《武汉工程大学学报》  2008年04期 28-30   出版日期：2008-04-30   ISSN:1674-2869   CN:42-1779/TQ

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4氨基1，2，4三氮唑的合成


0引言4氨基1，2，4三氮唑主要用作农药、医药等方面的中间体,其衍生物可作为合成大量1，2，4三氮唑类化合物的重要中间体.合成4氨基1，2，4三氮唑的主要方法有［1~5］：（1）甲酸乙酯与水合肼在200 ℃左右进行高温缩合反应，排除反应生成的乙醇和水，趁热进行溶剂处理得到，收率只有65%~71%，且纯度不高；（2）甲酸、水合肼和磷酸在160～180 ℃反应，收率可达96%，但是磷酸会残留在产物中，纯度很低；（3）甲酸与水和肼在离子交换树脂为催化剂中进行高温缩合，产率为80%～85%，所用树脂的成本高,后处理困难；（4）甲酸和水合肼蒸馏除水后，在200～280 ℃高温缩合反应，纯度较低.经分析对比，得出由甲酸和水合肼制备4氨基1，2，4三氮唑的反应，实际上是由两步反应构成：一是甲酸和水合肼缩合生成N,N二甲酰肼，二是N,N二甲酰肼与水合肼环合成4氨基1，2，4三氮唑，两步反应要求不同的工艺.本文在此基础上对工艺进行研究，使产品纯度大大提高,收率也有所提高,产物经重结晶后,纯度可达到99.6%.合成路线如图1：HCOOH+NH2NH2HCONHNHCHO
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HCONHNHCHO+NH2NH2
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图14氨基1，2，4三氮唑的合成路线
Fig.1The synthesis road of 4amino1,2,4triazole
1实验部分1.1实验原料与仪器甲酸（质量分数0.88），分析纯，上海试剂一厂生产；水合肼（质量分数0.85），分析纯，中国医药（上海）试剂化学有限公司生产；无水乙醇，分析纯，天津市大茂化学试剂厂生产；异丙醇，分析纯，天津市大茂化学试剂厂生产.CarloErba1106型元素自动分析仪； RY1熔点仪，天津市分析仪器厂生产.1.2N,N二甲酰肼(2)的合成在装有温度计、机械搅拌器和回流冷凝器的250 mL三口反应瓶中先加入质量分数为0.88的甲酸29.8 g（0.5 mol），冰浴冷却下从滴液漏斗中缓慢滴加质量分数为0.85的水合肼57.8 g（1.1 mol），控制温度在10 ℃以下，缓慢升温至120 ℃, 恒温反应2 h,冷却至50 ℃后加入100 ml无水乙醇，加热至回流1 h后，自然冷却，放入冰箱过夜，大量白色固体析出，抽滤，真空干燥得40.6 g，收率92.3% （文献［6］收率91%）.m.p.:158～160 ℃.1.34氨基1，2，4三氮唑(1)的合成在装有温度计、搅拌器和回流冷凝器的250 mL的四口反应瓶中先加入44.0 g(0.5 mol) N,N二甲酰肼,搅拌下加入85%的水合肼32.35 g(0.55 mol),慢慢加热升温控制反应温度不超过85 ℃.继续在85 ℃下搅拌2 h，然后逐渐提高反应温度, 在2～3 h下加温至160 ℃,此过程中,有大量的水从蒸馏装置中排出.在160 ℃下保温3 h后改常压蒸馏为减压蒸馏,用水泵减压使真空度逐步提高,直至最大压力达55 kPa 、无液体蒸出，在此条件下继续蒸馏1 h.停止蒸馏,使系统与大气相通,室温下冷却至60 ℃,大量的白色结晶固体析出,用75 mL异丙醇重结晶,母液浓缩后，抽滤，真空下干燥得4氨基1， 2， 4三氮唑42.1 g.收率95.6%，m.p.: 86 ～ 88 ℃（文献［7］收率94.4%,m.p.: 88 ～89 ℃) .对C2H4N4进行元素分析，计算值(质量分数)：C 0.285 7，H 0.000 5，N 0.666 8;实测值(质量分数) : C 0.285 3， H 0.000 5，N 0.667 1.2结果与讨论4氨基1，2，4三氮唑的合成工艺关键在于中间产物N,N二甲酰肼与水合肼的环合反应，通过对原料配比、反应温度、反应时间、操作技术等条件的优化得到了比较好的结果.2.1原料配比对产品收率的影响根据1.3的合成方法,改变不同用量的水合肼,以改变原料的物质的量配比.原料配比对产品收率的影响如表1所示.
表1N,N二甲酰肼与水合肼配比对产品收率的影响
Table 1The effect of the ratio of N,Ndiformylhydrazine and hydrazine hydrate to the yield of 4amino1,2,4triazole
摩尔配比1.0∶0.91.0∶1.01.0∶1.1 1.0∶1.21.0∶1.3收率/%83.591.895.692.492.5由表1可知,当N,N二甲酰肼与水合肼的配比为1.0∶1.1时,产品收率最高.配比较小时,会产生单甲酰化合物而影响收率;配比较大时,水合肼的利用率已达到最大,收率提高不明显.2.2反应温度对产品收率的影响进行环合反应时,反应温度对反应结果的影响如表2所示,其它条件与1.3的实验过程相同,物料摩尔比为1.0∶1.1.表2反应温度对产品收率的影响
Table 2The effect of temperature to the yield of 4amino1,2,4triazole
温度/ ℃120140160180200收率/%86.593.695.693.592.4由表2 可知,控温160 ℃时,收率最高.当温度小于160 ℃时,环合反应不完全，而且采用较低温度,则环合速度慢,所需反应时间就长.当温度大于180 ℃时, 能耗高，反应过程中水合肼挥发损失大,使产品的收率下降，且产品质量也有所降低［8］.第4期刘安昌，等：4氨基1，2，4三氮唑的合成
武汉工程大学学报第30卷
2.3反应时间对产品收率的影响本实验是高温环合反应，升温过程的反应蒸馏时间对反应起关键性作用，充足的蒸馏时间才能使环合反应进行的完全，由表3可知常压蒸馏至160 ℃反应3 h、减压蒸馏1 h收率最高.表2反应时间对产品收率的影响
Table 3The effect of reaction time to the yield of 4amino1,2,4triazole
常压蒸馏时间/h减压蒸馏时间/h收率/%1185.22192.33195.641.595.5 31.594.930.591.42.4操作技术对产品收率的影响［9］在实验过程中若反应后期不进行1 h减压蒸馏，反应温度达不到所需的温度，收率仅为80.2%，由此得出采用逐步升温的常压蒸馏和恒温的减压蒸馏技术相结合使收率大大提高.3结语a.以甲酸和水合肼为起始原料，合成4氨基1，2，4三氮唑采用缩合环合两步反应法,可提高产品纯度,两步总收率可达85.5%,工艺简单,成本低.b.环合反应过程中,必须采用逐步升温、先常压蒸馏后减压蒸馏的操作方式,反应温度在160 ℃,后期真空度逐渐升至55 kPa, N,N二甲酰肼与水合肼与的摩尔配比为1.0∶1.1，产品收率可达95.6%.