CN108530290A - 一种4-苯基-1-丁酸的合成方法 - Google Patents

一种4-苯基-1-丁酸的合成方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种4‑苯基‑1‑丁酸的合成方法，4‑氧代‑4‑苯基丁酸、水合肼、氢氧化钠、二甘醇、硅钨酸和碳酸铯为主要原料，本发明的合成工艺采用4‑氧代‑4‑苯基丁酸和水合肼在催化剂CsSiW@C的作用下经过还原反应得4‑苯基‑1‑丁酸，相较于传统的合成方法，催化剂易分离回收，通过大量的实验，不断优化实验的温度，用量、配比和工艺流程，使得该反应操作方便，时间短，而且产率很高，为工业中放大生产和应用奠定了基础。

Description

一种4-苯基-1-丁酸的合成方法
技术领域
本发明涉及一种中间体4-苯基-1-丁酸的合成方法,属于化工合成领域。
背景技术
4-苯基-1-丁酸（4-phenylbutanoic acid）CAS：1821-12-1一个多用途的化工中间体，下游产品可为苯丁酸钠，苯丁酸氮介，咪达普利等等,属于白色结晶性粉末。4-苯基-1-丁酸合成方法较多，传统的方法有：苯和丁二酸酐经过傅克反应得到4-氧代-4-苯基丁酸，经锌-汞齐还原羰基，最后用LiAlH4还原羧基得到；其他的方法例如Wolff-Kishner还原、酯化和NaBH4还原、芳香族羧酸还原酶生物转化等。传统的合成方法普遍存在原料昂贵、毒性较大、经济性不强，而且目标产物收率的纯度达不到工业生产的要求，本发明通过研究新的生产工艺，改进以上合成方式的缺点，在较为温和条件下催化4-氧代-4-苯基丁酸和水合肼的的还原反应,大幅提高的目标产物的纯度和收率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种4-苯基-1-丁酸的合成方法，该方法在优化条件下能催化4-氧代-4-苯基丁酸和水合肼的反应,具有较高的产物收率。
1、一种4-苯基-1-丁酸的合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼6.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；
步骤2、常压下蒸去生成的水以及过量的水合肼，此过程中产生大量气泡，为防止溢出，缓慢升温至180℃后，回流3h；
步骤3、反应完全后，冷却至室温，向反应液中加入过量的冰水，并在冰浴条件下(控制温度在15℃)，机械搅拌，缓慢滴加约3M的HCl溶液至pH=1，析出大量白色固体。抽滤，并用去离子水多次洗涤，烘干后得到白色片状4-苯基-1-丁酸。
所述的CsSiW@C催化剂制备方法如下：
步骤1、称取1.0g碳酸铯溶于13.5ml蒸馏水制得碳酸铯溶液。称取7.0g硅钨酸，于50℃溶于10ml蒸馏水制成硅钨酸溶液中；
步骤2、剧烈搅拌下将碳酸铯溶液1.0ml/min速度滴加到磷钨酸溶液中，形成白色乳状溶液；
步骤3、待碳酸铯溶液滴加完毕，得到白色悬浊液，继续搅拌陈化1h，然后于50℃水浴蒸干溶液，得到固体粉末于120℃烘干8h，制得硅钨酸铯盐CsSiW；
步骤4、0.4gCsSiW用0.1M的HNO3超声处理10min，蒸馏水洗涤后将CsSiW加入到80ml浓度0.8M的葡萄糖溶液中，超声分散5 min；
步骤5、分散后将溶液转移到反应釜中，密封，在180℃下加热8h；加热完毕，冷却到室温，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，50℃下干燥12h；
步骤6、然后将其放入马弗炉中300℃下处理5h，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，将得到的产物置于50℃烘箱中干燥12h，得到CsSiW@C催化剂。
有益效果：本发明提供了一种中间体4-苯基-1-丁酸的合成方法，4-氧代-4-苯基丁酸和水合肼在催化剂CsSiW@C的作用下经过还原反应得4-苯基-1-丁酸。4-氧代-4-苯基丁酸中的羰基首先和肼加成脱水生成腙，腙在碱氢氧化钾的作用下形成负离子，接着发生质子的转移，氮的释放和负离子的形成，该负离子结合一个质子即成为碳氢化合物。在合成4-苯基-1-丁酸的过程中，Wollf-Kishner还原法本身是反应很平稳的过程，此反应是在强碱性的条件下进行，采用氢氧化钠作为碱源，相比于氢氧化钾降低了对设备的腐蚀性。通过大量的实验，不断优化实验的温度，用量、配比和工艺流程，使得该反应操作方便，时间短，而且产率很高，为工业中放大生产和应用奠定了基础。
具体实施方式
实施例1
一种中间体4-苯基-1-丁酸的合成方法，该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼6.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；
步骤2、常压下蒸去生成的水以及过量的水合肼，此过程中产生大量气泡，为防止溢出，缓慢升温至180℃后，回流3h；
步骤3、反应完全后，冷却至室温，向反应液中加入过量的冰水，并在冰浴条件下(控制温度在15℃)，机械搅拌，缓慢滴加约3M的HCl溶液至pH=1，析出大量白色固体。抽滤，并用去离子水多次洗涤，烘干后得到白色片状4-苯基-1-丁酸。
所述的CsSiW@C催化剂制备方法如下：
步骤1、称取1.0g碳酸铯溶于13.5ml蒸馏水制得碳酸铯溶液。称取7.0g硅钨酸，于50℃溶于10ml蒸馏水制成硅钨酸溶液中；
步骤2、剧烈搅拌下将碳酸铯溶液1.0ml/min速度滴加到磷钨酸溶液中，形成白色乳状溶液；
步骤3、待碳酸铯溶液滴加完毕，得到白色悬浊液，继续搅拌陈化1h，然后于50℃水浴蒸干溶液，得到固体粉末于120℃烘干8h，制得硅钨酸铯盐CsSiW；
步骤4、0.4gCsSiW用0.1M的HNO3超声处理10min，蒸馏水洗涤后将CsSiW加入到80ml浓度0.8M的葡萄糖溶液中，超声分散5 min；
步骤5、分散后将溶液转移到反应釜中，密封，在180℃下加热8h；加热完毕，冷却到室温，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，50℃下干燥12h；
步骤6、然后将其放入马弗炉中300℃下处理5h，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，将得到的产物置于50℃烘箱中干燥12h，得到CsSiW@C催化剂。
实施例2
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸8g,水合肼6.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例3
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸6g,水合肼6.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例4
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸4g,水合肼6.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例5
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼4.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例6
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼2.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例7
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼8.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例8
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼10.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例9
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼12.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
实施例10
步骤1、在装有1.0g催化剂CsSiW@C 250m1三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸10g,水合肼14.0g,氢氧化钠7.4g和二甘醇44.4g,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；其余步骤同实施例1。
对照例1
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，用等量的CsSiW作为催化剂，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例2
与实施例1不同点在于：中间体的合成步骤1中，不再加入催化剂CsSiW@C，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例3
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，不再加入碳酸铯，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例4
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，不再加入硅钨酸，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例5
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，碳酸铯、硅钨酸质量比为7:1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例6
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤1中，碳酸铯、硅钨酸质量比为1:1，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例7
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，CsSiW用0.01M的HNO3超声处理10min；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例8
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，CsSiW用1.0M的HNO3超声处理10min；其余步骤与实施例1完全相同。
对照例9
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，等量的山梨糖取代葡萄糖，其余步骤与实施例1完全相同。
对照例10
与实施例1不同点在于：催化剂的合成步骤4中，用等量的肌醇取代葡萄糖，其余步骤与实施例1完全相同。
实施例和对照例不同条件下的反应结果如表所示
实验结果表明催化剂4-氧代-4-苯基丁酸和水合肼的合成反应具有良好的催化效果，在反应条件一定时，中间体收率越高，催化性能越好，反之越差；4-氧代-4-苯基丁酸、水合肼质量比为5：3时，其他配料固定，合成效果最好，与实施例1不同点在于，实施例2至实施例10分别改变主要原料4-氧代-4-苯基丁酸、水合肼的用量和配比，尽管有一定效果，但不如实施例1收率高；对照例1至对照例 2不再加入催化剂CsSiW@C并用CsSiW取代，其他步骤完全相同，导致产物收率明显降低，说明催化剂的复合对反应的产物影响很大；对照例3至对照例6不再加入碳酸铯和硅钨酸并改变二者配比，效果依然不好，说明碳酸铯、硅钨酸是催化剂中必不可少的成分；对照例7至对照例8改变酸处理CsSiW的酸浓度，催化反应的效果明显变差，说明酸处理浓度适当对催化剂改善效果较好；对照例9至对照例10用肌醇和山梨糖分别取代葡萄糖，催化剂的载体结构发生改变，反应效果明显变差，产物收率明显降低；因此使用本发明的催化剂对中间体4-苯基-1-丁酸的合成反应具有优异的催化效果。

Claims (2)

1.一种4-苯基-1-丁酸的合成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、在装有催化剂CsSiW@C三口烧瓶中，依次加入4-氧代-4-苯基丁酸,水合肼,氢氧化钠和二甘醇,机械搅拌，加热至120℃，回流反应1.5h；
步骤2、常压下蒸去生成的水以及过量的水合肼，此过程中产生大量气泡，为防止溢出，缓慢升温至180℃后，回流3h；
步骤3、反应完全后，冷却至室温，向反应液中加入过量的冰水，并在冰浴条件下(控制温度在15℃)，机械搅拌，缓慢滴加HCl溶液至pH=1，析出大量白色固体;
抽滤，并用去离子水多次洗涤，烘干后得到白色片状4-苯基-1-丁酸。
2.根据权利要求1所述一种4-苯基-1-丁酸的合成方法，其特征在于,
所述的CsSiW@C催化剂制备方法如下：
步骤1、称取1.0g碳酸铯溶于13.5ml蒸馏水制得碳酸铯溶液,
称取7.0g硅钨酸，于50℃溶于10ml蒸馏水制成硅钨酸溶液中；
步骤2、剧烈搅拌下将碳酸铯溶液1.0ml/min速度滴加到磷钨酸溶液中，形成白色乳状溶液；
步骤3、待碳酸铯溶液滴加完毕，得到白色悬浊液，继续搅拌陈化1h，然后于50℃水浴蒸干溶液，得到固体粉末于120℃烘干8h，制得硅钨酸铯盐CsSiW；
步骤4、0.4gCsSiW用0.1M的HNO3超声处理10min，蒸馏水洗涤后将CsSiW加入到80ml浓度0.8M的葡萄糖溶液中，超声分散5 min；
步骤5、分散后将溶液转移到反应釜中，密封，在180℃下加热8h；加热完毕，冷却到室温，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，50℃下干燥12h；
步骤6、然后将其放入马弗炉中300℃下处理5h，用蒸馏水和乙醇洗涤数次，将得到的产物置于50℃烘箱中干燥12h，得到CsSiW@C催化剂。
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