明文勇，梅蘇寧，段　琦，楊建明，呂　劍*

（1.山東華安新材料有限公司，山東淄博255300；2.氟氮化工資源高效開發(fā)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710065；3.西安近代化學(xué)研究所，陜西西安710065）

脂肪族鹵代烴氨解反應(yīng)的研究進(jìn)展*

明文勇1，2，梅蘇寧2，3，段琦1，楊建明2，3，呂劍*2，3

（1.山東華安新材料有限公司，山東淄博255300；2.氟氮化工資源高效開發(fā)與利用國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西西安710065；3.西安近代化學(xué)研究所，陜西西安710065）

脂肪胺是人類生活和化學(xué)工業(yè)中重要的中間體，醇的氨解是制備脂肪胺的主要方法，當(dāng)脂肪族鹵代烴廉價(jià)易得時，也可以使用脂肪鹵代烴的氨解反應(yīng)來制備各種脂肪胺。綜述了近年來脂肪族鹵代烴與氨、胺和其它含氮化合物的氨解反應(yīng)的研究進(jìn)展，并對德爾賓反應(yīng)和蓋布瑞爾反應(yīng)進(jìn)行了簡介。

脂肪胺；脂肪族鹵代烴；氨解；進(jìn)展

脂肪胺是非常重要的有機(jī)合成中間體，其中低級脂肪胺，如乙胺、丙胺、異丙胺、丁胺、環(huán)戊胺等是醫(yī)藥、農(nóng)藥、染料、食品添加劑等許多化學(xué)品的重要原料或中間體，高級脂肪胺則很容易衍生成陽離子或非離子型表面活性劑，這些表面活性劑廣泛用于合成織物柔軟劑、農(nóng)藥乳化劑、石油破乳劑、殺菌劑、緩蝕劑和固化劑等。

制備脂肪胺主要采用氨基化法，其中最主要的是醇的氨基化，當(dāng)脂肪族鹵代烴廉價(jià)易得時，也可以使用鹵代烴的氨解反應(yīng)[1-4]來制備各種脂肪族伯、仲、叔胺及季銨鹽等。氨解反應(yīng)是指氨或胺與有機(jī)化合物發(fā)生復(fù)分解生成胺的反應(yīng)，利用該反應(yīng)可以制備多種含氮化合物，其反應(yīng)方程式如式（1）所示，該反應(yīng)屬于親核取代反應(yīng)。

在脂肪族鹵代烴的氨解反應(yīng)中，鹵原子比較容易被氨基取代，例如氯代烷在一定壓力下用NH3·H2O處理就可以得到相應(yīng)伯胺。根據(jù)伯胺的性質(zhì)和反應(yīng)條件等的不同，伯胺還可以與鹵代烴進(jìn)一步反應(yīng)生成仲胺、叔胺，甚至是季銨鹽副產(chǎn)物或其混合物。本文將根據(jù)含氮親核試劑的不同，對這類制備脂肪胺的方法進(jìn)行綜述。

1　脂肪族鹵代烴與氨的氨解反應(yīng)

氨作為廣泛存在和廉價(jià)的氮源，可以提供更直接、經(jīng)濟(jì)的合成含氮化合物的路線，是合成胺的理想試劑。相對于芳香族鹵代烴而言，氨與脂肪族鹵代烴的親核取代反應(yīng)一般要容易進(jìn)行一些，所以有時候可以通過使用廉價(jià)易得的鹵代烷與氨的氨解反應(yīng)制備相應(yīng)脂肪胺，例如，馬洋博等[5]對鹵代烷氨解制備2,2,2-三氟乙胺的方法進(jìn)行了綜述。

2009年，俞章森等[6]詳細(xì)研究了以1,2-二氯丙烷（DCP）為原料，通過氨解反應(yīng)制備1,2-丙二胺（DAP）的工藝，方程式如式（2）。

聯(lián)系人：呂劍

以CuO為催化劑，DCP氨解制備DAP的工藝能夠在以水為溶劑的體系中進(jìn)行，在其最優(yōu)的工藝條件下進(jìn)行的氨解反應(yīng)，DAP收率為52.67%，同時可聯(lián)產(chǎn)多丙烯多胺（收率約45%）。

2012年，梅蘇寧等[7]對以3-氯-1,2-丙二醇和工業(yè)濃NH3·H2O為原料通過氨解反應(yīng)制備3-氨基-1,2-丙二醇的工藝進(jìn)行了研究，其反應(yīng)方程式如式（3）所示。

該工藝引入了活性炭脫色、氨回收及分子蒸餾技術(shù)，在最優(yōu)工藝條件下，采用分子蒸餾技術(shù)提純3-氨基-1,2-丙二醇粗品后，能以90%的收率獲得色譜純度99.6%的產(chǎn)品。

甘氨酸又名氨基乙酸，是結(jié)構(gòu)最簡單的氨基酸，廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、農(nóng)藥、食品等各個領(lǐng)域。其傳統(tǒng)合成工藝是采用氯乙酸和液氨在烏洛托品催化下進(jìn)行氨解反應(yīng)，而后采用醇析法分離得到甘氨酸，如式（4）所示。

錢益斌等[8]對上述氯乙酸氨解法合成甘氨酸的工藝進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化。改進(jìn)后的工藝分兩步進(jìn)行：第一步是向氯乙酸的甲醇溶液中通氨制備氯乙酸銨，第二步是向氯乙酸銨的甲醇溶液中加入適量烏洛托品催化劑，并在適宜條件下通氨反應(yīng)得到甘氨酸粗品，最后采用醇析法分離提純得到甘氨酸產(chǎn)品。改進(jìn)后的工藝大大提高了烏洛托品的催化效率，同時減輕了甲醇精餾等后續(xù)溶劑分離的負(fù)荷，降低了生產(chǎn)成本。

2　脂肪族鹵代烴與氨機(jī)溶液的氨解反應(yīng)

以液氨或氨水作親核試劑進(jìn)行氨解反應(yīng)制備脂肪胺，固然可以降低生產(chǎn)成本，但是，因?yàn)榉磻?yīng)底物脂肪族鹵代烴不溶于水，反應(yīng)多數(shù)情況下是在非均相條件下進(jìn)行的，反應(yīng)效率較低，而且還不可避免的會發(fā)生鹵代烴的水解副反應(yīng)。若先將氨溶于甲醇[9]或乙醇中，再加入氨解底物，則可以使氨解反應(yīng)在均相條件下進(jìn)行，促進(jìn)反應(yīng)的同時也能有效避免水解副反應(yīng)。

2004年，Mark等[10]在100～130℃條件下，使用微波照射鹵化物與7M氨的甲醇溶液進(jìn)行氨解反應(yīng)，可以直接得到相應(yīng)伯胺的鹵化氫鹽。該工藝實(shí)用、原子經(jīng)濟(jì)性好，避免了大量仲胺副產(chǎn)物的生成，蒸除溶劑后就可得到伯胺的鹵化氫鹽，收率普遍高于90%，適用于多種鹵代烷的氨解反應(yīng)。其典型的反應(yīng)如式（5）所示的1合成2的反應(yīng)。

使用該工藝合成伯胺，只生成了2%～4%或者更少的對稱仲胺副產(chǎn)物，甚至對低反應(yīng)活性的鹵化物也有效。通過簡單的蒸發(fā)就可以將這些伯胺產(chǎn)物以其鹵化氫鹽的形成分離出來，這使得即使對于那些極易揮發(fā)的伯胺也能獲得較高的產(chǎn)物收率。

芐基鹵的反應(yīng)結(jié)果值得注意，因?yàn)槭聦?shí)上，這些底物的氨解反應(yīng)在室溫下進(jìn)行2h（條件B）就可以完成。但是，卻會生成20%～25%的二烷基仲胺副產(chǎn)物。令人驚奇的是，如果將反應(yīng)條件變成100℃，微波照射15min，則僅有不到4%（條件A）的仲胺副產(chǎn)物生成，如式（6）所示。

丙烯胺是重要的有機(jī)中間體，一般采用丙烯氯（AC）的氨解反應(yīng)制備，其中，單丙烯胺（MAA）、聯(lián)丙烯胺（DAA）和三丙烯胺（TAA）之間的相互轉(zhuǎn)化依賴于反應(yīng)溫度、時間、物料的摩爾比等。此外，當(dāng)使用氨水作為氨解劑時，還會得到副產(chǎn)物丙烯醇，如式（7）所示。

TANG等[11]研究了以CuCl為催化劑，AC在乙醇中氨解合成丙烯胺的工藝。研究表明：當(dāng)反應(yīng)在乙醇而非氨水中進(jìn)行時，AC轉(zhuǎn)化率100%，MAA選擇性可由傳統(tǒng)工藝的21.4%提高到67.6%，同時生成24.2%的DAA和8.2%的TAA。這可能是由以下兩個原因引起的：（1）乙醇的極性有利于AC和CuCl形成的π-丙烯基絡(luò)合物保持穩(wěn)定，因而促進(jìn)了丙烯基與親核試劑的反應(yīng)[12，13]；（2）通過加入溶劑，反應(yīng)物的濃度被稀釋，這有利于強(qiáng)放熱反應(yīng)的進(jìn)行。此外，以乙醇作溶劑時，還阻止了丙烯氯的水解副產(chǎn)物的生成。

3　脂肪族鹵代烴與氨的替代物的氨解反應(yīng)

除氨以外，還可以使用有機(jī)胺或其它含N有機(jī)物作為氨解劑使用。例如，胡衛(wèi)國[14]提出了用氯乙酸銨和NH4HCO3為原料合成甘氨酸的工藝，其反應(yīng)方程式如（8）所示。

該工藝以烏洛托品為催化劑，以可循環(huán)使用的球型高嶺土顆粒為助催化劑，有利于反應(yīng)生成的CO2脫除，使甘氨酸的結(jié)晶得到改善，同時兼具操作簡便和污染小等優(yōu)點(diǎn)。

劉洪濤等[15]以吡啶-2-甲酸為起始原料，經(jīng)氯化亞砜氯代生成4-氯吡啶-2-甲酰氯，再用甲胺氨解得到N-甲基-4-氯吡啶-2-甲酰胺，該氨解產(chǎn)物是制備治療晚期腎癌的抗腫瘤藥物甲苯磺酸索拉非尼的中間體。

近年來，金屬催化芳鹵與氨/胺的氨解反應(yīng)引起了科學(xué)家們的極大興趣，特別是穩(wěn)定和價(jià)格低廉的銅催化劑，使得這類氨解反應(yīng)成為鈀催化工藝的有益補(bǔ)充[16-19]。同樣的氨解反應(yīng)用于鹵代烯烴將會得到烯胺或亞胺。

2010年，WAGN等[1]研究了銅催化仲胺與各種乙烯基鹵化物通過氨解反應(yīng)制備烯胺的方法，其反應(yīng)方程式如（9）所示。

基于作者前期的研究[20]，選擇合適的配體和堿將會獲得一個溫和、普適的烯胺合成方法。將該方法應(yīng)用于各種鹵代烯烴的結(jié)果表明：碘代烯烴是很好的氨解底物；溴代烯烴與胺的反應(yīng)收率也很高，這是第一個銅催化惰性溴代烯烴氨解的例子；含有β-H的鹵代烯烴和氯代烯烴均不與二苯胺反應(yīng)。

受保護(hù)的氨作為一個胺合成子與鹵代烴的氨解反應(yīng)是合成伯胺類化合物的最重要方法之一[21,22]。這些方法大部分是通用的，而且收率一般很高，但是伯胺經(jīng)常會被仲胺和叔胺污染，以至后續(xù)的分離工作較為困難。因?yàn)榘泛铣勺酉鄬^弱的親核性，還將導(dǎo)致消除產(chǎn)物[9]的生成，其合成收率也不總能讓人滿意。三苯甲基-氮鍵（Tr-N）很容易被酸解離，因而作為一種可選擇的胺合成子，三苯甲基（Tr-）很容易在親核位以陽離子的形式被導(dǎo)入，其單烷基化的優(yōu)點(diǎn)使得Tr-成為了有機(jī)合成中非常有用的氨保護(hù)基。此外，因?yàn)閾頂D的三苯甲基的高度對稱性，大多數(shù)N-三苯甲基化合物在反應(yīng)混合物中將以結(jié)晶固體的形式生成，因而很容易分離，并可通過重結(jié)晶的方法進(jìn)行提純。基于此，Theodorou等[2]建立一種簡單、溫和的制備伯胺的方法，該方法包括以三苯甲胺為胺合成子的鹵代烷的氨解反應(yīng)，和隨后在室溫下進(jìn)行的以三氟乙酸（TFA）脫三苯甲基化的酸解反應(yīng)，其反應(yīng)方程式如式（10）所示。

溴代烷或碘代烷RX可以與三苯甲胺（TrNH2）在乙腈中平穩(wěn)反應(yīng)，TrNH2即作為堿，也作為氨解劑使用；氯代烷的反應(yīng)則非常慢，長鏈或者含有支鏈的氯代烷烴的反應(yīng)活性更低，為了增大反應(yīng)速率，必須使用過量的氯代烷；仲鹵代烷的反應(yīng)速率極慢；叔鹵代烷則不反應(yīng)；烯丙基、炔丙基和芐基鹵化物反應(yīng)速率要快于烷基鹵化物，幾乎可以得到純的TrNHR。

TrNHR脫保護(hù)基很容易進(jìn)行，以TFA處理幾分鐘或者在1N HCl的甲醇溶液中回流幾小時即可。減壓蒸出TFA后，依次以甲醇的HCl溶液和無水乙醚處理反應(yīng)物就可以獲得伯胺的鹽酸鹽RNH2·HCl。

這一方法可被用于香葉基氯的氨解。盡管香葉基氯與TrNH2不反應(yīng)，但是在KBr的丙酮溶液里，先經(jīng)鹵交換反應(yīng)，再經(jīng)氨解反應(yīng)，能以高收率獲得N-香葉基三苯甲胺（TrNHGer），其反應(yīng)方程式如式（11）所示。

值得注意的是此氨解反應(yīng)還能用于以相應(yīng)氯甲基化樹脂制備交聯(lián)聚合物胺的反應(yīng)，如式（12）所示。該交聯(lián)聚合物胺是很有用的基礎(chǔ)原料，特別是用于縮氨酸的合成。

4　兩個特殊的氨解反應(yīng)

伯胺在人類生活和化工生產(chǎn)中都非常重要，受保護(hù)的氨[21，22]與鹵代烴進(jìn)行反應(yīng)是合成伯胺化合物的最重要方法之一。其中，以鄰苯二甲酰亞胺鉀（蓋布瑞爾反應(yīng)）和六亞甲基四胺（德爾賓反應(yīng)）為保護(hù)基的反應(yīng)最為常見。

蓋布瑞爾反應(yīng)（Gabriel Reaction）

鄰苯二甲酰亞胺鉀與一級鹵代烷發(fā)生親核取代反應(yīng)，生成烷基鄰苯二甲酰亞胺的反應(yīng)稱為蓋布瑞爾反應(yīng)，由于鄰苯二甲酰亞胺的氮上只有一個氫原子，只能引入一個烷基，因而該反應(yīng)不僅可以制取較純凈的伯胺，而且收率通常較高。其反應(yīng)方程式如式（13）所示。

用Gabriel反應(yīng)制取氨基酸時，如果直接用α-鹵代酸，則鄰苯二甲酰亞胺鉀會與羧酸反應(yīng)，生成相應(yīng)的羧酸鹽。因此通常使用α-鹵代酯作原料，將羧基保護(hù)，等反應(yīng)后水解時，因?yàn)轷ケ弱０犯菀姿?，羧基也就自然游離出來了。例如，使用該方法制備甘氨酸的收率通常在85%左右，其反應(yīng)方程式如式（14）所示。

5　德爾賓反應(yīng)（Delépine Reaction）

鹵代烴與六亞甲基四胺（即烏洛托品）在氯仿中反應(yīng)得到季銨鹽，移除氯仿后該季銨鹽在強(qiáng)酸介質(zhì)中（通常使用乙醇/濃鹽酸）水解得到伯胺的反應(yīng)稱為德爾賓反應(yīng)，如式（15）所示。

該反應(yīng)底物廉價(jià)易得，副反應(yīng)少，步驟簡單，條件溫和。六亞甲基四胺為叔胺，第一步只能在氮上引入一個烷基，因此水解后會生成比較純凈的伯胺。常用的鹵代烴為活潑鹵代烴，如烯丙型、苯甲型和α-鹵代酮等。

利用Delépine Reaction，TANG等[11]通過丙烯氯（AC）與六亞甲基四胺在乙醇中的反應(yīng)合成了丙烯胺，獲得100%的選擇性和87%的收率，其反應(yīng)方程式如式（16）所示。

丙烯氯和六亞甲基四胺在乙醇而非氯仿中直接合成丙烯胺，這種改進(jìn)解決了氯仿循環(huán)使用的問題，減少了操作步驟，降低了產(chǎn)物生產(chǎn)成本，因而是一種更為簡單、方便的丙烯胺合成方法。

6　結(jié)語

在脂肪族鹵代烴氨解制備有機(jī)胺的過程中，氯代烴的活性相對低，但因其廉價(jià)易得，對于氨解反應(yīng)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而成為該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。氨作為廣泛存在的氮源，理應(yīng)成為最常用的氨解劑，但因其較弱的親核性而要求更長的反應(yīng)時間或更高的反應(yīng)溫度，而且還會產(chǎn)生大量對稱的仲胺副產(chǎn)物。在今后的研究中，應(yīng)著重于開發(fā)具有更高活性的催化體系，同時引入最新的科技手段，例如使用微波、離子液體等，以擴(kuò)展氯代烴的適用范圍，以使脂肪族鹵代烴的氨解反應(yīng)取得長足發(fā)展。

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Progress in ammonolysis of aliphatic halogenated hydrocarbons*

MING Wen-yong1，2，MEI Su-ning2，3，DUAN Qi1，YANG Jian-ming2，3，LV Jian*2，3
（1.Shandong Hua an New Material Co.,Ltd.,Zibo 255300,China；2.State Key Laboratory of Fluorine&Nitrogen Chemicals, Xi'an 710065,China；3.Xi'an Modern Chemistry Research Institute Xi'an 710065,China）

Fatty amines are very important intermediates in human life and the chemical industry.The ammonolysis of alcohol is primary method for preparing fatty amine compounds,and ammonolysis of aliphatic halogenated hydrocarbons is also used when the hydrocarbons are cheap and facile.The recent progress in ammonolysis of aliphatic halogenated hydrocarbons with ammonia,amines and other nitrogen-containing compounds is reviewed,and Delépine reaction and Gabriel reaction are surveyed.

fatty amine；aliphatic halogenated hydrocarbon；ammonolysis；progress

O625.63

A

10.16247/j.cnki.23-1171/tq.20161152

2016-07-01

陜西省科技統(tǒng)籌創(chuàng)新工程計(jì)劃項(xiàng)目（2015KTCL01-16）

明文勇(1966-)，男，山東淄博人，碩士，高級工程師，主要從事含氟化合物的制備與工程化技術(shù)研究。