微波辐射合成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的研究

N,N-二甲氨基乙酸(DMG)，又称维他命B15，是一种存在于生物体中的改性氨基酸，具有显著的免疫促进作用并能提高人体心理抗压能力，是重要的医药化工中间体。由于DMG是一种强吸湿性固体，通常制成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐(DMGC)。目前，文献报道的合成方法主要有以下几种：(1) 以甘氨酸为原料,与甲酸和甲醛混合物加热回流,再加入盐酸，得DMGC。该方法操作复杂,不利于大规模生产；(2)以N,N-二甲氨基乙醇为原料，经氧化，得DMG，收率为56%。该方法原料价格昂贵，副产物多，反应条件不易控制，收率也不高；(3) 以甘氨酸和甲醛为原料，Pd/C为催化剂，采用常温常压氢化方法得DMG，收率为95%[1]。该方法的产物收率很高，但原料和催化剂的价格昂贵、反应时间较长(5 h)；(4)以氯乙酸和二甲胺为原料，加热反应后减压蒸馏,再加入盐酸，得DMGC[2]。该方法虽然原料易得、操作简单，但存在反应时间太长(12 h)、产物收率偏低(80%)等缺陷。

近年来，微波给有机化学反应的研究提供了新方法，引起了愈来愈多化学工作者的关注[3～6]。但用微波辐射合成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐还未见报道。

作者采用单因素实验研究了在微波辐射下，以氯乙酸和二甲胺为原料合成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的影响因素[2]，确定了适宜的合成条件,并对产物进行了红外光谱分析。

1 实验

1.1 主要试剂与仪器

氯乙酸，分析纯，上海山浦化工有限公司；33%的二甲胺水溶液，化学纯，西安化学试剂厂；丙酮，分析纯，天津化学试剂有限公司；盐酸，化学纯，开封东大化工有限公司试剂厂。

XH100B型电脑微波催化合成萃取仪，北京祥鹄科技发展有限公司；X4DL型熔点测定显微镜，北京第三光学仪器厂；Prestige-21型红外光谱仪，日本岛津仪器公司；JJ500型精密电子天平，美国双杰兄弟集团有限公司；SHB-Ⅲ型循环水式多用真空泵，郑州长城科工贸有限公司。

1.2 方法

向装有磁力搅拌的三口烧瓶中加入24.59 g(0.18 mol) 33%的二甲胺水溶液和5.67 g(0.06 mol)氯乙酸，室温下搅拌反应30 min，再升温至65℃于微波辐射功率为500 W的条件下恒温反应150 min。反应结束后,减压蒸馏,得到黄色粘稠状液体，置于冰水中冷却,缓慢加入10 mL 浓盐酸,再次减压蒸馏，然后趁热倒出产物,放置冷却，析出白色晶体。真空抽滤,用丙酮洗涤晶体,干燥,得到白色柱状晶体7.20 g，m.p.为187～188℃(文献值[2]187～189℃),收率86.02%。并通过红外光谱分析对产物进行表征。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析(图1)

图1 产物的红外光谱图

由图1可知，主要基团的红外特征吸收(cm-1)为：3415(胺盐的N-H伸缩振动吸收峰)，1159(C-N-C的伸缩振动吸收峰)，2939～2559(固体二缔合羧酸的O-H伸缩振动吸收峰)，1411、933(羧酸O-H的弯曲振动吸收峰)，1732(羧酸C=O的伸缩振动吸收峰)，1219(羧酸C-O的伸缩振动吸收峰)，3032(-CH3、-CH2的C-H伸缩振动吸收峰)，1471、1454(-CH3、-CH2的C-H弯曲振动吸收峰)。上述红外特征吸收与N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的结构相符合。

2.2 氯乙酸与二甲胺的摩尔比对产物收率的影响

在5.67 g(0.06 mol) 氯乙酸、微波辐射功率为500 W、反应温度为70℃、微波辐射时间为130 min的条件下，考察氯乙酸与二甲胺的摩尔比对产物收率的影响，结果见表1。

表1 n(氯乙酸)∶n(二甲胺)对产物收率的影响

由表1可以看出，随着氯乙酸与二甲胺的摩尔比从1∶2.0降至1∶3.0，N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的收率从68.22%提高到83.27%；然后随着二甲胺用量的继续增加，产物收率有所降低。从理论上讲，氯乙酸与二甲胺的摩尔比应该为1∶1，但是由于部分氯乙酸与二甲胺发生酸碱中和反应生成了羧酸胺，同时还有一部分二甲胺作为缚酸剂来控制反应的pH值，所以二甲胺必须是过量的。但是二甲胺过量太多，可能会引起生成酰胺等副反应的发生。因此，氯乙酸与二甲胺的摩尔比以1∶3.0为宜。

2.3 反应温度对产物收率的影响

在5.67 g(0.06 mol) 氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波辐射功率为500 W、微波辐射时间为130 min的条件下，考察反应温度对产物收率的影响，结果见表2。

表2 反应温度对产物收率的影响

由表2可以看出，当反应温度为65℃时，产物收率达到最高值(84.22%)；继续升高反应温度，产物收率明显降低。这可能是因为反应温度太高，会引发其它副反应。因此，反应温度以65℃为宜。

2.4 微波辐射功率对产物收率的影响

在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、反应温度为65℃、微波辐射时间为130 min的条件下，考察微波辐射功率对产物收率的影响，结果见表3。

表3 微波辐射功率对产物收率的影响

由表3可以看出，产物收率随微波辐射功率的增大先升高后降低。当微波辐射功率小于500 W 时，产物收率较低；当微波辐射功率为500 W时，产物收率达到最高值(84.22%)；当微波辐射功率大于500 W后,产物收率又明显降低。这是因为微波辐射功率太小时升温速度慢、反应不完全，而功率太大又易引发其它副反应。因此，微波辐射功率以500 W为宜。

2.5 微波辐射时间对产物收率的影响

在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波辐射功率为500 W、反应温度为65℃的条件下，考察微波辐射时间对产物收率的影响，结果见表4。

表4 微波辐射时间对产物收率的影响

由表4可以看出，产物收率随微波辐射时间的延长先升高后降低。微波辐射时间较短时,反应不完全，产物收率较低； 随着微波辐射时间的延长，产物收率逐渐升高；当微波辐射时间为150 min时，产物收率达到最高值(86.02%)；之后继续延长微波辐射时间，产物收率反而有所下降。因此，微波辐射时间以150 min为宜。

2.6 重现性实验结果及与文献比较

为了验证该合成方法的稳定性，在5.67 g(0.06 mol)氯乙酸、24.59 g(0.18 mol)二甲胺、微波辐射功率为500 W、反应温度为65℃、微波辐射时间为150 min的优化条件下，进行了3次平行实验，并与文献[2]进行了比较，结果见表5。

由表5可见，微波辐射法的重现性较好，产物的平均收率达85.70%，最高达86.02%。与文献[2]比较，反应时间缩短了75%，产物收率提高了6.02%。

表5 重现性实验结果及与文献比较

3 结论

(1)以氯乙酸和二甲胺为原料，微波辐射合成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的优化工艺条件为：氯乙酸与二甲胺的摩尔比1∶3.0,反应温度65℃，微波辐射功率500 W，微波辐射时间150 min。在此反应条件下，N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的收率达86.02%。

(2)采用微波辐射加热法合成N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐具有反应时间短、产物收率高和操作简单等特点,有着潜在的工业应用前景。

参考文献：

[1] 余红霞,郭峰.N,N-二甲基甘氨酸的合成研究[J].天津化工,2004,18(3):38-39.

[2] 熊燕,胡志勇.N,N-二甲氨基乙酸盐酸盐的合成研究[J].应用化工，2007，36(1):72-73.

[3] Gedye R,Smith F,Westawav K,et al.The use of microwave ovens for rapid organic synthesis[J].Tetrahedron Lett，1986，27(3):279-282.

[4] Berlan J.Microwaves in chemistry:Another way of heating reaction mixtures[J].Radiat Phys Chem，1995，45(4):581-589.

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