CN103848736B - 一种合成对甲氧基苯甲酸的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种合成对甲氧基苯甲酸的方法，尤其是一种以氙灯光照为条件，以空气或氧气氧化，溴化氢水溶液为催化剂合成对甲氧基苯甲酸的方法。本发明所提供的合成对甲氧基苯甲酸的方法具有显著的优点：采用了氙灯光照为能量来源，为工业上制备各种精细化学品提供了一种全新的思路；本发明方法避免了传统合成方法中使用高毒，易制毒试剂，提高了工业合成反应的清洁性，降低了环境污染；本发明方法一步完成，使用的原料种类单一，提高了工艺的经济性。

Description

一种合成对甲氧基苯甲酸的方法
一、技术领域
本发明涉及一种合成对甲氧基苯甲酸的方法，尤其是一种以氙灯光照为条件，以空气或氧气氧化，溴化氢水溶液为催化剂合成对甲氧基苯甲酸的方法。
二、背景技术
对甲氧基苯甲酸（4-methoxybenzoic acid）在常温下为无色针状晶体，熔点182~185 oC，沸点为275 oC，闪点为185 oC，又称为对茴香酸、4-茴香酸、大茴香酸，溶于乙醇、乙醚、氯仿，微溶于热水，难溶于冷水。对甲氧基苯甲酸是许多药物及香料的中间体, 例如它是新型高效、低毒智能改善药物茵拉西坦的中间体, 也是抗心律失 常药物乙胺碘肤酮的重要中间体, 亦可用于香料和防腐剂。其分子式为C8H8O3，相对分子质量为152.15。对甲氧基苯甲酸的结构式为：
对甲氧基苯甲酸的工业生产方法是采用对羟基苯甲酸在碱性条件下, 用硫酸二甲酯进行甲基化, 由于对羟基苯甲酸有羧基, 因此甲基化时耗用较多的碱, 反应后还需用酸酸化, 对羟基苯甲酸价格也较昂贵，从而增加了成本。孟祥军，张宝发，葛欣曾经报道过用对甲苯酚为原料, 通过甲基化、氧气氧化制备对甲氧基苯甲酸。但在此工艺中甲基化时也要用到硫酸二甲酯，同样耗用了较多的碱, 而且需要两步完成；在氧气氧化的过程中还需要使用CoBr2，MnBr2等金属盐作催化剂。造成了重金属污染的同时，还增加了工艺的成本。邓启华介绍了以对甲苯酚和碘甲烷为原料, 用聚乙二醇作相转移催化剂, 制备对甲氧基苯甲酸的方法。该工艺用到了碘甲烷（剧毒）作为反应原料，反应分两步进行；在第二步中使用醋酸酐（易制毒），以及金属催化剂。难以工业化的同时，也增加了成本。
随着环境经济的发展，对甲氧基苯甲酸的传统的生产方法所暴露出来的不具有可持续发展性的弊端，亟需被环境更友好的方法所取代。
光化学作为一门新兴学科，在欧美国家已经得到了较为系统的发展。其中，有机光化学的基本理论体系已经建立起来了。但在中国，有机光化学的发展还比较落后。光照而引发的自由基反应，往往可以在很低的温度下进行，此时很多副反应已不能发生，另外很多官能团在光照下并不是活性很高或根本不参与光反应，因此该反应的官能团容忍性将会很好，更利于在全合成的工作中发挥作用。将光化学的方法用于很多反应，将不再需要苛刻的无水无氧条件，操作更加容易。此外，光能比加热更清洁，并节约能源，降低成本，同时可以减少因使用金属试剂的成本和污染。
三、发明内容
本发明提供一种（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷在光照下经碳硅键高效断裂脱去三甲基硅自由基，生成相应的苄基自由基中间体，随后苄基自由基在氧气或空气的氧化作用下被氧化成对甲氧基苯甲醛，对甲氧基苯甲醛在催化量的溴化氢溶液的催化下被氧化成对甲氧基苯甲酸。
为实现上述发明目的，一种合成对甲氧基苯甲酸的方法可按以下方案来进行，包括以下步骤：
1. 将（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷加入反应器中，加入无水溶剂，再加入催化剂。
    2. 将充满氧气的球胆连接到石英反应器并排除体系内的空气，使反应在纯氧的氧化下进行；或将球型冷凝管与石英反应器相连接，让反应在空气的氧化下进行。
3. 将连接好的反应器放在氙灯（300 W）照射下反应；反应产物经TLC和高效液相色谱确定（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全后，真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，计算对二苯甲酸的产量和产率。
本发明方法与传统工艺相比有着显著的优点。主要特点有：（1）新方法采用了氙灯光照为能量来源，为工业上制备各种精细化学品提供了一种全新的思路。（2）本发明方法避免了传统合成方法中使用高毒，易制毒试剂，提高了工业合成反应的清洁性，降低了环境污染。（3）本发明方法采用溴化氢溶液作为反应的催化剂催化剂，降低了成本。（4）本发明方法一步完成，使用的原料种类单一，提高了工艺的经济性。（5）本发明方法可选择在常温、常压下完成反应。在常温、常压下反应可以降低对反应设备的要求，降低反应设备制造成本及反应过程成本，提高反应的安全性。（6）本发明采用空气作为氧化剂来源，进一步节约了成本。（7）本发明方法提供了一种碳硅键高效断裂，以及高选择性氧化的新方法。
四、具体实施方式
本发明的一种合成对甲氧基苯甲酸的方法，包括以下步骤：
1. 将（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷加入反应器中，加入无水溶剂，再加入催化剂。其中催化剂为质量百分数40% 的溴化氢水溶液；溶剂为二氯甲烷、DMF、THF、苯、乙腈、甲醇、硝基甲烷中一种或几种的混合物，优选无水乙腈和无水苯；反应器在实验室可以使用石英反应器、高硼硅玻璃容器，工业生产时可以使用带有石英片的釜式反应器或管式反应器等；反应器温度设定为0 oC~50 oC；（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷与催化剂的摩尔比为5 : 1。
    2. 将充满氧气的球胆连接到石英反应器并排除体系内的空气，使反应在纯氧的氧化下进行；或将球型冷凝管与石英反应器相连接，让反应在空气的氧化下进行。
3. 将连接后的反应器放在氙灯（300 W）照射下反应4~12个小时。经TLC和高效液相色谱确定原料（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全后，真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，计算对二苯甲酸的产量和产率。
下面以具体的实施例来详细说明本方法，实例不代表限制本专利的发明范围。
    实施例1
在50 mL石英反应瓶中，加入41 mg（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷，10 mL无水乙腈，5.4 μL溴化氢溶液(aq. 40％)，在纯氧环境中磁力搅拌，25 oC下将反应瓶置于300W氙灯光源下照射6小时。经TLC和高效液相色谱分析，原料（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全，且只有单一的产物生成。 真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，产物为对甲氧基苯甲酸，产物质量为29 mg，产率为90%。
    实施例2
在50 mL石英反应瓶中，加入41 mg（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷，10 mL无水乙腈，5.4 μL溴化氢溶液(aq. 40％)，在纯氧环境中磁力搅拌， 50 oC下将反应瓶置于300W氙灯光源下照射12小时。反应时间达到后，经TLC和高效液相色谱分析，原料（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全，且只有单一的产物生成。真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，产物为对甲氧基苯甲酸，产物质量为26 mg，产率为81%。
    实施例3
在50 mL石英反应瓶中，加入42 mg（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷，10 mL无水乙腈，5.4 μL溴化氢溶液(aq. 40％)，在纯氧环境中磁力搅拌，0 oC下将反应瓶置于300W氙灯光源下照射4小时。反应时间达到后，经TLC和高效液相色谱分析，原料（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全，且只有单一的产物生成。 真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，产物为对甲氧基苯甲酸，产物质量为28 mg，产率为85%。
实施例4
在50 mL石英反应瓶中，加入41 mg（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷，10 mL无水乙腈，5.4 μL溴化氢溶液(aq. 40％)，在空气环境中磁力搅拌，25 oC下将反应瓶置于300W氙灯光源下照射4小时。反应时间达到后，经TLC和高效液相色谱分析，原料（4-甲氧基苄基）三甲基硅烷已经反应完全，且只有单一的产物生成。 真空旋转蒸发，柱层析分离纯化，产物为对甲氧基苯甲酸，产物质量为31 mg，产率为97%。

Claims (5)

1.一种对甲氧基苯甲酸的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
a.将(4-甲氧基苄基)三甲基硅烷加入石英反应器中，加入无水溶剂，再加入催化剂，所述催化剂为质量百分数40％的溴化氢水溶液；
b.将充满氧气的球胆连接到石英反应器并排除体系内的空气，使反应在纯氧的氧化下进行；或将球型冷凝管与石英反应器相连接，让反应在空气的氧化下进行；
c.将连接好的石英反应器放在氙灯300W照射下反应；反应产物经TLC和高效液相色谱确定(4-甲氧基苄基)三甲基硅烷已经反应完全后，真空旋转蒸发，柱层析分离纯化。
2.根据权利要求1所述的一种对甲氧基苯甲酸的合成方法，其特征在于，所述无水溶剂为二氯甲烷、DMF、THF、苯、乙腈、甲醇、硝基甲烷中一种或几种。
3.根据权利要求1所述的一种对甲氧基苯甲酸的合成方法，其特征在于，所述(4-甲氧基苄基)三甲基硅烷与催化剂的摩尔比为5:1。
4.根据权利要求1所述的一种对甲氧基苯甲酸的合成方法，其特征在于，反应器温度设定为0℃～50℃。
5.根据权利要求1所述的一种对甲氧基苯甲酸的合成方法，其特征在于，反应器于氙灯300W照射下反应4～12个小时。
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