一种制备羧酸酯类化合物的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有机化合物的制备技术领域，具体涉及一种羧酸酯类化合物的催化制 备方法。
【背景技术】
[0002] 羧酸酯类化合物是很多天然产物、药物分子和精细化学品的重要结构单元(参见： K.C.K.Swamy, N.N.B.Kumar, E. Balaraman? K. V. P. P. Kumar, Chem. Rev.,2009, 109, 2551)，因此羧酸酯的合成受到了越来越多的关注。这类化合物传统上可通过羧酸或 羧酸衍生物(如酰氯或酸酐）与醇的反应来制备，也可通过羧酸盐与卤代烃的反应来制备， 但这些方法往往具有明显的缺陷，例如反应的可逆性、反应条件的苛刻、含卤废弃物的排 放，底物的局限性等，这些都是亟待进一步改进的。因此开发合成羧酸酯的新方法是有很强 的潜在应用背景的。
[0003] 近年来，特定碳-氢键的直接酯化反应逐渐成为了合成羧酸酯的一种新方法。2011 年万小兵课题组以叔丁基过氧化氢为氧化剂，率先实现了四丁基碘化铵催化的羧酸与醚类 化合物的酯化反应，这一反应是通过醚类化合物中a-碳的碳-氢键直接酯化而实现的（参 见：Long Chen, Erbo Shi , Zhaojun Liu, Shulin Chen, Wei Wei , Hong Li , Kai Xu, XiaobingWan, Chem. Eur. J. 2011，17，4085)。另外以叔丁基过氧化氢为氧化剂、以四 丁基碘化铵为催化剂，可以实现羧酸与乙苯或环己烯的酯化反应，这些酯化反应是通过乙 苯的苄位碳-氢键或者环己烯的烯丙位碳-氢键的直接酯化而实现的。相关研究表明：四丁 基碘化胺不能有效催化相对价廉易得、但是反应活性偏低的甲苯类化合物的苄位碳-氢键 的直接酯化，而且前述反应中催化剂的用量较大，均达到20mol%。此外，以醋酸钯为催化剂， 在常压下以氧气为氧化剂可以实现羧酸与甲苯的酯化反应，但底物也仅限于甲苯，对于结 构多变的取代甲苯类化合物和甲基杂环芳烃均没有实现，而且该反应还需使用具有强腐蚀 性的三氟甲磺酸为添加剂（参见：Hongqiang Liu, Guangfa Shi, Shulei Pan, Yuyu Jiang, Yanghui Zhang，Org. Lett·, 2013，15，4098)。因此，开发高效绿色的催化体系 实现羧酸与甲苯类化合物及杂环芳烃参与的酯化反应是极具创新性和应用价值的。
[0004]在过去的十多年内，铁系催化剂因具有廉价易得、低毒或者无毒、生物相容性好等 优点而得到了快速发展。以过氧化二叔丁基为氧化剂、以乙酰丙酮铁为催化剂实现了首例 铁系催化剂催化的羧酸与环醚类化合物的酯化反应，但遗憾的是该催化剂对甲苯参与的酯 化反应没有催化活性，对烯丙基烃类化合物活性差。总之，目前还未见经由铁系催化剂实现 的羧酸和甲苯类化合物及杂环芳烃的酯化反应。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种原料来源简单广泛、反应过程稳定、操作简便的制备方 法，以简单、安全、高效地制备羧酸酯类化合物。
[0006]为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是： 一种制备羧酸酯类化合物的方法，包括以下步骤：以铁（III)配合物为催化剂、以有机 过氧化物为氧化剂，通过羧酸化合物与第二化合物的氧化偶联反应制备得到羧酸酯类化合 物;所述铁（in)配合物的化学式为[(tBuNOfeOfcNtBiOCHHFeBrd;所述第二化合物为烷基 苯、甲基杂环芳烃或者烯丙基烃类化合物。
[0007] 上述制备方法具体为，依次将催化剂、羧酸化合物、过氧化物和第二化合物加到反 应器中，然后于100~120°C下，氧化偶联反应18~36小时;得到羧酸酯类化合物。为了提高 产物纯度，本发明在氧化偶联反应结束后冷却至室温，反应液经过柱层析得到羧酸酯类化 合物。
[0008] 上述技术方案中，铁（III)配合物的化学式为[(tBuNafeOfeNtBiOCHKFeBn]，可由 下列化学结构式表达：
上述技术方案中，所述氧化偶联反应在空气中进行。
[0009] 上述技术方案中，所述氧化剂为过氧化二叔丁基。
[0010]优选的技术方案中，所述羧酸化合物为苯甲酸、对甲基苯甲酸、三甲基苯甲酸、1-萘甲酸、2-呋喃甲酸、2-噻吩甲酸、4-氯苯甲酸、4-苯基丁酸、环丙基甲酸、环己基甲酸、己 酸、乙酸、丁酸、环己基甲酸、4-甲氧基苯甲酸、邻甲基苯甲酸、4-溴苯甲酸、4-氟苯甲酸、4-硝基苯甲酸;所述第二化合物为甲苯、二甲苯、三甲苯、乙苯、4-氯甲苯、2-甲基呋喃、2-甲基 噻吩、4-溴甲苯、4-氟甲苯、环己烯或者四甲基乙烯。
[0011]上述技术方案中，催化剂、羧酸化合物、过氧化物的摩尔比为(0.04~0.06) : 1: (2 ~3);优选为 0.05:1:2.5。
[0012]优选的技术方案中，所述氧化偶联反应是温度为110°C下；时间为20~25小时。
[0013] 优选的技术方案中，当第二化合物为烯丙基烃类化合物时，反应体系中加入有机 溶剂;有利于体系分散均匀，增加反应均匀性，优选有机溶剂为乙酸乙酯。
[0014] 根据本发明的技术方案，羧酸化合物可以与烷基苯类、甲基杂环芳烃化合物带有 的苄位的碳-氢键进行氧化偶联反应，制备羧酸苄基酯类化合物;羧酸化合物还可以与烯丙 基烃类化合物带有的烯丙位的碳-氢键进行氧化偶联反应，制备羧酸烯丙基酯类化合物。现 有技术未见经由铁系催化剂实现的羧酸化合物同时可以与甲苯类化合物、甲基杂环芳烃以 及烯丙基烃类化合物反应制备羧酸酯类化合物的方法，本发明采用一种铁（III)配合物催 化剂，通过羧酸分别与甲苯类化合物、甲基杂环芳烃以及烯丙基烃类化合物的氧化偶联反 应来合成相应的羧酸苄基酯或羧酸烯丙基酯，产物收率可以高达99%，取得了意想不到的技 术效果。
[0015] 由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点： 本发明所采用的铁(III)系催化剂组份单一、结构明确、合成简单、在空气中稳定存在， 有利于大规模合成使用。本发明首次以铁（III)配合物为催化剂，实现了羧酸与烷基苯、甲 基杂环芳烃及烯丙基烃类化合物的酯化反应，相对于现有技术所使用的四丁基碘化胺(催 化剂)/叔丁基过氧化氢(氧化剂）、乙酰丙酮铁(催化剂)/过氧化二叔丁基(氧化剂)等催化 体系，本发明不仅可以将催化剂用量大大降低、使催化效率显著提高，降低反应成本，而且 还可以将苄位型底物拓展到甲苯类化合物，同时对甲基杂环芳烃和烯丙基烃类化合物参与 的酯化反应也具有很好的催化活性，大幅提高了底物的适用性，为合成羧酸酯类化合物提 供了一种新的方法。
【具体实施方式】
[0016] 下面结合实施例对本发明作进一步描述： 实施例一 [(tBuNOfcOfeNtBu) CH] [FeBr4]催化的苯甲酸与甲苯的酯化反应 在反应瓶中依次加入苯甲酸(61.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（14.0毫克，0.025毫摩尔， 5 mo 1%)，过氧化二叔丁基(232微升，1.25毫摩尔），甲苯(3毫升），在110°C下反应24小时，反 应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1:100的混合溶剂 为展开剂），产率为94%。
[0017] 将产物溶于⑶Cl3中（约0.4 mL)，封管，室温下于Unity Inova-400型NMR仪上测定 表征：1!1匪1?(400 1抱，0)(：13，丁]\^):8.07-8.09 (111，2!〇，7.52-7.56 (111，1!〇，7.32-7.46 (m， 7H)， 5.36 (s， 2H)〇
[0018] 实施例二[(tBuNOfeOfeNtBiOCHEFeBn]催化的对甲基苯甲酸与甲苯的酯化反应 在反应瓶中依次加入对甲基苯甲酸(68.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂(28.0毫克，0.05毫 摩尔，10 mol%)，过氧化二叔丁基(232微升，1.25毫摩尔），甲苯(3毫升），在100°C下反应28 小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯（以石油醚为展开剂），产率为96%。
[0019] 将产物溶于⑶Cl3中（约0.4 mL)，封管，室温下于Unity Inova-400型NMR仪上测定 表征：? NMR (400 MHz, CDC13，TMS): 8.00 (d，2H), 7.46-7.48 (m，2H), 7.35-7.42 (m, 3H), 7.25 (d, 2H), 5.37 (s, 2H), 2.41 (s, 3H)〇
[0020] 实施例三[(tBuNOfeCH^Bu) CH] [FeBr4 ]催化的均三甲基苯甲酸与甲苯的酯化反 应 在反应瓶中依次加入均三甲基苯甲酸（82.1毫克，0.5毫摩尔），催化剂（14.0毫克， 0.025毫摩尔，5 mol%)，过氧化二叔丁基（187微升，1.00毫摩尔），甲苯(3毫升），在110°C下 反应24小时，反应结束后冷却至室温，产物用柱层析提纯（以乙酸乙酯/石油醚体积比为1: 50的混合溶剂为展开剂），产率为91%。
[0021] 将产物溶于⑶Cl3中（约0.4 mL)，封管，室温下于Unity Inova-400型NMR仪上测定 表征：? NMR (400 MHz, CDC13，TMS): 7.40-7.43 (m，2H), 7.28-7.36 (m，3H), 6.81 (s, 2H), 5.33 (s, 2H), 2.24 (s, 9H)〇
[0022] 实施例四[(tBuNOfcOfcNtBiOCH][FeBr4]催化的1-萘甲酸与甲苯的