1. 2－咪唑烷酮的應(yīng)用
2－咪唑烷酮，簡稱MI，又稱2－咪唑啉酮、環(huán)亞乙烯脲、乙烯脲等，屬于咪唑系列化合物的重要成員，是一種無色的針狀結(jié)晶[1]，易溶于水和加熱的乙醇，難以溶于乙醚，能夠高效的捕獲甲醛分子。已經(jīng)成為各類空氣清新劑、除醛劑的主要成分，也是性能優(yōu)良的日常紡織物抗撕裂劑和抗皺整理劑。由于其具有低毒性、高極性和高安全性等優(yōu)點(diǎn)，2－咪唑烷酮及其衍生物已經(jīng)成為醫(yī)藥和農(nóng)藥合成的重要中間體，廣泛應(yīng)用到多種抗生素和農(nóng)藥的合成中。在氨芐青霉素的氨基[2]上引入咪唑及其衍生物的特殊化學(xué)結(jié)構(gòu)，能使青霉素分子可以有效并且快速地穿透細(xì)菌的細(xì)胞膜，進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)并將其殺死，特別是對于革蘭氏陽性菌，它能夠高效地穿透其細(xì)胞膜[3]，使得藥效得到增強(qiáng)，效果顯著；2-咪唑烷酮及其衍生物還可作為多種新型抗生素和抗血吸蟲病藥的中間體，同時還可用于制備抗菌譜廣、殺菌作用強(qiáng)的第三代青霉素―阿洛西林和美洛西林。
2-咪唑烷酮及其主要衍生物具有酸堿兩性，因此常以咪唑為配體進(jìn)行合成的金屬配合物[4]，被廣泛應(yīng)用于有機(jī)合成方面。在我國精細(xì)化工產(chǎn)品行業(yè)的發(fā)展中，2-咪唑烷酮及其主要衍生物常常被廣泛地用作人造樹脂的固化劑，同時在化學(xué)分析領(lǐng)域中，其也是一種可以廣泛地用于作分子探針和化學(xué)發(fā)光材料[5]。
2-咪唑烷酮還可作為中間體合成 1,3-二甲基-2-咪唑啉酮（DMI）[6]，后者是一種具有強(qiáng)極性的非質(zhì)子性溶劑，其具有閃點(diǎn)高、揮發(fā)性低、毒性極低的特點(diǎn)，同時它具有良好的穩(wěn)定性和溶解能力，溶劑化作用較強(qiáng)，沸點(diǎn)高，熱穩(wěn)定性好，常用于催化陰離子的親核反應(yīng)。在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中，2-咪唑烷酮及其衍生物也被認(rèn)為是一種廣泛利用于液-液萃取、蒸餾、溶劑洗滌等過程，不僅有助于提高在工業(yè)生產(chǎn)中的安全性和穩(wěn)定性，還有助于進(jìn)一步保證產(chǎn)品的質(zhì)量。。另外，咪唑酮類化合物也可作為緩蝕劑添加到金屬中抑制金屬的腐蝕。因此其具有廣泛的市場前景，特別是高純度的2－咪唑烷酮及其衍生物已成為緊俏的精細(xì)化學(xué)品。
目前已開發(fā)出多種合成2-咪唑烷酮的方法，從合成原料的不同分為光氣法、碳氧化物法、碳酸酯法、二氧化碳法、碳酸銨法和尿素法。
2. 2-咪唑烷酮的合成方法
2.1 光氣法：
光氣法主要是指以光氣為羰基供體，與原料EDA 進(jìn)行環(huán)化縮合反應(yīng)而生成2-咪唑烷酮，如反應(yīng)方程式圖1 所示。雖然光氣本身具有反應(yīng)活性高，時間相對較短、效果快、質(zhì)量好等多種優(yōu)點(diǎn)，但是由于其屬于一種具有劇毒性的物質(zhì)[7]，且反應(yīng)時需要經(jīng)過高壓，操作安全系數(shù)相對較低。雖然傳統(tǒng)的固體光氣法克服了其中了其中一些傳統(tǒng)光氣法部分的不足，但這種方法得到的收率仍然較低，并且還有可能存在著對廢水、廢氣處理等各個方面的污染。
圖1 光氣法生產(chǎn)2-咪唑烷酮反應(yīng)方程式
2.2 碳酸脂法：
碳酸酯法是以碳酸酯類化合物為羰基單元供體，目前許多研究者對此類工藝展開了研究， [8]研究人員以NH2SO3H 為催化劑，在2~6 MPa的反應(yīng)壓力條件下以EDA 與碳酸二甲酯（DMC）為原料合成2-咪唑烷酮，使用減壓蒸餾法在丙酮重結(jié)晶中分離純化的方法，可以直接得到目標(biāo)產(chǎn)物2-咪唑烷酮，且最終2-咪唑烷酮的產(chǎn)率為70%。雖然此方法綠色環(huán)保，但是該反應(yīng)體系反應(yīng)步驟復(fù)雜，且后續(xù)提純及其處理成本較高，不利于應(yīng)用到工業(yè)化生產(chǎn)中。
圖2 碳酸脂法生產(chǎn)2-咪唑烷酮反應(yīng)方程式
2.3 尿素法：
尿素法是以尿素和EDA 為原料成環(huán)合成2-咪唑烷酮。Bhanage 等[9]在無溶劑、無催化劑體系中以EDA 和尿素為原料，當(dāng)反應(yīng)條件為150 ℃、3 h 時，所得2-咪唑烷酮的產(chǎn)率為65%。
2.4 二氧化碳法：
以CO2 和胺類或氨基醇類化合物為原料合成2-咪唑烷酮，在無溶劑、無催化劑下以EDA 和CO2 為原料，當(dāng)反應(yīng)條件為6 MPa CO2，150 ℃時，得到反應(yīng)產(chǎn)物2-咪唑烷酮的收率為97%。由于CO2 來源豐富、安全廉價，該方法不僅能夠提高CO2 的附加值，又能合理地利用在石油和天然氣等化工制品生產(chǎn)中所排放的CO2，減少了自然資源的嚴(yán)重浪費(fèi)及污染物大氣排放。因此，此方法逐漸成為了科學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
2－咪唑烷酮的制備方法中，光氣法由于其自身的局限性已經(jīng)被淘汰; CO 法需要較高的壓力或者昂貴的催化劑，安全要求和反應(yīng)成本高; 碳酸酯法反應(yīng)條件溫和，但是需要有合適的催化劑，且相對于其他方法來說，反應(yīng)物碳酸酯價格較高，這也限制了碳酸酯法的應(yīng)用?？傮w來說，CO2法和尿素法的原料大宗，價廉易得，具有原料和環(huán)保優(yōu)勢，是兩種最具有工業(yè)潛力的2－咪唑烷酮制備方法。尿素法新工藝需要擁有能耗低三廢少轉(zhuǎn)化率高的優(yōu)勢，開發(fā)適于工業(yè)化需求的綠色工藝極為迫切。而CO2法目前還未大規(guī)?；a(chǎn)，因此需要開發(fā)活性高、選擇性好、成本低、環(huán)境友好的催化劑體系，最終實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，這些也是2－咪唑烷酮甚至脲類化合物技術(shù)發(fā)展的顯著特征和趨勢。
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