CN109485556A

CN109485556A - 一锅法合成2-苯基丙酸的方法

Info

Publication number: CN109485556A
Application number: CN201811226299.7A
Authority: CN
Inventors: 陈新志; 张哲明; 阮诗想; 钱超
Original assignee: Zhejiang University ZJU
Current assignee: Zhejiang University ZJU
Priority date: 2018-10-19
Filing date: 2018-10-19
Publication date: 2019-03-19

Abstract

本发明公开了一种一锅法合成2‑苯基丙酸的方法，所用装置包括依次相连的反应瓶、收集瓶、尾气吸收瓶，包括以下步骤：1)、甲基化反应：在反应瓶中加入苯乙腈和醇钠，在尾气吸收瓶中装有二氧化碳吸收剂；控制反应瓶的温度为140～200℃，然后向反应瓶中缓慢滴加碳酸二甲酯，反应瓶中蒸出的气液混合物进入收集瓶中；气液混合物中的气体通过收集瓶后被排入尾气吸收瓶内；碳酸二甲酯滴加完毕后，将收集瓶中的蒸出液取出，蒸馏除去甲醇后再滴入到反应瓶，重复上述操作；2)、在反应瓶中加入水进行水解反应，最终得2‑苯基丙酸。采用该法合成2‑苯基丙酸，具有反应条件适宜、三废少、生产成本低的特点。

Description

一锅法合成2-苯基丙酸的方法

技术领域

本发明涉及一种一锅法合成2-苯基丙酸的方法。

背景技术

2-苯基丙酸，结构式如式1所示，广泛应用于医药、香料和农药的合成。

当前，工业上生产2-苯基丙酸主要通过苯乙腈经甲基化、水解反应制得。

文献(Synthesis,2018,50(15):2878-2886.)以苯乙腈为原料，碘甲烷为甲基化试剂，在二异丙基氨基锂的催化下合成了2-苯基丙腈，然后在氢氧化钠水溶液下水解，再酸化得到产物2-苯基丙酸，收率为90％，该工艺采用了剧毒的甲基化试剂碘甲烷，并且产生了卤盐固废。

文献(中国医药工业杂志,1991(1):2-4.)则以硫酸二甲酯为甲基化试剂，在氢氧化钠和四丁基溴化铵的催化下，室温下反应4h，生成2-苯基丙腈，收率为72％。2-苯基丙腈水解即可得到2-苯基丙酸。该工艺采用了剧毒的硫酸二甲酯试剂，并容易产生二甲基化副产物。

文献(Organic Syntheses.John Wiley&Sons,Inc.2003:169-175.)以碳酸二甲酯为甲基化试剂，将苯乙腈、碳酸二甲酯、碳酸钾按照摩尔比1:16.4:2.1混合后，在高压釜中加热到180℃，反应18h，蒸出过量的碳酸二甲酯后，在10wt％氢氧化钠水溶液中水解，盐酸酸化得到2-苯基丙酸，收率93％。该工艺使用了绿色环保的碳酸二甲酯甲基化试剂，碳酸二甲酯(b.p.90℃)在较低的温度下(小于90℃)发生甲氧羰基化反应，在高温下(大于120℃)发生甲基化反应，因此需要使用高压设备，设备要求较高。

专利CN105753685A将苯乙腈与碳酸二甲酯、甲醇钠混合后以甲苯为溶剂，在60℃下反应1h，得到α-氰基苯乙酸甲酯，再在35℃下缓慢滴加硫酸二甲酯，得到α-氰基-α-甲基苯乙酸甲酯，然后在110℃下，在液碱中水解、脱羧、硫酸酸化，得到2-苯基丙酸，收率为92％。即，该方法采用苯乙腈与碳酸二甲酯先甲氧羰基化，再和硫酸二甲酯甲基化，在水解得到目标产物2-苯基丙酸。反应方程式如式2所示，使用该工艺，可以在常压下进行甲基化反应，但是反应步骤长，并且需要用到剧毒的硫酸二甲酯。

当前生产2-苯基丙酸的工艺，存在固废多、反应步骤长、操作麻烦、成本较高的缺点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种制备2-苯基丙酸的方法，该法具有反应条件适宜、三废少、生产成本低的特点。

为了解决上述技术问题，本发明提供一种一锅法合成2-苯基丙酸的方法，所用装置包括依次相连的反应瓶、收集瓶、尾气吸收瓶，包括以下步骤：

1)甲基化反应：

①、在反应瓶中加入苯乙腈和醇钠，在尾气吸收瓶中装有二氧化碳吸收剂；

②、控制反应瓶的温度为140～200℃，然后向反应瓶中缓慢滴加碳酸二甲酯，反应瓶中蒸出的气液混合物(包括碳酸二甲酯、甲醇、CO₂)进入收集瓶中；气液混合物中的气体通过收集瓶后被排入尾气吸收瓶内(即，CO₂被二氧化碳吸收剂吸收)；

碳酸二甲酯滴加完毕后，将收集瓶中的蒸出液(馏分，主要成分为碳酸二甲酯和甲醇)取出，蒸馏除去甲醇；

③、将上述蒸馏除去甲醇后的所得物(即，碳酸二甲酯)再滴入(滴加时间同上述步骤②)到反应瓶中，重复上述步骤②；即，以上述蒸馏除去甲醇后的所得物替代碳酸二甲酯重复上述步骤②；

反应时间为6～10h(即步骤②的滴加时间与步骤③的若干次的重复滴加时间之和为

6～10h)；苯乙腈与醇钠的摩尔比为1:1.05～1.5，碳酸二甲酯用量为苯乙腈摩尔量的1.5～3倍，

2)水解反应：

在反应瓶中加入水，从而将醇钠转化为氢氧化钠；升温至80～100℃，进行水解反应，反应时间为4～8h，所述水：醇钠＝3～30：1的摩尔比；

注：上述水解反应的产物为2-苯基丙酸钠；

反应结束后，在反应瓶中加入盐酸，盐酸：醇钠＝1.1～1.4：1的摩尔比，从而析出油状物；经萃取后取油相，减压蒸馏(20mmHg，收集150～160℃的馏分)，得到2-苯基丙酸。

作为本发明的一锅法合成2-苯基丙酸的方法的改进：步骤②中缓慢滴加碳酸二甲酯的时间为1～3小时。

作为本发明的一锅法合成2-苯基丙酸的方法的进一步改进：步骤1)中，醇钠为甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠、叔丁醇钠。

作为本发明的一锅法合成2-苯基丙酸的方法的进一步改进：步骤2)中，采用1,2-二氯乙烷进行萃取。

作为本发明的一锅法合成2-苯基丙酸的方法的进一步改进：步骤1)中，二氧化碳吸收剂是质量浓度为30±5wt％氢氧化钠水溶液。

本发明所用的反应装置如图1所示，反应方程式如式3所示：

甲基化反应：

水解反应：

在甲基化反应中，反应生成了2-苯基丙腈、甲醇、CO₂；2-苯基丙腈被留在反应瓶内；甲醇、CO₂以及未参与反应的碳酸二甲酯进入收集瓶内；甲基化反应的反应温度为140～200℃；

本发明采用的是苯乙腈与碳酸二甲酯直接甲基化，再水解得到目标产物2-苯基丙酸。

本发明的反应不需要使用高压釜的原因在于，往高温的苯乙腈(140～200℃)与醇钠(例如甲醇钠)的体系中缓慢滴入碳酸二甲酯，部分碳酸二甲酯在此高温下与苯乙腈甲基化生成2-苯基丙腈，未参与反应的碳酸二甲酯则与反应副产物甲醇和二氧化碳蒸出反应体系；因为设定的反应温度低于苯乙腈(230℃)和2-苯基丙腈(240℃)的沸点，高于甲醇(65℃)和碳酸二甲酯(90℃)的沸点，蒸出的碳酸二甲酯和甲醇通过蒸馏除去甲醇后，继续加入到反应器中，直至反应结束。

本发明的2-苯基丙酸的制备法，常压操作，用醇钠作催化剂，用碳酸二甲酯作甲基化试剂；水解试剂共用了甲基化反应的碱催化剂，一锅内完成了甲基化与水解反应，较好解决了操作步骤多、试剂毒性大、使用高压设备等缺点，且具较好的环保、安全和经济性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

图1为本发明所用的一锅法合成2-苯基丙酸的方法的装置图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

本发明所用装置如图1所示，包括依次相连的反应瓶、收集瓶、尾气吸收瓶。

实施例1、一种一锅法合成2-苯基丙酸的方法，依次进行以下步骤：

步骤1)、甲基化反应：

在反应瓶中加入58.5g(0.5mol)苯乙腈、31.3g(0.58mol)甲醇钠，尾气吸收瓶中加入30wt％的氢氧化钠水溶液100ml。反应升温至180℃(即，控制反应瓶的温度为180℃)，向反应瓶内缓慢滴加90g(1mol)碳酸二甲酯(滴加时间为2h)，马上有液体蒸出和气体(CO₂)产生，在收集瓶中收集蒸出液(主要成分为碳酸二甲酯和甲醇)，气体(CO₂)通过收集瓶进入尾气吸收瓶被氢氧化钠溶液吸收。

碳酸二甲酯滴加完毕后，取出收集瓶内的蒸出液，蒸馏除去蒸出液中的甲醇后所得为碳酸二甲酯，将其继续滴入(滴加时间同上)反应瓶中，重复上述操作，重复3次，即，共反应8h后，停止反应。

步骤2)水解反应：

在反应瓶中加入135g(7.5mol)水，将甲醇钠转化为氢氧化钠，升温至95℃，反应6h后，停止反应。反应瓶降温至室温，加入58ml 36.5wt％浓盐酸(含有氯化氢0.7mol)，有油状物析出，加入50ml 1,2-二氯乙烷萃取后，取油相(位于上层)，在20mmHg下减压蒸馏，收集150～160℃的馏分，得到产品2-苯基丙酸63.2，收率为84.2％，纯度为99wt％。

实施例2～9、

改变实施例1中步骤1)的苯乙腈、甲醇钠、碳酸二甲酯的摩尔比，反应温度、反应时间等条件，其余操作等同实例1，得到实施例2～9，结果如表1所示。

表1

实施例10～12、

改变实施例1中步骤1)的醇钠，摩尔量不变；其余等同于实施例1，得到实施例10～12；结果如表2。

表2

实施例	醇钠	收率％
			10	乙醇钠	83.5
11	正丙醇钠	83.2
			12	叔丁醇钠	84.0

对比例1～3、

将实施例1中步骤1)的甲醇钠改成碱，摩尔量不变，其余等同于实施例1，得到对比例1～3；结果如表3所示。

表3

对比例	碱	收率％
			1	氢氧化钠	61.5
2	氢氧化钾	68.2
			3	碳酸钾	56.5

由表2、表3可知，使用乙醇钠、正丙醇、叔丁醇钠的效果与甲醇钠基本一致，考虑成本，使用甲醇钠为最佳选择。而使用氢氧化钠和氢氧化钾，由于甲基化反应生成的二氧化碳会与其反应生成碳酸盐和水，水的存在会导致碳酸二甲酯的分解，不利于反应，因而造成了收率降低，碳酸钾则碱性较弱，使得其收率不高。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的若干个具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims

1.一锅法合成2-苯基丙酸的方法，所用装置包括依次相连的反应瓶、收集瓶、尾气吸收瓶，其特征是包括以下步骤：

1)甲基化反应：

②、控制反应瓶的温度为140～200℃，然后向反应瓶中缓慢滴加碳酸二甲酯，反应瓶中蒸出的气液混合物进入收集瓶中；气液混合物中的气体通过收集瓶后被排入尾气吸收瓶内；

碳酸二甲酯滴加完毕后，将收集瓶中的蒸出液取出，蒸馏除去甲醇；

③、将上述蒸馏除去甲醇后的所得物再滴入到反应瓶中，重复上述步骤②；

反应时间为6～10h；苯乙腈与醇钠的摩尔比为1:1.05～1.5，碳酸二甲酯用量为苯乙腈摩尔量的1.5～3倍，

2)水解反应：

反应结束后，在反应瓶中加入盐酸，盐酸：醇钠＝1.1～1.4：1的摩尔比，从而析出油状物；经萃取后取油相，减压蒸馏，得到2-苯基丙酸。

2.根据权利要求1所述的一锅法合成2-苯基丙酸的方法，其特征是：步骤②中缓慢滴加碳酸二甲酯的时间为1～3小时。

3.根据权利要求1或2所述的一锅法合成2-苯基丙酸的方法，其特征是：步骤1)中，醇钠为甲醇钠、乙醇钠、正丙醇钠、叔丁醇钠。

4.根据权利要求3所述的一锅法合成2-苯基丙酸的方法，其特征是：步骤2)中，采用1,2-二氯乙烷进行萃取。

5.根据权利要求3所述的一锅法合成2-苯基丙酸的方法，其特征是：步骤1)中，二氧化碳吸收剂是质量浓度为30±5wt％氢氧化钠水溶液。