CN103183612A - 二丙基丙二酸二酯的制备方法 - Google Patents
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Abstract
Description
技术领域
本发明属于化学制药领域,具体而言,涉及一种二丙基丙二酸二酯的制备方法。
背景技术
二丙基丙二酸二酯是一类重要的化学药物中间体,其结构式如下所示,二丙基丙二酸二酯可用于合成治疗精神类疾病的药物丙戊酸钠、丙戊酸半钠。
美国专利文献US 5856569中记载了以下制备方法:使用的起始物为烷基羰基乙酸酯,双烷基化的产物水解后,经脱羰基得到丙戊酸。反应路线如下:
该方法存在以下缺点:
1.反应在有机相(溴丙烷)和水相(氢氧化钠、水)两相系统中进行,需要使用大量的相转移催化剂。例如,在该专利文献的实施例中使用了四丁基溴化铵(TBABr)作为相转移催化剂,相转移催化剂与反应物烷基羰基乙酸酯的摩尔比为0.06∶0.05。相转移催化剂的使用增加了后处理的工作量,对产品的质量和收率也有影响,相转移催化剂本身也污染环境。
2.反应中的溴丙烷与反应物烷基羰基乙酸酯的摩尔比为(0.5+0.249)∶0.05,溴丙烷的用量是反应物烷基羰基乙酸酯用量的15倍左右,使用了大大过量的卤丙烷,大量浪费原料,增加了生产成本,并且过量的溴丙烷的后处理复杂,影响产品质量和收率。
3.反应所需时间很长,需要45个小时以上。
科技文献:唐汉华,方大为,许新华.氢氧化铯作用下α-烷基(或α,α-二烷基)丙二酸二乙酯的合成〔J〕.合成化学,2009,17(4):480-482中公开了以下反应路线:
在该反应中使用的碱是无机碱氢氧化铯(CsOH),并以二甲基甲酰胺(DMF)作为反应溶剂。该方法存在以下缺点:氢氧化铯是无机物中碱性最强的物质,腐蚀性极强,属于危险品,不适用于工业化生产中使用;该反应为固/液两相反应,而氢氧化铯在DMF中溶解性不好,因此反应所需时间长;DMF的沸点高,反应结束后很难通过旋蒸除去,需要大量的水洗,增加反应成本,影响产品质量。
印度专利申请No.2006 MU01618公开了以下反应:
在该反应中使用了金属钠,使用叔丁醇作为反应溶剂,该方法存在以下缺点:金属钠化学性质非常活泼,可与氧反应且易燃,不便于储存和使用,不利于安全生产,不适合用于工业化大生产;金属钠在叔丁醇中溶解性不好,该反应为固/液两相反应,反应所需时间长。
美国专利申请公开No.20060148722公开了以下反应:
美国专利申请公开No.20050215488公开了以下反应:
以上两个反应都使用氢化钠作为碱,使用二甲基甲酰胺(DMF)作为反应溶剂,反应过夜。上述两个方法的缺点在于:氢化钠性质活泼,对水敏感,储存和使用不方便,不适用于工业化大生产,不利于安全生产;氢化钠在DMF中溶解性不好,反应为固/液两相反应,反应所需时间长;DMF沸点高,作为溶剂在反应结束后很难通过旋蒸除去,需要大量的水洗,增加了反应成本,影响了产品质量。
科技文献Chemistry Preprint Server,Organic Chemistry,1-9,CPS:orgchem/0212001;2002中公开了以下反应:
该反应使用氢氧化钾(KOH)作为碱,1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐(174501-64-5)作为溶剂和相转移催化剂,该方法的缺点为:反应在两相系统中进行,需要使用大量的相转移催化剂,1-正-丁基-3-甲基咪唑鎓六氟磷酸盐作为溶剂和相转移催化剂价格昂贵,成本较高,不适合工业化大生产;两相系统的反应时间较长,通常需要25个小时以上。
科技文献Synthesis,(1),54-5;1985公开了以下反应:
该方法的缺点为:反应在有机相和水相两相系统中进行,需要使用大量的相转移催化剂,在该方法中使用了苄基三乙基氯化铵(TEBAC)作为相转移催化剂,相转移催化剂增加了后处理的工作量,对产品的质量和收率也有影响,相转移催化剂本身也污染环境;反应需要使用过量的卤丙烷,浪费原料,增加成本,并且过量的溴丙烷的后处理也很麻烦,影响产品质量和收率;反应时间所需很长,两相反应至少需要25个小时以上。
发明内容
为解决上述现有技术中存在的问题,本发明提供了一种二丙基丙二酸二酯的制备方法。
具体而言,本发明提供:
(1)一种二丙基丙二酸二酯的制备方法,其包括:
1)在有机反应溶剂中,以碱为催化剂,使丙二酸二酯和1-卤代正丙烷发生反应,从而制得二丙基丙二酸二酯,其反应式如以下反应式(I)所示:
反应式(I)
其中,R1、R2各自独立地为选自1-5个碳原子的直链或支链烷烃;X为卤素;所述碱为MO-R3,其中R3为1-4个碳原子的直链或支链烷烃,M为钠或钾。
(2)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的碱为选自甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠以及叔丁醇钾中的一种;优选地,所述的碱为叔丁醇钾。
(3)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的有机反应溶剂为醇;优选地,所述的醇为选自甲醇、乙醇、正丁醇以及叔丁醇中的一种;更优选地,所述的醇为叔丁醇。
(4)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的R1、R2各自独立地为选自1-3个碳原子的直链或支链烷烃;优选地,所述的R1、R2各自独立地为甲基或者乙基;优选地,所述的R1、R2相同。
(5)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的X选自氯、溴或碘;优选地,所述的X为溴。
(6)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的丙二酸二酯与所述的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2-5);优选地,所述的丙二酸二酯与所述的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2.5-5)。
(7)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的丙二酸二酯与所述的碱的摩尔比为1∶(2-5);优选地,所述的丙二酸二酯与所述的碱的摩尔比为1∶(2.5-5)。
(8)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的1-卤代正丙烷与所述的碱的摩尔比为1∶1。
(9)根据(1)所述的制备方法,其中,所述的碱和所述的有机反应溶剂选自由以下组合所组成的组中:叔丁醇钾和叔丁醇、乙醇钠和乙醇、甲醇钠和甲醇、以及叔丁醇钠和叔丁醇;优选地,所述的碱为叔丁醇钾,所述的有机反应溶剂为叔丁醇。
(10)根据(1)-(9)中任一项所述的制备方法,其中,所述的制备方法还包括:
2)对步骤1)得到的反应产物进行过滤,收集滤液并蒸干,从而得到二丙基丙二酸二酯粗品。
本发明的方法与现有技术相比具有以下优点和积极效果:
本发明的反应是在有机均相系统中进行的,无需添加相转移催化剂,简化了反应和后处理步骤,提高了反应效率。本反应在9小时之内即可反应完全,大幅降低了反应时间,降低了生产成本。此外,本发明的方法大幅降低了反应中所需添加的卤代烷的量,从而反应结束后无需蒸馏除去过量的卤代烷,简化了后处理步骤,适合于药用化合物的中间体的合成。
本发明的产品收率高,收率可达70%以上,其中,优选方案叔丁醇钾-叔丁醇的收率可达90%以上,反应产物可直接在下一步反应中使用,因此,本发明的反应降低了生产成本,适合于工业化大生产。
具体实施方式
以下通过具体实施方式的描述对本发明作进一步说明,但这并非是对本发明的限制,本领域技术人员根据本发明的基本思想,可以做出各种修改或改进,但是只要不脱离本发明的基本思想,均在本发明的范围之内。
本发明人通过大量实验发现:在二丙基丙二酸二酯的制备反应中,当采用MO-R3作为碱时,反应能够在有机均相系统中进行,而无需添加相转移催化剂,提高了催化效率,其中R3为1-4个碳原子的直链或支链烷烃,M为钠或钾。
根据本发明的一种实施方案,提供了一种二丙基丙二酸二酯的制备方法,其包括:
1)在有机反应溶剂中,以碱为催化剂,使丙二酸二酯和1-卤代正丙烷发生反应,从而制得二丙基丙二酸二酯,其反应式如以下反应式(I)所示:
反应式(I)
其中,R1、R2各自独立地选自1-5个碳原子的直链或支链烷烃,优选为1-3个碳原子的直链或支链烷烃,更优选为甲基或者乙基,以及优选的是,所述的R1、R2相同;X为卤素,优选为氯、溴、或碘,更优选为溴;所述碱为MO-R3,其中R3为1-4个碳原子的直链或支链烷烃,M为钠或钾。
优选地,该反应在加热回流条件下进行。
该反应可以进行7-9小时,优选8小时,以使反应完全。
优选地,丙二酸二酯选自:丙二酸二甲酯、丙二酸二乙酯、丙二酸甲酯丙酯、丙二酸丁酯戊酯。
优选地,二丙基丙二酸二酯选自:二丙基丙二酸二甲酯、二丙基丙二酸二乙酯、二丙基丙二酸甲酯丙酯、二丙基丙二酸丁酯戊酯。
优选地,所述的碱为甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠以及叔丁醇钾中的一种,更优选为叔丁醇钾。
优选地,所述的反应溶剂为醇;更优选为甲醇、乙醇、正丁醇以及叔丁醇中的一种;进一步优选为叔丁醇。
由于所述的碱MO-R3在醇溶剂中溶解度非常好,所以烷基化反应是在有机相均相系统中进行的,特别适合制备二丙基丙二酸二酯。优选叔丁醇钾作为碱、叔丁醇作为反应溶剂;或者乙醇钠作为碱、乙醇作为反应溶剂;或者甲醇钠作为碱、甲醇作为反应溶剂;或者叔丁醇钠作为碱、叔丁醇作为反应溶剂。更优选叔丁醇钾作为碱、叔丁醇作为反应溶剂。
其中叔丁醇钾作为碱、叔丁醇作为反应溶剂时,产品收率可达到90%以上,明显比用乙醇钠作为碱、乙醇作为反应溶剂、或甲醇钠作为碱、甲醇作为反应溶剂时收率高,并且也明显比应用叔丁醇钠作为碱、叔丁醇作为反应溶剂时反应收率高。
优选地,所述的丙二酸二酯与所述的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2-5),更优选为1∶(2.5-5)。
优选地,所述的丙二酸二酯与所述的碱的摩尔比为1∶(2-5),更优选为1∶(2.5-5)。
优选地,所述的1-卤代正丙烷与所述的碱的摩尔比为1∶1。
还优选地,丙二酸二酯、1-卤代正丙烷、碱的摩尔比为1∶(2-5)∶(2-5),更优选为1∶(2.5-5)∶(2.5-5)。
优选地,1-卤代正丙烷和碱可以1次加入反应体系中,也可以分2次或更多次加入。
优选地,所述的制备方法还包括:
2)对步骤1)得到的反应产物进行过滤,收集滤液并浓缩,从而得到二丙基丙二酸二酯粗品。
优选地,在步骤2)中对步骤1)得到的反应产物进行抽滤,得到滤饼,对滤饼用有机溶剂(如:乙酸乙酯)进行洗涤,收集洗涤液并与滤液合并,用水和饱和氯化钠水溶液进行洗涤,并进行浓缩和干燥,从而得到二丙基丙二酸二酯粗品。
根据本发明的一个实施方案,所述方法的具体步骤可以是(但不限于):丙二酸二酯在有机反应溶剂中与1-卤代正丙烷和碱混合(丙二酸二酯与起始投料量的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2-4);丙二酸二酯与起始投料量的碱的摩尔比为1∶(2-4);1-卤代正丙烷与碱的摩尔比为1∶1),加热至回流,丙二酸二酯与1-卤代正丙烷发生烷基化反应,当反应进行5小时后,再补加1-卤代正丙烷和碱(1-卤代正丙烷和碱各自补加量为各自起始投料量的1/4),继续反应完全;抽滤,滤饼使用有机溶剂(如:乙酸乙酯)洗涤,合并滤液和洗涤液,用水和饱和氯化钠水溶液洗涤滤液,浓缩滤液,干燥,得到二丙基丙二酸二酯;所述反应溶剂为醇溶剂,所述碱为MO-R3,其中,R3为1-4个碳的直链或支链烷烃,M为钠或钾。
以下通过实施例的方式进一步解释或说明本发明内容,但这些实施例不应被理解为对本发明保护范围的限制。
在以下实施例中,所述的收率计算公式为:(实际产品质量/理论产品质量)×100%。
在以下实施例中,所述的纯度计算方法采用的是面积归一化法。
在以下实施例中,所述的eq为摩尔当量。
实施例1
叔丁醇钾作为碱,叔丁醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二乙酯。
500mL三口瓶中加入叔丁醇50mL,搅拌下加入丙二酸二乙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-溴丙烷15.3g(125mmol,2.0eq)、叔丁醇钾14g(125mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷3.8g(31.8mmol,0.5eq)和叔丁醇钾3.5g(31.8mmol,0.5eq),再过3小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液得粗品14.06g,粗品收率92%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例2
乙醇钠作为碱,乙醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二乙酯。
500mL三口瓶中加入乙醇60mL,搅拌下加入丙二酸二乙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-溴丙烷15.3g(125mmol,2.0eq)、乙醇钠8.5g(125mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷3.8g(31.8mmol,0.5eq)和乙醇钠2.1g(31.8mmol,0.5eq),再过4小时TLC监测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品12.77g,粗品收率83.6%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例3
甲醇钠作为碱,甲醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二乙酯。
500mL三口瓶中加入甲醇55mL,搅拌下加入丙二酸二乙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-溴丙烷15.3g(125mmol,2.0eq)、甲醇钠6.75g(125mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷3.8g(31.8mmol,0.5eq)和甲醇钠1.69g(31.8mmol,0.5eq),再过3.5小时TLC监测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品12.25g,粗品收率80.2%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例4
叔丁醇钾作为碱,叔丁醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二甲酯。
500mL三口瓶中加入叔丁醇50mL,搅拌下加入丙二酸二甲酯10g(75.7mmol,1.0eq)、1-溴丙烷18.5g(151.4mmol,2.0eq)、叔丁醇钾17g(151.4mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷4.6g(37.8mmol,0.5eq)和叔丁醇钾4.25g(37.8mmol,0.5eq),再过3.5小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干得粗品14.79g,粗品收率90.5%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例5
乙醇钠作为碱,乙醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二甲酯。
500mL三口瓶中加入乙醇60mL,搅拌下加入丙二酸二甲酯10g(75.7mmol,1.0eq)、1-溴丙烷18.5g(151.4mmol,2.0eq)、乙醇钠10.3g(151.4mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷4.6g(37.8mmol,0.5eq)和乙醇钠2.6g(37.8mmol,0.5eq),再过3.5小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品12.83g,粗品收率78.5%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例6
甲醇钠作为碱,甲醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二甲酯。
500mL三口瓶中加入甲醇60mL,搅拌下加入丙二酸二甲酯10g(75.7mmol,1.0eq)、1-溴丙烷18.5g(151.4mmol,2.0eq)、甲醇钠8.2g(151.4mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷4.6g(37.8mmol,0.5eq)和甲醇钠2.05g(37.8mmol,0.5eq),再过4小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品12.49g,粗品收率76.4%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例7
叔丁醇钠作为碱,叔丁醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二乙酯。
500mL三口瓶中加入叔丁醇50mL,搅拌下加入丙二酸二乙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-溴丙烷15.3g(125mmol,2.0eq)、叔丁醇钠14g(125mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷3.8g(31.8mmol,0.5eq)和叔丁醇钠3.5g(31.8mmol,0.5eq),再过3小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品11.73g,粗品收率76.8%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例8
甲醇钠作为碱,甲醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸甲酯丙酯。
500mL三口瓶中加入甲醇60mL,搅拌下加入丙二酸甲酯丙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-氯丙烷30.6g(250mmol,4.0eq)、甲醇钠13.5g(250mmol,4.0eq),升温至回流,5小时后补加1-氯丙烷7.6g(63.6mmol,1eq)和甲醇钠3.38g(63.6mmol,1eq),再过3.5小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品10.77g,粗品收率70.5%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例9
乙醇钠作为碱,乙醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸丁酯戊酯。
500mL三口瓶中加入乙醇60mL,搅拌下加入丙二酸丁酯戊酯10g(45.5mmol,1.0eq)、1-碘丙烷11.2g(91mmol,2.0eq)、乙醇钠10.3g(151.4mmol,2.0eq),升温至回流,5小时后补加1-碘丙烷2.8g(22.8mmol,0.5eq)和乙醇钠2.6g(37.8mmol,0.5eq),再过3.5小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液,得粗品10.05g,粗品收率72.3%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
实施例10
叔丁醇钾作为碱,叔丁醇作为反应溶剂,制备2,2-二丙基丙二酸二乙酯。
500mL三口瓶中加入叔丁醇50mL,搅拌下加入丙二酸二乙酯10g(62.5mmol,1.0eq)、1-溴丙烷30.6g(250mmol,4.0eq)、叔丁醇钾28g(250mmol,4.0eq),升温至回流,5小时后补加1-溴丙烷7.6g(63.6mmol,1.0eq)和叔丁醇钾7.0g(63.6mmol,1.0eq),再过3小时取样TLC检测反应完全,降至室温后抽滤,滤饼使用50mL乙酸乙酯洗涤,合并滤液,自来水洗滤液两次(50mL×2),饱和氯化钠水溶液洗滤液两次(50mL×2),无水硫酸钠干燥,旋干滤液得粗品14.01g,粗品收率91.7%,不需要进一步纯化就可直接用于下步反应。
Claims (10)
2.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的碱为选自甲醇钠、乙醇钠、叔丁醇钠以及叔丁醇钾中的一种;优选地,所述的碱为叔丁醇钾。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的有机反应溶剂为醇;优选地,所述的醇为选自甲醇、乙醇、正丁醇以及叔丁醇中的一种;更优选地,所述的醇为叔丁醇。
4.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的R1、R2各自独立地为选自1-3个碳原子的直链或支链烷烃;优选地,所述的R1、R2各自独立地为甲基或者乙基;优选地,所述的R1、R2相同。
5.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的X选自氯、溴或碘;优选地,所述的X为溴。
6.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的丙二酸二酯与所述的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2-5);优选地,所述的丙二酸二酯与所述的1-卤代正丙烷的摩尔比为1∶(2.5-5)。
7.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的丙二酸二酯与所述的碱的摩尔比为1∶(2-5);优选地,所述的丙二酸二酯与所述的碱的摩尔比为1∶(2.5-5)。
8.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的1-卤代正丙烷与所述的碱的摩尔比为1∶1。
9.根据权利要求1所述的制备方法,其中,所述的碱和所述的有机反应溶剂选自由以下组合所组成的组中:叔丁醇钾和叔丁醇、乙醇钠和乙醇、甲醇钠和甲醇、以及叔丁醇钠和叔丁醇;优选地,所述的碱为叔丁醇钾,所述的有机反应溶剂为叔丁醇。
10.根据权利要求1-9中任一项所述的制备方法,其中,所述的制备方法还包括:
2)对步骤1)得到的反应产物进行过滤,收集滤液并蒸干,从而得到二丙基丙二酸二酯粗品。
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