賈思媛，張海昊，王伯周，葉志虎，霍歡

(西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710065)

三唑類化合物具有較強(qiáng)的生物活性，因而三唑類化合物的合成受到有機(jī)合成、藥物合成等方面研究人員的日趨重視［1-2］。1-甲基-3，5-二氨基-1，2，4-三唑(DAMT)是一種重要的精細(xì)化工中間體，可以用于醫(yī)藥、殺菌劑、農(nóng)藥、消毒劑和染色劑的制備［3-5］。DAMT 也是一種重要的炸藥中間體，可以合成1-甲基-3，5-硝基-1，2，4 三唑、1-甲基-3-氨基-5-硝基-1，2，4 三唑、1-甲基-3-疊氮基-5-硝基-1，2，4 三唑等重要的單質(zhì)炸藥［5-7］。

Katrizky 等［8］采用水為溶劑，以硝酸、甲基肼和二氰二胺為原料合成DAMT。該方法存在以下兩方面的問(wèn)題:①反應(yīng)產(chǎn)物需萃取、濃縮，才能得到固體，后處理復(fù)雜;②由于硝酸和甲基肼反應(yīng)形成硝酸肼，反應(yīng)過(guò)程存在一定的安全隱患。

本文參照文獻(xiàn)［8-9］，對(duì)DAMT 合成工藝進(jìn)行重大改進(jìn)，以鹽酸、甲基肼與二氰二胺為原料，“一鍋法”合成了DAMT。其中以乙醇-水混合溶劑代替水作為反應(yīng)介質(zhì)，產(chǎn)物無(wú)需萃取，直接析出固體，簡(jiǎn)化了后處理工藝;采用鹽酸代替硝酸，避免了硝酸的使用，有效地提高了反應(yīng)的安全性;初步探討了DAMT的成環(huán)反應(yīng)機(jī)理和質(zhì)譜裂解機(jī)理，并優(yōu)化了縮合環(huán)化反應(yīng)條件，收率有較大幅度的提高。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

二氰二胺、甲基肼、氫氧化鈉、36%鹽酸均為分析純。

NEXUS870 型傅里葉變換紅外光譜儀;AV500型超導(dǎo)核磁共振儀;GCMS-QP2010 質(zhì)譜儀;Vario EL-Ⅲ型元素分析儀;LC-2010A ht 液相色譜儀。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 1-甲基-3，5-二氨基-1，2，4-三唑(DAMT)的合成 在裝有溫度計(jì)和電動(dòng)攪拌器的三口瓶中加入乙醇100 mL 和甲基肼11.5 g(0.25 mol)，冰浴冷卻至0 ～5 ℃，攪拌下緩慢滴加36%濃鹽酸45 mL，滴加完畢常溫下繼續(xù)反應(yīng)2 h。加入20 mL 水和二氰二胺18.2 g(0.22 mol)，升溫至50 ℃，保溫5 h。反應(yīng)完畢，加入30%氫氧化鈉水溶液調(diào)節(jié)pH 至9 ～10，固體析出，過(guò)濾得白色固體21.6 g，收率為87%。乙酸乙酯精制后，m.p.201 ～202 ℃，純度為99%(HPLC)。合成路線如下:

FTIR 光譜(KBr 壓片，cm－1)3 485，3 204(NH2);1 736，1 689(C N);1 385，1 370(C N);2 849(C—H);1 485 (C—H);1H NMR (DMSO-d6，500 MHz):7.066(s，2H，NH2)，6.998(s，2H，NH2)，3.450(s，3H，CH3);13C NMR(DMSO-d6，500 MHz):155.692，154.943，39.019;MS(EI)m/z(%):113(M+，30)，86(100)，69(25)，43(80);元素分析(%):C2N5H5，計(jì)算值C 31.85，N 61.95，H 6.19;實(shí)測(cè)值C 31.75，N 61.73，H 6.21。

2 結(jié)果與討論

2.1 縮合環(huán)化反應(yīng)機(jī)理探討

甲基肼的二鹽酸鹽和二氰二胺發(fā)生親核加成，甲基肼N 上的孤對(duì)電子進(jìn)攻二氰二胺上的氰基，生成中間體(1);中間體(1)肼基N 上的孤對(duì)電子進(jìn)攻胍基的C 原子，經(jīng)過(guò)環(huán)化、脫氨，生成中間體(2);中間體(2)經(jīng)過(guò)分子內(nèi)重排，得到目標(biāo)產(chǎn)物DAMT。

2.2 DAMT 的質(zhì)譜分析

DAMT 的質(zhì)譜見圖1。

圖1 DAMT 的質(zhì)譜圖Fig.1 MS spectra of DAMT

由圖1 可知，質(zhì)量數(shù)最高的峰為m/z 113，與碎片峰m/z 86 相差27u，所失去的離子碎片為HCN，為合理失去，因此判斷m/z 113 為分子離子峰，該化合物分子量為113，分子量為奇數(shù)，又含有奇數(shù)個(gè)氮原子，根據(jù)N 規(guī)則判斷，含有奇數(shù)個(gè)電子。質(zhì)譜離子碎片113(M+，30)，86(100)，69(25)，43(80)，根據(jù)質(zhì)譜離子碎片，推測(cè)出其裂解途徑，從質(zhì)譜裂解圖可以看出與DAMT 分解相似?；衔锸ニ槠琀CN，說(shuō)明分解是從三唑環(huán)斷裂開始，然后進(jìn)一步分解，形成其他碎片。

2.3 DAMT 合成條件研究

2.3.1 成鹽酸組分的選擇 文獻(xiàn)［8］中成鹽酸組分為硝酸，由于硝酸和甲基肼反應(yīng)形成硝酸肼，存在一定的安全隱患;成鹽酸組分為硫酸，由于硫酸具有氧化性，甲基肼被氧化，沒(méi)有得到產(chǎn)物。成鹽酸組分為鹽酸，由于甲基肼和鹽酸反應(yīng)生成甲基肼的二鹽酸鹽，同時(shí)避免了硝酸的使用，有效地解決了反應(yīng)中存在的安全隱患。綜上所述，本文最終采用沒(méi)有氧化性的鹽酸作為成鹽酸組分。

2.3.2 反應(yīng)介質(zhì)的影響 反應(yīng)溶劑對(duì)反應(yīng)收率和產(chǎn)物純度的影響見表1。

表1 反應(yīng)溶劑對(duì)DAMT 收率的影響Table 1 The effect of solution on yield of DAMT

由表1 可知，采用丙酮為溶劑，沒(méi)有得到產(chǎn)物，由于有副反應(yīng)發(fā)生，丙酮和肼反應(yīng)生成腙;以水為溶劑，無(wú)法直接析出固體，需要萃取、濃縮才能得到固體，后處理工藝復(fù)雜;乙醇為溶劑，收率較高，但是產(chǎn)物純度較低，由于有無(wú)機(jī)鹽生成不溶于乙醇析出后導(dǎo)致產(chǎn)物純度較低;乙醇-水為溶劑，收率最高達(dá)到87%。因此適宜的反應(yīng)介質(zhì)選擇為乙醇-水混合溶劑。

2.3.3 反應(yīng)料比的影響 二氰二胺和甲基肼的料比對(duì)反應(yīng)收率的影響見表2。

表2 反應(yīng)料比對(duì)DAMT 收率的影響Table 2 The effect of the ratio of initial substance on yield of DAMT

由表2 可知，當(dāng)二氰二胺過(guò)量時(shí)(料比為0.7∶1)，有副產(chǎn)物胍唑并胍唑［10］產(chǎn)生，影響反應(yīng)收率;如果甲基肼過(guò)量，可以抑制以上副反應(yīng)發(fā)生，但是當(dāng)甲基肼明顯過(guò)量時(shí)(料比＞1∶1.2)，有過(guò)量的甲基肼的鹽酸鹽生成，影響產(chǎn)品純度。二氰二胺與甲基肼最佳料比為1∶1.1 ～1∶1.2。

2.3.4 反應(yīng)溫度的影響 料比n(二氰二胺)∶n(甲基肼)為1∶1.1 ～1∶1.2，反應(yīng)溫度對(duì)收率的影響見表3。

表3 反應(yīng)溫度對(duì)DAMT 收率的影響Table 3 Effect of reaction temperature on yield of DAMT

由表3 可知，當(dāng)反應(yīng)溫度為30 ℃時(shí)，收率較低僅為50%，原因是沒(méi)有反應(yīng)完全，升高反應(yīng)溫度，反應(yīng)收率隨之提高，當(dāng)反應(yīng)溫度為50 ℃時(shí)，反應(yīng)收率最高，達(dá)87%，繼續(xù)提高反應(yīng)溫度，反應(yīng)收率沒(méi)有增加。因此，最適宜的反應(yīng)溫度為50 ℃。

2.3.5 反應(yīng)pH 值的影響 料比n(二氰二胺)∶n(甲基肼)為1∶1.1 ～1∶1.2，反應(yīng)溫度為50 ℃，pH值對(duì)反應(yīng)的影響見表4。

表4 反應(yīng)pH 值對(duì)反應(yīng)的影響Table 4 The effect of pH on yield of DAMT

由表4 可知，當(dāng)pH 值為3 ～4 時(shí)，沒(méi)有DAMT生成，主要產(chǎn)物為DAMT 的鹽酸鹽;當(dāng)pH 值為7 ～8時(shí)，產(chǎn)物是DAMT 和DAMT 鹽酸鹽的混合物，產(chǎn)物純度較低;當(dāng)pH 值為9 ～10 時(shí)，產(chǎn)物收率最高，達(dá)87%，產(chǎn)物純度達(dá)到了96%;當(dāng)pH 值繼續(xù)增加，反應(yīng)產(chǎn)物純度反而降低。因此，最適宜的反應(yīng)pH 值為9 ～10。

3 結(jié)論

以乙醇和水混合溶劑作為反應(yīng)介質(zhì)，采用甲基肼、鹽酸和二氰二胺為原料，合成了1-甲基-3，5-二氨基-1，2，4-三唑。最佳反應(yīng)條件為:成鹽酸組分為鹽酸，反應(yīng)介質(zhì)為乙醇-水混合溶劑，二氰二胺與甲基肼料比為1∶1.1 ～1∶1.2，反應(yīng)溫度50 ℃，pH 值9～10，收率為87%，精制后純度達(dá)到99%。

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