β-二甲胺基丙酰胺的合成研究

邵建明，王　江

(承德石油高等?？茖W校 化學工程系，河北　承德　067000)

β-二甲胺基丙酰胺的合成研究

邵建明，王江

(承德石油高等?？茖W校 化學工程系，河北承德067000)

摘要：利用胺對α,β不飽和羰基化合物的加成反應，以二甲胺和丙烯酰胺為原料，制備β-二甲胺基丙酰胺。通過探討反應物配比、反應溫度以及反應時間對該合成反應的影響，綜合各方面因素，優(yōu)化得出較佳合成條件：丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，第一階段反應溫度20 ℃，反應時間1 h；第二階段反應溫度40 ℃，反應時間2 h，合成產(chǎn)物的產(chǎn)率達到99%以上。

關鍵詞：二甲胺;丙烯酰胺；加成反應；β-二甲胺基丙酰胺

中圖分類號：TQ22

文獻標識碼：A

文章編號：1008-9446(2015)05-0028-03

Abstract:Making use of the addition reaction of amines to α, β-unsaturated carbonyl compounds, take dimethylamine and acrylamide as raw materials to prepare forβ-dimethylamino propionamide. Through the exploration of reactant ratio, reaction temperature and the impact of the reaction time on synthesis reaction, we optimize the best synthesis conditions: Acrylamide and dimethylamine molar ratio is 1 ∶2.0; the first stage reaction temperature is 20℃; the reaction time is 1 hour; the second stage reaction temperature is 40 ℃; the reaction time is 2 hours; the yield of synthetic products reached 99% or above.

收稿日期：2015-06-09

作者簡介：邵建明(1964-)，女，北京順義人，承德石油高等?？茖W校化學工程系工程師，主要從事儀器分析、生物化學等方面的教學及科研工作。

β-dimethylamino Propionamide Synthesis of Amides

SHAO Jian-ming, WANG Jiang

(Department of Chemical Engineering, Chengde Petroleum College, Chengde 067000, Hebei, China)

Key words:dimethylamine; acrylamide; addition reaction; β-dimethylamino propionamide

叔胺是有機胺類化合物，其種類繁多，用途非常廣泛。工業(yè)上重要的叔胺是N,N-二甲基烷胺、甲基二烷基胺等。二甲基烷胺的工業(yè)生產(chǎn)方法是在Ni等還原性催化劑存在情況下，伯胺同甲醛及氫發(fā)生二甲基化反應制得[1]，與經(jīng)典的N,N-二甲基化合成甲醛—甲酸法相類似[2]。N,N-二甲基丙二胺-1,3的制備是由丙烯腈與二甲胺反應合成二甲基氨基丙腈，再經(jīng)過還原而得到的[3]，汪寶和等[4]以甲醇鈉為催化劑，甲醇為溶劑，丙烯酸甲酯和二甲胺合成了3-二甲胺基-N,N-二甲基丙酰胺(DMDMAA)。本文利用胺對α,β不飽和羰基化合物的加成反應，以二甲胺和丙烯酰胺為原料，在無催化劑的情況下制備β-二甲胺基丙酰胺，研究了合成條件，確定了合理的合成方法，并對合成產(chǎn)物進行了分析。

1實驗部分

1.1　合成路線

利用胺對α,β不飽和羰基化合物的加成反應，以二甲胺和丙烯酰胺為原料，制備β-二甲胺基丙酰胺，反應式如下：

CH2=CHCONH2+(CH3)2NH→(CH3)2NCH2CH2CONH2

1.2　實驗儀器與藥品

旋轉蒸發(fā)儀RE-52A，上海亞榮生化儀器廠；DF-Ⅱ集熱式磁力加熱攪拌器，江蘇宏凱儀器廠；Thermo Nicolet IR200 紅外光譜儀。

丙烯酰胺，化學純，含量不少于96.0%，北京益利精細化學品有限公司；二甲胺溶液，化學純，含量不少于33.0%，北京雙環(huán)化學試劑廠。

1.3　合成操作步驟

在帶有回流冷凝管和溫度計的三口燒瓶中，加入定量的丙烯酰胺和水，攪拌溶解，配成50%的丙烯酰胺水溶液。在水浴中加入冰塊，使丙烯酰胺水溶液溫度降至10 ℃以下。在攪拌下用恒壓滴液漏斗慢慢滴加二甲胺水溶液，并控制滴加速度，使反應溫度不超過10 ℃，滴加完畢后，升溫至一定溫度，并在此溫度下反應一定時間，然后繼續(xù)升溫進一步反應數(shù)小時，反應完畢，冷卻。將反應后的混合液轉移至單口燒瓶中，將水浴溫度設定在60 ℃，進行減壓蒸餾，除去未反應二甲胺和水，直至冷凝器中無液滴滴下為止，將減壓濃縮后的溶液轉移至分液漏斗中，用20 mL無水乙醚洗滌兩次，除去未反應的丙烯酰胺和二甲胺，收集下層液體；加入無水硫酸鈉干燥，以除去合成產(chǎn)物中殘留的少量水。用砂芯漏斗減壓抽濾，收集濾液，將所得濾液置于單口圓底燒瓶中，連接減壓蒸餾裝置，收集真空壓力為0.095 MPa，溫度為142～145 ℃時的餾分，將餾出液冷卻至室溫，得到白色蠟狀物，即為合成產(chǎn)品。稱重，計算產(chǎn)率。

2實驗結果與討論

2.1　反應物配比對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

在一定溫度下，反應物的起始濃度配比不會影響平衡常數(shù)，但能影響產(chǎn)物的平衡濃度，以致影響反應物平衡轉化率或產(chǎn)物的平衡產(chǎn)率。本實驗考慮二甲胺易于分離，選擇二甲胺過量進行合成反應。用1.3中合成操作步驟在T1=20 ℃，T2=40 ℃，t1=1 h，t2=2 h的條件下，改變反應物丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比，進行合成實驗，以探討反應物配比對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，實驗結果見圖1。

圖1所示數(shù)據(jù)表明：在其他條件不變的情況下，反應物配比越大，合成產(chǎn)物產(chǎn)率越高。同時，由圖1中數(shù)據(jù)可以看出，當反應物配比增加到1 ∶2.0時，合成產(chǎn)物產(chǎn)率的增幅不大。從而本合成實驗，選擇反應物配比為1 ∶2.0。

2.2　反應溫度對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

在影響化學平衡的諸多因素中，溫度的影響是最顯著的。溫度升高，可提高化學反應的速率，但溫度過高，不一定就對反應有利，對于具體的某個化學反應，都對應著一個最適宜反應溫度。本次合成實驗，主要涉及了兩個溫度，分別是第一階段反應溫度T1和第二階段反應溫度T2，實驗中，固定其他因素不變，通過改變T1和T2，以探討反應溫度對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響。在反應物丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，t1=1 h，t2=2 h情況下，用1.3的操作步驟，通過改變反應溫度T1、T2進行合成實驗，以探討反應溫度對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響。實驗結果見圖2。

圖2所示數(shù)據(jù)表明：在反應物丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，t1=1 h,t2=2 h情況下，當T1=10 ℃時，隨T2的升高，產(chǎn)率逐漸增加；當T1=20 ℃時，隨T2的升高，產(chǎn)率出現(xiàn)最大值；當T1=30 ℃ 時，T2的升高，產(chǎn)率逐漸降低，綜合上述實驗結果得出的結論是：當T1=20 ℃，T2=40 ℃時，合成產(chǎn)物產(chǎn)率較高。

2.3　反應時間對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響

化學反應有適宜的反應時間，反應時間將影響合成物的產(chǎn)率，反應時間過短，產(chǎn)率較低，若反應時間過長，目標合成物的產(chǎn)率不再明顯增加，并有副產(chǎn)物生成，將影響合成產(chǎn)率。因此，在合成實驗中，對反應時間進行了探討，以優(yōu)化合成條件。用1.3的操作步驟，在丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，T1=20 ℃,T2=40 ℃,的條件下，通過改變反應時間t1、t2進行合成實驗，以探討反應時間對合成產(chǎn)物產(chǎn)率的影響，實驗結果見圖3。

圖3所示數(shù)據(jù)表明：在其他條件不變的情況下，改變第一階段反應時間，合成產(chǎn)物產(chǎn)率隨第一階段反應時間t1增加而增大，當t1≥1.0 h時，合成產(chǎn)物產(chǎn)率增幅不大，考慮到實驗效率，選擇t1=1.0～1.5 h較為適宜。改變第二階段反應時間t2，合成產(chǎn)物產(chǎn)率隨t2增長而呈現(xiàn)增加趨勢，當t2≥2.0 h時，合成產(chǎn)物產(chǎn)率增幅不再明顯。

綜合各方面因素，選擇該合成反應的較佳反應條件為：丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，T1=20 ℃,T2=40 ℃,t1=1 h，t2=2 h。

3合成產(chǎn)物的分析

3.1　薄層色譜(TCL)分析

本實驗以254G型硅膠板為載體，以體積比為2:1的甲醇和乙酸乙酯為展開劑，以單質(zhì)碘為顯色劑，依次對1)反應前反應物的混合液；2)丙烯酰胺溶液；3)反應后混合液；4)分離純化后的產(chǎn)物做層析色譜分析，計算Rf值。實驗結果是：反應前反應物的混合液，丙烯酰胺溶液，反應后混合液及分離純化后產(chǎn)物的TCL分析結果為單一組分，比移值Rf分別為0.875，0.342、0.342、0.342。由此可以得出，反應有新物質(zhì)生成；而且反應物轉化率和產(chǎn)物純度較高。

3.2　合成產(chǎn)物理化性能的測定

對純化后的合成產(chǎn)物進行部分理化指標的測定，測定結果為：外觀為白色蠟狀物；熔點38 ℃；沸點142～145 ℃(6 300 Pa)；溶于水、甲醇、乙醇、丙酮等極性溶劑，不溶于乙醚、苯等弱極性或非極性溶劑。

3.3　合成產(chǎn)物紅外光譜(IR)分析

本實驗采用溴化鉀壓片法進行紅外光譜分析，所用儀器Thermo Nicobet IR200紅外光譜儀，經(jīng)過分析紅外光譜圖可知，分別擁有各波峰波數(shù)為：3 359.79 cm-1(締合-N-H的伸縮振動)，2 948.56 cm-1，2 865.45 cm-1，2 825.94 cm-1，2 781.60 cm-1(-CH3，-CH2伸縮振動)，1 667.34 cm-1(-C=O伸縮振動)，1 463.83 cm-1(-CH3，-CH2變形振動)。由此分析可知含有合成目的產(chǎn)物的結構鍵，不含其他特殊結構鍵。因此可推斷所合成的物質(zhì)為本實驗合成的目的產(chǎn)物。

4結論

1)利用胺對α,β不飽和羰基化合物的加成反應，以二甲胺和丙烯酰胺為原料，可制備β-二甲胺基丙酰胺，收率及產(chǎn)品純度較高。

2)通過探討反應物配比、反應溫度以及反應時間對該合成反應產(chǎn)率的影響，優(yōu)化合成條件，并綜合

各方面因素，合成條件為：丙烯酰胺和二甲胺的摩爾比為1 ∶2.0，第一階段反應溫度T1=20 ℃, 反應時間t1=1 h；第二階段反應溫度T2=40 ℃,反應時間t2=2 h，合成產(chǎn)物的產(chǎn)率達到99%以上。

3)合成產(chǎn)物分子中含有叔胺和酰胺基團。根據(jù)這兩個基團的特性，可進一步合成季胺鹽等許多有機物。具有廣泛的開發(fā)利用價值。

參考文獻：

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[2]張鑄勇.精細有機合成單元反應[M].上海：華東理工大學出版社，1990.

[3]蘇玉光.N,N-二甲基丙二胺-1,3[J].陜西化工，1988(2)：15-16.

[4]汪寶和，張躍征，井欣.3-二甲胺基-N,N-二甲基丙酰胺的合成及表征[J].化學研究，2007,18(1):34-36.