乙酰乙酸乙酯合成新方法

乙酰乙酸乙酯合成新方法

摘 要: 报道了用 KF-2Al2O3 作催化剂, 用DMF 为溶剂, 合成乙酰乙酸乙酯的新型方法, 考察了诸因素对产率的影响, 找出了最佳的反应条件: 催化剂与反应物二者摩尔比为 1∶1、反应温度为 18～25°C。利用以往方法合成乙酰乙酸乙酯产率只有 45% , 但用该方法可将产物收率提高到 82%。

关键词: KF-2Al2O3; 催化剂; 乙酰乙酸乙酯; 合成

自从Ando 和 Yamawaki 发现KF-2Al2O3 催化剂以来, 该催化剂在有机合成及药物合成中得到了广泛的应用。Ando 和 Yamawaki 报道了氧-烷基化反应、氮-烷基化反应以及碳-烷基化反应; Clark将KF-2Al2O3 催化剂用于M ichael 加成反应中;A lloum、V illem in 将KF-2Al2O3催化剂用于 Kno-evenagel 缩合反应中; 日本学者中本泰正将KF-2Al2O3 用于冠状血管扩张剂硫氮酮中间体的氮烷基化; 作者曾将该催化剂用于Claisen-Schmidt 缩合反应中, 也得到了成功。对这类反应还有一些报道, 这类反应共同的特点是反应条件温和(多数在室温条件下进行), 副反应少, 后处理简单, 立体选择性高且产率较高。乙酰乙酸乙酯传统的制备方法是用新制备的乙醇钠作催化剂经Claisen 酯缩合来制备, 乙醇钠的制备比较烦杂且较危险, 用该方法制备收率只有 45%。作者用KF-2Al2O3 作催化剂经Claisen 酯缩合将收率提高到 82%。乙酰乙酸乙酯是一种重要的有机合成及药物合成中间体, 在有机合成、药物合成、食品工业及化妆品工业中有着极其广泛的应用。迄今为止用KF-2Al2O3 作催化剂合成乙酰乙酸乙酯尚鲜见报道。合成路线如下:

1 实验部分

1. 1 仪器与试剂

核磁共振谱用Bruker-AM- 500 超导核磁共振波谱仪测定(溶剂为CDCl3), 由华东理工大学分析测试中心提供测试。Al2O3、DMF、HAc 及乙酸乙酯为分析纯, 上海五四化学试剂厂产品; KF -H2O 为分析纯, 上海试剂三厂产品。

1. 2 合成方法

1. 2. 1 KF-2Al2O3 催化剂的制备

将物质的量之比 KF∶Al2O3∶H 2O = 1∶1∶6的 3 种物质(Al2O3 为层析用, 100～ 200 目) 混合后于 65～ 70°C 下加热回流 1 h, 减压蒸干溶剂, 固体物在 115～ 120°C下烘干 3 h, 即得KF-2Al2O3催化剂。

1. 2. 2 乙酰乙酸乙酯的合成

在 250 mL 圆底烧瓶中加入 50 g(0. 66 mol)乙酸乙酯、105 g(0. 66 mol) KF-2Al2O3催化剂、10 mL N,N-二甲基甲酰胺(DMF) 电磁搅拌, 温度控制在18～25°C(室温), 硅胶板薄层层析(TLC) 跟踪反应基本完成, 用 200～300 目硅胶过滤, 将混合物中的固体KF-2Al2O3滤去并回收。滤液中加入 50% (质量分数)的醋酸直至溶液呈弱酸性为止。将反应液移入液漏斗中, 加入等体积的饱和食盐水, 用力振荡后放置分层, 分出酯层用无水硫酸钠干燥, 将干燥过的酯层转入蒸馏烧瓶中在 95°C 热水浴上蒸去未反应的乙酸乙酯。再将瓶内的剩余液体转入克氏烧瓶中进行减压蒸馏, 收集 82°C (2. 66 kPa) 馏分。得到52. 1 g 产

物, 产率 82. 1%。 bp: 179. 9°C (文献值180. 4°C), 折光率 nn : 1. 4190(文献值: 1. 4192)。

2 结果与讨论

2. 1 对产物结构表征

用KF-2Al2O3作催化剂, 由乙酸乙酯合成乙酰乙酸乙酯的核磁共振波谱图及数据如下:

1HNMR: 4.1(m,2H, -CH, J= 3. 62), 3.37(s,2H, -CH-CO), 2.18 (s, 3H, -CO-CH), 1. 223

18(m ,3H, -CH3,J= 3.64)。

由以上1HNMR 波谱图及数据不难看出与乙酰乙酸乙酯相应的结构相符。

2. 2 催化剂用量对产物收率的影响

其它条件不变, 只改变催化剂KF-2Al2O3的用量, 实验结果如表 1 所示。

由表 1 可知, 催化剂用量为 105 g 时产物收率最高。这可能是催化剂用量太低达不到催化量要求导致收率低; 另一方面催化剂用量太高, 超过催化量时由于催化剂的吸附作用而导致收率降低。

2. 3 反应温度对产率的影响

反应时间均为 4 h 时, 其它条件不变, 只改变反应温度, 实验结果如表 2 所示。

由表 2 可知反应温度对产率确实有影响, 温度越高收率越低, 这可能是随着温度的升高副产物增多的缘故, 以 18～ 25°C 时收率最高。

2. 4 溶剂对反应收率的影响

其它条件不变, 只改变溶剂的种类, 实验结果如表 3 所示。

由表 3 可知溶剂对产率确实有影响, 使用极性溶剂有利于产率的提高, 这可能是溶剂极性越大越有利于氟离子生成的缘故。CHCl3 虽然比CCl4 极性大, 但CHCl3 的C 上有较活泼H, 被氟离子取代, 从而使碱性载体KF-2Al2O3 的活性降低, 产率也随之下降。

2. 5 对反应机理的讨论

作者认为可能的机理为分散在固体Al2O3 表面上的 KF 电离出氟离子 F-, 该 F-与Al2O3 协同作用夺取 α-H 产生碳负离子, 该碳负离子再进攻另一个分子的羰基而得到产物。表示如下：

另外, 滤液中加入50% (质量分数)醋酸直至溶液呈弱酸性的原因是乙酰乙酸乙酯中亚甲基上的氢活性很强, 在 F-的作用下转化成钾盐, 加入 50%(质量分数)的醋酸即可将其转化成产物乙酰乙酸乙酯。

碱性载体——KF-2Al2O3 催化剂可以回收重复利用, 但活性较不如从前。

3 结论

以KF-2Al2O3作催化剂、由乙酸乙酯合成乙酰乙酸乙酯制备简单、产率较高, 而且反应条件极为温和(室温), 可用于Claisen 酯缩合反应中。