CN105906507A - 一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法。本发明的合成方法，以4‑卤代丁酸酯为原料，在离子液体和无机强碱的作用下，得到目标产物环丙基甲酸酯。本发明的合成方法，不需要使用溶剂，仅需要加入离子液体和无机碱，通过搅拌后反应得到。整个反应过程不使用溶剂，避免了使用溶剂所带来的对环境污染的风险问题，是一种绿色的环境友好型新型生产工艺。产品和离子液体通过过滤与反应生产的无机盐和未反应完全的碱分离，通过精馏获得产品。精馏后所留下的液体，可以反复套用于下一批反应，减少三废排放同时可节省成本，达到绿色制造的目的。
Description
技术领域
本发明属于有机合成领域，具体涉及一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法。
背景技术
随着环境保护和可持续发展的重要性逐渐被人们所认识，世界各国政府正在制定越来越严格的政策、法规，以期将工业生产对环境的污染降至最低水平。在此背景下，化学药物制造、合成化学和化工各部门以及能源工业正朝着开发绿色清洁生产技术以及环境友好催化体系的方向发展。
20世纪90年代提出的“绿色化学”这一概念，为人类解决工业生产活动对环境形成的污染、实现经济和社会可持续发展提供了有效的思维准则。绿色化学兴起于20世纪90年代后期。绿色化学又称环境无害化学、环境友好化学、清洁化学，即是用化学的技术和方法去消除或减少那些对人类健康、社区安全、生态环境有害的原料、催化剂、溶剂和试剂在生产过程中的使用，同时在生产过程中不再产生有毒有害的产品、副产物和废物。
环丙基甲酸酯是一类用途广泛的精细化学品，是工业上用于制造环丙胺(又称氨基环丙烷)的重要中间体。环丙胺在医药、农业生产中都有重要的应用。环丙胺在医药制造领域用于制造抗艾滋病毒药物阿巴卡韦，沙星类抗菌药物环丙沙星、莫西沙星、恩诺沙星、司帕沙星等，农业上可用于制造环丙津、环丙胺嗪等除草剂，环丙胺还可用于植物保护剂和饲料添加剂的合成。制造环丙胺所需的关键原料为环丙甲酸的酯类物质，包括环丙基甲酸甲酯、环丙基甲酸乙酯、环丙基甲酸异丙酯、环丙基甲酸正丁酯、环丙基甲酸仲丁酯和叔丁酯等等。
对环丙基甲酸酯类的制备方法，已有多篇专利公开，但几乎无一例外的都必须在反应过程中使用溶剂。例如，美国专利US3711549、中国专利CN1125715A公开了以氯代丁酸甲酯为原料，以甲醇钠为催化剂，单独以甲醇或者以甲醇-甲苯为溶剂的合成方法。该法的主要缺点包括三个方面：需要使用对眼睛有毒、因沸点低而难于回收、易造成大气和水体污染的甲醇作为溶剂；同时所使用的强碱性试剂甲醇钠价格昂贵；甲醇钠因对潮气敏感而不易保存。美国专利US4590252介绍了环丙基甲酸的异丙酯、正丁酯、仲丁酯和叔丁酯的合成方法，该法使用二氯甲烷作为溶剂，以相转移催化剂和氢氧化钠催化反应。二氯甲烷因沸点低,仅为40℃，难于回收，易造成空气和水体污染，残留于水中的二氯甲烷生化降解困难。美国专利US5068428公开了以仲丁醇为溶剂的环丙基甲酸仲丁酯的合成方法。这些方法都无一例外的使用溶剂作为反应媒介，以醇钠作为催化剂，在增加成本的同时还造成了环境污染。
发明内容
鉴于此，本发明提供了一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法。本发明的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，不需要使用溶剂，是一种绿色环保的合成方法。
本发明是这样实现的：
一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，方法是在4-卤代丁酸酯中加入离子液体和无机碱并搅拌均匀，在反应温度10-60℃下反应2～24小时，得到环丙基甲酸酯，反应过程为：
其中，X为Cl或Br或I中的一种；
酯基R为含3-5个碳原子的仲烷基或叔烷基中的一种；
离子液体为丁基甲基咪唑氯化物、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐、正丁基甲基咪唑六氟磷酸盐、1‐丁基吡啶氯化物、甲基三丁基氯化铵或四丁基硫酸氢铵之一；
无机碱为，氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂之一。
进一步，本发明的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，反应完成后，经过滤，取滤液精馏分离成品。
进一步地，所述R基为异丙基，仲丁基，叔丁基，叔戊基或仲戊基之一。
进一步地，4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1～3)：(0.004～0.127)。
进一步地，4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1.2～2)：(0.021-0.063)。
进一步地，4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1.2～1.8：):(0.021-0.032)。
进一步地，所述反应温度为20～40℃。
进一步地，精馏后留下的离子液加入无机碱后套用。即在分离成品时，经过过滤，取滤液精馏后所留下的离子液加入无机碱后作为反应离子液，再次加入4-卤代丁酸酯搅拌反应。
进一步地，在离子液套用时，所加入的4-卤代丁酸酯：无机碱摩尔比为1：1.5。
本发明的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，在合成时，不需要使用溶剂，仅需要加入离子液体和无机碱，通过搅拌后反应得到。整个反应过程不使用溶剂，避免了使用溶剂所带来的对环境污染的风险问题，是一种绿色的环境友好型新型生产工艺。产品和离子液体通过过滤与反应生产的无机盐和未反应完全的碱分离，通过精馏获得产品。精馏后所留下的液体，可以反复套用于下一批反应，减少三废排放同时可节省成本，达到绿色制造的目的。
具体实施方式
实施例1
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和丁基甲基咪唑氯化物，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应8小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为81％，计算得收率按重量为75％。
实施例2
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和丁基甲基咪唑四氟硼酸盐，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应12小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为84％，计算得收率按重量为79％。
实施例3
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为35℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为99％，计算得收率按重量为95％。
实施例4
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和四丁基硫酸氢铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为40℃，搅拌均匀，反应15小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为91％，计算得收率按重量为88％。
实施例5
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和1-丁基吡啶氯化物，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为40℃，搅拌均匀，反应20小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为80％，计算得收率按重量为78％。
实施例6
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和丁基甲基咪唑六氟磷酸盐，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应12小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为98％，计算得收率按重量为92％。
实施例7
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Br,R为叔丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应4小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为80％，计算得收率按重量为75％。
实施例8
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为I,R为叔丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应4小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为80％，计算得收率按重量为75％。
实施例9
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为35℃，搅拌均匀，反应5小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为99％，计算得收率按重量为96％。
实施例10
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为仲戊基。保持反应物温度为35℃，搅拌均匀，反应12小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为98％，计算得收率按重量为92％。
实施例11
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为叔戊基。保持反应物温度为40℃，搅拌均匀，反应15小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为97％，计算得收率按重量为92％。
实施例12
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为异丙基。保持反应物温度为25℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为85％，计算得收率按重量为80％。
实施例13
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钾和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应4小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为89％，计算得收率按重量为82％。
实施例14
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钾和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:2:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应4小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为89％，计算得收率按重量为85％。
实施例15
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化锂和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.35:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为20℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为87％，计算得收率按重量为85％。
实施例16
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为40℃，搅拌均匀，反应24小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为62％，计算得收率按重量为55％。
实施例17
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:2:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为95％，计算得收率按重量为92％。
实施例18
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:3:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应5小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为88％，计算得收率按重量为83％。
实施例19
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.2:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为25℃，搅拌均匀，反应5小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为88％，计算得收率按重量为85％。
实施例20
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.8:0.063，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为25℃，搅拌均匀，反应5小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为92％，计算得收率按重量为90％。
实施例21
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.127，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为96％，计算得收率按重量为92％。
实施例22
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.021，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应7小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为93％，计算得收率按重量为90％。
实施例23
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.004，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应18小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为75％，计算得收率按重量为69％。
实施例24
向三口圆底烧瓶中，投入1摩尔的和1.5摩尔的氢氧化钠，加入实施例9精馏后剩下的离子液，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应7小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为99％，计算得收率按重量为95％。
实施例25
向三口圆底烧瓶中，投入1摩尔的和1.5摩尔的氢氧化钠，加入实施例24精馏后剩下的离子液，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应9小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为96％，计算得收率按重量为93％。
实施例26
向三口圆底烧瓶中，投入1摩尔的和1.5摩尔的氢氧化钠，加入实施例25精馏后剩下的离子液，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应10小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为95％，计算得收率按重量为90％。
实施例27
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.032，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为10℃，搅拌均匀，反应20小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为95％，计算得收率按重量为90％。
实施例28
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.032，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为30℃，搅拌均匀，反应6小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为99％，计算得收率按重量为95％。
实施例29
向三口圆底烧瓶中，投入氢氧化钠和甲基三丁基氯化铵，投入摩尔比为：1:1.5:0.032，其中X为Cl,R为仲丁基。保持反应物温度为60℃，搅拌均匀，反应2小时，再经过过滤，取滤液精馏分离出成品。采用气相色谱法测定成品中产品含量按重量为82％，计算得收率按重量为75％。
Claims (9)
1.一种环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，在4-卤代丁酸酯中加入离子液体和无机碱并搅拌均匀，在反应温度10～60℃下反应2～24小时，得到环丙基甲酸酯，反应过程为：
其中，X为Cl或Br或I中的一种；
酯基R为含3-5个碳原子的仲烷基或叔烷基中的一种；
离子液体为丁基甲基咪唑氯化物、丁基甲基咪唑四氟硼酸盐、丁基甲基咪唑六氟磷酸盐、1‐丁基吡啶氯化物、甲基三丁基氯化铵或四丁基硫酸氢铵之一；
无机碱为，氢氧化钠、氢氧化钾或氢氧化锂之一。
2.根据权利要求1所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，反应完成后，经过滤，取滤液精馏分离成品。
3.根据权利要求1或2所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，所述R基为异丙基，仲丁基，叔丁基，叔戊基或仲戊基中的一种。
4.根据权利要求3所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是：4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1～3)：(0.004～0.127)。
5.根据权利要求4所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1.2～2)：(0.021-0.063)。
6.根据权利要求5所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，4-卤代丁酸酯：无机碱：离子液体的摩尔比为：1：(1.2～1.8)：(0.021-0.032)。
7.根据权利要求3所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，所述反应温度为20～40℃。
8.根据权利要求4到7任一所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，精馏后留下的离子液加入无机碱后套用。
9.根据权利要求8所述的环丙基甲酸酯无溶剂合成方法，其特征是，4-卤代丁酸酯：无机碱摩尔比为1：1.5。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160831 |