CN102391060B

CN102391060B - 催化羟基乙酰化的方法

Info

Publication number: CN102391060B
Application number: CN 201110279243
Authority: CN
Inventors: 陈新志; 计立; 钱超
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2011-09-20
Filing date: 2011-09-20
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2031-09-20
Also published as: CN102391060A

Abstract

本发明公开了一种催化羟基乙酰化的方法，以醇或酚作为底物，在醇或酚的乙酰化反应中，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，乙酸酐为乙酰化试剂，反应在无溶剂条件下进行；反应温度为40～80℃，反应时间为0.75～3.0h；乙酸酐与底物的摩尔比为1.0～6.0∶1，Lewis碱离子液体[HDBU]OAc与底物的摩尔比为10％～30％；反应完毕后，加入乙醚，过滤，上层萃取液依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤后，加入无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚，即得产物。本发明的催化羟基乙酰化的方法，具有反应条件温和、收率高、成本低、绿色安全等特点。

Description

催化羟基乙酰化的方法

技术领域

本发明涉及一种有机合成方法，特别是Lewis碱离子液体[HDBU]OAc催化的羟基乙酰化反应。

背景技术

乙酰化反应是有机合成中最常见的反应之一，乙酰基也是复杂合成反应中的常用保护基。根据文献报道，醇类和酚类化合物分子中羟基的乙酰化保护，常采用乙酰氯或乙酸酐在酸或者碱催化作用下进行，其中吡啶、4-二甲氨基吡啶(DMAP)和4-吡咯吡啶(PPY)等都是性能优良的碱性催化剂。此外，质子酸(如对甲苯磺酸)、Lewis酸(如过渡金属卤化物、三氟甲磺酸盐、高氯酸盐)以及固体酸(如分子筛等)等酸性催化剂也能催化羟基乙酰化反应。以上所述的催化剂虽然已在实验室规模甚至工业化生产中得到应用，但依然存在诸如反应时间长、反应条件苛刻、所需试剂价格昂贵且有毒有害等缺陷。

1，8-二氮杂双环(5.4.0)十一-7-烯(1，8-diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene，简称DBU)是一种有机强碱，结构如S-1所示，纯品为无色或浅黄色透明液体，主要用途是作为药物合成中的优良有机碱脱酸剂，可以取代诸如三乙胺、N，N-二甲苯胺、吡啶和喹啉等，广泛应用于有机合成中。DBU与诸如乙酸等常见有机酸发生中和反应后可以得到室温离子液体，结构通式如S-2所示，该类离子液体可以催化Michael加成和Knoevenagel缩合等一系列有机反应(参考文献：(a)Tetrahedron Lett.2009，50，1653；(b)Arkivoc，2009，XI，288；(c)Chem.Res.Chinese Universities，2009，25，876；(d)J.Chem.Res.2010，30.)。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种反应条件温和、收率高、成本低、绿色安全的催化羟基乙酰化的方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种催化羟基乙酰化的方法，以醇或酚作为底物，在醇或酚的乙酰化反应中，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，乙酸酐为乙酰化试剂，反应在无溶剂条件下进行；反应温度为40～80℃，反应时间为0.75～3.0h；

乙酸酐与底物的摩尔比为1.0～6.0∶1，Lewis碱离子液体[HDBU]OAc与底物的摩尔比为10％～30％；

反应完毕后，加入乙醚，过滤，上层萃取液依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤后，加入无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚，即得产物。

作为本发明的催化羟基乙酰化的方法的改进：Lewis碱离子液体[HDBU]OAc的制备方法为：

在反应器中加入DBU(1，8-二氮杂双环(5.4.0)十一-7-烯，又名1，8-diazabicyclo(5.4.0)undec-7-ene)，在冰水浴条件下，滴加(缓慢滴加)等摩尔量的冰醋酸，滴加期间保持温度为0～5℃，滴加完毕后，移除冰水浴，在室温下反应22～26h，所得反应产物在真空条件下干燥22～26h(干燥温度为50～70℃)；得到Lewis碱离子液体[HDBU]OAc，呈淡黄色，其结构式如下：

[HDBU]OAc是1，8-二氮杂双环(5.4.0)十一-7-烯乙酸盐的简称。

作为本发明的催化羟基乙酰化的方法的进一步改进：采用TLC和GC监测反应进程。

作为本发明的催化羟基乙酰化的方法的进一步改进：酚为4-硝基苯酚、苯酚、2-硝基苯酚、4-氯代苯酚、对甲苯酚、对叔丁基苯酚、2，6-二叔丁基苯酚、邻苯二酚或者对苯二酚；

醇为正丁醇、叔丁醇、异戊醇、1，2，3-丙三醇、1，2-丙二醇、异戊烯醇、苄醇或葡萄糖。

本发明所述的Lewis碱离子液体其英文名称是Lewis basic ionic liquid。室温一般指10～30℃。在本发明中，每10mmol的底物配合使用10～30ml的乙醚。

本发明的Lewis碱离子液体[HDBU]OAc制备反应式如下：

本发明的乙酰化反应的反应式如下：

R＝aryl，alkyl。

采用本发明的方法，所得产物的纯度一般为95％～98％。如有需要，可按照常规技术用柱色谱分离提纯。

本发明的Lewis碱离子液体[HDBU]OAc催化的羟基乙酰化反应，具有如下优点：

1、催化剂原料DBU价格相对便宜，制成室温离子液体后解决了其具有不愉快气味的问题，且便于保存；

2、对比于吡啶和DMAP等乙酰化催化剂以及4-吡咯吡啶(PPY)，显著降低了催化剂用量，反应条件更加温和，反应时间短，收率高，简化了反应后处理，反应更加绿色友好；

3、对比于过渡金属盐类催化剂，[HDBU]OAc对水和空气均不敏感，且没有重金属离子残留的问题，对设备腐蚀小；

4、催化剂制备过程简单，便于操作。

具体实施方式

以下实施例中所述的离子液体[HDBU]OAc即为上文中告知的Lewis碱离子液体[HDBU]OAc。

实施例1、离子液体[HDBU]OAc制备，依次进行以下步骤：

在50mL三口烧瓶中加入7.6g(50mmol)DBU，加入冰水浴，开启磁力搅拌。量取冰醋酸3.0g(50mmol)，转入恒压滴液漏斗，缓慢滴入烧瓶中，期间保持反应温度低于5℃(控制在0～5℃)。待冰醋酸滴加完毕，撤除冰水浴，室温下搅拌反应24h。所得油状反应物在60℃下真空干燥24h后得到淡黄色粘稠液体，即为Lewis碱离子液体[HDBU]OAc，置于干燥器内保存。

其结构式如下：

实施例2、一种Lewis碱离子液体催化的羟基乙酰化方法(即催化羟基乙酰化的方法)，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，依次进行以下步骤：

在配有球形冷凝管的25mL烧瓶中加入4-硝基苯酚(1.39g，10mmol)和新蒸的乙酸酐(1.03g，10.1mmol)，再加入催化剂[HDBU]OAc(0.42g，2mmol，即20％的摩尔比)，开启磁力搅拌，缓慢升温至50℃。TLC(展开剂：EtOAc/hexanes＝1∶4，V/V)和GC监测反应进程。45min后4-硝基苯酚转化完毕，加入20mL乙醚稀释反应液，过滤，能分离出上层产物，所得有机相(即含有产物的上层萃取液)依次用10mL饱和NaHCO₃溶液和10mL水洗涤后，加入0.5g无水Na₂SO₄干燥，减压(0.02MPa)旋蒸，除去乙醚，即得淡黄色固体1.72g(收率95％，纯度为97.2％)，熔程78.5-79.1℃。¹HNMR(400MHz，CDCl₃，TMS)：¹H-NMR：δ8.22(d，J＝8.8Hz，2H)，7.25(d，J＝8.8Hz，2H)，2.31(s，3H)；¹³CNMR(100MHz，CDCl₃)：168.37，155.36，145.24，125.13，122.43，21.03.产物确认为4-硝基苯基乙酸酯。

实施例3、一种Lewis碱离子液体催化的羟基乙酰化方法，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，依次进行以下步骤：

在配有球形冷凝管的25mL烧瓶中加入苯酚(0.94g，10mmol)和新蒸的乙酸酐(1.03g，10.1mmol)，再加入催化剂[HDBU]OAc(0.42g，即20％的摩尔比)，开启磁力搅拌，缓慢升温至50℃。TLC(展开剂：EtOAc/hexanes＝1∶4，V/V)和GC监测反应进程。45min后苯酚转化完毕，加入20mL乙醚稀释反应液，过滤，分离出上层产物，所得有机相(即含有产物的上层萃取液)依次用10mL饱和NaHCO₃溶液和10mL水洗涤后，加入0.5g无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚，即得无色油状液体1.28g(收率94％，纯度为95.3％)。¹H NMR(400MHz，CDCl₃，TMS)：7.40-7.35(m，2H)，7.24-7.19(m，1H)，7.08-7.06(m，2H)，2.24(s，3H)；¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：169.32，150.45，129.37，125.74，121.69，21.05.产物确认为乙酸苯酯。

实施例4、一种Lewis碱离子液体催化的羟基乙酰化方法，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，依次进行以下步骤：

在配有球形冷凝管的25mL烧瓶中加入2-硝基苯酚(1.39g，10mmol)和新蒸的乙酸酐(1.03g，10.1mmol)，再加入催化剂[HDBU]OAc(0.42g，即，20％的摩尔比)，开启磁力搅拌，缓慢升温至50℃。TLC(展开剂：EtOAc/hexanes＝1∶4，V/V)和GC监测反应进程。45min后2-硝基苯酚转化完毕，加入20mL乙醚稀释反应液，过滤，分离出上层产物，所得有机相依次用10mL饱和NaHCO₃溶液和10mL水洗涤后，加入0.5g无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚即得淡黄色固体1.72g(收率95％，纯度为97.6％)，熔程38.0-38.5℃。¹HNMR(400MHz，CDCl₃，TMS)：8.11(d，J＝8.1Hz，1H)，7.62(t，J＝7.8Hz，1H)，7.34(t，J＝7.8Hz，1H)，7.19(d，J＝8.1Hz，1H)，2.33(s，3H)；¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：169.29，145.37，140.84，134.65，135.49，127.56，126.73，21.15.产物确认为2-硝基苯基乙酸酯。

实施例5、一种Lewis碱离子液体催化的羟基乙酰化方法，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，依次进行以下步骤：

在配有球形冷凝管的25mL烧瓶中加入4-氯代苯酚(1.29g，10mmol)和新蒸的乙酸酐(1.03g，10.1mmol)，再加入催化剂[HDBU]OAc(0.42g，即20％摩尔比)，开启磁力搅拌，缓慢升温至50℃。TLC(展开剂：EtOAc/hexanes＝1∶4，V/V)和GC监测反应进程。45min后4-氯代苯酚转化完毕，加入20mL乙醚稀释反应液，过滤，分离出上层产物，所得有机相依次用10mL饱和NaHCO₃溶液和10mL水洗涤后，加入0.5g无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚，即得无色油状液体1.60g(收率94％，纯度为97.2％)。¹H NMR(400MHz，CDCl₃，TMS)：7.28(d，2H，J＝8.9Hz)，6.58(d，2H，J＝8.9Hz)，2.23(s，3H)，¹³C NMR(100MHz，CDCl₃)：169.58，149.36，133.93，129.45，124.73，20.92.产物确认为4-氯代苯基乙酸酯。

实施例6～18与实施例2～5的操作步骤基本相同，采用不同底物，反应条件根据底物的不同有所改变，因此将实施实例6～18的结果列为表1，以便对比。

表1

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.催化羟基乙酰化的方法，其特征在于：以醇或酚作为底物，在醇或酚的乙酰化反应中，以Lewis碱离子液体[HDBU]OAc为催化剂，乙酸酐为乙酰化试剂，反应在无溶剂条件下进行；反应温度为40~80℃，反应时间为0.75~3.0 h；

乙酸酐与底物的摩尔比为1.0~6.0：1，所述Lewis碱离子液体[HDBU]OAc与底物的摩尔比为10%~30%；

反应完毕后，加入乙醚，过滤，上层萃取液依次用饱和NaHCO₃溶液和水洗涤后，加入无水Na₂SO₄干燥，减压旋蒸除去乙醚，即得产物；

所述Lewis碱离子液体[HDBU]OAc的制备方法为：

在反应器中加入1,8-二氮杂双环（5.4.0）十一-7-烯，在冰水浴条件下，滴加等摩尔量的冰醋酸，滴加期间保持温度为0~5℃，滴加完毕后，移除冰水浴，在室温下反应22~26 h，所得反应产物在真空条件下干燥22~26 h；得到Lewis碱离子液体[HDBU]OAc，其结构式如下：

。

2.根据权利要求1所述的催化羟基乙酰化的方法，其特征在于：采用TLC和GC监测反应进程。

3.根据权利要求1或2所述的催化羟基乙酰化的方法，其特征在于：

所述酚为4-硝基苯酚、苯酚、2-硝基苯酚、4-氯代苯酚、对甲苯酚、对叔丁基苯酚、2,6-二叔丁基苯酚、邻苯二酚或者对苯二酚；

所述醇为正丁醇、叔丁醇、异戊醇、1,2,3-丙三醇、1,2-丙二醇、异戊烯醇、苄醇或葡萄糖。