概述
2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺(2-Amino-2,3-dimethylbutyramide)的化学式为C6H14N2O,分子量为130.19,简称ADBA,是一种常温常压下性状为白色晶体粉末的碱性有机物[1]。该化合物不仅可溶于乙醇、丙酮等有机溶剂,在水中也具有良好的溶解性。

关于2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的分析检测,可以采用DB-1701毛细管柱,以邻二甲苯为内标物,用氢火焰离子化检测器进行定量分析。结果表明,该物质的线性相关系数为1.000,标准偏差为0.22,变异系数为0.24%[2]。
合成方法
2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺是合成咪唑啉酮类超高效除草剂的通用中间体,市场需求量大,由于其传统化学法原料消耗多,环境污染严重,生物法合成2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺具有巨大的工业化价值[3]。
微生物法
2-氨基-2,3-二甲基丁腈(α-氨基腈)在水相中易解离出氰基,强烈抑制腈水合酶活性,因此获得氰基耐受型腈水合酶成为生物催化法生产2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的关键[3]。具体地,以2-氨基-2,3-二甲基丁腈为原料,以通过发酵培养微生物庆笙红球菌(Rhodococcus qingshengii)CCTCC No:M 2010050,小球诺卡氏菌(Nocardia globerula)CCTCC No:M 209214或红平红球菌(Rhodococcus erythropolis)CCTCC No:M 209244生产的腈水合酶为催化剂生产2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺。该方法反应条件温和,废水排放少,环境友好,还具有产率高,转化时间短,成本低的优点,易于实现工业化生产[4]。
酸催化法
(1)菌株的筛选:对大肠杆菌重组腈水合酶酶库进行筛选,获得来源于Pseudonocardia thermophila JCM3095的大肠杆菌重组菌;(2)新菌株的获取:以pET28a为载体,通过镍柱对大肠杆菌重组菌进行纯化,纯化时加入0.2mM金属离子和0.8mL有机溶剂,以获得新菌株;(3)发酵条件优化:令新菌株在30-40℃下生长至OD600为0.8-1.0时,向其中添加诱导剂。该方法在制备过程中,加入金属离子和有机溶剂,能够对腈水合酶的活力存在一定的影响,既能进一步提高其在中性偏酸的条件下的稳定性,又能改善碱性环境下对酶的抑制作用[5]。
应用
2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺是咪唑啉酮类除草剂的通用中间体,例如合成除草剂咪草酸、咪唑烟酸、咪唑乙烟酸、咪唑喹啉酸和甲氧咪草烟等[1]。下面,就甲基咪草烟的合成应用实例展开详细介绍:以5-甲基吡啶-2,3-二羧酸为原料,与乙酸酐生成5-甲基吡啶-2,3-二酸酐。在低温条件下,继续与醇反应生成中间体化合物。在碱性条件下,其与2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺发生合环反应生成甲基咪草烟钠盐,萃取调节pH得到甲基咪草烟产品。上述工艺路线反应速度快,产物纯度极高,收率高,反应条件温和,无同分异构体,无需催化剂,三废少,合成过程粗放不但优化了反应条件,降低了反应的设备成本,而且产生的产品容易分离,简化了生产工艺[6]。
有关研究
为研究2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺氧化合成的热危险性,采用差示扫描量热仪(DSC)测试2-氨基-2,3-二甲基丁腈和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的热分解情况,采用反应量热仪(RC1)研究反应温度,双氧水滴加速度和氢氧化钠用量对反应的影响。研究结果显示,2-氨基-2,3-二甲基丁腈吸热热分解温度为149.5℃,2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺表现为吸热和放热2段分解过程,吸热和放热分解温度分别为234.4℃和456℃。反应放热速率主要为加料控制。但是,存在一定的热累积。热失控体系最高温度(MTSR)低于2-氨基-2,3-二甲基丁腈和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的分解温度,高于体系沸腾温度,在热失控的条件下,反应体系容易导致冲料危险。在优惠的工艺条件范围内,提高反应温度,延长滴加时间,可降低反应的MTSR,提高热转化率和反应安全性[7]。
参考文献
[1]佚名.2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的合成[J].精细化工经济与技术信息, 2001(12):1.
[2]孙鸿曼,刘淑杰,尹荃,等.气相色谱法分析2-氨基-2,3-二甲基丁腈和2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺[J].精细与专用化学品, 2012, 20(12):3.DOI:10.3969/j.issn.1008-1100.2012.12.012.
[3]楼亿圆.微生物法生产2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的研究[D].浙江工业大学.DOI:CNKI:CDMD:2.2009.216412.
[4]郑裕国,林志坚,郑仁朝,等.微生物催化法制备2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺的方法及菌株:CN201010204535.2[P].
[5]夏爱艳.一种2-氨基2,3二甲基丁酰胺的制备方法:CN202011237395.9[P].
[6]孙国庆,侯永生,朱素娟,等.一种甲基咪草烟的合成方法:CN201910565310.0[P].
[7]程春生教授,秦福涛,魏振云,等.2-氨基-2,3-二甲基丁酰胺氧化合成热危险性研究[J].中国安全科学学报, 2011, 21(8):6.DOI:10.3969/j.issn.1003-3033.2011.08.010.