β-环糊精催化合成N-苯基邻苯二甲酰亚胺

许凌子，罗根祥，刘春生，时维振

（辽宁石油化工大学 职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

β-环糊精催化合成N-苯基邻苯二甲酰亚胺

许凌子，罗根祥，刘春生，时维振

（辽宁石油化工大学 职业技术学院，辽宁 抚顺 113001）

以β-环糊精为催化剂，苯胺和邻苯二甲酸酐为原料，在水溶剂中合成N-苯基邻苯二甲酰亚胺，考察了反应时间，催化剂用量，胺酐比，溶剂用量等因素对产物收率的影响。结果表明，β-环糊精有着很好的催化活性，当反应时间为5h，胺酐比为1.3∶1（mol），β-环糊精浓度1%（以溶剂质量计）时，在30mL加入少量盐酸的水溶剂中,收率可达到88.7%，且催化剂重复使用性好。

β-环糊精；N-苯基邻苯二甲酰亚胺；水溶剂

Abstract:N-phenylphthalimide was synthesized with using aniline and phthalic anhydride as raw materials and β-cyclodextrin as catalyst in the presence of hydro-solvent.The effects of reaction time,catalyst amount,ratio of aniline to phthalic anhydride and solvent amount on the production yield were investigated.The results showed that the β-cyclodextrin had excellent catalytic activity,and the optimum reaction conditions were as follows:the molar ratio of aniline to phthalic anhydride was 1:1.3,the amount of hydro-solvent with a small dosage of hydrochloric acid was 30mL,the reaction time was 5h and the amount of catalyst was 1%(mass)of solvent;the yield of product was up to 88.7%,and the stability of reused catalyst was excellent.

Key words:β-Cyclodextrin;N-phenylphthalimide;hydro-solvent

前 言

N-苯基邻苯二甲酰亚胺是白色结晶性粉末，通常由苯胺和邻苯二甲酸酐制取，是制备吲哚洛芬和2，3，4，5-四氟苯甲酸的关键中间体，在生物、医药及生命科学领域有着广泛应用[1]。而2，3，4，5-四氟苯甲酸是洛美沙星、氧氟沙星、左旋氧氟沙星、斯帕沙星的起始原料，故其中间体N-苯基邻苯二甲酰亚胺的合成越来越引起了人们的重视[2]。

目前，N-苯基邻苯二甲酰亚胺主要以邻苯二甲酸酐与苯胺为原料在有机溶剂和无机盐反应体系中合成，但是普遍存在着有机溶剂毒性大，挥发性强，反应催化剂难于分离，纯化过程过于复杂等一系列问题[3]。

本文主要研究以苯胺和邻苯二甲酸酐为原料，以水作为溶剂，采用胶束催化法以β-环糊精为催化剂合成N-苯基邻苯二甲酰亚胺。产物和催化剂易分离，没有难于除去的杂质存在，不但大大提高了产品的纯度，而且秉持绿色化学理念，环保无污染。实验产物取得了较好的收率和纯度。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

X-6显微熔点测定仪；傅立叶红外光谱仪；70-1远红外干燥箱；CL-2型恒温加热磁力搅拌器；DHT型搅拌恒温电热套；1406型真空泵；回流装置等。

苯胺、邻苯二甲酸酐、β-环糊精、36%盐酸均为分析纯、蒸馏水。

1.2 实验原理

N—苯基邻苯二甲酰亚胺的合成反应分为两步：首先是邻苯二甲酸酐与苯胺发生酰胺化反应，生产中间产物N—苯基邻苯二甲酰亚胺酸，然后该中间产物进一步环化，脱水反应生成N—苯基邻苯二甲酰亚胺。反应方程式如下：

1.3 N-苯基邻苯二甲酰亚胺的合成

选择水为反应溶剂，在回流装置中加入一定量的苯酐和β-环糊精，加热完全溶解后，缓慢滴加苯胺，控制反应温度进行反应。反应完毕后，用蒸馏水洗涤、抽滤，滤液经减压蒸馏后回收。滤饼经水洗、干燥后，得产物为白色晶体，通过熔点测定和红外光谱元素分析对产物进行了确证。

2 讨论与产品表征

2.1 最佳反应条件的选取

在其他工艺条件相同的情况下，通过单项试验选取使收率达到最大的合成条件。

2.1.1 反应温度的选取

反应温度偏低，邻苯二甲酸酐不易溶解，反应时间延长，速率慢，还会引起大量副产物的生成而影响产品的收率和纯度；反应温度过高，生成的中间产物N-苯基邻苯二甲酰亚胺酸不稳定，容易自聚，生成树脂，不但产品质量下降，收率降低，也影响产品纯度[4]，由于采用水作为溶剂，故可以选择100℃作为反应温度为佳。

图1 反应时间对产物收率的影响Fig.1 Influence ofreaction time on yield

2.1.2 反应时间对收率的影响

以β-环糊精为催化剂考察反应时间对产品收率的影响，实验结果见图1。由图可知，反应收率随时间延长而增加，5h后趋于平衡，故最佳的反应时间选取为5h。

2.1.3 催化剂浓度对收率的影响

考察催化剂β-环糊精的用量对产品收率的影响，实验结果见图2。由图2可知，催化剂β-环糊精对反应的促进作用较明显，起初增加β-环糊精用量，则促使产品生成，收率增大。但到达一定量后，若继续增加催化剂用量，收率反而下降，而且产物中有黄色颗粒状物质生成。这是因为催化剂促使生成的产物及副产物的量都增多。故β-环糊精最佳质量为0.5%到2%之间（按溶剂的质量计），本实验最终选取1%作为最佳催化剂浓度。

图2 催化剂用量对产物收率的影响Fig.2 Influence of amount of the catalyst on yield

2.1.4 溶剂量对产物收率的影响

考察水作为溶剂的用量对产品收率的影响，实验结果见图3。由图3可知，以β-环糊精作为催化剂时，溶剂量为30mL时，收率最大，当溶剂量太少时，邻苯二甲酸酐不易溶解，反应不彻底；溶剂量过大时，会使反应时间延长，也会影响反应收率，故溶剂量选择30mL为最佳。

图3 溶剂量对产率影响Fig.3 Infuence of amount of the solvent on vield

2.1.5 原料配比对收率的影响

考察原料配比对产品收率的影响，实验结果见表1。在一定的范围内随着某种反应物物质的量比的增加，收率也会随着增加。如果邻苯二甲酸酐过量，过量的邻苯二甲酸酐晶体会留在产品中，不易分离，事后处理变得复杂，使产物纯度下降；如果苯胺过量，过量的苯胺可以通过洗涤除去，工艺简单方便，故本实验最终选取苯胺过量。由表1知，以β-环糊精作为催化剂时，当n/（苯胺）∶n/（邻苯二甲酸酐）为1.3∶1时收率最大。

2.1.6 酸性环境对产物收率的影响

有文献表明，β-环糊精在酸性环境中会具有更好的催化活性[5]，向反应中滴加36%盐酸，得到如表2的数据，可知以β-环糊精作为催化剂时，适当地增加反应环境的酸性，有利于产物收率的提高，滴加1滴盐酸便可提高收率10%以上。

表1 原料配比对收率的影响Table 1 Influence of raw materials ratio on the yield

表2 酸性环境对收率的影响Table 2 Influence of acid environment on the yield

2.1.7 在最佳反应条件下的合成

通过对各种反应条件的单项扩展实验，选取最佳的反应条件为以β-环糊精为催化剂，选用n（苯胺）∶n（邻苯二甲酸酐）=1.3∶1，V（溶剂）=30mL，β-环糊精浓度为1%（以水质量计），加入1滴36%HCl，在100℃下反应5h，收率达到88.7%。

2.2 催化剂重复使用稳定性

将洗涤过产品的溶液（含有β-环糊精催化剂）回收作为溶剂重复使用，在最佳反应条件下合成得到表3。

表3 催化剂重复使用稳定性Table 3 Stability of the reused catalyst

可见，催化剂重复使用并未对其活性有太大的影响，产品在洗液中的残留导致后两次实验收率有所升高。

2.3 产品表征

在最佳工艺条件下合成的产品初熔点为208℃，终熔点为215℃。

用红外光谱仪分析合成产物的结构。IR（KBr）：3065cm-1，1771cm-1，1710cm-1，1518cm-1，1433cm-1，1118 cm-1，717 cm-1，688cm-1，根据相关文献资料，合成的物质为N-苯基邻苯二甲酰亚胺。

3 结论

以邻苯二甲酸酐与苯胺作为初始原料，首先进行环化生成中间产物，然后进行脱水反应生成目标产物。其最佳反应条件为：胺酐比为1.3∶1，温度控制在100℃，反应时间为5 h，催化剂用量为溶剂质量的1%，进行反应合成N-苯基邻苯二甲酰亚胺，收率为88.7%，产品经熔点、红外光谱确认为N-苯基邻苯二甲酰亚胺。

［1］SHIMAZAWA R，TAKAYAMA H，KATO F.Nonpeptide smallmolecular inhibitors of dipeptidyl peptidade N -phenylphthalimide analogs ［J］.Bioorg.Med.Chem.Lett.，1999，9（4）:559～562.

［2］付春.2，3，4，5-四氟苯甲酸的合成与应用［J］.精细与专用化学品，2000（21）:18～20.

［3］ZHOU MEI-YUN，LI YI-QUN，XU XIN-MING.A New Simple and Efficient Synthesis of N-Arylphthalimides in Ionic Liquid［J］.Synthetic Communications，2003，33（21）:3777～3780.

［4］邢锦娟，龚树华，刘琳，等.N-苯基马来酰亚胺的合成研究［J］，渤海大学学报，2007，28（1）：31-33.

［5］ZHOU HAIXIA，HE MIAO，LIU CHUNSHENG，et al.One-Pot Synthesisof3，4-Dihydropyrimidin-2 （1H） -onesUsing Hydrochloric Acid-β -Cyclodextrin-Combined Catalysts［J］.Letters in Organic Chemistry，2006（3）:225～227.

Synthesis of N-phenylphthalimide with Using β-Cyclodextrin as Catalyst

XU Ling-zi,LUO Gen-xiang,LIU Chun-sheng and SHI Wei-zhen

(College of Vocational Technology,Liaoning Shihua University,Fushun 113001，China)

TQ 426.94

A

1001-0017（2011）01-0024-03

2010-08-25

许凌子（1982-）,女，山东嘉祥人,硕士在读,从事化工方向研究。