n-甲基二胺的異常反應
在有機合成反應中常使用甲基磺酰氯與醇反應，将羟基轉化爲易於(yú)離去的甲磺酸酯基。在近期的實驗中，我們卻發現n-甲基二胺同甲基磺酰氯反應生成的是羟基被氯取代的産物。我們設計瞭(le)一系列實驗推測生成氯取代産物的關鍵原因是在反應過程中生成瞭(le)三元環的氮鎓離子過渡态，而形成這一過渡态必須滿足的條件是:氮原子與羟基之間相隔兩個碳原子 ，氮原子有足夠的電子雲密度 ，氮原子周圍的空間位阻不能太大。
關鍵詞
n-甲基二胺；甲基磺酰氯；氯取代；氮鎓離子
在有機合成反應中，醇類作爲親核取代反應的底物時，羟基並(bìng)不是一個好的離去基團 ，因此常使用甲基磺酰氯與醇反應，将羟基轉化爲易於離去的甲磺酸酯基，常見的反應方程式如圖式1。然而，我們在用甲基磺酰氯同n-甲基二胺反應時 ，産物的1hnmｒ譜圖中並(bìng)未發現甲基磺酰基中甲基的單峰，表明兩者並(bìng)未生成甲基磺酸酯，而分析證實産物爲n，n-二(2-氯乙基)甲胺，也就是俗稱的氮芥 ，即發生瞭(le)羟基被氯取代的反應。通常 ，羟基被氯取代的反應是通過醇類與二氯亞砜反應實現的，該反應可以高效、單一地生成氯取代産物［1～4］，而尚未見有文獻報道醇類與甲基磺酰氯反應生成氯取代産物 。本文對生成氯代産物的原因進行瞭(le)較爲深入的研究，設計瞭(le)一系列實驗考察瞭(le)分子結構對稱性、氮原子和氮原子上取代基對反應的影響，以期對其形成的機理進行推測。
1實驗部分
1.1n，n-二(2-氯乙基)甲胺(1)的合成
1.1.1以三乙胺爲溶劑向幹燥的100ml單口瓶中加入1.00g(8.5mmol)n-甲基二胺 ，2.58g(25.5mmol)三乙胺和50ml二氯甲烷，冰浴攪拌下滴加2.92g(25.5mmol)甲基磺酰氯 ，滴加完畢(bì)後，室溫下攪拌反應3h。反應結束後減壓蒸除溶劑二氯甲烷後得到粗品，經柱層(céng)析(/石油醚=1∶8，v/v)分離 ，濃縮後得到1.11g無色油狀物 。
1.1.2以三氯甲烷爲溶劑向幹燥的100ml單(dān)口瓶中加入1.00g(8.5mmol)n-甲基二胺的氯仿溶液40ml，冰浴下滴加3.03g(25.5mmol)二氯亞砜的氯仿溶液10ml，常溫下攪拌3h。反應結束後減壓蒸除溶劑氯仿，加入k2co3水溶液調節ph到9，經柱層(céng)析(/石油醚=1∶8，v/v)分離，濃縮後得到1.42g無色油狀物。
1.2n，n-二羟乙基甲胺(2)的合成向幹燥的250ml單口瓶中加入5.20g(49.5mmol)二胺 、5.69g(45mmol)氯化苄100ml、1，4-二氧六環和碳酸鉀6.21g(45mmol)，回流溫度下攪拌2h。反應結束後旋蒸除去溶劑，加入200ml二氯甲烷 ，用1mol/lnaoh水溶液(100ml×2)洗滌，無水鎂幹燥後過濾，得粗品，經柱層(céng)析(甲醇/=1∶15，v/v)分離，濃縮後得到7.57g無色油狀物，産(chǎn)率86.1%。
1.3n，n-二(2-氯乙基)甲胺(3)的合成採(cǎi)用與1.1.2類似的方法合成瞭(le)化合物3，反應完畢後用1mol/lnaoh水溶液(100ml×2)洗滌，無水鎂幹燥後過濾，減壓蒸除溶劑氯仿，得無色油狀物4.54g，産率爲97.3%。
1.4二乙二醇二甲基磺酸酯(4)的合成採(cǎi)用與1.1.1類似的方法合成瞭(le)化合物4，反應完畢後用1mol/l鹽酸(50ml×2)洗滌，無水鎂幹燥後過濾 ，減壓蒸除溶劑二氯甲烷，得粗品，經柱層析(:石油醚=1∶1)，濃縮後得到1.16g無色油狀物，産率爲81.0%。
1.51，5-戊二醇二甲基磺酸酯(5)的合成採(cǎi)用與1.1.1類似的方法合成瞭(le)化合物5，反應完畢後用1mol/l鹽酸(50ml×2)洗滌，無水鎂幹燥後過濾，減壓蒸除溶劑二氯甲烷，得粗品，經柱層析(:石油醚=1∶1)分離，濃縮後得到1.13g無色油狀物，産率爲79.7%。
1.6n-甲基-n-(2-氯乙基)苄胺(6)的合成採(cǎi)用與1.1.1類似的方法合成瞭(le)化合物6，反應完畢後用1mol/lnaoh水溶液(50ml×2)洗滌 ，無水鎂幹燥後過濾，濃縮後得無色油狀物2.30g，産率爲83.5%。
2結果與讨論
衆所周知，在有機合成中，甲基磺酰氯是一種很常用的羟基活化試劑 ，使用甲基磺酰氯與醇類反應，可以使醇羟基轉化爲更易於離去的甲磺酸酯基。但是 ，我們在近期的研究工作中發現，使用甲基磺酰氯分别與n-甲基二胺和n-苄基二胺反應時，産物(即圖式2和圖式5)的1hnmｒ譜圖中均沒有甲磺酰基上甲基的峰。同時我們在其紅外譜圖中也沒有發現1380～1347cm－1和1193～1170cm－1處的so伸縮振動的特征吸收峰。這說明這兩個反應均沒有得到預期的磺酸酯産物 。根據1hnmｒ譜圖的數據 ，我們懷疑上述反應，可能生成瞭(le)分子内環合的産物，或者生成瞭(le)羟基被氯取代的産物。因此，我們将由圖式2所得化合物的質譜譜圖分别與n-甲基二胺和二氯亞砜反應的産物和n-甲基嗎啉［5］的質譜譜圖進行瞭(le)對比，同時将圖式5所得化合物的質譜譜圖分别與n，n-二(2-羟乙基)甲胺和純的n-苄基嗎啉［6］的質譜譜圖進行對比。很顯然，對比結果表明上述兩個反應沒有發生分子内環合，而是得到瞭(le)羟基被氯取代的産物。我們又使用n-甲基-n-(2-羟乙基)苄胺與甲基磺酰氯反應，通過核磁數據和紅外譜圖的驗證 ，證明得到的也是羟基被氯取代的産物 ，即n-甲基-n-(2-氯乙基)苄胺(化合物6)，這說明生成氯取代産物並(bìng)不需要底物的結構對稱。
我們猜測此類反應的發生可能與n原子的存在有關 ，爲瞭(le)驗證這一猜測，我們将n-甲基二胺中的氮原子換爲氧原子或碳原子進行瞭(le)相同的反應。我們用二乙二醇和1，5-戊二醇分别與甲基磺酰氯反應 ，通過核磁數據和紅外譜圖確認瞭(le)二者均很順利的獲得瞭(le)雙磺酸酯結構的産物 。這說明n-甲基二胺中的氮原子是導緻氯取代産物生成的關鍵因素 。爲瞭(le)弄清n原子上的取代基對這一反應的影響，我們查閱瞭(le)文獻，發現圖式10中的化合物在與甲基磺酰氯反應時，均可以得到甲磺酸酯 ，並(bìng)沒有發生氯取代反應。即，若将氮原子上的甲基、苄基換爲基或帶有取代基的基［7～10］，或者把氮原子與羟基之間的碳鏈延長［11，12］，就會得到正常的甲基磺酸酯産物。綜上所述，我們可以大緻的推測出n-甲基二胺與甲基磺酰氯反應時生成氯取代産物的機理 。在這一反應機理中 ，形成三元環的氮鎓離子過渡态是爲關鍵的一步 ，若要形成這一過渡态，必須滿足以下條件:(1)氮原子與羟基之間相隔2個碳原子;(2)氮原子需有足夠的電子雲密度;(3)氮原子周圍的空間位阻不能太大。要形成氮鎓離子過渡态，以上這3個條件缺一不可。因此，上圖中的化合物11，12由於氮原子與羟基相隔3個碳原子 ，不能形成這一過渡态，所以在與甲基磺酰氯反應時沒有得到氯取代産物;而化合物7～10的氮原子直接與基相連，這一點違背瞭(le)上述條件(2)(3)，因而也不能形成三元環過渡态。
3結論
本文對n-甲基二胺與甲基磺酰氯反應時生成氮芥的反應進行瞭(le)分析和研究，經過一系列實驗推測(cè)瞭(le)這一反應的反應機理 ，其中的關鍵步驟是形成氮鎓正離子過渡态，形成這一過渡态的必要條件是(1)氮原子與羟基之間相隔2個碳原子;(2)氮原子需有足夠的電子雲密度;(3)氮原子周圍的空間位阻不能太大。