楊 芳，嚴(yán)新煥

（浙江工業(yè)大學(xué)綠色化學(xué)合成技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 杭州 310014）

進(jìn)展與述評(píng)

N-烷基芳胺合成的研究進(jìn)展

楊 芳，嚴(yán)新煥

（浙江工業(yè)大學(xué)綠色化學(xué)合成技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室培育基地，浙江 杭州 310014）

N-烷基芳胺是非常重要的有機(jī)原料和精細(xì)化工中間體，廣泛應(yīng)用于染料、塑料、醫(yī)藥和農(nóng)藥等領(lǐng)域。介紹了芳胺與烷基化試劑如鹵代烴、羰基化合物、醇等進(jìn)行的取代烷基化反應(yīng)合成N-烷基芳胺的反應(yīng)機(jī)理及烷基化工藝；重點(diǎn)闡述了以芳香硝基化合物為原料一鍋法合成N-烷基芳胺的生產(chǎn)工藝，分別討論了以羰基化合物、腈、醇作為烷基化試劑的優(yōu)劣，認(rèn)為以醇為烷基化試劑的反應(yīng)條件溫和、不需要添加任何配體，具有較好的應(yīng)用前景。指出開(kāi)發(fā)適合以醇為烷基化試劑的選擇性高的催化劑是以后的研究方向。

芳胺；芳香硝基化合物；N-烷基芳胺；N-烷基化

N-烷基芳胺是重要的化工原料，廣泛應(yīng)用在有機(jī)合成、化學(xué)中間體、染料、橡膠助劑、農(nóng)藥、醫(yī)藥等領(lǐng)域[1-2]。隨著染料、橡膠工業(yè)的不斷發(fā)展，農(nóng)藥、醫(yī)藥的用量也不斷增加，N -烷基芳胺的需求量迅速增長(zhǎng)，與其相應(yīng)的合成開(kāi)發(fā)也備受關(guān)注。

N-烷基芳胺的合成一般采用芳胺和烷基化試劑（醇、醚、鹵代烴、硫酸酯等）為原料，生產(chǎn)方法分為液相法和氣相法[3]。傳統(tǒng)的液相法一般以H2SO4、H3PO4以及氫鹵酸等無(wú)機(jī)酸為催化劑。其合成工藝的優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)溫度低、產(chǎn)物選擇性高，缺點(diǎn)是生產(chǎn)效率低、對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、廢酸排放量大?，F(xiàn)多以負(fù)載型貴金屬為催化劑，避免酸對(duì)設(shè)備的腐蝕，且催化活性高，但貴金屬價(jià)格相對(duì)昂貴。氣相法則采用分子篩、金屬氧化物等為催化劑，其合成工藝的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備投資少、避免了對(duì)環(huán)境污染和設(shè)備腐蝕、操作簡(jiǎn)便、生產(chǎn)成本低，缺點(diǎn)是選擇性比液相法低、催化劑容易失活。目前，國(guó)內(nèi)大部分生產(chǎn)單位仍采用液相法生成，其主要原因是液相法技術(shù)相對(duì)比較成熟。

以芳胺為初始原料合成N-烷基芳胺的方法中，芳胺主要由芳香硝基化合物通過(guò)化學(xué)還原法或者催化加氫法制得。其中化學(xué)還原法通常采用鐵粉、鋅粉和硫化物等將芳香硝基物還原為芳胺，但該過(guò)程中產(chǎn)生大量的污染物[4]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外許多研究工作者將芳香硝基化合物加氫還原生成芳胺和芳胺N-烷基化反應(yīng)在同一催化劑下同一反應(yīng)器內(nèi)連續(xù)制備N-烷基芳胺，工藝大為簡(jiǎn)化，產(chǎn)品損失少，收率高，該過(guò)程屬清潔工藝，對(duì)環(huán)境友好，發(fā)展前景較為廣闊。本文對(duì)近年來(lái)國(guó)內(nèi)外以芳胺為初始原料合成N-烷基芳胺進(jìn)行了綜述，著重介紹了以芳香硝基化合物為初始原料合成N-烷基芳胺的研究進(jìn)展。

1 芳胺N-烷基化反應(yīng)

芳胺烷基化反應(yīng)按反應(yīng)類型及所用烷基化試劑可分為3種：以醇、鹵代烷烴和酯類為烷基化試劑的取代烷基化；以丙烯酸衍生物、環(huán)氧化合物等為烷基化試劑的加成烷基化；以醛和酮為烷基化試劑的縮合還原烷基化。

1.1 取代烷基化

取代烷基化是應(yīng)用最廣泛的烷基化工藝，最常用的烷基化試劑有鹵代烷烴、醇和酯。醇為烷基化試劑的反應(yīng)需加催化劑方能使之順利進(jìn)行。以鹵代烷烴和酯類為烷基化試劑，反應(yīng)條件比以醇為烷基化試劑溫和，但烷基化試劑價(jià)格比醇高，且原料對(duì)環(huán)境造成污染。取代烷基化反應(yīng)得到的烷基化產(chǎn)物的選擇性不高，很容易得到雙取代或多取代物。

Narayanan等[5]認(rèn)為芳胺的烷基化反應(yīng)是連續(xù)的反應(yīng)，他們認(rèn)為芳胺先與烷基化試劑發(fā)生單取代烷基化，接下來(lái)生成的二烷基芳胺是由單烷基芳胺反應(yīng)而來(lái)的（圖1）。

芳胺與醇進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)也是很常見(jiàn)的合成路線。但是醇是弱親電試劑，不容易進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)，為了解決這個(gè)問(wèn)題，通常采用過(guò)渡金屬作為催化劑，通過(guò)氫轉(zhuǎn)移的過(guò)程將醇轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂休^強(qiáng)親電性的羰基化合物。羰基化合物再與胺反應(yīng)得到亞胺，亞胺經(jīng)過(guò)還原后最終得到相應(yīng)的N-烷基胺[6]（圖2）。

1.2 加成烷基化

芳胺與丙烯酸衍生物、環(huán)氧化合物為烷基化試劑的加成烷基化中，常用于芳胺引入羥乙基、氰乙基、羧乙基等N-乙基衍生物的制備。但由于兩個(gè)氫原子具有相似的活性，進(jìn)行雙烷基化反應(yīng)的概率很大，且在烷基化過(guò)程中還有聚合及O-烷基化等副反應(yīng)發(fā)生，因而需要控制烷基化試劑的用量[7]。生成的產(chǎn)物都帶有羥基，還需要進(jìn)一步處理掉羥基[8]。無(wú)法與其它直接烷基化反應(yīng)相比，應(yīng)用較少。

1.3 縮合還原烷基化

縮合還原烷基化是先由醛、酮和芳胺縮合生成席夫堿，然后在還原劑作用下制得仲胺。如伯胺或仲胺用甲醛和甲酸進(jìn)行還原甲基化反應(yīng)機(jī)理見(jiàn)圖3[8]。

2 以芳胺為原料合成N-烷基芳胺

圖1 苯胺N-乙基化反應(yīng)機(jī)理

圖2 醇為烷基化試劑的反應(yīng)機(jī)理

圖3 還原烷基化機(jī)理

芳胺N-烷基化反應(yīng)是有機(jī)合成中的一類重要反應(yīng)，最常用的合成方法是芳胺和烷基化試劑如醇、醚、鹵代烷以及硫酸酯等進(jìn)行烷基化反應(yīng)。生產(chǎn)方法分為兩大類，即液相法和氣相法。

2.1 液相法制備

傳統(tǒng)的液相法所用催化劑一般為H2SO4、H3PO4及氫鹵酸等無(wú)機(jī)酸，反應(yīng)需在高壓下進(jìn)行，對(duì)設(shè)備要求苛刻，且副產(chǎn)物多，三廢處理難，生產(chǎn)間歇進(jìn)行，效率低?，F(xiàn)多以負(fù)載型貴金屬為催化劑，將芳胺與烷基化試劑（鹵代烴、羰基化合物和醇）進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)。該工藝不需要使用酸作為催化劑，但是貴金屬價(jià)格昂貴。

2.1.1 以鹵代烴為烷基化試劑

Basu等[9]采用硅膠為催化劑，探討在室溫下胺與鹵代烴發(fā)生N-烷基化反應(yīng)。發(fā)現(xiàn)烷基化試劑的用量對(duì)烷基化產(chǎn)物的選擇性有很大的影響。當(dāng)鹵代烴與胺的摩爾比為1∶1時(shí)，主要得到單烷基化產(chǎn)物。而當(dāng)加入過(guò)量的鹵代烴則有利于二取代烷基化產(chǎn)物的生成。且該催化劑可以循環(huán)使用10次以上。Gawande等[10]使用Al2O3-OK為催化劑，在常溫下胺與鹵代烷烴反應(yīng)。結(jié)果表明，在K2O存在下，以乙腈為溶劑反應(yīng)效果最好，收率為85%。該反應(yīng)對(duì)不同的鹵代烴和胺都適用。

2.1.2 以羰基化合物為烷基化試劑

以羰基化合物為烷基化的反應(yīng)，首先得到過(guò)渡態(tài)的亞胺，經(jīng)過(guò)還原后得到烷基化產(chǎn)物。Gomez等[11]以Ni為催化劑，羰基化合物與NH3和H2反應(yīng)合成相應(yīng)的二級(jí)胺。Stoter等[12]用酮與胺在加入分子篩后，能夠得到85%的選擇性和94%的ee值。該反應(yīng)適用于多種芳胺以及雜環(huán)芳胺。Mizuta等[13]以Ir為催化劑，胺與相應(yīng)的醛在Et3SiH存在下反應(yīng)，得到相應(yīng)三級(jí)胺收率為99%。但該反應(yīng)過(guò)程中需要使用高活性的羰基化合物，且醛和醇很容易發(fā)生羥醛縮合，生成不可逆的副產(chǎn)物。

2.1.3 以醇為烷基化試劑

醇作為烷基化試劑由于其廉價(jià)易得，且生成的副產(chǎn)物只有水，對(duì)環(huán)境友好，具有很大的應(yīng)用前景。Saidi等[14]以[Cp*IrI2]2為催化劑，在水中不加堿及其它添加劑情況下胺與醇進(jìn)行烷基化反應(yīng)。結(jié)果顯示，對(duì)于無(wú)分支的芳胺與醇反應(yīng)得到二級(jí)胺的收率為94%。而在無(wú)水條件下，反應(yīng)5 h的轉(zhuǎn)化率只有48%。采用不同的醇與胺反應(yīng)，芳香醇與胺可獲得98%的收率，對(duì)于直鏈醇也能順利進(jìn)行，得到80%～90%的收率。Hamid等[15-16]以[Ru（p-cymene）Cl2]2為催化劑，在溫和的反應(yīng)條件下考察不同配體對(duì)反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，以1,1'-雙（二苯基膦二茂鐵）（DPPF）為配體，在10% K2CO3存在下，單烷基胺的收率達(dá)到100%。Kwon等[17]以Pd為催化劑，考察不同載體、不同醇以及不同胺對(duì)反應(yīng)的影響。研究表明，Pd/AlO（OH）的催化活性最高，對(duì)于大部分的醇和胺，在1 atm（1atm=1.013×105Pa）H2室溫下得到單烷基化產(chǎn)率＞80%，而在1 atm O290℃環(huán)境下，則可以得到＞90%的亞胺。

近年來(lái)，也有許多研究者使用非貴金屬為催化劑。Martinez等[18]以廉價(jià)易得的赤鐵礦為催化劑，分別考察在堿存在下芳胺和直鏈胺以及芳香醇和直鏈醇對(duì)單烷基化產(chǎn)物的影響。研究表明，含有吸電子基團(tuán)和供電子基團(tuán)的芳胺與芳香醇反應(yīng)得到較高的收率。對(duì)于富含電子的雜原子化合物，單烷基化產(chǎn)物選擇性＞99%。但直鏈醇與直鏈胺基本無(wú)反應(yīng)。Likhar等[19]以Cu/Al水滑石為催化劑，在K2CO3存在下，考察含不同取代基團(tuán)的醇和胺對(duì)N-烷基化產(chǎn)物的影響。研究表明，對(duì)于大部分的醇和胺，在160 ℃下反應(yīng)9 h，得到單烷基化產(chǎn)物的收率為70%～98%。

Zhang等[20]以Pd/Fe2O3為催化劑，在不添加任何堿和有機(jī)配體、160 ℃下，芳香醇與胺反應(yīng)可以得到＞90%的收率，直鏈醇與胺反應(yīng)得到80%～86%的收率，直鏈醇與直鏈胺反應(yīng)得到78%～81%的收率。Fujita等[21]以[Cp*IrCl2]2為催化劑，在K2CO3存在下，芳胺與芳香醇反應(yīng)可以得到＞83%的產(chǎn)率，與直鏈醇反應(yīng)，產(chǎn)率為63%～79%，而對(duì)于環(huán)狀脂肪醇，收率為85%以上。

2.2 氣相法

氣相法以固體酸為催化劑，避免了無(wú)機(jī)酸對(duì)設(shè)備的嚴(yán)重腐蝕，反應(yīng)條件溫和，消除了對(duì)環(huán)境的嚴(yán)重污染，但選擇性低，催化劑易失活。氣相法進(jìn)行芳胺N-烷基化反應(yīng)的催化劑主要包括黏土、分子篩、氧化物、過(guò)渡金屬催化劑等。

Yadav等[22]研究了各種醇與胺在K10催化作用下的反應(yīng)情況。結(jié)果表明，弱酸環(huán)境以及低溫有利于N-烷基產(chǎn)物的生成。各種烷基化產(chǎn)物的穩(wěn)定順序?yàn)椋簆-烷基胺＞o-烷基胺＞N-烷基胺。此外，烷基的鏈長(zhǎng)對(duì)產(chǎn)物的穩(wěn)定性也有影響，其順序?yàn)椋篘-甲基胺＞N-乙基胺＞＞N-異丙基胺＞N-丁基胺＞＞N-四丁基胺。Nehate等[23]將十二鎢磷酸（DTPA）負(fù)載在K10上催化合成N-甲基苯胺。結(jié)果表明，20%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的DTPA/K10反應(yīng)效果最佳，胺的轉(zhuǎn)化率為79%，N-甲基苯胺的選擇性達(dá)到99%。

分子篩作為固體酸催化劑用于烷基化反應(yīng)已被廣泛報(bào)道。Luque等[24]以Al-MCM-41為催化劑，考察了反應(yīng)溫度、催化劑酸度對(duì)產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明，催化劑經(jīng)過(guò)NH4F處理后，得到單烷基化的選擇性高，且催化劑不易失活。低溫、中等酸度有利于N-烷基化反應(yīng)，而高溫、強(qiáng)酸則更有利于C-烷基化反應(yīng)。

氧化物也是使用在工業(yè)過(guò)程中的催化劑之一，廣泛用在脫氫、氧化、氨解氧化、聚合等反應(yīng)中。陶克毅等[25-26]采用乙醚作為烷基化試劑，以氧化鋁為催化劑對(duì)氣相法合成N,N-二乙基苯胺進(jìn)行了研究，考察了反應(yīng)溫度、原料配比和空速等因素對(duì)反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，在反應(yīng)溫度為310 ℃、空速1.0 h-1，n(乙醚)/n(苯胺)=1.5時(shí)，反應(yīng)效果最好，且該催化劑具有很好的穩(wěn)定性。以苯胺和甲醇混合物為原料，結(jié)果表明，在甲醇/苯胺摩爾比為3∶1、苯胺液體空速為0.5 h－1、反應(yīng)溫度為300 ℃時(shí)，苯胺的轉(zhuǎn)化率接近100%，N,N-二甲基苯胺的選擇性達(dá)到95%，沒(méi)有苯環(huán)取代物生成。唐靖等[27]在固定床催化反應(yīng)器中研究了常壓下芳胺和醇的氣相法N-烷基化反應(yīng)，考察了反應(yīng)條件對(duì)該反應(yīng)的影響。結(jié)果表明，當(dāng)甲醇和苯胺的摩爾比為3∶1時(shí)，反應(yīng)溫度為280 ℃，液體空速為0.3 h－1的條件下，苯胺轉(zhuǎn)化率為99%，生成N,N-二甲基苯胺的選擇性為92%。此外還考察了不同取代基團(tuán)對(duì)反應(yīng)的影響，其轉(zhuǎn)化率順序?yàn)椋罕桨贰謱?duì)甲苯胺≈間甲苯胺＞鄰甲苯胺。隨著醇中碳原子數(shù)目的增加，醇的反應(yīng)活性降低，正構(gòu)醇和苯胺反應(yīng)與異構(gòu)醇和苯胺反應(yīng)隨溫度升高的變化趨勢(shì)相反。

過(guò)渡金屬及其氧化物用于芳胺N-烷基化反應(yīng)因具有轉(zhuǎn)化率高、選擇性好、產(chǎn)品質(zhì)量高、三廢少等優(yōu)點(diǎn)而應(yīng)用較廣。Vijayaraj等[28]以Cu1-xZnxFe2O4為催化劑催化芳胺衍生物進(jìn)行單N-甲基化反應(yīng)。在最佳的反應(yīng)條件下（MeOH∶胺∶水=3∶1∶1，空速為3.58 h－1，反應(yīng)溫度為543～603 K），當(dāng)x=0.5時(shí)，胺的轉(zhuǎn)化率最高。由于電子效應(yīng)的影響，鄰位和對(duì)位取代的衍生物中胺的轉(zhuǎn)化率降低，空間效應(yīng)只影響二取代基團(tuán)的衍生物。當(dāng)甲醇的量增大時(shí)，形成N,N-二甲基化產(chǎn)物的選擇性增加。

3 以芳香硝基化合物為原料合成N-烷基芳胺

上述N-烷基化反應(yīng)都是采用芳胺為初始原料，而芳胺主要由芳香硝基化合物通過(guò)化學(xué)還原法或者催化加氫法制得，導(dǎo)致產(chǎn)物分離難，效率不高。因此，如果把上述兩個(gè)工藝放在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，則簡(jiǎn)化了生產(chǎn)步驟，提高了生產(chǎn)效率、降低了成本。且中間產(chǎn)物不需要分離，避免了大多數(shù)芳胺毒性大、易變質(zhì)、不易儲(chǔ)存的缺點(diǎn)，是一種有較大發(fā)展前途的生產(chǎn)工藝。近年來(lái)也有很多相關(guān)報(bào)道。

3.1 以羰基化合物為烷基化試劑

Bae等[29-30]以10% Pd/C為催化劑，羰基化合物為烷基化試劑，采用B10H14為還原劑，室溫下將芳香硝基化合物與羰基化合物一鍋法合成N-烷基芳胺，最高可得到單烷基芳胺的收率為93%。在該反應(yīng)中B10H14分兩次加入，首先添加30%將硝基還原為氨基，再加入20%進(jìn)行還原胺基化反應(yīng)。對(duì)含不同取代基的芳香硝基化合物進(jìn)行N-烷基化反應(yīng)，得到N-單烷基化產(chǎn)物的收率為84%～93%。此外，當(dāng)向反應(yīng)體系中添加37%的甲醛溶液時(shí)，則可以得到三級(jí)胺（圖4）。不同取代基團(tuán)的芳香硝基化合物依次與酮和甲醛反應(yīng)，常溫下得到三級(jí)芳胺的收率為72%～99%。

圖4 以B10H14為還原劑制備N-烷基芳胺

圖5 二硝基物的N-烷基化反應(yīng)

Byun等[31]也以Pd/C為催化劑，在醇水溶劑中以甲酸銨作為原位氫供體，將芳香硝基化合物與醛反應(yīng)合成N-單烷基取代芳胺?？疾觳煌娜軇?duì)產(chǎn)物收率的影響。結(jié)果表明，在i-PrOH/H2O （10∶1，體積比）環(huán)境下得到N-單烷基芳胺的收率最高，且不生成N,N-二烷基取代產(chǎn)物。不同的脂肪醛與硝基苯反應(yīng)，得到N-單烷基苯胺的收率為50%～98%，含不同取代基團(tuán)的芳香硝基化合物與丁醛反應(yīng)，都能順利完成。其中當(dāng)取代基團(tuán)為供電子基團(tuán)時(shí)，N-丁基芳胺的收率為88%～99%，而當(dāng)取代基團(tuán)為吸電子基團(tuán)時(shí)，反應(yīng)效果較差，N-丁基芳胺的收率為49%～78%。

Sydnes等[32]以10% Pd/C為催化劑，脂肪醛為烷基化試劑，H2為還原劑，一鍋法合成N-單烷基芳胺。反應(yīng)1 h得到的產(chǎn)物全是芳胺，延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，則得到N-單烷基芳胺?？疾炝巳┑挠昧繉?duì)產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明，當(dāng)醛的摩爾用量為反應(yīng)物的1.0～1.7倍時(shí)，得到的都只是N-單烷基化產(chǎn)物。但對(duì)于甲醛而言，則必須控制用量，否則很容易得到二取代烷基胺。此外，通過(guò)改變反應(yīng)條件，可以使芳香硝基物與甲醛的收率由61%提高到99%。

Dell’Anna等[33]以聚合物負(fù)載的Pd為催化劑，以H2為還原劑，硝基化合物與羰基化合物一鍋法合成N-單烷基芳胺?？疾觳煌枷阊苌锱c苯甲醛反應(yīng)情況。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于含有供電子基團(tuán)的物質(zhì)，單烷基化收率在93%以上，而含有吸電子基團(tuán)的收率稍低，為82%。當(dāng)同時(shí)含有兩個(gè)硝基時(shí)，得到70%的二取代烷基芳胺。不同的脂肪醛與硝基苯反應(yīng)，得到N-單烷基苯胺的選擇性為75%～85%。而對(duì)于芳香醛效果相對(duì)較差，但延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間可以提高收率。

Sreedhar等[34]以阿拉伯樹(shù)膠（GA）為穩(wěn)定劑制備膠體Pd納米顆粒催化劑，在1 atm H2、室溫下將芳香硝基化合物與不同的醛反應(yīng)合成N-烷基芳胺。結(jié)果表明，對(duì)于含有不同取代基團(tuán)的芳香醛和脂肪醛與硝基苯的反應(yīng)效果都很好，得到N-單烷基芳胺的收率為85%～96%。對(duì)于含有不同取代基團(tuán)的芳香硝基化合物與苯甲醛反應(yīng)，得到N-單烷基芳胺的收率為76%～92%。如果以酮作為烷基化試劑，則無(wú)催化活性。

Jin等[35]考察了芳環(huán)上含有兩個(gè)硝基的化合物與丙酮在10% Pd/C催化劑作用下的反應(yīng)（圖5）。在該反應(yīng)中，反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物的分布有很大的影響。以乙酸為溶劑，當(dāng)乙酸的量為0～40 mL時(shí)，反應(yīng)3 min后，4,6-二氨基-1,3-苯二酚（DAR）的收率從0增至93%。延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間至90 min，則4,6-二（異丙基氨基）-1,3-苯二酚（BPAR）的收率從21%增至98%。此外，丙酮在該反應(yīng)中起著重要的作用，當(dāng)溶劑中丙酮與2-丙醇的體積比從0∶1變?yōu)?∶0時(shí)，對(duì)產(chǎn)物的選擇性有很大的影響，BPAR的收率由0增至98%。此外，氫壓對(duì)反應(yīng)也有一定的影響。

Yamane等[36]以Au/Fe2O3為催化劑，在2 MPa H2、120 ℃下硝基苯與苯甲醛反應(yīng)得到單烷基取代物。結(jié)果顯示，當(dāng)硝基物與醛的摩爾比為1∶1.5、反應(yīng)6 h時(shí)，得到單烷基化產(chǎn)物收率為80%。當(dāng)硝基物中含有供電子基團(tuán)時(shí)，收率95%以上，而含有吸電子基團(tuán)時(shí)，收率為71%。

3.2 以腈為烷基化試劑

Nacario等[37]以Pd/C為催化劑、腈為烷基化試劑、甲酸銨為氫源，在室溫下將硝基化合物還原烷基化為相應(yīng)的二級(jí)胺。在該反應(yīng)中，乙腈用量較大，因?yàn)槠浼仁欠磻?yīng)物，又是溶劑。向反應(yīng)體系中加入適量的甲醇，既能提高硝基物的溶解度，又能提高腈的溶解度。對(duì)于含有不同取代基團(tuán)的芳香硝基化合物與脂肪腈反應(yīng)，得到N-單烷基芳胺的收率為71%～100%。對(duì)于脂肪族硝基化合物，反應(yīng)效果相對(duì)較差，容易生成N,N-二取代胺。

Reddy等[38]以Pd(OH)2/C為催化劑，聚甲基氫硅氧烷（PMHS）為還原劑，室溫下芳香硝基化合物與腈反應(yīng)合成N-單烷基芳胺?？疾旌煌〈鶊F(tuán)的芳香硝基化合物與乙腈的反應(yīng)，得到N-乙基芳胺的收率為63%～73%，但該催化劑不能重復(fù)使用。

Ikawa等[39]以Pd/C和Rh/C為催化劑，H2為還原劑，室溫下芳香硝基化合物與乙腈反應(yīng)合成N-烷基芳胺。結(jié)果表明，當(dāng)溶劑中添加乙酸乙酯（AcOEt）時(shí)，AcOEt與Pd形成弱的相互作用，從而有效地抑制了二烷基取代，而向體系中添加適量的乙酸銨（AcONH4）則可以有效地提高催化活性。當(dāng)取代基團(tuán)中含有苯環(huán)時(shí)，由于空間效應(yīng)，得到的產(chǎn)物大部分為芳胺。如果延長(zhǎng)反應(yīng)時(shí)間，生成二取代產(chǎn)物的量增加。同時(shí)考察了不同腈與硝基苯的反應(yīng)情況。結(jié)果表明，直鏈和支鏈腈與硝基苯反應(yīng)都得到N-單烷基苯胺，但對(duì)于有空間位阻的腈，反應(yīng)效果較差，只能得到苯胺。

3.3 以醇為烷基化試劑

吳祖望等[40-41]采用Raney Ni為催化劑，將硝基物的還原反應(yīng)和N-烷基化反應(yīng)在同一個(gè)反應(yīng)釜中進(jìn)行，加氫反應(yīng)溫度為50～150 ℃，氫氣壓力為0.5～4.0 MPa，反應(yīng)0.5～3 h，烷基化反應(yīng)溫度為50～250 ℃，壓力為0.2～3.0 MPa，硝基物的轉(zhuǎn)化率≥99%，胺基物的轉(zhuǎn)化率≥90%，N-單烷基物的選擇性≥85%。同時(shí)考察了取代基團(tuán)的位置和性質(zhì)以及醇的結(jié)構(gòu)對(duì)產(chǎn)物的影響。結(jié)果表明，空間效應(yīng)是影響N-烷基化反應(yīng)以及各種副反應(yīng)發(fā)生的關(guān)鍵因素。與大部分直鏈醇反應(yīng)得到N-單烷基芳胺的產(chǎn)率都很高，但由于甲醇較難脫氫，導(dǎo)致反應(yīng)效果差。含支鏈的醇由于空間反應(yīng)效果也較差。

Feng等[42]以Ru為催化劑，芳香硝基化合物和芳醇反應(yīng)制備N,N-二烷基苯胺。考察催化劑以及配體對(duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，以Ru(CO)H2(PPh3)3為催化劑、N-雜環(huán)卡賓（NHC）為配體時(shí)，在150 ℃下反應(yīng)16 h后得到二烷基化產(chǎn)物的收率最高，為96%。與脂肪醇反應(yīng)，得到54%～68%的二烷基取代芳胺。但該反應(yīng)體系對(duì)二元醇幾乎無(wú)活性。Cui等[43]以Ru為催化劑，考察不同配體對(duì)N-烷基化反應(yīng)的影響。研究表明，當(dāng)不加任何配體時(shí)，得到的都是亞胺。而以[Ru(p-cymene)Cl2]2為催化劑，1,4-雙（二苯膦基）丁烷（DPPB）為配體，在K2CO3存在下，N-烷基化的選擇性達(dá)到97%。對(duì)不同的硝基物與醇反應(yīng)，得到N-烷基胺的收率為73%～95%。Lee等[44]以Ru為催化劑，磷酸銨為配體，在適當(dāng)?shù)膖-BuOK存在下，將芳香硝基化合物與芳醇于150℃反應(yīng)24 h。結(jié)果表明，當(dāng)在空氣中反應(yīng)時(shí)，生成一定量的亞胺中間體，而向反應(yīng)中通入1 atm的H2時(shí)，則全部得到N-單烷基取代芳胺，但與仲醇的反應(yīng)效果較差。

Peng等[45]以Au為催化劑，將硝基化合物與醇反應(yīng)合成N-烷基胺。研究表明，采用不同的氧化物為載體，只有Fe2O3的效果最好，增加Au的量對(duì)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率影響不大，但是能夠顯著地提高單烷基化的選擇性。有趣的是，可以通過(guò)改變反應(yīng)條件選擇性地得到單烷基化合物或二烷基化合物，且得到的產(chǎn)率都在80%以上。但該催化劑對(duì)直鏈醇無(wú)催化活性。

上述研究都是從芳香硝基化合物為初始原料，一鍋法合成N-烷基胺。但還存在一些問(wèn)題，如需要用到外加氫氣，有些需要用到有機(jī)配體和堿，對(duì)環(huán)境造成一定的影響，產(chǎn)物需要分離，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，催化效率低。為了避免使用各種有機(jī)添加劑、堿以及氫氣，許多研究者致力于醇/水體系重整制氫，提高催化效率，避免使用外加氫氣。

作者課題組曾提出了原位液相催化加氫反應(yīng)體系[46-50]，即將含氧化合物的液相重整制氫所得的活化氫直接用于液相加氫反應(yīng)，從而可以避免使用外加氫源，提高操作的安全性。沈穎旎等[51]以Pt/Al2O3為催化劑，在固定床反應(yīng)器中，以醇/水重整制氫為氫源，將硝基苯還原制備苯胺與苯胺N-烷基化反應(yīng)相耦合?？疾焖暮恳约霸蠞舛葘?duì)反應(yīng)的影響，結(jié)果表明，當(dāng)醇水體積比為70∶30時(shí)，硝基苯的質(zhì)量濃度為8%時(shí)，反應(yīng)效果最好，得到N-乙基和N,N-二乙基苯胺的總收率達(dá)到99.5%。Li 等[52-53]以Raney-Ni為催化劑，甲醇與硝基苯合成N,N-二甲基苯胺，考察反應(yīng)溫度以及水在反應(yīng)中作用。結(jié)果顯示，反應(yīng)溫度越高，得到二烷基胺的收率也越大，443 K達(dá)到最大為94.4%。當(dāng)添加適當(dāng)?shù)乃?，苯環(huán)容易加氫成環(huán)己烷，導(dǎo)致烷基化產(chǎn)物的選擇性降低。這主要是因?yàn)橛兴嬖谙?，水與醇容易制氫使整個(gè)體系處于富氫狀態(tài)，從而使苯環(huán)加氫。Xiang等[54]以Pd為催化劑，硝基苯與甲醇在固定床反應(yīng)器中進(jìn)行，重點(diǎn)探討水在其中的作用。結(jié)果表明，在水存在下可以大大提高反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率和選擇性，且甲醇是最好的氫供體。此外，該反應(yīng)中氫來(lái)自于甲醇和水重整，因而原子利用率大大提高。

上述研究中，以羰基化合物和腈為烷基化試劑的反應(yīng)，大部分都需要使用還原劑，且需要嚴(yán)格控制羰基化合物的用量，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，催化效率低。以醇為烷基化試劑的反應(yīng)中，在溫和的反應(yīng)條件下不需要添加任何配體、還原劑的反應(yīng)體系是目前研究的熱點(diǎn)。

4 展 望

N-烷基芳胺在染料、橡膠工業(yè)、制藥、精細(xì)化工等很多領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用價(jià)值，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的開(kāi)拓和發(fā)展，其需求量逐年增加。以芳胺為初始原料合成工藝中，芳胺需要經(jīng)過(guò)芳香硝基化合物還原制得，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，整體收率低，生產(chǎn)成本高。而以芳香硝基化合物為原料一鍋法合成N-烷基芳胺這一工藝具有反應(yīng)過(guò)程及分離操作簡(jiǎn)便、能耗低、三廢污染少等特點(diǎn)，具有良好的發(fā)展前景。在以芳香硝基化合物為原料一鍋法合成N-烷基芳胺工藝中，可以在以下幾個(gè)方面展開(kāi)重點(diǎn)研究：①開(kāi)發(fā)出能夠在常溫常壓下，以醇為烷基化試劑，不添加任何助劑的廉價(jià)催化劑；②能夠很好地控制烷基化產(chǎn)物的選擇性，通過(guò)控制反應(yīng)條件選擇性得到相應(yīng)的N-(單、雙)烷基芳胺；③開(kāi)發(fā)出既對(duì)脂肪族硝基化合物又對(duì)芳香族硝基化合物都有很好活性的催化劑。

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Progress in the synthesis of N-alkyl anilines

YANG Fang，YAN Xinhuan
（State Key Laboratory Breeding Base of Green Chemistry Synthesis Technology，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310014，Zhejiang，China）

N-alkyl anilines are widely used as synthetic intermediates for pharmaceuticals，agrochemicals，fine chemicals，bioactive compounds，and dyes chemicals. The mechanism and the research process of N-alkylation of aromatic amines with corresponding alkylating agents，such as alkyl halides，carbonyl compounds and alcohols were summarized in this paper. The one-pot synthesis of N-alkyl anilines from nitroaromatics as starting material with carbonyl compounds，nitriles and alcohols was highlighted. Recently，much attention has been paid to the use of alcohols as alkylating reagents for the N-alkylation of nitroaromatics due to the mild reaction conditions，without additional organic ligand. Therefore，the development of efficient catalyst for N-alkylation system with alcohol is still a challenging goal.

anilines；nitroaromatics；N-alkyl anilines；N-alkylation

TQ 246.3

A

1000-6613（2012）06-1306-08

2011-12-19；修改稿日期：2012-01-29。

國(guó)家自然科學(xué)基金（21076197）及浙江省自然科學(xué)基金

（Y4090440）項(xiàng)目。

楊芳（1987—），女，碩士研究生。聯(lián)系人：嚴(yán)新煥，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榇呋託?。E-mail xinhuanyan139@hotmail.com。