N-PMI的合成新方法及中試放大研究

李進京，吳義班，張召來，李林博，劉玉肖，姬金嶺,魏洪福，張 杰*

(1.佳木斯大學 藥學院，黑龍江 佳木斯 154007;2.嘉興市世誠科技有限公司，浙江 嘉興 314001)

N-苯基馬來酰亞胺(N-phenylmaleimide，簡稱N-PMI)，其外觀為淺黃色針狀晶體，熔點為88～90℃，沸點為162～163℃[1]。其結構式為：

因其具有1,2-二取代乙烯基結構，與高分子鏈結合后，在一定程度上提高了聚合物的耐熱性[2]。并且其與高分子聚合物如ABS樹脂等進行共混后，可以提高高分子聚合物的玻璃化轉變溫度和熱分解溫度，改善材料的加工性[3]。此外，N-PMI還在農藥、醫(yī)藥等領域有廣泛的應用[4]。

目前國內外N-PMI的合成方法已有大量報道，主要有一步法、共沸法、醋酐法、酯化法[5]等，這些方法存在生產成本高、純度低、“三廢”多等問題。例如使用強酸作催化劑，利用共沸脫水法生產N-PMI時，在后處理階段會產生大量酸性廢水，處理難度大，生產成本高。

本文采用苯胺的對甲苯磺酸鹽作為反應的原料兼催化劑，與馬來酸酐反應，一鍋法制備N-PMI，在保證產率的同時，有效避免了大量酸性廢水的產生。其反應方程式如下：

1 試驗部分

1.1 試劑

順丁烯馬來酸酐，北京紅星化工廠；苯胺，天津市博迪化工有限公司；一水合對甲苯磺酸，上海賢鼎化學試劑公司；對苯二酚，天津市遠航化學品有限公司；苯，天津市福晨化學試劑廠；上述原料均為分析純。

1.2 儀器

集熱式磁力攪拌器DF-101S(上海吉眾儀器有限公司)；RE-2000A旋轉蒸發(fā)器(上海亞榮生化儀器廠)；ZF-1型三用紫外分析儀(杭州齊威儀器有限公司)；X-5顯微熔點測定儀(北京泰克儀器有限公司)；400 MHz核磁共振儀(Agilent technologies)。

1.3 操作方法

在裝有溫度計、分水器、回流冷凝器的100 mL三口瓶中，加入1.08 g(11 mmol)馬來酸酐，溶于適量苯中。室溫攪拌，緩慢加入2.83 g(10 mmol)苯胺磺酸鹽，攪拌30 min。將反應瓶移到水浴中，加入少許對苯二酚及DMF，85℃回流分水，TLC檢測反應進程。

反應結束后，加入0.93 g(10 mmol)精制苯胺，過濾得白色苯胺磺酸鹽，減壓回收溶劑，加入適量水洗，室溫攪拌30 min后抽濾、干燥，得黃色針狀固體。

根據(jù)以上步驟，依次對原料配料比、對甲苯磺酸成鹽次數(shù)、溶劑用量和回流脫水時間進行單因素實驗，以考察其對N-PMI產率的影響。

1.4 產品表征

所得化合物的熔點為85～89℃(文獻值[6]86～90℃)。

1H NMR (400 MHz，CDCl3) δ 7.55～7.32(m，5H)，6.86(s，2H)。

13C NMR (100 MHz，CDCl3) δ 169.57，134.22，131.23，129.18，128.00，126.11。

結合1H NMR和13C NMR數(shù)據(jù)及文獻報道，本文所得產物結構確定為N-PMI。

2 結果與討論

2.1 原料配料比對N-PMI產率的影響

固定其它條件下，選取原料配料比(n馬來酸酐∶n苯胺磺酸鹽)分別為1.00eq、1.05eq、1.10eq、1.15eq、1.20eq的5個水平，實驗結果如表1所示。

表1 原料配料比對N-PMI產率的影響

由表1可以看出，在一定范圍內，隨著馬來酸酐用量的增加，N-PMI產率隨之增加。但當馬來酸酐的用量增加到1.20eq時，N-PMI產率反而出現(xiàn)了小幅度下降。該現(xiàn)象一方面，可能由于過量的馬來酸酐，在實驗條件下因其雙鍵結構的高活性，從而引發(fā)自身聚合，使得參與主反應的馬來酸酐的量降低，N-PMI產率隨之降低；另一方面，也可能由于反應過程中生成的N-PMI與苯胺存在“邁克爾加成”反應的可能性，從而使得最終N-PMI產率降低。由上可知，最佳原料配料比應為n馬來酸酐∶n苯胺磺酸鹽=1.10∶1.00。

2.2 對甲苯磺酸的成鹽次數(shù)對N-PMI產率的影響

采用苯胺成鹽分離法，回收對甲苯磺酸并循環(huán)使用。研究了相同條件下，循環(huán)使用對甲苯磺酸苯胺鹽對N-PMI產率的影響，實驗結果如表2所示。

由表2可知，隨著對甲苯磺酸成鹽次數(shù)的增加，N-PMI產率略有下降，但循環(huán)使用次數(shù)至少可達3次。

實驗數(shù)據(jù)表明，多次成鹽循環(huán)使用的對甲苯磺酸仍具有較好的催化效果。在TLC監(jiān)測反應進程中，我們發(fā)現(xiàn)由多次成鹽循環(huán)使用的對甲苯磺酸所形成的對甲苯磺酸苯胺鹽與馬來酸酐反應迅速。在較短的時間，即可生成大量中間體化合物--N-苯基馬來酰胺酸。同時對甲基苯磺酸從對甲苯磺酸苯胺鹽中快速游離出來，繼續(xù)催化N-PMI的合成，且最終所得N-PMI產率較為理想。

2.3 溶劑用量對N-PMI產率的影響

參照1.3合成實驗步驟，向反應體系中分別加入15.00、20.00、25.00、30.00、35.00 mL溶劑苯，進行平行試驗來考察溶劑用量對N-PMI產率的影響，實驗結果如表3所示。

表3 溶劑用量a對N-PMI產率的影響

由表3可知，溶劑用量對產品產率有較大的影響。這是由于在常溫條件下，生成的N-苯基馬來酰胺酸在溶劑苯中溶解性極小，不利于進一步合成N-PMI。

本文通過升溫至回流溫度和加入少許助溶劑-DMF的方法，使得N-苯基馬來酰胺酸溶于溶劑中，形成均相反應體系，從而促進N-PMI的合成。當溶劑用量較少時，體系呈非均相反應體系，副產物較多；當溶劑用量較多時，反應物濃度低，反應時間較長，從而引起較多副反應，使得N-PMI產率降低。由表3可知，最佳的溶劑用量為25.00 mL。

2.4 回流脫水時間對N-PMI產率的影響

固定其他反應條件，對不同水平的回流脫水時間對N-PMI產率的影響進行了考察，其實驗結果如表4所示。

表4 回流脫水時間對N-PMI產率的影響

由表4可知，脫水時間對N-MPI產率有較大的影響。一段時間內，隨著回流脫水時間的增加，N-PMI產率逐漸升高；繼續(xù)延長回流脫水時間，逐漸有泥狀樹脂生成，導致N-PMI產率大幅度下降。因此，最佳回流脫水時間為4 h。

3 結論

以馬來酸酐為原料、苯胺磺酸鹽為催化劑、苯和DMF為混合溶劑，“一鍋法”成功制備出N-PMI。并通過單因素實驗得到最佳N-PMI合成工藝為：1 g苯胺磺酸鹽，8.8 mL苯，0.5 mL DMF，n苯胺磺酸鹽∶n馬來酸酐=1.00∶1.10，回流脫水時間為4 h，N-PMI平均產率為88%，純度為93%。其中苯胺磺酸鹽循環(huán)使用次數(shù)至少達3次。