专利名称：N-甲基甲酰苯胺的制备方法
技术领域：
本发明涉及有机中间体的合成，具体地说是一种N-甲基甲酰苯胺的制备 方法。
背景技术：
N-甲基甲酰苯胺(简称MFA)是重要的有机合成中间体，作为合成芳醛和杂 环醛的原料，广泛用于Vilsmeier反应中。目前，N-甲基甲酰苯胺的生产方 法主要有A)采用硫酸二甲酯甲基化制备N-甲基甲酰苯胺，该方法用的原料 毒性大，成本高；B)采用二甲苯胺氧化制备N-甲基甲酰苯胺，该方法用的氧 化剂成本高，三废严重。上述的二种方法成本高，污染或毒性大，为此，有 人采用N-甲基苯胺与甲酸反应来制备N-甲基甲酰苯胺，该方法是酯化和水解 的平衡反应，需不断移除反应中产生的水，因此需要大过量的无水甲酸且反 应很难进行彻底。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供了一 种采用偏硼酸酐作为去水剂的N-甲基甲酰苯胺的制备方法，偏硼酸酐及时将 反应中产生的水去除，使反应快速彻底，以大大减少甲酸投料量。
为此，本发明采用如下的技术方案N-甲基甲酰苯胺的制备方法，其步 骤如下硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不
经分离先降温至60-90°C，然后直接往溶液中加入甲酸和N-甲基苯胺进行反 应，得到N-甲基甲酰苯胺。本发明采用偏硼酸酐作为化学去水剂，及时将反 应中产生的水去除，打破平衡，使反应快速彻底，合成N-甲基甲酰苯胺时不 需要回流带水，甲酸投料量大为减少，而且可以用质量含量88%的含水甲酸
3来进行反应。本发明的合成路线如下:
问流带水 ？
<formula>formula see original document page 4</formula>上述的制备方法，硼酸脱水变为偏硼酸酐的反应在70-13(TC下进行，用沸点范围在70-13(TC且与水不互溶的溶剂进行回流反应，常用的溶剂如苯、甲苯、二甲苯等芳烃或乙酸乙酯、乙酸丁酯等酯类溶剂；所采用的方式为共沸带水， 一般反应时间为1.5-4.5小时，直到水不再带出为止；所用的溶剂量通常为硼酸的3-6倍，并无特别限制。
上述的制备方法，因混合加料时常放热，故甲酸和N-甲基苯胺的加入方式采用滴加方式。
"上述的制备方法，N-甲基苯胺和甲酸的投料量视甲酸含量而定，当甲酸选用无水甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺，1. 3-1. 6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺；当甲酸选用质量含量为88%的甲酸时，原料的投料量为1.卜1.5摩尔甲酸(净含量，此时每摩尔甲酸含0. 35摩尔水)/摩尔N-甲基苯胺，1. 8-2. 6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。上述的制备方法，对所述的硼酸进行回收套用。
4本发明具有以下有益效果N-甲基苯胺、硼酸、甲酸为大宗工业产品， 特别是88%的含水甲酸是常用的原料，原料成本低；偏硼酸酐能及时将反应 产生的水去除，从而打破平衡，使反应进行的快速彻底，酯化主反应不需要 回流带水，甲酸投料量大为减少，而且可以用88%的含水甲酸来进行反应。
通常6小时内反应完毕，硼酸可回收套用，N-甲基甲酰苯胺的收率高达90%以上。
下面结合具体实施方式
对本发明作进一步说明。
具体实施例方式
仪器与设备
气质联用，MS5973N-GC6890N(美国安捷伦公司)；核磁共振仪，AVANCE DMX II I 400M (TMS内标，Bruker公司)；红外光谱仪，NICOLET 360FT-IR;气相 色谱上海天美7890F。
实施例1: N-甲基甲酰苯胺的制备
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸84g C1.4mo1)，甲苯200ml，回流带水， 约2小时后共带出23. 5克水(1. 3mo1)，降温到90°C，加入含量88%的甲酸 40克(含4. 8克水和0. 78mol甲酸)和N-甲基苯胺70克(0. 65 mol)，在机 械搅拌下保温90-IO(TC反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于 99%，降到室温，过滤，滤渣用50ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸82克， 可套用。滤液合并后用饱和食盐水50ml洗，分层，然后减压回收溶剂至干， 收集80-9(TC/7mmHg的馏分得产品81.5克，为浅黄色液体，久置颜色变深， 气相含量99. 1%，总收率91. 9%。
也可以直接将滤液用于下一步的Vilsmeier反应，这种方式更便捷，适用 于工业上生产。
产物结构确认
GC-MS(m/e): 135， 106(100%)， 94， 77， 66， 51， 39。'HNMR(400MHz, CDC13)S (ppm): 3.33(s,3H,N-CH3); 7.18(d,2H, o-H);7.28(t,lH,p-H); 7.43(t，2H， m-H); 8.48(s，lH， N隱CHO)。
13CNMR(400MHz, CDCl3》(ppm): 32.07 (N-CH3); 122.41 (o-C); 126.43(p國C); 129.64 (m-C); 142.22 (N隱C); 162.36 (N-CHO)。
实施例2: 3， 4-二甲氧基苯甲醛的制备
在500ml三颈瓶中，加邻苯二甲醚34.5g C0.25mo1)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85"C,搅拌下于1小时内滴入实施例1中制备的N-甲基甲酰苯胺27克(0.2mol)。保温于80-9(TC反应6小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯石油醚=1: 1。反应6小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂乙酸乙酯石油醚=1: 3)，加入100ml甲苯稀释，降到室温，力n 100ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集104-108°C/lmmHg馏分得产物3， 4-二甲氧基苯甲醛27.6g(0.166mo1，气相含量98.5%)，收率83.3%。
产物结构确认
!HNMR (5， ppm， 400MHz , CDC13): 3.94(s, 3H, (OCH3》；3.97(s， 3H,(OCH3)); 6.98(d, J=8.4Hz, 1H, C5-H); 7.41(s, 1H， C2-H); 7.46(dd, J=8Hz, 1.6Hz,1H， C6-H); 9.86(s,lH, CHO)
13CNMR(400MHz,CDCl3)S(ppm): 56.03 (0-CH3); 56.19(0-CH3); 109.08(C2); 110.48 (C5); 126.81(C6); 130.21 (d); 149.70 (C3); 154.55 (C4);190.81 (:CHO)
IR(KBr，cm-1 ):2840， 1670,15 84,1508
GC-MS(m/e): 166(100%)， 137， 119， 105， 95， 77， 65， 51实施例3: 2， 4-二甲氧基苯甲醛的制备
6在500ml三颈瓶中，加间苯二甲醚34.5g (0.25mol)和三氯氧磷34.5g (0.225mol)，加热到85。C，搅拌下于1小时内滴入实施例1中制备的N-甲基 甲酰苯胺27克(0.2mol)。保温于80-9(TC反应3小时，薄层跟踪反应进展， 展开剂乙酸乙酯石油醚-h 1。反应3小时后薄层跟踪原料基本消失(展开 剂乙酸乙酯石油醚-l: 3)，加入100ml甲苯稀释，降到室温，力卩100ml 水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精 馏，收集109-114。C/lmmHg馏分得产物2，4-二甲氧基苯甲醛25.5g(0.154mo1， 气相含量98.2%)，收率73.2%。 产物结构确认
'HNMR (5， ppm,CDC13): 3.88(s， 3H, (OCH3》；3.91(s, 3H, (OCH3》；6.44(s， 1H, C3-H); 6.54(dd, J=5.6Hz， 2.8Hz， 1H， C5-H); 7.79(d, J=6.8Hz, 1H, C6-H); 10.28(s,lH, CHO)
13CNMR(400MHz，CDCl3)S(ppm): 55.61 (0-CH3); 55.63 (0-CH3); 97.90 (C3); 105.68 (C5); 119.02(d); 130.66 (C6); 163.66 (C2); 166.24 (C4); 188.29 (-CHO)
IR(KBr，cm1》2871 ， 1673， 1641,1269
实施例4: N-甲基甲酰苯胺溶液直接制备2， 4-二甲氧基苯甲醛
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸28g (0.47mol，由实施例1回收的硼酸 套用)，甲苯80ml，回流带水，约2小时后共带出7.7克水，降温到90。C，加 入含量88%的甲酸14克(含0.26mol甲酸)和N-甲基苯胺23.3克(0.22 mol)， 在机械搅拌下保温90-10(TC反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于 99%，降到室温，过滤，滤渣用20ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸27克， 可套用。滤液合并后用直接用于下步反应。在500ml三颈瓶中，加间苯二甲 醚34.5g (0.25mol)和三氯氧磷34.5g (0.225mol)，加热到85。C，搅拌下于1小时内滴入上述N-甲基甲酰苯胺在甲苯中的溶液。保温于80-9(TC反应5小时，
薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙酯石油醚=1: 1。反应5小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂乙酸乙酯石油醚=1: 3)，降到室温，加60ml水搅拌1小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，
收集109-114。C/lmmHg馏分得产物2， 4-二甲氧基苯甲醛26.1g (0.158mol，气相含量98.3%)，收率74.9%。
实施例5: N-甲基甲酰苯胺溶液直接制备3， 4-二甲氧基苯甲醛
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸28g (0.47mol，由实施例1回收的硼酸套用)，甲苯80ml，回流带水，约2小时后共带出7.7克水，降温到9(TC，加入含量88%的甲酸14克(含0.26mo1甲酸)和N-甲基苯胺23.3克(0.22 mol)，在机械搅拌下保温90-10(TC反应4.5小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99%，降到室温，过滤，滤渣用20ml甲苯泡洗。滤液合并后用直接用于下步反应。在500ml三颈瓶中，加邻苯二甲醚34.5g (0.25mol)和三氯氧磷34.5g(0.225mol)，加热到85°C，搅拌下于1小时内滴入上述N-甲基甲酰苯胺在甲苯中的溶液。保温于80-90'C反应8小时，薄层跟踪反应进展，展开剂乙酸乙
酯石油醚=1: 1。反应8小时后薄层跟踪原料基本消失(展开剂乙酸乙酯
石油醚=1: 3)，降到室温，加60ml水搅拌l小时，分层。有机层无水硫酸钠干燥后回收溶剂，残留物用油泵精馏，收集104-108。C/lmmHg馏分得产物3，4-二甲氧基苯甲醛27.3g (0.164mol，气相含量98.2%)，收率82.4%。
实施例6: N-甲基甲酰苯胺的制备
在500ml三口烧瓶中，加入硼酸54.6g (0.91mol)，甲苯200ml，回流带水，约2小时后共带出16克水(0.89mol)，降温到80。C，加入无水甲酸36克(0. 783mol)和N-甲基苯胺70克(0. 65 mol)，在机械搅拌下保温90—IO(TC
8反应4小时，气相色谱跟踪分析表明转化率大于99%，降到室温，过滤，滤渣
用50ml甲苯泡洗，烘干得白色固体硼酸52克，可套用。滤液合并后用饱和 食盐水50ml洗，分层，然后减压回收溶剂至干，收集80-9(TC/7mmHg的馏分 得产品82. 5克，为浅黄色液体，久置颜色变深，气相含量99. 1%，总收率93%。
实施例7: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用二甲苯代替甲苯，最后得产 物81.3克，含量98.9%，收率91.40/0。
实施例8: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例l，只是用二甲苯代替甲苯，最后得产
物80. 9克，含量98. 7%，收率90.8%。
实施例9: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例l，只是用乙酸乙酯代替甲苯，最后得
产物80. 7克，含量98. 8%，收率90.6%。
实施例10: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用乙酸乙酯代替甲苯，最后得 产物81克，含量98.9%，收率90.9%。
实施例11: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用苯代替甲苯，最后得产物 83克，含量98.%，收率93. 1%。
9实施例12: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例61，只是用苯代替甲苯，最后得产物 83. 5克，含量99. 2%，收率94%。
实施例13: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例6，只是用乙酸丁酯代替甲苯，最后得 产物80. 3克，含量99%，收率90. 2%。
实施例14: N-甲基甲酰苯胺的制备
其它投料配比和反应条件同实施例l，只是用乙酸丁酯代替甲苯，最后得
产物80. 9克，含量99. 1%，收率91.8。/0。
权利要求
1、N-甲基甲酰苯胺的制备方法，其步骤如下硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不经分离先降温至60-90℃，然后直接往溶液中加入甲酸和N-甲基苯胺进行反应，得到N-甲基甲酰苯胺。
2、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于甲酸和N-甲基苯胺的加 入方式采用滴加方式。
3、 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的甲酸选用无 水甲酸时，原料的投料量为1.1-1.5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺，1.3-1.6摩 尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。
4、 根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于所述的甲酸选用质 量含量为88%的甲酸时，原料的投料量为1. 1-1. 5摩尔甲酸/摩尔N-甲基苯胺， 1. 8-2. 6摩尔硼酸/摩尔N-甲基苯胺。
5、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于对所述的硼酸进行回收 套用。
6、 根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂为苯、甲苯、 二甲苯、乙酸乙酯或乙酸丁酯。
7、 根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述的溶剂用量为 2.5-5ml/lg硼酸。
全文摘要
本发明公开了一种N-甲基甲酰苯胺的制备方法。现有采用N-甲基苯胺与甲酸反应来制备N-甲基甲酰苯胺，该方法是酯化和水解的平衡反应，需不断移除反应中产生的水，因此需要大过量的无水甲酸且反应很难进行彻底。本发明采用的步骤如下硼酸在与水不互溶的溶剂存在下进行回流带水，得到的偏硼酸酐不经分离先降温至60-90℃，然后直接往溶液中加入甲酸和N-甲基苯胺进行反应，得到N-甲基甲酰苯胺。本发明采用偏硼酸酐作为化学去水剂，及时将反应中产生的水去除，打破平衡，使反应快速彻底，合成N-甲基甲酰苯胺时不需要回流带水，甲酸投料量大为减少。
文档编号C07C223/06GK101475501SQ20091009547
公开日2009年7月8日 申请日期2009年1月13日 优先权日2009年1月13日
发明者吴宏祥, 符 张, 沈润溥, 军 瞿, 陆文辉, 陶国峰, 高启楠, 龚志娟 申请人:扬州市普林斯化工有限公司;绍兴文理学院