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HEDC前体1,4-二甲酰基-2,3,5,6-四羟基哌嗪(DFTHP)的合成
2025/08/23
IP:河南
摘要:1,4-二甲酰基-2,3,5,6-四羟基哌嗪

由甲酰胺乙二醛制备DFTHP理论部分在上篇文章中已经介绍,这里便不再赘述。


制备路线如图所示1755877730088.png


原料准备:

IMG_20250821_171607.jpg


根据反应方程式可知甲酰胺和乙二醛发生Mannich缩合反应

在碱性条件下,2mol甲酰胺和2mol乙二醛反应得到1molDFTHP

搭建如下回流反应装置1755878253150.png

使用水浴加热,以保证烧瓶的受热均匀,利于反应的进行。

综合多方面因素

分别使用0.6mol的甲酰胺和乙二醛制备DFTHP


1.计算量取乙二醛溶液


乙二醛分子量为58g/mol

理论上0.6mol纯乙二醛质量即为34.8g

因为乙二醛是以40%水溶液状态存在

查找到40%乙二醛溶液密度约为1.27g/ml

所以0.6mol乙二醛溶液的质量为34.8/0.4=87g

体积即为87g/1.27=68.5ml

所以量取68.5ml乙二醛(0.6mol)

1755878767227.png

添加乙二醛溶液于烧瓶中

该说不说,乙二醛溶液有股青草味。

怪不得乙二醛又名草酸醛

2.使用移液管转移甲酰胺至恒压滴液漏斗中


考虑到甲酰胺使用的量少,如果使用容器称量,会使药品沾染容器而造成误差

所以依旧是ρ=m/v

1755920746387.png

甲酰胺密度为1.13g/ml,相对质量为45g/mol

0.6mol甲酰胺质量为27g

所以使用移液管转移甲酰胺体积为27/1.13=23.89≈24ml


3.向乙二醛溶液中滴加甲酰胺


VID_20250821_180208.mp4 点击下载

按照1秒5滴速度滴加甲酰胺

整个过程使用磁搅不断搅拌

搅拌10min直至混匀

在滴加甲酰胺过程中,烧瓶壁微热,温度计示数有1∽2度的变化

在滴加甲酰胺过程中,配置25ml饱和NaOH溶液

IMG_20250821_182442.jpg

(想到配50ml氢氧化钠溶液显得浪费,毕竟碱液只起调节ph作用,所以与之前思路有所出入)

10min过后,溶液已经搅拌均匀

拿掉恒压滴液漏斗,使用空心塞代替,便于后续添加碱液调节ph值

调节ph可以用有机碱,后续抽滤洗涤过程水洗即可。如果是无机碱,那必须用HCl洗了

4.滴加碱液调节ph值


碱液滴加的一瞬间溶液滋滋作响

随后就有白色沉淀(DFTHP)生成

一瞬间生成DFTHP白色沉淀有ph的原因,也可能有滴加氢氧化钠溶液放热的原因

调节ph=91755930286204.png


最左边的一点颜色即为反应初始10min的ph


剧透一下,整个反应过程中一共点5次ph值

ph调节完成后,即可开始加热回流了


5.回流反应

调节好磁搅加热温度,保证水浴始终将温度稳定在45度左右

反应刚开始

VID_20250823_130112.mp4 点击下载

反应中后期

VID_20250823_130145.mp4 点击下载

可见随着反应的进行,反应物颜色由乳白色变得稍微发黄

反应末期

VID_20250821_192021.mp4 点击下载

1h反应时间结束

从上到下,依次拆除冷凝管,夹持装置等1755925850012.png

反应结束,溶液颜色变得像奶茶一样

由于搅拌子不适用于圆底烧瓶

只能勉强凑活,这使得烧瓶壁不太雅观。。。


6.分离产物


使用60mlG3砂芯漏斗,并使用相对应的滤纸进行分离产物

1755926309965.png

可见抽滤极其困难

IMG_20250821_202022.jpg

如同淀粉糊一样

抽滤过程

VID_20250821_205518.mp4 点击下载

这个形态和所谓的“非牛顿体”类似

用力迅速挤压糊状物质时,表面显得干燥“疏水”,缓慢挤压时,形态类似稀泥。

VID_20250821_205642.mp4 点击下载

下面的视频更绝

VID_20250821_205917.mp4 点击下载

就这个样子,拿去勾芡炒菜也可以!

VID_20250821_210643.mp4 点击下载

艰难的给产物从漏斗中挖出

转移至烧杯中,糊状物质黏度极大

虽然在抽滤分离出去大部分滤液后

已经加冰水水洗涤

但是貌似洗不干净,

糊状物质ph仍处于7-8之间

无奈,配置了20ml10%的HCl洗涤糊糊

VID_20250821_211311.mp4 点击下载

emmm

在加入HCl洗涤后,明显的颜色变白了,溶液的黏度降低了不少

使用稀HCl洗涤过程中,少量多次添加稀HCl

直至ph=7(试纸尖尖)


VID_20250821_211234.mp4 点击下载

现在还是不要高兴,HCl洗涤是洗涤完了,接下来还有抽滤过程。

反应在晚上7点30左右已经完成了,上述洗涤步骤完成后已经11点了

在HCl洗涤后,转移至砂芯漏斗中我又使用冷水洗涤了两次

可见抽滤分离是多么的蛋疼,当然m狂喜

当然我不是m,索性只好睡觉



第二天

经过大量的检索过程,无奈关于DFTHP的文献少之又少,貌似在DMF中DFTHP溶解性良好,但是很不巧,我没有,而且DFTHP溶于水,溶于EtOH

那么有没有什么办法让DFTHP可以轻松的转移?

所以我想到一个办法,根据极性差异,DFTHP不溶于EA,向含有“糊糊”的砂芯漏斗中添加EA

并搅拌,使得EA“均匀的分散”在糊糊中

(反正搅拌就对了)

这里不恰当的将糊糊描述为“水相”

由于密度差异

添加EA直至淹没水相,此时搅拌,不断用药匙挖出糊糊到达EA层搅拌,开启真空泵最大功率,尽可能抽出糊糊中的水分

然后糊糊就变成这样

VID_20250822_092915.mp4 点击下载

分离出了大部分水,这下就轻松多了

可以直接将DFTHP挖出摊开于纸上晾干

1755929299244.png

左右分离出的时间相差30min

将DFTHP放外面晾一天就可以了

状态类似葛根粉

1755929482617.png

去皮,除去培养皿和称量纸重量

得到46.85克DFTHP

7.计算产率

反应物均为0.6mol,理论可以得到0.3molDFTHP,即为206×0.3=61.8g

实际得到46.85g

所以产率为:46.85/61.8=75.8%

我翻遍了国内外关于制备DFTHP文献,产率普遍在50%-60%左右

而我75.8%的产率已经相当不错

这也算是折磨我的回报了

况且烧瓶和漏斗上粘连的我没有清理

估计实际产率可以达到80%以上!


这里具体解释一下前文点了5次ph试纸的原因1755930286204.png

从左到右可以看到ph的变化:

深-浅-浅-浅-深

为什么会这样的?在刚开始调节ph过程中

我发现滴入0.5ml饱和氢氧化钠溶液,这时点一下试纸,ph在9左右,开启磁搅搅拌,再次点试纸,ph就只有7,个人猜测NaOH可能参与了Mannich反应物过渡态历程

试纸上5个点,对应了每10min溶液ph状态

如果在下一个10min检测ph时。ph较9偏小,那么我就添加氢氧化钠溶液,使溶液ph恰好始终保持在9

在第一个10min内,反应刚开始氢氧化钠相对“消耗”较少,所以ph值相对较高

在最后一个10min时,也就是反应结束时的ph

明显的,比前三点要深,比第一点要浅

而二,三,四点我均额外补充了氢氧化钠溶液维持ph,二三四点处于反应中间,这可能也间接

验证了我的猜测,更解释了高产率

来自勒夏特列的赞同



备注说明:使用EA可能也洗去了部分杂质MVIMG_20250822_094126.jpg

左边茄形瓶即使用了EA处理

右瓶是水洗对照

可见EA组颜色明显的深



最后,感谢科创基金的大力支持!

1年2个月前IP:河南
946585
1楼

三天完成的,燃尽了。。。。。

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我也是有底线的