎn)率的影響較大（如圖4所示）。當pH低于7時，產(chǎn)率較低，這是因為產(chǎn)生的溴化氫沒有及時的被NaOH溶液中和，而與反應物生成銨鹽，大大降低了其親核活性，使反應難以繼續(xù)進行。pH=7時，由于擴散，NaOH未能及時充分的與生成的溴化氫充分反應，仍有部分反應物生成銨鹽。pH大于8時，體系堿性變大，副反應增多，導致產(chǎn)率降低。而當pH在7～8范圍內(nèi)時，堿性適中，NaOH能夠及時充分的中和反應中產(chǎn)生的溴化氫，實現(xiàn)反應的順利進行。因此，應控制溴乙酰溴和氫氧化鈉溶液的滴加速度，保證反應體系的pH為7.5左右。

2.2 環(huán)化反應

在環(huán)化反應過程中同時還存在分子間的縮合反應，為盡量避免發(fā)生分子間縮合反應，采用將含有反應物的DMF溶液緩慢滴加到純的DMF中以使體系中保持較低的反應物濃度。實驗將配制好的一定濃度的N-溴乙酰氨基乙酸的DMF溶液滴加到150mL純的DMF中，以考察滴加速度對反應產(chǎn)率的影響（如圖5所示）。

圖4 體系pH值對?；磻a(chǎn)率的影響

圖5 滴加速度對環(huán)化反應產(chǎn)率的影響

由圖5可以看出，在滴加速度為0.005mol/h和0.007mol/h時產(chǎn)率較大，其后隨著滴加速度的增加，產(chǎn)率降低較為明顯。當?shù)渭铀俣冗^慢（大于0.005 mol/h）時，反應時間太長，導致副反應增加，產(chǎn)率有所降低。綜合考慮，選擇0.007mol/h為較佳的滴加速度。

在該反應中，實驗選擇三乙胺為堿性中和劑，與DMF能夠很好互溶，反應環(huán)境為均相體系，三乙胺能夠及時中和產(chǎn)物HBr，從而使整個反應順利進行，使產(chǎn)率提高。

3 結(jié)論

以甘氨酸、溴乙酰溴為起始原料合成嗎啉-2，5-二酮；通過分別考察?；磻^程中反應中體系pH對?；a(chǎn)率的影響，以及在環(huán)化過程中反應物的滴加速度對環(huán)化產(chǎn)率的影響，確定了較佳的合成條件，使得?；a(chǎn)率達到40%以上，環(huán)化產(chǎn)率達到65%以上。

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Synthesis of morpHoline-2,5-dione

ZHOU De-cai
（School of Chemical Engineering and Environment,North university of China,Taiyuan Shanxi 030051,China）

In this paper,morpHoline-2,5-dione was synthesized from glycine and bromoacetyl bromide.The structure of the final product was characterized by FT-IR,1H-NMR analysis methods.Through researching in the influence of pH value of the system in acylation and the reactant dropping rate in cyclization on reaction yield.the better synthesis conditions are determined that pH value is 8 and the reactant dropping rate is 0.007 mol/h.the optimized procedure that results in the totalyield of the reaction with 33% or more.

glycine;bromoacetyl bromide;morpHoline-2,5-dione

10.3969/j.issn.1008-1267.2011.02.008

TQ254.19

A

1008-1267（2011）02-0019-03

將氨基酸鏈段引入聚乳酸，可以對聚乳酸進行改性，由此制備的共聚物將兼具兩類聚合物的優(yōu)良性能[1]。嗎啉-2，5-二酮及其衍生物與丙交酯開環(huán)共聚是合成高相對分子質(zhì)量聚（乳酸-氨基酸）共聚物的重要方法之一。其關(guān)鍵步驟是合成與丙交酯進行共聚的單體-嗎啉-2，5-二酮及衍生物[2]。嗎啉-2，5-二酮及其衍生物通?？梢钥醋魇铅?羥基酸和α-氨基酸的環(huán)狀二聚體。它的結(jié)構(gòu)中含有一個酯鍵和一個酰胺鍵，是最簡單的環(huán)狀多肽[3]。1983年，Shakaby SW和KoelmelD F[4]發(fā)表了嗎啉-2，5-二酮合成的專利，通過直接加熱N-氯乙酰氨基乙酸鈉，收集升華的環(huán)合物嗎啉-2，5-二酮，收率僅5%。1994年，in’tVeld PJA和沈正榮等[5]在此基礎上改進了合成工藝，先將N-氯乙酰氨基乙酸鈉吸附在硅藻土上，加入一定量的三氧化二銻作為解聚劑，再加熱，收集升華的嗎啉-2，5-二酮，收率提高到16%；1995年，Denise A等[6]以L-賴氨酸為原料合成了帶有氨基活性基團的嗎啉-2，5-二酮衍生物，酰基化和環(huán)化兩步的總收率為31%；1997年，王東，馮新德[7]以天冬氨酸為原料合成了帶有羧基活性基團的嗎啉-2，5-二酮衍生物，其中?；铜h(huán)化兩步的總收率僅為11%；2000年鄧先模等[8]以γ-芐基-L-谷氨酸和溴乙酰氯為原料合成出同樣帶有羧基活性基團的嗎啉-2，5-二酮衍生物，兩步總收率為31.8%。2008年嚴瓊姣，殷義霞等[9]用N′-芐氧羰基-L-賴氨酸與溴乙酰溴發(fā)生?；磻俳?jīng)環(huán)化得到帶有氨基活性基團的嗎啉-2，5-二酮衍生物，產(chǎn)率42%。姚軍燕等[10]以賴氨酸為原料通過類似的方法使嗎啉-2，5-二酮衍生物的產(chǎn)率提高到了48%。如上所述，近年來，有關(guān)嗎啉-2，5-二酮各類衍生物的合成研究報道較多，合成方法相對成熟，產(chǎn)率也有了較大提高，而對于嗎啉-2，5-二酮的合成研究卻較少，因此，實驗以甘氨酸和溴乙酰溴為原料對嗎啉-2，5-二酮的合成方法進行研究。

圖1 嗎啉-2，5-二酮的合成路線

2010-11-09

周得才(1984-),男,在讀碩士,研究方向:功能材料的合成及應用。