CN102267894B - 一种制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法。本发明以成本较为低廉的3,4-二甲氧基甲苯为原料,利用硫酸、双氧水和金属溴化物先将其定向溴代为2-溴-4,5-二甲氧基甲苯,再在四丁基溴化铵的催化下经高锰酸钾氧化制得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸。本发明原料价廉易得,产品收率高,工艺路线新颖,对环境友好,反应条件温和,操作简单,非常适合工业化大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学合成领域,特别涉及一种制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法。
背景技术
2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸,英文名称为2-BROMO-4,5-DIMETHOXYBENZOIC ACID,CAS登记号为6286-46-0,分子式为C9H9BrO4,分子量261.07,结构如式I所示:
式I
医药上,2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸可以作为制备各种黄酮、黄烷酮、异黄酮以及山酮等类药物的中间体,如专利CN201110004591.6就以其作为制备芒果苷元的关键中间体原料之一。目前,国内外文献对2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的制备方法少有报道,仅有文献报道的主要工艺路线和方法有下面两种:
第一种方法——3,4-二甲氧基苯甲醛法:以3,4-二甲氧基苯甲醛为原料,在醋酸中与溴发生溴代反应制得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲醛,再经氧化制得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸(参考文献:Collection of Czechoslovak Chemical Communications,53(12),3184-92;1988;Piatak,Flynn,Yim,and Roosenberg.Observations on Bromine Rearrangement during Demethylation of Bromomethoxybenzoic Acids.J.Org.Chem.,Vol.42,No.6,1977,1068-1070;Chai-Lin Kao and Ji-Wang Chern.A Novel Strategy for the Synthesis of Benzofuran Skeleton Neolignans:Application to Ailanthoidol,XH-14,and Obovaten.J.Org.Chem.2002,67,6772-6787),其工艺路线如下:
该方法存在的主要问题如下:
1)收率低。第一步收率65%,第二步收率74%,两步总收率仅有48%。
2)溴代反应难度大,反应时间长,选择性差。第一步对3,4-二甲氧基苯甲醛进行溴代时,由于受醛基位阻和电子效应的共同影响,溴代难度较大,需长时间反应,而且溴代的定向选择性差,在发生C-6位取代的同时还伴随有C-2、C-5位取代的发生,因此反应物成分复杂,反应结束后还需采用柱层析、重结晶等手段才能实现主产物的分离,不仅收率低,而且费工费时,生产成本高(文献:Chai-Lin Kao and Ji-Wang Chern.A Novel Strategy for the Synthesis of Benzofuran Skeleton Neolignans:Application to Ailanthoidol,XH-14,and Obovaten.J.Org.Chem.2002,67,6772-6787)。
3)第一步对3,4-二甲氧基苯甲醛进行溴代时,使用毒性极高的溴,对环境和人身危害大,而且溴素为挥发性气体,性质活泼,运输、储存和操作使用都不方便。
第二种方法——3,4-二甲氧基苯甲酸:以3,4-二甲氧基苯甲酸为原料,在醋酸中与溴发生溴代反应,一步制得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸(文献:PCTInt.Appl.,2007103260,13Sep 2007),其工艺路线如下:
该方法存在的问题如下:
1)原料3,4-二甲氧基苯甲酸价格高昂,市场无批量供应,无法满足工业化生产需要;
2)面临着溴的高毒、高危害以及运输、储存和使用不便等问题;
3)与第一种方法相比,由于羧基位阻和电子效应的影响比醛基更大,溴代反应难度更大,反应时间更长,选择性更差,虽然只有一步反应,但实际收率不到50%。因此,该方法基本无实际应用价值。
现有技术所使用的合成方法,多存在原料不易获得,收率低,污染大,成本高等问题,因而只能满足小规模的实验室研究需要,而无实际工业应用价值。因此,需要找到一种经济实用并且所得产率高的制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题为针对现有技术中2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸制备产率低的缺点,提供了一种高产率制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法。
本发明采取的技术方案是,1)3,4-二甲氧基甲苯和硫酸、双氧水以及金属溴化物在温度为30~60℃、摩尔投料比为1.0∶0.5~0.8∶1.0~1.2∶1.0~1.2的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基甲苯;2)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯在高锰酸钾和四丁基溴化铵的水溶液中在温度为50~90℃、摩尔投料比为1.0∶3.0~3.5∶0.02~0.10的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸。
本发明的具体内容是:
第一步:3,4-二甲氧基甲苯在硫酸、双氧水和金属溴化物的作用下,于30~60℃下搅拌反应2~4小时,得到2-溴-4,5-二甲氧基甲苯。
其中,所述的金属溴化物为溴化钠或溴化钾,3,4-二甲氧基甲苯、硫酸、 双氧水和金属溴化物的合理摩尔投料比为1.0∶0.5~0.8∶1.0~1.2∶1.0~1.2。
各物料的投料比和反应温度是影响该步反应的最关键因素。对比例3-4列举了不合理摩尔投料比和温度下的对比反应。由对比例可以看出,在合理摩尔投料比和温度范围之外的反应,其副产物增多,主产物产率降低。
作为优选,邻二甲氧基苯、硫酸、双氧水和金属溴化物的摩尔投料比为1.0∶0.5~0.8∶1.0~1.2∶1.0~1.2。
作为优选,反应温度为30~60℃。
由于甲基对溴代反应的位阻和电子效应影响比醛基和羧基明显减小,3,4-二甲氧基甲苯在C-6位定向发生溴代的机率和选择性较3,4-二甲氧基苯甲醛和3,4-二甲氧基苯甲酸大幅提高。
该步反应在30~60℃条件下反应2~4小时即可完成。反应完成后,加入0.5M亚硫酸氢钠水溶液中和过剩的双氧水,用乙酸乙酯分两次萃取,萃取液蒸除乙酸乙酯即得浅黄色油状的2-溴-4,5-二甲氧基甲苯,纯度大于95%,收率约97%。
第二步:2-溴-4,5-二甲氧基甲苯在高锰酸钾和四丁基溴化铵的水溶液中于50~90℃下搅拌反应5~6小时,得到2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸。
各物料的投料比和反应温度是影响该步反应的最关键因素。对比例7-8列举了不合理摩尔投料比和温度下的对比反应。由对比例可以看出,在合理摩尔投料比和温度范围之外的反应,其副产物增多,主产物产率降低。
作为优选,该步反应2-溴-4,5-二甲氧基甲苯与高锰酸钾、四丁基溴化铵的合理摩尔投料比为1.0∶3.0~3.5∶0.02~0.10。
作为优选,反应温度为50~90℃。
该步反应中,反应温度对收率影响很大,需严格控制。反应温度过低,反应难于彻底进行,收率低;反之,反应温度过高,副产物增多,同样导致主产物收率下降。
反应结束后,反应液乘热过滤,滤液用盐酸调节pH至4,有白色沉淀析出,静置3~9h,过滤,过滤物干燥即得白色固体2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸,纯度大于95%,收率大于92%。
本发明的主要优点为:
1)本发明与现有技术相比,2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的产率接近90%,较现有技术的总收率48~50%有显著提高;
2)本发明与现有技术相比,所用原料3,4-二甲氧基甲苯是一种较为常见的化工原料,价格低廉,获得容易,极具成本优势。
3)溴代反应,是制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的关键环节。与现有技术相比,本发明最大的创新之处在于选择了对溴代反应位阻和电子效应影响较小的3,4-二甲氧基甲苯为原料,使得溴代反应不但容易进行,而且溴代定向发生在C-6位上,产物单一,收率大幅提高。由于溴代产物单一,产品纯度高,无需像现有技术那样进行烦琐的过柱和重结晶操作,因而大幅降低了劳动强度和人工成本。
4)本发明与现有技术相比,以H2SO4/H2O2/NaBr(或KBr)体系代替现有技术中的Br2/AcOH体系进行卤代反应,避免了有毒有害易挥发的卤素的使用,对环境和人身友好,便于运输、储存和操作使用。
具体实施方式
本发明公开了一种制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法,本领域技术人员可以借鉴本文内容,适当改进工艺参数实现。特别需要指出的是,所有类似的替换和改动对本领域技术人员来说是显而易见的,它们都被视为包括在本发明。本发明的方法及应用已经通过较佳实施例进行了描述,相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的方法和应用进行改动或适当变更与组合,来实现和应用本发明技术。
本发明采取的技术方案是,1)3,4-二甲氧基甲苯和硫酸、双氧水以及金属溴化物在温度为30~60℃、摩尔投料比为1.0∶0.5~0.8∶1.0~1.2∶1.0~1.2的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基甲苯;2)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯在高锰酸钾和四丁基溴化铵的水溶液中在温度为50~90℃、摩尔投料比为1.0∶3.0~3.5∶0.02~0.10的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸。
在具体的实施例中,实施例1-2阐述了本发明方法的第一步反应,由于甲基对溴代反应的位阻和电子效应影响比醛基和羧基明显减小,3,4-二甲氧 基甲苯在C-6位定向发生溴代的机率和选择性较3,4-二甲氧基苯甲醛和3,4-二甲氧基苯甲酸大幅提高。
在具体的实施例中,实施例5-6阐述了在温度条件为50~90℃时本发明方法的第二步反应。该步反应中,反应温度对收率影响很大,需严格控制。反应温度过低,反应难于彻底进行,收率低;反之,反应温度过高,副产物增多,同样导致主产物收率下降。
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
实施例1:2-溴-4,5-二甲氧基甲苯的合成
称取22.8g(0.15mol)3,4-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入8.0g(0.08mol)浓硫酸、18ml 30%双氧水(约合0.16mol H2O2)和200ml水,搅拌下加入19.0g(0.16mol)溴化钾,于60℃搅拌反应2.5小时,经TLC检测原料点消失后,加入0.5M亚硫酸氢钠水溶液中和过剩的双氧水,用约300ml乙酸乙酯分两次萃取(2×150ml),萃取液合并,用约8g的无水硫酸钠干燥,真空回收乙酸乙酯,尽量抽干,得浅黄色油状物约33.7g,收率97.3%,经HPLC检测纯度达95.9%。1HNMR(CDCl3):δ6.98(s,1H,H5),6.75(s,1H,H2),3.85(s,3H,OCH3),3.84(s,3H,OCH3),2.35(s,3H,CH3)。
实施例2:2-溴-4,5-二甲氧基甲苯的合成
称取36.0g(0.24mol)3,4-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入15.0g(0.15mol)浓硫酸、28ml 30%双氧水(约合0.25mol H2O2)和300ml水,搅拌下加入25.8g(0.25mol)溴化钠,于50℃搅拌反应3.5小时,经TLC检测原料点消失后,加入0.5M亚硫酸氢钠水溶液中和过剩的双氧水,用约400ml乙酸乙酯分两次萃取(2×200ml),萃取液合并,用约10g的无水硫酸镁干燥,真空回收乙酸乙酯,尽量抽干,得浅黄色油状物约53.5g,收率97.8%,经HPLC检测纯度达95.5%。δ6.98(s,1H,H5),6.75(s,1H,H2),3.85(s,3H,OCH3),3.84(s,3H,OCH3),2.35(s,3H,CH3)。
对比例3:摩尔投料比对2-溴-4,5-二甲氧基甲苯的合成的影响
称取22.8g(0.15mol)3,4-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入8.0g(0.08mol)浓硫酸、18ml 30%双氧水(约合0.16mol H2O2)和200ml水,搅拌下加入28.5g(0.24mol)溴化钾,于60℃搅拌反应2.5小时,经TLC检测原料点消失后,加入0.5M亚硫酸氢钠水溶液中和过剩的双氧水,用约300ml乙酸乙酯分两次萃取(2×150ml),萃取液合并,用约8g的无水硫酸钠干燥,真空回收乙酸乙酯,尽量抽干,得浅黄色油状物约20.2g,收率58.3%。此反应溴化钾用量过多,副反应增加,主产物收率较低。见表1
对比例4:温度对2-溴-4,5-二甲氧基甲苯的合成的影响
称取22.8g(0.15mol)3,4-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入8.0g(0.08mol)浓硫酸、18ml 30%双氧水(约合0.16mol H2O2)和200ml水,搅拌下加入19.0g(0.16mol)溴化钾,于90℃搅拌反应2.5小时,经TLC检测原料点消失后,加入0.5M亚硫酸氢钠水溶液中和过剩的双氧水,用约300ml乙酸乙酯分两次萃取(2×150ml),萃取液合并,用约8g的无水硫酸钠干燥,真空回收乙酸乙酯,尽量抽干,得2-溴-4,5-二甲氧基甲苯约21.9g,收率63.2%。此反应温度过高,副产物增多,主产物收率较低。见表1
表1摩尔投料比及温度对反应的影响
实施例5:2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的合成
称取16.0g(0.07mol)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入200ml水、1.3g(0.004mol)四丁基溴化铵后,将反应液加热至80℃,搅拌下加入高锰酸钾34.8g(0.22mol)反应5.5小时,经TLC检测原料点消失,反应液乘热过滤,滤液用盐酸调节pH至4,有白色沉淀析出,静置3h,过滤,过滤物干燥即得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸16.7g,收率92.4%,经HPLC检测纯度97.4%。熔点188-190℃;1HNMR(CDCl3):δ7.58(s,1H),δ7.14(s,1H),δ3.94(s,3H),δ3.92(s,3H);13CNMR(CDCl3)δ56.1,56.4,114.7,115.5,117.3,121.2,147.8,152.8,170.7。
实施例6:2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的合成
称取35.0g(0.152mol)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入350ml水、2.9g(0.009mol)四丁基溴化铵后,将反应液加热至85℃,搅拌下加入高锰酸钾75.8g(0.48mol)反应5小时,经TLC检测原料点消失,反应液乘热过滤,滤液用盐酸调节pH至4,有白色沉淀析出,静置5h,过滤,过滤物干燥即得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸36.8g,收率93%,经HPLC检测纯度95.8%。熔点188-190℃;1HNMR(CDCl3):δ7.58(s,1H),δ7.14(s,1H),δ3.94(s,3H),δ3.92(s,3H);13CNMR(CDCl3)δ56.1,56.4,114.7,115.5,117.3,121.2,147.8,152.8,170.7。
对比例7:摩尔投料比对2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的合成的影响
称取16.0g(0.07mol)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入200ml水、1.3g(0.004mol)四丁基溴化铵后,将反应液加热至80℃,搅拌下加入高锰酸钾16.0g(0.10mol)反应5.5小时,反应液乘热过滤,滤液用盐酸调节pH至4,有白色沉淀析出,静置3h,过滤,过滤物干燥,得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸11.7g,收率64.7%。此反应高锰酸钾投料比过低,使得产物收率较低。见表2
对比例8:温度对2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的合成的影响
称取16.0g(0.07mol)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯投入到500ml反应瓶中,加入200ml水、1.3g(0.004mol)四丁基溴化铵后,将反应液加热至30℃,搅拌下加入高锰酸钾34.8g(0.22mol)反应8小时,经TLC检测原料点仍大量存在。30℃下再继续搅拌反应8小时,TLC检测原料点仍部分存在,说明反应仍然未进行彻底。反应液乘热过滤,滤液用盐酸调节pH至4,有白色沉淀析出,静置3h,过滤,过滤物干燥,得2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸13.9g,收率76.9%。此反应温度过低,反应难于彻底进行,耗时长,产物收率低。见表2
表2摩尔投料比及温度对反应的影响
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种制备2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸的方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)3,4-二甲氧基甲苯和硫酸、双氧水以及金属溴化物在温度为30~60℃、摩尔投料比为1.0:0.5~0.6:1.0~1.1:1.0~1.1的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基甲苯;所述金属溴化物为溴化钠或溴化钾;
2)2-溴-4,5-二甲氧基甲苯在高锰酸钾和四丁基溴化铵的水溶液中在温度为50~90℃、摩尔投料比为1.0:3.1~3.2:0.02~0.06的条件下反应,得到2-溴-4,5-二甲氧基苯甲酸。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤1)反应时间为1~8小时。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,步骤1)反应时间为2~4小时。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,步骤2)反应时间为2~10小时。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,步骤2)反应时间为5~6小时。
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