許凌子，羅根祥，劉春生，時(shí)維振

（遼寧石油化工大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

β-環(huán)糊精催化合成N-苯基鄰苯二甲酰亞胺

許凌子，羅根祥，劉春生，時(shí)維振

（遼寧石油化工大學(xué) 職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧 撫順 113001）

以β-環(huán)糊精為催化劑，苯胺和鄰苯二甲酸酐為原料，在水溶劑中合成N-苯基鄰苯二甲酰亞胺，考察了反應(yīng)時(shí)間，催化劑用量，胺酐比，溶劑用量等因素對(duì)產(chǎn)物收率的影響。結(jié)果表明，β-環(huán)糊精有著很好的催化活性，當(dāng)反應(yīng)時(shí)間為5h，胺酐比為1.3∶1（mol），β-環(huán)糊精濃度1%（以溶劑質(zhì)量計(jì)）時(shí)，在30mL加入少量鹽酸的水溶劑中,收率可達(dá)到88.7%，且催化劑重復(fù)使用性好。

β-環(huán)糊精；N-苯基鄰苯二甲酰亞胺；水溶劑

Abstract:N-phenylphthalimide was synthesized with using aniline and phthalic anhydride as raw materials and β-cyclodextrin as catalyst in the presence of hydro-solvent.The effects of reaction time,catalyst amount,ratio of aniline to phthalic anhydride and solvent amount on the production yield were investigated.The results showed that the β-cyclodextrin had excellent catalytic activity,and the optimum reaction conditions were as follows:the molar ratio of aniline to phthalic anhydride was 1:1.3,the amount of hydro-solvent with a small dosage of hydrochloric acid was 30mL,the reaction time was 5h and the amount of catalyst was 1%(mass)of solvent;the yield of product was up to 88.7%,and the stability of reused catalyst was excellent.

Key words:β-Cyclodextrin;N-phenylphthalimide;hydro-solvent

前 言

N-苯基鄰苯二甲酰亞胺是白色結(jié)晶性粉末，通常由苯胺和鄰苯二甲酸酐制取，是制備吲哚洛芬和2，3，4，5-四氟苯甲酸的關(guān)鍵中間體，在生物、醫(yī)藥及生命科學(xué)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用[1]。而2，3，4，5-四氟苯甲酸是洛美沙星、氧氟沙星、左旋氧氟沙星、斯帕沙星的起始原料，故其中間體N-苯基鄰苯二甲酰亞胺的合成越來(lái)越引起了人們的重視[2]。

目前，N-苯基鄰苯二甲酰亞胺主要以鄰苯二甲酸酐與苯胺為原料在有機(jī)溶劑和無(wú)機(jī)鹽反應(yīng)體系中合成，但是普遍存在著有機(jī)溶劑毒性大，揮發(fā)性強(qiáng)，反應(yīng)催化劑難于分離，純化過(guò)程過(guò)于復(fù)雜等一系列問(wèn)題[3]。

本文主要研究以苯胺和鄰苯二甲酸酐為原料，以水作為溶劑，采用膠束催化法以β-環(huán)糊精為催化劑合成N-苯基鄰苯二甲酰亞胺。產(chǎn)物和催化劑易分離，沒有難于除去的雜質(zhì)存在，不但大大提高了產(chǎn)品的純度，而且秉持綠色化學(xué)理念，環(huán)保無(wú)污染。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物取得了較好的收率和純度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

X-6顯微熔點(diǎn)測(cè)定儀；傅立葉紅外光譜儀；70-1遠(yuǎn)紅外干燥箱；CL-2型恒溫加熱磁力攪拌器；DHT型攪拌恒溫電熱套；1406型真空泵；回流裝置等。

苯胺、鄰苯二甲酸酐、β-環(huán)糊精、36%鹽酸均為分析純、蒸餾水。

1.2 實(shí)驗(yàn)原理

N—苯基鄰苯二甲酰亞胺的合成反應(yīng)分為兩步：首先是鄰苯二甲酸酐與苯胺發(fā)生酰胺化反應(yīng)，生產(chǎn)中間產(chǎn)物N—苯基鄰苯二甲酰亞胺酸，然后該中間產(chǎn)物進(jìn)一步環(huán)化，脫水反應(yīng)生成N—苯基鄰苯二甲酰亞胺。反應(yīng)方程式如下：

1.3 N-苯基鄰苯二甲酰亞胺的合成

選擇水為反應(yīng)溶劑，在回流裝置中加入一定量的苯酐和β-環(huán)糊精，加熱完全溶解后，緩慢滴加苯胺，控制反應(yīng)溫度進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)完畢后，用蒸餾水洗滌、抽濾，濾液經(jīng)減壓蒸餾后回收。濾餅經(jīng)水洗、干燥后，得產(chǎn)物為白色晶體，通過(guò)熔點(diǎn)測(cè)定和紅外光譜元素分析對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了確證。

2 討論與產(chǎn)品表征

2.1 最佳反應(yīng)條件的選取

在其他工藝條件相同的情況下，通過(guò)單項(xiàng)試驗(yàn)選取使收率達(dá)到最大的合成條件。

2.1.1 反應(yīng)溫度的選取

反應(yīng)溫度偏低，鄰苯二甲酸酐不易溶解，反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，速率慢，還會(huì)引起大量副產(chǎn)物的生成而影響產(chǎn)品的收率和純度；反應(yīng)溫度過(guò)高，生成的中間產(chǎn)物N-苯基鄰苯二甲酰亞胺酸不穩(wěn)定，容易自聚，生成樹脂，不但產(chǎn)品質(zhì)量下降，收率降低，也影響產(chǎn)品純度[4]，由于采用水作為溶劑，故可以選擇100℃作為反應(yīng)溫度為佳。

圖1 反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)物收率的影響Fig.1 Influence ofreaction time on yield

2.1.2 反應(yīng)時(shí)間對(duì)收率的影響

以β-環(huán)糊精為催化劑考察反應(yīng)時(shí)間對(duì)產(chǎn)品收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。由圖可知，反應(yīng)收率隨時(shí)間延長(zhǎng)而增加，5h后趨于平衡，故最佳的反應(yīng)時(shí)間選取為5h。

2.1.3 催化劑濃度對(duì)收率的影響

考察催化劑β-環(huán)糊精的用量對(duì)產(chǎn)品收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖2。由圖2可知，催化劑β-環(huán)糊精對(duì)反應(yīng)的促進(jìn)作用較明顯，起初增加β-環(huán)糊精用量，則促使產(chǎn)品生成，收率增大。但到達(dá)一定量后，若繼續(xù)增加催化劑用量，收率反而下降，而且產(chǎn)物中有黃色顆粒狀物質(zhì)生成。這是因?yàn)榇呋瘎┐偈股傻漠a(chǎn)物及副產(chǎn)物的量都增多。故β-環(huán)糊精最佳質(zhì)量為0.5%到2%之間（按溶劑的質(zhì)量計(jì)），本實(shí)驗(yàn)最終選取1%作為最佳催化劑濃度。

圖2 催化劑用量對(duì)產(chǎn)物收率的影響Fig.2 Influence of amount of the catalyst on yield

2.1.4 溶劑量對(duì)產(chǎn)物收率的影響

考察水作為溶劑的用量對(duì)產(chǎn)品收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可知，以β-環(huán)糊精作為催化劑時(shí)，溶劑量為30mL時(shí)，收率最大，當(dāng)溶劑量太少時(shí)，鄰苯二甲酸酐不易溶解，反應(yīng)不徹底；溶劑量過(guò)大時(shí)，會(huì)使反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)，也會(huì)影響反應(yīng)收率，故溶劑量選擇30mL為最佳。

圖3 溶劑量對(duì)產(chǎn)率影響Fig.3 Infuence of amount of the solvent on vield

2.1.5 原料配比對(duì)收率的影響

考察原料配比對(duì)產(chǎn)品收率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。在一定的范圍內(nèi)隨著某種反應(yīng)物物質(zhì)的量比的增加，收率也會(huì)隨著增加。如果鄰苯二甲酸酐過(guò)量，過(guò)量的鄰苯二甲酸酐晶體會(huì)留在產(chǎn)品中，不易分離，事后處理變得復(fù)雜，使產(chǎn)物純度下降；如果苯胺過(guò)量，過(guò)量的苯胺可以通過(guò)洗滌除去，工藝簡(jiǎn)單方便，故本實(shí)驗(yàn)最終選取苯胺過(guò)量。由表1知，以β-環(huán)糊精作為催化劑時(shí)，當(dāng)n/（苯胺）∶n/（鄰苯二甲酸酐）為1.3∶1時(shí)收率最大。

2.1.6 酸性環(huán)境對(duì)產(chǎn)物收率的影響

有文獻(xiàn)表明，β-環(huán)糊精在酸性環(huán)境中會(huì)具有更好的催化活性[5]，向反應(yīng)中滴加36%鹽酸，得到如表2的數(shù)據(jù)，可知以β-環(huán)糊精作為催化劑時(shí)，適當(dāng)?shù)卦黾臃磻?yīng)環(huán)境的酸性，有利于產(chǎn)物收率的提高，滴加1滴鹽酸便可提高收率10%以上。

表1 原料配比對(duì)收率的影響Table 1 Influence of raw materials ratio on the yield

表2 酸性環(huán)境對(duì)收率的影響Table 2 Influence of acid environment on the yield

2.1.7 在最佳反應(yīng)條件下的合成

通過(guò)對(duì)各種反應(yīng)條件的單項(xiàng)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)，選取最佳的反應(yīng)條件為以β-環(huán)糊精為催化劑，選用n（苯胺）∶n（鄰苯二甲酸酐）=1.3∶1，V（溶劑）=30mL，β-環(huán)糊精濃度為1%（以水質(zhì)量計(jì)），加入1滴36%HCl，在100℃下反應(yīng)5h，收率達(dá)到88.7%。

2.2 催化劑重復(fù)使用穩(wěn)定性

將洗滌過(guò)產(chǎn)品的溶液（含有β-環(huán)糊精催化劑）回收作為溶劑重復(fù)使用，在最佳反應(yīng)條件下合成得到表3。

表3 催化劑重復(fù)使用穩(wěn)定性Table 3 Stability of the reused catalyst

可見，催化劑重復(fù)使用并未對(duì)其活性有太大的影響，產(chǎn)品在洗液中的殘留導(dǎo)致后兩次實(shí)驗(yàn)收率有所升高。

2.3 產(chǎn)品表征

在最佳工藝條件下合成的產(chǎn)品初熔點(diǎn)為208℃，終熔點(diǎn)為215℃。

用紅外光譜儀分析合成產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)。IR（KBr）：3065cm-1，1771cm-1，1710cm-1，1518cm-1，1433cm-1，1118 cm-1，717 cm-1，688cm-1，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)資料，合成的物質(zhì)為N-苯基鄰苯二甲酰亞胺。

3 結(jié)論

以鄰苯二甲酸酐與苯胺作為初始原料，首先進(jìn)行環(huán)化生成中間產(chǎn)物，然后進(jìn)行脫水反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物。其最佳反應(yīng)條件為：胺酐比為1.3∶1，溫度控制在100℃，反應(yīng)時(shí)間為5 h，催化劑用量為溶劑質(zhì)量的1%，進(jìn)行反應(yīng)合成N-苯基鄰苯二甲酰亞胺，收率為88.7%，產(chǎn)品經(jīng)熔點(diǎn)、紅外光譜確認(rèn)為N-苯基鄰苯二甲酰亞胺。

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［4］邢錦娟，龔樹華，劉琳，等.N-苯基馬來(lái)酰亞胺的合成研究［J］，渤海大學(xué)學(xué)報(bào)，2007，28（1）：31-33.

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Synthesis of N-phenylphthalimide with Using β-Cyclodextrin as Catalyst

XU Ling-zi,LUO Gen-xiang,LIU Chun-sheng and SHI Wei-zhen

(College of Vocational Technology,Liaoning Shihua University,Fushun 113001，China)

TQ 426.94

A

1001-0017（2011）01-0024-03

2010-08-25

許凌子（1982-）,女，山東嘉祥人,碩士在讀,從事化工方向研究。