一种制备2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯的方法
技术领域
本发明属于有机合成领域,具体涉及的是2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯的合成方法。
背景技术
2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯,它是一类化工、医药、农药、香料等有机合成中重要的中间体,其化学结构式如下:
以2-芳基乙酸为底物制备2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯已有报道。以Arthur Gomtsyan小组和Roger N.Farr小组报道的为例。
Arthur Gomtsyan小组(J.Med.Chem.2008,51,392–395)报道的是以间溴苯乙酸为底物,先在甲醇中,加乙酰氯回流反应,反应结束后,萃取浓缩得到间溴苯乙酸甲酯;然后再在四氢呋喃溶剂中,加氢化钠,滴加间溴苯乙酸甲酯的四氢呋喃溶液,再滴加碘甲烷,回流反应,反应结束,萃取,精馏得到2-(3-溴苯基)-2,2-二甲基乙酸甲酯。其收率为:66%。
Roger N.Farr小组(Tetrahedron:Asymmetry Pergamon,2003,14,3503–3515)报道的是以对硝基苯乙酸为底物,在甲醇中硫酸催化先发生酯化反应得到对硝基苯乙酸甲酯;然后在N,N-二甲基甲酰胺中与叔丁醇钠,碘甲烷反应得到2-(43-硝基苯基)-2,2-二甲基乙酸甲酯。其收率为94%。
以上所述的2-取代苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯的制备方法存在如下缺点:
(1)采用大量甲醇作溶剂,不仅成本过高,而且回收困难,因此在工业生产中,不能达到最优化;
(2)需要通过两步反应才能制得产品,增加了工艺的复杂程度。
(3)碘甲烷价格高,生产成本较高。
发明内容
本发明提供一种合成2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯的方法,采用一锅法合成2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯,成本消耗低,操作简单,产率高。
为了实现本发明的技术目的,本发明的技术方案为:
一种制备2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯的合成方法,其步骤为:
以式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐为主要原料,室温下,非极性溶剂中,氢化钠作用下,与硫酸二甲酯,生成如式B所示的2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯;
所述的R基团为CH3-,CH3O-,NO2-,F-,Cl-,Br-,I-,CF3-,OH-,Ar-,Alkyl-;
所述的M基团为Na,K,Mg,Al。
所述的式A结构式如下
其中,R1、R2、R3选自卤素、甲氧基、硝基、羟基、C1~C6的烷基或氢;
或R2和R3形成含氮六元环;或R2和R3形成3,4-亚甲二氧基;
R4选自卤素、甲基、甲氧基、硝基、羟基、C1~C6的烷基或氢;
M选自钠盐、钾盐、镁盐、铝盐。
所述方法的具体步骤包括:
(A)在溶剂中,加入氢化钠,室温下加入如式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐或非极性溶剂与如式A所示的2-芳基乙酸的混合溶液,再加入硫酸二甲酯;
(B)加热至回流反应,待反应不能再进行时,用冰水浴控温,继续加入碘甲烷,碘甲烷与如式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐的摩尔比为0~4.0。
(C)反应结束后,淬灭,萃取,减压浓缩,精馏,得到2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯。
所述的非极性溶剂为四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺或1,4-二氧六环。
所述的氢化钠的量与如式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐的摩尔比为2.0~6.0。
所述的硫酸二甲酯的量与如式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐的摩尔比为0.1~3.0。
所述的碘甲烷的量与如式A所示的2-芳基乙酸或其钠盐、钾盐、镁盐、铝盐的摩尔比为0.8~4.0。
采用本发明的技术方案所达到的有益效果:
(1)本发明避免了已知方法中的高温、有害溶剂、危险操作、特殊装置等工艺条件。
(2)本发明采用一锅反应,先甲酯化,然后再在氢化钠条件下2-芳基乙酸甲酯直接脱氢,因此无需经历第一步过程的纯化操作;甲酯化、甲基化过程在同一个反应釜中完成,就可以达到纯度较高的产品,大大简化了工艺,而且收率得到了很大的提高。
附图说明
图1为对溴苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
图2为邻氟苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
图3为邻硝基苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
图4为间溴苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
图5为对甲氧基苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
图6为苯乙酸所述方法监控时淬灭萃取得到的产物的GC图谱
其中,保留时间12.0min左右为2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯;
图7为2-对溴苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
图8为2-邻硝基苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
图9为2-邻氟苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
图10为2-间溴苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
图11为2-对甲氧基苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
图12为2-苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
其中仪器型号:JNM-ECX,所用条件为CDCl3,300K,AV-300;
具体实施方式
以下结合具体实例对本发明的技术方案做进一步说明,但不限制本发明。
本发明所述的对原料2-芳基乙酸,即对产物2-芳基-2,2-二甲基乙酸甲酯的检测方法为GC法,其具体检测条件如下:
方法一:
方法二:
具体原料
实施例1
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入70mL无水四氢呋喃,再加入6.9g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加10g对溴苯乙酸与30mL无水四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.5g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加7.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应1.5小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图1)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体10.8g,收率:90.8%,纯度:92.5%(GC)。2-对溴苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR请见附图7。
实施例2
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入50mL无水N,N-二甲基甲酰胺,再加入6.9g氢化钠,用冰水浴控温至15℃,在15℃时缓慢滴加10g对溴苯乙酸与30mL无水N,N-二甲基甲酰胺的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.5g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加7.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应1.5小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体10.0g,收率:84.0%,纯度:85.7%(GC)。
实施例3
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入50mL无水1,4-二氧六环,再加入6.9g氢化钠,用冰水浴控温至20℃,在20℃时缓慢滴加10g对溴苯乙酸与70mL无水1,4-二氧六环的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.5g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加7.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应1.5小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体10.2g,收率:85.7%,纯度:92.1%(GC)。
实施例4
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入70mL无水四氢呋喃,再加入8.4g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加7.7g邻氟苯乙酸与50mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加10.6g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应8小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图2)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体9.3g,收率:94.8%,纯度:92.3%(GC)。图9为2-邻氟苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
实施例5
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入80mL无水四氢呋喃,再加入8.0g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加9.1g邻硝基苯乙酸与70mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加9.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应4小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图3)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品棕黑色液体9.6g,收率:85.7%,纯度:92.0%(GC)。图8为2-邻硝基苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
实施例6
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入70mL无水四氢呋喃,再加入7.4g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加10.8g间溴苯乙酸与30mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加6.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加7.8g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应1小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图4)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体9.6g,收率:86.0%,纯度:92.9%(GC)。图10为2-间溴苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
实施例7
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入150mL无水四氢呋喃,再加入18.8g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加16.6g对甲氧基苯乙酸与100mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加13.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加21.2g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应20小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图5)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加50mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体18.6g,收率:89.4%,纯度:98.0%。图11为2-对甲氧基苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
实施例8
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入14.8g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加13.6g苯乙酸与80mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加13.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加15.6g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控(见附图6)。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加50mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体15.3g收率:86.0%,纯度:96.5%。图12为2-苯基-2,2-二甲基乙酸甲酯产物的1H-NMR。
实施例9
在氮气保护的250mL四口烧瓶中加入70mL无水四氢呋喃,再加入7.4g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加10.8g间溴苯乙酸与30mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加18.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应4小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加30mL水,用100mL甲苯萃取三次,再用50mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,粗品精馏得淡黄色液体8.4g,收率:67.3%,纯度:82.9%(GC)。
实施例10
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入15.6g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加15.0g对甲基苯乙酸与80mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加37.8g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加11.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应5小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加50mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体15.6g收率:87.6%,纯度:97.3%。
实施例11
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水2-甲基四氢呋喃,再加入16.0g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加18.9g2-氯-6-氟苯乙酸与100mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加15.3g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加15.2g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应4小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加70mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体19.2g收率:88.5%,纯度:94.2%。
实施例12
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入24g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加20.5g3,4-二氯苯乙酸与120mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加1.4g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加52.2g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3.5小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加80mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体21.0g收率:89.7%,纯度:95.1%。
实施例13
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入16.3g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加18.0g3,4-(亚甲二氧基)苯乙酸苯乙酸与110mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加15.2g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加16.4g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加80mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体18.5g收率:88.9%,纯度:93.3%。
实施例14
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入15.6g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加18.7g6-喹啉乙酸苯乙酸与120mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加37.8g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加56.8g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加80mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体18.4g收率:85.7%,纯度:91.5%。
实施例15
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入120mL无水四氢呋喃,再加入17.0g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,在10℃时缓慢滴加23.9g2-氯-5-(三氟甲基)苯乙酸与140mL四氢呋喃的混合溶液,滴加完毕慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加11.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加24.3g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加80mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体24.2g收率:86.2%,纯度:92.7%。
实施例16
在氮气保护的500mL四口烧瓶中加入250mL无水四氢呋喃,再加入8.0g氢化钠,用冰水浴控温至10℃,缓慢加入15.8g苯乙酸钠,慢慢回至室温反应0.5小时。然后再降温至10℃,在10℃~20℃缓慢滴加13.9g硫酸二甲酯,滴加结束后加热至回流反应2小时,待反应不能再继续进行时,用冰水浴控温至10℃,仍在在10℃~20℃缓慢滴加15.1g碘甲烷,滴加完毕后加热至回流反应3小时至反应完全。监控时用水淬灭,乙酸乙酯萃取,GC监控。后处理,冷却至室温,往反应体系滴加80mL水,用200mL甲苯萃取三次,再用100mL饱和食盐水洗三次,无水硫酸钠干燥,减压浓缩除去溶剂,得到粗品淡黄色液体15.8g收率:88.9%,纯度:94.5%。