CN105348202B - 一种以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法。本发明所述制备异鲁米诺的方法，以邻苯二甲酰肼为原料，与乙酰化试剂反应得到二乙酰基邻苯二甲酰肼；再与亚硝基化合物反应，得到亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼；随后经去乙酰化反应得到亚硝基邻苯二甲酰肼；再经还原反应得到异鲁米诺。本发明所述方法充分利用了现有Gabriel胺合成法中的大量的邻苯二甲酰肼副产物为原料，不仅原料便宜易得，同时合成工艺简单、反应条件温和，且异鲁米诺产物的产率较高，反应操作简便，适用范围更广，能充分满足产品工业化生产的需求。
Description
技术领域
本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法。
背景技术
化学发光是指在一些特殊的化学反应中发出可见光的现象，其发光机理是反应体系中的某些物质吸收了反应释放的能量而由基态跃迁至激发态，从激发态返回基态时将能量以光辐射的形式释放出来，产生发光现象。在众多的化学发光试剂当中，鲁米诺(3-氨基邻苯二甲酰肼)类试剂因具有较高的发光量子产率和较好的水溶性，可与多种氧化剂发生化学光反应，已成为应用最广泛的化学发光试剂。
异鲁米诺即是一种常用的鲁米诺类化学发光试剂，其发光机理为氧化反应发光，它在碱性条件下通过辣根过氧化物酶催化，被H2O2氧化生成4-氨基邻苯二酸的激发态中间体，当其回到基态时即会发出光子。因此，异鲁米诺有着良好的应用价值和广阔的市场需求前景。
目前制备异鲁米诺的方法，主要有如下几条合成路线：
(一)以4-硝基邻苯二甲酸为原料，与水合肼进行环合反应后，经氯化亚锡还原制得异鲁米诺(Journal of the Chemical Society，1937，p.26，31)。该合成方法工艺路线简单，但缺点则是会生成大量的无机锡废料，对环境污染很大，不符合绿色合成的要求，难以适合工业化大生产的需求；
(二)以N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺为原料，经氯化亚锡还原后，还原产物再与水合肼经环合反应制得异鲁米诺(Journal of Heterocyclic Chemistry，1995，32，p.907–914；Bioorganic and Medicinal Chemistry，2010，18，p.1337-1343)。同样的，该工艺在制备过程中也会生成大量的无机锡废料，对环境污染很大，不符合绿色合成的要求，而且其反应主原料N-甲基-4-硝基邻苯二甲酰亚胺价格昂贵，因此，难于适合工业化大生产的需求；
(三)以邻苯二甲酸酐为原料，与尿素反应制得邻苯二甲酰亚胺产品；随后在浓硫酸及发烟硝酸的催化下，制得4-硝基-邻苯二甲酰亚胺；再加入水合肼反应制得4-硝基-邻苯二甲酰肼；再在碱性溶液环境下，以氯化亚锡酸溶液为催化剂，催化制得目标产物异鲁米诺。该工艺与前两条路线相比，虽然初始原料不同、反应路线不同，但也使用了氯化亚锡为催化剂催化反应进行，同样也会生成大量的无机锡废料，对环境污染很大，不符合绿色合成的要求；
鉴于上述制备异鲁米诺的工艺均存在着废料污染性严重的问题，因此，寻找一种绿色合成异鲁米诺的工业化生产方法具有非常重要的意义。
Gabriel胺合成法是使用酞酰亚胺钾将卤代烷转化成一级胺的反应，是制备一级胺的最常用反应之一。不过该反应有一个很明显的缺点，会产生大量的副产物邻苯二甲酰肼，该副产物在实验室通常都是作为固体废料被扔掉，污染很大。因此，如果能充分利用Gabriel胺合成中的副产物邻苯二甲酰肼来实现异鲁米诺的合成，无论对于异鲁米诺的绿色合成还是Gabriel胺合成后副产物的处理均具有十分积极的意义。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于现有技术中合成异鲁米诺的工艺存在废料污染严重而不宜于工业化生产的问题，进而提供一种操作简便、成本较低、收率较高、污染较小、且适于工业化生产的制备异鲁米诺的方法。
为解决上述技术问题，本发明所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，包括如下步骤：
(1)以邻苯二甲酰肼为原料，与乙酰化试剂反应得到二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(2)将步骤(1)中得到的二乙酰基邻苯二甲酰肼，与亚硝基化合物反应，得到亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(3)将步骤(2)中得到的亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼，经去乙酰化反应得到亚硝基邻苯二甲酰肼；
(4)将步骤(3)中得到的亚硝基邻苯二甲酰肼，经还原反应得到异鲁米诺；
优选的，所述步骤(1)中，所述乙酰化试剂包括乙酸酐、乙酰氯、乙酰溴中的至少一种；所述邻苯二甲酰肼与所述乙酰化试剂的摩尔比为1：2-10；
所述乙酰化反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂包括甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP或DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
所述步骤(1)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括甲酸钠、乙酸钠、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、异丙醇钠、异丙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯、氧化镁、氧化锌、三乙胺、吡啶、DMAP或DBU中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(1)中反应原料总量的1-200wt％。
所述步骤(1)中，所述反应的温度为0-200℃。
优选的，所述步骤(2)中，所述亚硝基化合物包括亚硝酸、亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸钙、亚硝酸甲酯、亚硝酸甲酯、亚硝酸乙酯、亚硝酸异丙酯、亚硝酸正丁酯、亚硝酸异戊酯中的一种或几种的混合物；所述二乙酰基邻苯二甲酰肼与所述亚硝基化合物的摩尔比为1:1-4；
所述反应是在溶剂中进行的，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
所述步骤(2)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括甲酸、乙酸、三氟乙酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、柠檬酸、EDTA中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(2)中反应原料总量的1-200wt％。
所述步骤(2)中，所述反应的温度为-20～100℃。
优选的，所述步骤(3)中，所述反应是在溶剂中进行的，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
所述步骤(3)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括盐酸、硫酸、磷酸、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、异丙醇钠、异丙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(3)中反应原料总量的1-100wt％。
所述步骤(3)中，所述反应的温度为0-200℃。
优选的，所述步骤(4)中，所述反应是在溶剂中进行的，述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇、二乙二醇、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
所述步骤(4)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括Pd/C、镍铝合金、雷尼镍、硫化钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠、三氯化铁中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(4)中反应原料总量的1-500wt％。
所述步骤(4)中，所述反应的温度为0-200℃。
更优的，所述邻苯二甲酰肼原料为Gabriel胺合成法中的副产物。
本发明所述以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，充分利用了现有Gabriel胺合成法中的大量的邻苯二甲酰肼副产物为原料，不仅原料便宜易得，更为处理工业废料邻苯二甲酰肼提供了一条新途径；同时，本发明所述方法合成工艺简单、反应条件温和，反应操作简便，且异鲁米诺产物的产率可高达85％，适用范围更广，能充分满足产品工业化生产的需求。
具体实施方式
本发明所述以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法的工艺合成路线如下，并具体包括如下步骤：
(1)以邻苯二甲酰肼为原料，与乙酰化试剂反应得到二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(2)将步骤(1)中得到的二乙酰基邻苯二甲酰肼，与亚硝基化合物反应，得到亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(3)将步骤(2)中得到的亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼，经去乙酰化反应得到亚硝基邻苯二甲酰肼；
(4)将步骤(3)中得到的亚硝基邻苯二甲酰肼，经还原反应得到异鲁米诺；
实施例1
本实施例所述制备异鲁米诺的方法，包括如下步骤：
步骤1：二乙酰基邻苯二甲酰肼的制备
室温搅拌下，向500ml三口烧瓶中加入60g干燥的邻苯二甲酰肼废料(47％纯度)和200ml乙酸，搅匀。向其中加入30g乙酸钠，室温搅拌30分钟，然后再向其中滴加40g乙酰氯，30分钟内滴完。室温搅拌1小时，然后升温至70℃继续反应5小时。点板确认邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，并将反应液自然降至室温。该反应液不经进一步处理，直接进行下一步反应。
步骤2：亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼的制备
室温下，向上一步的反应液中分批次加入15g亚硝酸钠，加完后室温搅拌3小时，点板确认二乙酰基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品。停止反应后，减压蒸馏回收乙酸，剩余物即为4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼粗品，该粗品不需经进一步处理，可直接用于下一步反应。
步骤3：亚硝基邻苯二甲酰肼的制备
室温搅拌下，向500ml三口烧瓶中加入上一步所得到的4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼粗品，向其中加入200ml 95v/v％乙醇，搅匀，分批次加入10g氢氧化钠。加完后，回流反应5小时，点板确认4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，并将反应液自然降至室温。该反应液不经进一步处理，直接进行下一步反应。
步骤4：异鲁米诺的制备
室温搅拌下，向上一步的反应液中一次性加入10g硫代硫酸钠，加完后室温搅拌30分钟。然后加热回流反应3小时，点板确认4-亚硝基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，反应液自然降至室温，随后过滤，收集滤饼。滤液旋蒸回收95％乙醇，残余物与滤饼合并，加入到200ml水中，加热至80℃，搅拌30分钟，仍有部分固体不溶，趁热过滤。向滤液中加入浓盐酸调pH至9，自然冷却析晶。过滤，得到26g淡黄色粉末状产品。
计算异鲁米诺产物的产率为84.5％；对收集产物进行检测，HPLC：99.19％。1H NMR(400MHz，DMSO-d6)：δ10.99(bs，2H)，7.74(d，1H)，6.98-7.04(m，2H)，6.16(bs，2H)。可见，本发明所述方法制备得到的产物即为异鲁米诺，且产率较高。
实施例2
本实施例所述制备异鲁米诺的方法，包括如下步骤：
步骤1：二乙酰基邻苯二甲酰肼的制备
室温搅拌下，向500ml三口烧瓶中加入40g干燥的邻苯二甲酰肼废料(76％纯度)和200ml四氢呋喃，搅匀。向其中加入20g叔丁醇钠，室温搅拌30分钟，然后再向其中滴加35g乙酸酐，30分钟内滴完。室温搅拌1小时，然后升温至回流继续反应5小时。点板确认邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，并将反应液自然降至室温。该反应液不经进一步处理，直接进行下一步反应。
步骤2：亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼的制备
室温下，向上一步的反应液中分批次加入15g亚硝酸异戊酯，再加入1g苯磺酸，加完后室温搅拌5小时，点板确认二乙酰基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品。停止反应，减压蒸馏回收溶剂，剩余物即为4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼粗品，该粗品不需经进一步处理，可直接用于下一步反应。
步骤3：亚硝基邻苯二甲酰肼的制备
室温搅拌下，向500ml三口烧瓶中加入上一步所得到的4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼粗品，向其中加入100ml四氢呋喃，搅匀，分批次加入5g甲醇钠。加完后，回流反应5小时，点板确认4-亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，并将反应液自然降至室温。该反应液不经进一步处理，直接进行下一步反应。
步骤4：异鲁米诺的制备
室温搅拌下，向上一步的反应液中一次性加入10g硫化钠，加完后室温搅拌30分钟。然后加热回流反应3小时，点板确认4-亚硝基邻苯二甲酰肼已经完全转化为所需产品，停止反应，反应液自然降至室温，随后过滤，收集滤饼。滤液旋蒸回收四氢呋喃，残余物与滤饼合并，加入到150ml水中，加热至80℃，搅拌30分钟，仍有部分固体不溶，趁热过滤。向滤液中加入浓盐酸调pH至9，自然冷却析晶。过滤，得到25g淡黄色粉末状产品。
计算异鲁米诺产物的产率为75.3％；对收集产物进行检测，HPLC：98.73％。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (10)
1.一种以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)以邻苯二甲酰肼为原料，与乙酰化试剂反应得到二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(2)将步骤(1)中得到的二乙酰基邻苯二甲酰肼，与亚硝基化合物反应，得到亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼；
(3)将步骤(2)中得到的亚硝基二乙酰基邻苯二甲酰肼，经去乙酰化反应得到亚硝基邻苯二甲酰肼；
(4)将步骤(3)中得到的亚硝基邻苯二甲酰肼，经还原反应得到异鲁米诺；
2.根据权利要求1所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述乙酰化试剂包括乙酸酐、乙酰氯、乙酰溴中的至少一种；所述邻苯二甲酰肼与所述乙酰化试剂的摩尔比为1：2-10；
所述乙酰化反应在有机溶剂中进行，所述有机溶剂包括甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP或DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
3.根据权利要求2所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括甲酸钠、乙酸钠、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、异丙醇钠、异丙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯、氧化镁、氧化锌、三乙胺、吡啶、DMAP或DBU中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(1)中反应原料总量的1-200wt％。
4.根据权利要求1-3任一所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述亚硝基化合物包括亚硝酸、亚硝酸锂、亚硝酸钠、亚硝酸钾、亚硝酸钙、亚硝酸甲酯、亚硝酸乙酯、亚硝酸异丙酯、亚硝酸正丁酯、亚硝酸异戊酯中的一种或几种的混合物；所述二乙酰基邻苯二甲酰肼与所述亚硝基化合物的摩尔比为1：1-4；
所述反应是在溶剂中进行的，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
5.根据权利要求4所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括甲酸、乙酸、三氟乙酸、甲磺酸、对甲苯磺酸、苯磺酸、盐酸、硫酸、磷酸、硝酸、柠檬酸、EDTA中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(2)中反应原料总量的1-200wt％。
6.根据权利要求1-3任一所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述反应是在溶剂中进行的，所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
7.根据权利要求6所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括盐酸、硫酸、磷酸、甲醇钠、甲醇钾、乙醇钠、乙醇钾、异丙醇钠、异丙醇钾、叔丁醇钠、叔丁醇钾、氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化钙、碳酸钾、碳酸氢钾、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸铯中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(3)中反应原料总量的1-100wt％。
8.根据权利要求1-3任一所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述反应是在溶剂中进行的，述溶剂包括水、甲醇、乙醇、异丙醇、正丁醇、叔丁醇、甲酸、乙酸、乙酸乙酯、乙酸丁酯、二氯甲烷、氯仿、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、苯、甲苯、二甲苯、乙醚、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、乙二醇、二乙二醇、乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二甲醚、甲醛、丙酮、2-丁酮、乙腈、DMF、NMP、DMSO中的一种或几种的混合溶剂。
9.根据权利要求8所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述步骤(4)中，所述反应是在催化剂催化条件下进行，所述催化剂包括Pd/C、镍铝合金、雷尼镍、硫化钠、硫氢化钠、硫代硫酸钠、三氯化铁中的一种或几种的混合物；
所述催化剂的添加量占所述步骤(4)中反应原料总量的1-500wt％。
10.根据权利要求1-3任一所述的以邻苯二甲酰肼为原料制备异鲁米诺的方法，其特征在于，所述邻苯二甲酰肼原料为Gabriel胺合成法中的副产物。
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