CN102050721A - 苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，使用Co(PPh3)2Cl2为主催化剂，结构式（I）所示的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，其中R为C1-C5的烷基。本发明采用短链的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，相对于长链的相转移催化剂，生物降解性优良、毒性小，不仅水溶性增强，且具有对金属设备优良的缓蚀作用，并易于分离。

Description

苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法
技术领域
本发明涉及苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，属于有机化学技术领域。
背景技术
苯乙酸作为一种重要的精细化工产品，在医药、农药、香料等行业有着广泛的用途。在医药工业上主要用于制造青霉素G，其次是用于抗癫痫药、抗抑郁药、心血管药和抗风湿性药等；在农业上，用于制造杀虫剂、杀菌剂、除草剂和杀鼠剂等；在香料工业，苯乙酸及其酯作为定香剂和修饰剂，广泛地应用于肥皂、洗涤剂、清洁剂、化妆品、烟草、食品等行业。随着医药、农药、香料等行业的发展，苯乙酸的需求也将进一步的增加。目前，苯乙酸的生产工艺多达十余种，常见的主要有以下几种：氰化钠法、苯乙烯法、苯乙酮法、苯与醋酸酐法和氯苄羰基化法等。当前，国内的生产方法主要为传统的氰化钠法，该法虽然工艺简单、条件温和、环境治理成本高，但由于氰化钠具有剧毒，对环境造成很大的影响，因而制约了苯乙酸的发展。而比较受欢迎的方法为氯苄羰基化法，该法选择氯苄和一氧化碳作为反应原料，一氧化碳作为主要的大气污染物，通过汽车尾气及焦炉气大量排放到空气中。利用羰基化反应将一氧化碳有效的利用起来，不仅能创造显著的经济效益，还能对环境起到一定的保护作用。
苄氯羰基化反应中催化剂的选择，是该反应进行的关键。催化剂的选择文献报道主要是铑、钯和钴配合物催化剂。铑和钯虽然具有较好的催化活性，但价格昂贵，一定程度上限制了工业生产的应用。钴催化剂具有较低的成本，钴系催化剂研究最为多见的是八羰基二钴，但该催化剂存在制备复杂且不易长时间保存的缺陷。Co(PPh3)2Cl2不但成本低廉且活性较高，是性能非常优异的主催化剂。
本发明将新型相转移催化剂引入反应体系中，希望以此来改变多相反应中的反应不充分现象。目前国内外有关相转移催化剂的报道报道较少，主要为四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵、十八烷基三甲基氯化铵等，使用这些相转移催化剂存在用量大，回收循环利用率低，环境污染严重等缺点。因此筛选出一种催化性能优良且对环境友好的催化剂是一项非常重要的工作。
发明内容
本发明的目的是提供一种以Co(PPh3)2Cl2为主催化剂， 2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物为相转移催化剂催化苄基氯合成苯乙酸的方法，该方法用量少、催化活性高、操作简便、可循环使用、环境友好，以克服现有技术的主要不足。
本发明实现过程如下：
发明人经过大量的实验筛选，发现使用结构式（1）所示的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物在常压的条件下可进行有效的催化，并能得到较好的产率。
Figure 668865DEST_PATH_IMAGE001
         
其中R为C1-C5的烷基。
本发明选择制备简单且能够稳定保存的Co(PPh3)2Cl2作为主催化剂，2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，反应后处理简单。反应结束，分液，取水相，酸化即可得到苯乙酸。有机相中富含催化剂体系，可回收循环使用，解决了常见的催化剂的繁琐回收过程。
相转移催化剂与主催化剂的摩尔比为1:4~1:6，相转移催化剂与苄基氯的摩尔比为1:40~1:60。
苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，在主催化剂Co(PPh3)2Cl2，助催化剂三苯基膦和相转移催化剂2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物体系中，以二甲苯作为溶剂，加入苄基氯和重量20～40 %NaOH溶液，在40～70℃下反应，反应完成后水相用重量百分比10%盐酸调节至pH为2，所得溶液抽滤，即得到苯乙酸。
本发明的优点与积极效果：
1．本发明采用短链的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，所参与的催化体系，反应条件温和，反应温度仅为50-60℃，常压下进行，操作工艺简单，采用一锅煮的方法无需多步操作。
2．本发明采用短链的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，相对于长链的相转移催化剂，生物降解性优良、毒性小，不仅水溶性增强，且具有对金属设备优良的缓蚀作用，易于分离。
3．本发明使用的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物，制备工艺简单，合成成本低廉，且羰基化反应中用量较少，对产物的分离影响小，有利于工业化生产。
4．本发明使用的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物易回收，有机相即富含催化剂体系，回收循环使用后，催化效果降低不明显，避免了繁琐的催化剂回收过程，具有良好的工业化应用前景。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，以下通过发明人给出的实施例对本发明作进一步的详细描述。发明人对本发明涉及的5个相转移催化剂的催化及使用效果分别进行了描述，为体现该类新型的相转移催化剂的优越性，在实施例中与目前使用最多的相转移催化剂四丁基溴化铵进行了对比研究。
实施例1：相转移催化剂的合成及相关表征
     在100 ml的三颈瓶中加入0.10mol 乙酸和0.12mol N-(2-羟乙基)乙二胺，压力控制在26665Pa下，反应温度逐渐上升至200℃，约1.8 ml (0.1mol) 水蒸出。然后使体系压力逐渐降到3333Pa，反应过程中又有约1.8 ml (0.1mol) 水蒸出。减压冷却得到淡黄色固体，重结晶得到白色固体，即为咪唑啉中间体。
     在100 ml的三颈瓶中加入10 mmol 咪唑啉中间体和20 ml DMF, 升温至80℃。搅拌下，缓慢滴加11 mmol 氯乙醇。滴加完毕，继续反应5h。蒸除溶剂，柱分离得到2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物，产率为70%。
     2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉:C8H17N2O2, m/z：173.46（Calcd：173.13）,1HNMR(D2O, 400MHz) δ:4.00（s,4H, -CH2CH2-）,4.10(t,4H, -CH2-), 4.02 (t,4H, -CH2-), 2.72(s,3H,-CH3), IR( cm-1): 3234.22, 2936.17, 2888.51, 1611.34 。
     其余相转移催化剂的合成与上述方法类似。
实施例2：
2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，苄氯羰基化反应合成苯乙酸
在250 ml的三颈瓶中加入1 mmol 2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物相转移催化剂，以5 mmol Co(PPh3)2Cl2为主催化剂，2.5 mmol三苯基膦为助催化剂，以50 ml二甲苯为溶剂，常温常压下反应10min。加入50 mmol苄基氯、40ml 30%的NaOH溶液，在60℃下反应24h。除去有机相，水相用10%盐酸溶液调节至pH=2。所得溶液抽滤，即可得到苯乙酸，产品为白色片状晶体。收率达到78.5 %。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。
实施例3：
2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，苄氯羰基化反应合成苯乙酸
与实施例2类似，不同之处在于：在制备的羰基钴催化剂中加入实施例中回收的已使用过1次的相转移催化剂溶液和40ml 30%的NaOH溶液，其余反应条件相同。苯乙酸收率为73.3%。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。
实施例4：
2-甲基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，苄氯羰基化反应合成苯乙酸
与实施例2类似，不同之处在于：使用不锈钢反应设备进行4次反应，在制备的羰基钴催化剂中加入实施例中回收的已使用过3次的相转移催化剂溶液和40ml 30%的NaOH溶液，其余反应条件相同。苯乙酸收率为63.3%。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。相转移催化剂对设备有优良的缓蚀作用。
实施例5：
2-丁基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，苄氯羰基化反应合成苯乙酸
在250 ml的三颈瓶中加入1 mmol 2-丁基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物相转移催化剂，以5 mmol Co(PPh3)2Cl2为主催化剂，2.5 mmol三苯基膦为助催化剂，以50 ml二甲苯为溶剂，常温常压下反应10min。加入50mmol苄基氯、40ml 30%的NaOH溶液，在50℃下反应24h。除去有机相，水相用10%盐酸溶液调节至pH=2。所得溶液用乙醚萃取三次，合并有机相，无水硫酸镁干燥，过滤减压蒸馏，即可得到苯乙酸，产品为白色片状晶体。收率达到76.5 %。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。
实施例6：
2-丁基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，苄氯羰基化反应合成苯乙酸
与实施例5类似，不同之处在于：在制备的羰基钴催化剂中加入实施例中回收的已使用过3次的相转移催化剂溶液和40 ml 30%的NaOH溶液，其余反应条件相同。苯乙酸收率为65.2%。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。
实施例7：
与实施例5类似，不同之处在于：在苄氯羰基化合成苯乙酸的催化体系中加入四丁基溴化铵作为相转移催化剂，苯乙酸产率仅为20.1%。纯度仅为75%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。
实施例8：
与实施例7类似，不同之处在于未使用任何相转移催化剂，苯乙酸产率仅为9.60%。纯度99%。核磁、质谱、红外及元素分析数据与报道一致。

Claims (4)

1.苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，其特征在于：使用Co(PPh3)2Cl2为主催化剂，结构式（I）所示的2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物作为相转移催化剂，
Figure 1217DEST_PATH_IMAGE001
其中R为C1-C5的烷基。
2.根据权利要求1所述的苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，其特征在于：相转移催化剂与主催化剂的摩尔比为1:4~1:6。
3.根据权利要求1所述的苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，其特征在于：相转移催化剂与苄基氯的摩尔比为1:40~1:60。
4.根据权利要求1至3任意之一所述的苄基氯羰基化合成苯乙酸的方法，其特征在于：在主催化剂Co(PPh3)2Cl2，助催化剂三苯基膦和相转移催化剂2-烷基-1-二（2-羟乙基）-2-咪唑啉氯化物体系中，以二甲苯作为溶剂，加入苄基氯和重量百分比20～40% NaOH溶液，在40～70℃下反应，反应完成后水相用重量百分比10%盐酸调节至pH为2，所得溶液抽滤，即得到苯乙酸。
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