一种以羧酸和醇为原料合成酯的方法与流程

文档序号:11123926阅读:3227来源:国知局

本发明属于有机合成化学技术领域,具体涉及一种以羧酸和醇为原料合成酯的方法。



背景技术:

羧酸酯是一种重要的有机化合物,不仅可作为有机合成原料,而且是重要的精细化工产品,广泛应用于香料、日化、食品、医药、橡胶、涂料等行业。

酯化反应是有机合成中最基本,最常见的官能团转化反应之一,它被广泛用于羧酸官能团的保护,以便进一步反应合成天然产物[1]。由于酯化反应的广泛应用,对其合成方法的研究具有重要意义。

传统的合成羧酸酯的方法是以相应的羧酸和醇为原料,采用浓硫酸为催化剂来制取。该方法是由Fischer E和Speier A[2]在1895年首次发现。这种由酸和醇直接合成酯的方法具有原料易得的优点,但是此方法反应平衡较难控制,需要不断移除反应中的水。除此之外,该法副反应多、后处理工艺复杂、设备腐蚀严重、废酸排放污染环境[3]。因此,改进该酯化方法一直是化学家研究的重点。基于以上缺点,部分研究者开始研究新的催化剂,例如:分子筛催化剂[4]、杂多酸催化剂[5]、固体超强酸催化剂[6]、树脂催化剂[7]、有机酸盐和无机盐催化体系[8]、离子液体催化体系[9]等。但这些催化剂均具有一定的局限性,如易失活、负载牢固(不易溶脱)、不易回收利用、反应条件苛刻、成本高[10]

浓硫酸催化下的酯化反应

除了酸和醇直接酯化的方法外,还可将羧酸转变为对应的衍生物再与醇缩合,反应过程中除生成酯之外,放出的小分子不是水而是其它化合物。这里的酸的衍生物主要是指酸酐、酰氯、羧酸的盐。这种通过活化羧酸得到羧酸衍生物,再与醇发生酯化反应的方法与传统方法相比,原料几乎能够完全转化,因此得到的酯的产率也更高。其中用到不同种类的羧酸活化剂,如:酸性卤化物[11-12]、混合酸酐[13]、乙烯酮[14]、硫代酸酯[15]、膦化合物[16-20]、碳化二亚胺[21]等。但这些方法仍然存在不足之处,如:酸性卤化物易使自身不稳定的酸发生降解,还可与较敏感的羧酸基团发生副反应;混合酸酐的制备比较复杂;乙烯酮自身具有局限性,制备困难,使用范围不广泛;硫代酸酯的偶联过程比较复杂;碳化二亚胺偶联的产率不高,副产物不易除去。

我们注意到,采用磷化合物作为羧酸活化剂时,反应条件相对温和[22]。但利用三苯基磷作为羧酸活化剂时[18-20],通常需要添加其他助剂作为三苯基膦的活化剂,如偶氮吡啶[18]、酞菁铁[19]、N-氯代苯并三氮唑[20]等,这些试剂均存在制备困难、产率低、成本高等问题。而且,在这类反应的最后,生成了一当量的三苯氧膦副产物,这大大降低了反应的原子利用率。



技术实现要素:

为了克服现有技术的不足,本发明的目的在于提供一种新型、绿色、高效的以羧酸和醇为原料合成酯的方法。本发明方法能解决现有技术中合成酯反应条件苛刻、纯化困难、成本高的问题。

本发明中提出一种基于三苯氧磷/草酰氯的羧酸活化体系,该三苯氧磷/草酰氯体系可以有效的活化羧酸生成相应的羧酸盐,从而促进羧酸醇酯化反应的进行。同时,三苯氧磷相对于三苯基膦更加易得,而草酰氯则是一种常用试剂,因此,本方法采用的试剂价廉易得,降低了反应成本,同时酯化反应的产率也较高。

本发明技术方案具体阐述如下。

本发明提供一种以羧酸和醇为原料合成酯的方法,其以羧酸和醇为原料,以三苯氧磷/草酰氯体系作为羧酸活化剂,以有机碱为催化剂,羧酸和醇在羧酸活化剂和催化剂作用下反应得到酯。

本发明中,所述羧酸为芳香酸或脂肪酸,所述醇是芳香醇或脂肪醇。

本发明中,在惰性气氛下,在有机溶剂中反应合成酯,其反应温度为10-40℃,反应时间是0.5-5小时,三苯氧磷、草酰氯、羧酸和醇的物质的量比是(0.5~2):(0.6~2.3):1:(0.6~2.3)。

本发明中,有机碱选自三乙胺,吡啶或者四甲基乙二胺中任一种。有机碱的用量为催化量。

本发明中,有机溶剂是乙腈、二氯甲烷、甲苯或1,2-二氯乙烷中的任意一种。

与传统合成酯的方法相比,本发明的有益效果在于:

(1)本发明所提供的合成酯的方法转化率高、收率在85%以上,反应条件温和、反应体系简单、反应成本低;

(2)与一般的通过活化羧酸促进酯合成的方法相比,本发明所使用的活化剂三苯氧磷价廉易得,而且在反应结束后可回收重复利用,反应体系的副产物只有CO和CO2,具有较高的原子利用率和较低的反应成本。

具体实施方式

下面通过具体实例并结合核磁数据对本发明技术作进一步说明,但本发明的保护范围不限于下述的实例。

实施例1(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

在100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.61g的苯甲酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得苯甲酸苯甲酯的产率为85.37%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.13(d,J=7.8Hz,2H),7.59(t,J=7.4Hz,1H),7.48(dt,J=11.8,5.8Hz,4H),7.43(dd,J=14.7,7.3Hz,2H),7.40–7.36(m,1H),5.41(s,1H).

实施例2(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1/1/1.3)

在100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.61g的苯甲酸,0.52mL的苯甲醇和催化量的四甲基乙二胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得苯甲酸苯甲酯的产率为69.37%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.13(d,J=7.8Hz,2H),7.59(t,J=7.4Hz,1H),7.48(dt,J=11.8,5.8Hz,4H),7.43(dd,J=14.7,7.3Hz,2H),7.40–7.36(m,1H),5.41(s,1H).

实施例3(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.5)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.63mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.68g的对甲基苯甲酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得对甲基苯甲酸苯甲酯的产率为84.25%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.09–8.02(m,2H),7.53–7.39(m,5H),7.29(d,J=7.9Hz,2H),5.42(s,2H),2.45(s,3H).

实施例4(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/2/1.5)

100mL三口烧瓶中加入2.80g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.63mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.68g的对甲基苯甲酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得对甲基苯甲酸苯甲酯的产率为78.25%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.09–8.02(m,2H),7.53–7.39(m,5H),7.29(d,J=7.9Hz,2H),5.42(s,2H),2.45(s,3H).

实施例5(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/0.5)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.21mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.76g的对甲氧基苯甲酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的吡啶,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得对甲氧基苯甲酸苯甲酯的产率为70.21%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.07(d,J=8.7Hz,2H),7.46(t,J=11.2Hz,2H),7.42–7.30(m,3H),6.94(d,J=8.8Hz,2H),5.37(s,2H),3.87(s,3H).

实施例6(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.84g的对硝基苯甲酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得对硝基苯甲酸苯甲酯的产率为90.31%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.28(dd,J=22.5,8.9Hz,4H),7.57–7.29(m,5H),5.43(s,2H).

实施例7(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.61g苯甲酸,0.60mL的环己醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得苯甲酸环己酯的产率为85.27%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.07(d,J=7.5Hz,2H),7.57(t,J=7.4Hz,1H),7.45(t,J=7.7Hz,2H),4.40–4.31(m,2H),1.77(dd,J=14.6,6.9Hz,2H),1.55–1.46(m,2H),1.00(t,J=7.4Hz,3H).

实施例8(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.29ml的乙酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得乙酸苯甲酯的产率为70.09%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.47–7.27(m,5H),5.14(s,2H),2.13(s,3H).

实施例9(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.61g苯甲酸,0.78mL的苯乙醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得苯甲酸苯乙酯的产率为72.57%,核磁数据:1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.08(d,J=7.4Hz,2H),7.59(t,J=7.4Hz,1H),7.47(t,J=7.7Hz,2H),7.40–7.30(m,5H),4.59(t,J=7.0Hz,2H),3.13(t,J=7.0Hz,2H).

实施例10(酸:醇:三苯氧磷:草酰氯=1/1.3/1/1.3)

100mL三口烧瓶中加入1.40g的三苯氧膦,抽真空通N2,加入5mL的乙腈,磁力搅拌下缓慢滴加0.55mL的草酰氯,此时反应剧烈,放出大量的气体,反应10分钟。然后加入0.61g肉桂酸,0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺,在室温下反应2小时,反应用TLC跟踪,用柱层析进行提纯定量,用核磁进行定性。展开剂(石油醚/乙酸乙酯)配比为4:1,柱层析所得肉桂酸苄酯的产率为95.04%,核磁数据:1H NMR(501MHz,CDCl3)δ7.80(d,J=16.0Hz,1H),7.56(s,2H),7.50–7.38(m,8H),6.55(d,J=16.0Hz,1H),5.32(s,2H).

参考文献

[1]Barton B,Ollis W D.In Comprehensive Organic Chemistry[J].Tetrahedron Letters,1979(2),868.

[2]Fischer E,Speier A.Darstellung der Ester[J].Chemiche Berichte,1895,28,3252-3258.

[3]Inui K,Kurabayashi T,Sato S.Direct Synthesis of Ethyl Acetate from Ethanol over Cu-Zn-Zr-Al-O Catalyst[J].Applied Catalysis A:General,2002,237(12),53-61.

[4]Jermy B R,Pandurangan A.Catalytic Application of Al-MCM-41in the Esterification of Acetic Acid with Various Alcohols[J].Applied Catalysis A:General,2005,288(1-2),25-33.

[5]Verhoef M J,Patricia J.et al.A Study on the Stability of MCM-41-Supported Heteropoly Acids under Liquid-and Gas-Phase Esterification Conditions[J].Microporous and Mesoporous Materials,1999,27(1-2),365-371.

[6]Sejidov F T,Mansoori Y,et al.Esterification Reaction Using Solid Heterogeneous Acid Catalysts under Solvent-Less Condition[J].Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2005,240(1-2),186-190.

[7]张铁成,单国荣,黄志明,等.阳离子交换树脂催化合成丙烯酸丁酯[J].精细石油化工,2003,1,25-28.

[8]余天桃,彭安顺,付广云.甲基磺酸锌催化合成乙酸环己酯的研究[J].食品科技,2005,5,39-41.

[9]寇元,杨雅立.功能化的酸性离子液体[J].石油化工,2004,33(4),297-302.

[10]汪艳飞,黄宝华,方岩雄,等.醇酸酯化反应催化剂研究进展[J].广东化工,2007,34(7),62-66.

[11]Vafaeezadeh M,Fattahi A.DFT Investigations for“Fischer”Esterification Mechanism over Silica-propyl-SO3H Catalyst:Is the Reaction Reversible?[J].Journal of Theoretical and Computational Chemistry,2015,1071,27-32.

[12]Yokoya M,Ito H,Saito N.Chemistry of Renieramycins.Part 11:Total synthesis of (±)-cribrostatin 4[J].Tetrahedron Letters,2011,67,9185–9192.

[13]Inanaga J,Hirata K,Saeki H,Katsuki T,Yamaguchi M.A Rapid Esterification by Means of Mixed Anhydride and its Application to Large-Ring Lactonization[J].Bulletin of the Chemical Society of Japan,1979,52(7),1989–1993.

[14]Vaske Y S,Mahoney M E,Konopelski J P.Method for Synthesizing beta Lactam Compounds by Decomposition of an alpha-Diazo-beta-Ketoamide Using a Fluorescent Light Source:US,US 20120184731A1[P].2012.

[15]Corey E J,Nicolaou K C.Efficient and Mild Lactonization Method for the Synthesis of Macrolides[J].Journal of the American Chemical Society,1974,96,5614-5616.

[16]Salome′C,Kohn H.Triphenylphosphine Dibromide:a Simple One-Pot Esterification Reagent[J].Tetrahedron Letters,2009,65,456-460.

[17]Nowrouzi N,Mehranpour A M,Rad J A.A Simple and Convenient Method for Preparation of Carboxylic Acid Alkyl Esters,Phenolic and Thioesters Using Chlorodiphenylphosphine/I2and Imidazole Reagent System[J].Tetrahedron Letters,2010,66,9596-9601.

[18]Iranpoor N,Firouzabadi H,Khalili D,Motevalli S.Easily Prepared Azopyridines As Potent and Recyclable Reagents for Facile Esterification Reactions.An Efficient Modified Mitsunobu Reaction[J].Journal of Organic Chemistry,2008,73(13),4882-4887.

[19]Taniguchi T,Hirose D,Ishibashi H.Esterification via Iron-Catalyzed Activation of Triphenylphosphine with Air[J].ACS Catalysis,2011,1,1469-1474.

[20]Rouhi-Saadabad H,Akhlaghinia B.Direct,Rapid and Convenient Synthesis of Esters and Thioesters Using PPh3/N-Chlorobenzotriazole System[J].Journal of the Brazilian Chemical Society,2014,25(2),253-263.

[21]El-Faham A,Albericio F.Peptide Coupling Reagents,More than a Letter Soup[J].Chemical Review,2011,111,6557-6602.

[22]Siengalewicz P,Mulzer J,Rinner U.Synthesis of Esters and Lactones[J].Comprehensive Organic Synthesis II,2014,77(10),355-410。

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