还有类似4,5-二甲氧基-二硝基苯甲酸的合成反应一样(3),在甲基化反应这一步上控制PH值同样非常重要,因此需要交替加入NaOH溶液和硫酸二甲酯,在首次加入NaOH溶液后,如果没滴加硫酸二甲酯,会使香兰素在强碱条件下发生歧化反应从而生成副产物。
在以环戊二烯(CPD)、氯甲烷CH3Cl与NaOH为主要原料的直接合成甲基环戊二烯(MCPD)过程中,通过对对温度、NaOH粒径的大小、反应物质的配比的研究(4)发现对反应影响较为复杂的是反应温度。由于反应体系中存在多种副反应,导致反应温度的改变会对MCPD收率影响很大。试验结果表明对MCPD收率影响相对较大的是CPD与NaOH的摩尔配比,通过研究发现为使MCPD收率可达85%以上则需要当他们的配比为1:4时方可。同时NaOH粒径度大小对反应速度及产品收率也有一定的影响,粒径越小,产品收率比较高,反应速度越快,但过小的颗粒使得搅拌困难,而且分离工艺也比较复杂,因此以1—2mm粒径的NaOH为宜。并且在严格的无水条件下甲基化反进行得到的产物收率较为高。
在合成1-甲基-2,4,5-三硝基咪唑(MTNI),2,4-DNI的甲基化反应中(1),杨威,姬月萍,汪伟等人优化了甲基化反应的合成条件,发现了单因素实验可以得出对收率影响较大的是碘甲烷用量、反应温度、反应时间、和溶剂。其中,影响最大的因素是反应温度,次之,溶剂影响较小,影响最小的因素则是反应所需的时间。在DMF中先加入2,4-DNI,再加入碳酸钾,升温,然后滴加碘甲烷。对于甲基化机理的探索,分析认为,合成MTNI的本质上是双分子亲核取代反应,开始是2,4-二硝基咪唑阴离子作为亲核试剂沿着C-I键的背后,即在3个C-H键的中间对“缺电子”碳原子发生亲核攻击;当在两者之间发生了有效碰撞时,与中心碳原子更为接近的是2,4-二硝基咪唑阴离子氮原子上的一对电子,由于具有形成C-N键的强烈趋势,氮原子由原来所带的一个负电荷变为只有带有部分负电荷;与此同时,原先的C-I键逐步发生极化,C-I键之间的成键电子对逐步移向碘原子并达到最大的异裂程度。
众所周知DMF是许多化学反应过程中不可缺少的催化剂,使得反应更加容易的进行是由于DMF起着重要的配合作用。其实DMF本身并不参与反应,而且反应前后DMF的构型几乎没变化。但是反应的活化能垒却因为DMF的配合作用而降低从而有利于反应的进行。
根据三嗪分子结构的特性,与CH3X相比,选择硫酸二甲酯作为甲基化试剂(3)则具有较高的收率,成本低,产品纯度高,操作简便等特点。并且发现在合成过程中三嗪不溶于盐酸中,微溶在稀硫酸中,用量增加,硫酸浓度增大,有利于三嗪的溶解。但如果用量过大,则容易导致后处理时所需消耗碱的用量也将过大,这样会大大增加废水量,同时过大的浓度,反应升温过程中也会造成三嗪的部分碳化。通过实验孙晓红、刘源发现合适的硫酸浓度为90%左右,并且硫酸用量以摩尔比计是三嗪:硫酸=1:2—4为佳。
甲基化反应的收率受催化剂选择的影响是比较大的。通过关于CuCl、Cu、CuCl2三者间的催化能力对甲基化反应的影响比较,表明催化效果最显著的是CuCl,结果得到产率是最高的。(5)例如2,6-二溴-4-甲基苯酚的甲基化反应机理为:2,6-二溴-4-甲基苯酚中溴原子上的孤对电子与铜(I)形成配合物,从而减弱了碳溴键结合能力,使碳溴键倾向异裂,碳溴键中的碳原子带正电荷倾向增加,有利于甲氧负离子进行亲和进攻反应。