一种环保5,6-二甲基苯并咪唑的合成方法与流程

本发明属于有机合成，主要涉及一种5,6-二甲基苯并咪唑的制备，特别涉及一种环保5,6-二甲基苯并咪唑的合成方法。

背景技术：

1、5,6-二甲基苯并咪唑为白色结晶粉末，是生物发酵合成维生素b12的重要前期原料，故又称为维生素b12前体。

2、国内外生产工艺主要包括两条路径：一是以邻二甲苯为母体，通过friedel-crafts反应，生成3,4-二甲基乙酮，与盐酸羟胺反应生成3,4-二甲基苯乙酮肟，经beckmann重排生成3,4-二甲基苯乙酰胺，然后经硝化、水解、还原得4,5-二甲基-1,2-二苯胺，最后与甲酸缩合得最终产品5,6-二甲基苯并咪唑，该技术路线操作条件苛刻、难以实现工业化生产；二是以3,4-二甲基苯胺为母体，经乙酰化、硝化、水解、还原、缩合而得产品，该技术虽有一些进步，但仍旧存在产品选择性低、乙酰化反应醋酐用量大、混酸硝化反应浓硫酸用量大、生产过程中会产生大量含酸废水污染环境等问题。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明提出了一种环保5,6-二甲基苯并咪唑的合成方法，具体操作步骤如下：

2、s1、取5-12g的无水硫酸锌、35-40g的无水氯化铁和20-30g的硫酸锰放入烧杯中，加入100-160ml去离子水，在70-90℃下搅拌10-20min，然后添加30-35g的碳酸氢铵继续搅拌10-15min，并利用nh3·h2o调节溶液的ph为7-9，随后静置12-24h，获得的沉淀物经过滤、去离子水洗涤3-5次后，在烘箱中干燥12h，然后利用管式炉煅烧1-3h，煅烧温度设置为800-1100℃，即可获得磁性载体，随后取3-8g的磁性载体和2-4g的氧氯化锆置于20-30ml去离子水中形成悬浮液，利用nh3·h2o调节ph为8-9，随后在水浴锅中搅拌0.5-1.5h，水浴温度设置为65-75℃，搅拌完成后，在室温下静置12h，经过滤、去离子水洗涤3-5次获得沉淀，将其浸泡在0.25-0.8mol/l的硫代硫酸铵溶液中浸泡2-5h，浸泡后在300-500℃煅烧2-5h，即可获得带有磁性的改性硫酸催化剂a；该步骤通过将硫酸和锆的有机结合，制备出一种性能优越的固体酸催化剂，解决了以往硫酸等液体酸催化剂对设备的高度腐蚀等问题，同时该步骤采用锰-锌-铁氧复合物作为载体，赋予了催化剂a较强的磁性，简化了催化剂的回收操作流程以及操作成本；

3、s2、取80-120ml的1,2-二氯乙烷和20-50ml的醋酸加入烧杯中，放入3-5g的所述步骤s1获得的催化剂a，搅拌5-10min，待其混合均匀后，转移至微波反应器中，随后缓慢加入12.1g的3,4-二甲基苯胺，设置温度为40-60℃，额定功率为700w，反应1-2h，将催化剂过滤分离取出后，即可获得乙酰化反应后的产物3,4-二甲基乙酰苯胺；以往技术中，为了乙酰化更彻底，往往采取过量醋酐促进反应的发生，导致大量酸废水的生成，该步骤引入所述步骤s1获得的催化剂a，可以有效增加反应效率，减少酸酐的使用量，进而减少酸性废水的排放，另一方面，该步骤将二氯甲烷作为溶剂，通过促进3,4-二甲基苯胺的溶解，进一步提高醋酐-催化剂a-3,4-二甲基苯胺的接触，高效促进乙酰化进程，同时二氯甲烷可直接作为后续反应的溶剂，省去以往技术中溶剂替换工作，此外，该步骤采用的微波合成技术操作安全、简单，而且微波催化较以往的热反应时间可以有效缩短，反应效率更高；

4、s3、将所述步骤s2获得的3,4-二甲基乙酰苯胺溶液降温至25-30℃时，缓慢加入20-35ml的醋酸酐-醋酸混合液，两者添加比例为1-1.2：1.5-3，然后在0℃下搅拌15-30min，待其充分混合，缓慢滴入5-8ml的质量分数为98％的浓硝酸，混合均匀后，设置水浴锅反应温度为20-50℃，反应3-4h，随后将混合溶液倒入20-40ml冰水混合液中，搅拌析出固体硝化物，经抽滤后收集滤饼，使用冰水混合液对其反复洗涤3-5次，洗去游离酸，待真空干燥12-24h后即可获得硝化粗制品，滤液与洗去废酸的混合液保存为溶剂循环液待用，随后利用体积分数为3：4-6：2-5的去离子水-乙酸乙酯-环己烷体系对硝化粗制品进行结晶精制，即可获得精制4,5-二甲基-2-硝基乙酰苯胺；该步骤中的混酸硝化过程中，直接使用所述步骤s1的混合溶液，简化了操作步骤，同时也减少了充当反应介质的部分酸量，其混酸放热量有所降低，使得析出固体硝化物过程中对冰水混合液的需求量也大大减低，有效节约了能源的消耗，另一方面，常规技术中使用硫酸和硝酸的混合液进行硝化，反应剧烈且浓硫酸用量大，该步骤采用醋酸酐-醋酸代替浓硫酸，可以有效控制酸的水解，同时通过去离子水-乙酸乙酯-环己烷体系的结晶精制，有效提高了后续产品的纯度；

5、s4、将5-15g上述步骤s3中获得的精制4,5-二甲基-2-硝基乙酰苯胺放入圆底烧瓶，加入30-50ml的质量分数为5％-10％的氢氧化钠溶液，混合搅拌0.5h后配备回流装置进行回流1-3h，回流温度设置为90-110℃，反应结束后进行抽滤，获得的红色固体产物即为4,5-二甲基-2-硝基苯胺；

6、s5、取5-10g所述步骤s4中的4,5-二甲基-2-硝基苯胺放入配有机械搅拌装置的烧杯中，加入2-5g的羰基铁粉和10-20ml的乙酸乙酯-甲醇(1-2：1-1.5)混合溶液，在30-45℃的温度下，搅拌10-20min，然后缓慢加入15-30ml的质量分数为2％的tpgs-750-m水溶液，继续搅拌5-10min，再加入3-5g的氯化铵，混合均匀后，持续搅拌4-6h，待反应完全后进行过滤，分别使用乙酸乙酯、去离子水洗涤1-3次，即可获得4,5-二甲基-1,2-苯二胺；以往技术中，该反应过程大都须在氢气和贵金属催化剂的催化下进行，该步骤通过在tpgs-750组成的纳米胶束下与羰基铁粉进行协同催化，在未使用特殊高压设备以及不易运输的氢气下进行还原胺化，有效降低了经济成本，同时，该体系中的羰基铁粉可以重复使用，仅利用氯化铵即可洗涤催化剂，保证其反应活性；

7、s6、将3-7g所述步骤s5制得的4,5-二甲基-1,2-苯二胺和2-3g的无水甲酸置于圆底烧瓶中，设置温度为90-110℃，一边搅拌一边回流，反应1.5-2.5h，待反应完全后，多次加入1％-5％的碳酸钾溶液调节混合溶液ph至8，静置1.5-3h，然后利用布氏漏斗抽滤获得粗制产品，随后将其放入50ml具有质量分数为1％活性炭的水溶液中，设置温度为35-50℃，持续搅拌0.5-1.5h，经过滤、去离子水洗涤和真空干燥即可获得最终产品5，6-二甲基苯并咪唑。

8、优选地：所述步骤s1中硫酸锰的使用量为22g。

9、优选地：所述步骤s1中的硫代硫酸铵溶液的浓度为0.4mol/l。

10、优选地：所述步骤s2中1,2-二氯乙烷的使用量为105ml。

11、优选地：所述步骤s2中的催化剂a的添加量为3.4g。

12、优选地：所述步骤s3中醋酸酐-醋酸的添加比例为1.2：1.6。

13、优选地：所述步骤s5中2-5g的羰基铁粉添加量为3.6g。

14、优选地：所述步骤s5中的tpgs-750-m水溶液的添加量为24ml。

15、优选地：所述步骤s6中碳酸钾溶液的质量浓度为5％。

16、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

17、1、为了乙酰化更彻底，该发明引入催化剂a，可以有效增加反应效率，减少酸酐的使用量，进而减少酸性废水的排放；另一方面，该发明制备的固体酸催化剂a通过将硫酸和锆的有机结合，解决了以往硫酸等液体酸催化剂对设备的高度腐蚀等问题，同时该步骤采用锰-锌-铁氧复合物作为载体，赋予了催化剂较强的磁性，简化了催化剂的回收操作流程以及操作成本；

18、2、本发明将二氯甲烷同时作为乙酰化和硝化的溶剂，有效促进3,4-二甲基苯胺的溶解，同时简化了操作步骤，减少了大量化学溶剂的消耗；另一方面，硝化过程中采用醋酸酐-醋酸代替以往的浓硫酸，有效控制酸的水解，有利于提高后续产品的纯度。

19、3、该发明采用的微波合成技术操作安全、简单，较以往的热反应，反应效率更高、能耗更低、更加环保。

20、4、该发明在tpgs-750组成的纳米胶束下与羰基铁粉进行协同催化，在未使用特殊高压设备以及不易运输的氢气下进行还原胺化，有效降低了经济成本，同时，该催化剂在氯化铵的简单洗涤下可以实现重复使用，保证其反应活性，符合当下的可持续、环保策略。