CN111499504A - 一种α-萘乙酸的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及有机合成技术领域，针对制备α‑萘乙酸不经济环保的问题，本发明提供一种α‑萘乙酸的制备方法，包括以下步骤：（1）将萘和路易斯酸溶于溶剂中，升温后加入草酰氯单酯反应生成α‑萘乙酮酸酯；（2）先将步骤（1）得到的α‑萘乙酮酸酯和水合肼加入高沸点醇溶剂中加热反应，再加入强碱继续升温反应，反应结束后调pH至酸性得到α‑萘乙酸。本发明以价廉易得的萘和草酰氯单酯为原料，在路易斯酸作用下制备萘乙酮酸酯，然后经水合肼作用发生一系列反应，生成α‑萘乙酸，避免了使用剧毒品氰化物，反应过程中不产生剧毒或恶臭气体，产物单一，反应条件温和、收率高、成本低。
Description
技术领域
本发明涉及有机合成技术领域，尤其是涉及一种α-萘乙酸的制备方法。
背景技术
α-萘乙酸（α-Naphthaleneactic acid，分子式C12H10O2，CAS：86-87-3），不溶于水，对人畜安全无毒，是应用广泛的植物生长调节剂。α-萘乙酸可以促进农作物的生长、保花、保果、生根。其药理上的主要功能是促进植物细胞分裂、扩大、诱导形成不安根，增加座果，促进新陈代谢和光合作用，加速生长发育。
α-萘乙酸现有的主要合成方法有：①氰化法。萘在盐酸体系中与甲醛在氯化氢气体作用下生成氯甲基萘，后者和氰化钠或氰化钾反应生成α-萘乙腈，α-萘乙腈再水解生成α-萘乙酸。（Organic Synthesis, 1944, 24; J. of Organic Chemistry, 1982.47(26)5180-5186）。这也是目前为止，市场上生产萘乙酸的主要方法。其优点是反应温度要求不高，原料易得。该方法合成路线如下：
但其难以克服的缺点是使用的氰化物剧毒，其运输、贮存、使用对人畜安全都可能造成恶劣的影响。在国内现阶段的环保形势下该工艺难以组织生产。
②氯乙酸法。萘在催化剂条件下和氯乙酸直接缩合而得α-萘乙酸，所用的催化剂为AlCl3、Fe2O3、MnO2等及助催化剂KBr。（农药，2004,43（9）412-416. J. Am. Chem. Soc.，1950,72,4302-4306）。该方法反应步骤少，原料易得，合成路线如下：
但其反应温度较高（200~220℃），反应时间长（一般要30小时以上）；收率较低（一般为40~50%）；最主要的弊端在于同时生成的副产物β-萘乙酸和产物α-萘乙酸的性质较为接近，增加了分离提纯的难度。
③重排法。以萘乙酮为原料，与多硫化铵及吗啉在120~230℃温度下发生Willgerodt-Kinerf反应生成硫代吗啉酰胺，后者水解生产相应的α-萘乙酸。（CN104451699; Tetrahedron, 2014, 70(3), 4645-4651）。该方法反应步骤少，合成路线如下：
但其原料α-萘乙酮较贵；在反应过程中及后处理上不可避免地产生剧毒的、极臭的硫化氢气体及大量的废水，环保费用高昂。现已被厂家淘汰。
据此，需要一种理想的α-萘乙酸的制备方法。
发明内容
本发明为了克服制备α-萘乙酸不经济环保的问题，提供一种α-萘乙酸的制备方法，以价廉易得的萘和草酰氯单酯为原料，在路易斯酸作用下制备萘乙酮酸酯，然后经水合肼作用发生一系列反应，生成α-萘乙酸。整个过程避免了使用剧毒品氰化物，反应过程中不产生剧毒或恶臭气体，产物单一，反应条件温和、收率高、成本低。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种α-萘乙酸的制备方法，包括以下步骤：
（1）将萘和路易斯酸溶于溶剂中，升温后加入草酰氯单酯反应生成α-萘乙酮酸酯；
（2）先将步骤（1）得到的α-萘乙酮酸酯和水合肼加入高沸点醇溶剂中加热反应，再加入强碱继续升温反应，反应结束后调pH至酸性得到α-萘乙酸。
本发明的合成路线如下：
其中步骤（1）为萘和草酰氯单酯在路易斯酸催化下反应生成α-萘乙酮酸酯。在路易斯酸的催化作用下，草酰氯单酯中的氯解离形成酰基正离子，然后酰基正离子与萘发生亲电取代生成α-萘乙酮酸酯。反应路线如下：
步骤（1）得到的α-萘乙酮酸酯不经纯化，直接参与步骤（2）的反应。步骤（2）包括3个小步骤，α-萘乙酮酸酯先与水合肼溶于高沸点醇溶剂中加热反应生成腙，再通过强碱使腙脱氮，这两步使得α-萘乙酮酸酯中的羰基被还原为亚甲基，最后用酸调节pH生成α-萘乙酸。反应路线如下：
作为优选，所述步骤（1）中的物料摩尔比为萘:草酰氯单酯:路易斯酸:溶剂=1:(1.0~1.3):(1.1~1.8):(10~15)，所述步骤（2）中是物料摩尔比为α-萘乙酮酸酯:水合肼:强碱:醇溶剂=1:(2.0~5.0): (2.0~5.0):(15~20)。
作为优选，所述步骤（1）中升温至45 ℃~55 ℃，反应时间4~5小时。
作为优选，所述步骤（1）中的草酰氯单酯选自草酰氯单甲酯、草酰氯单乙酯、草酰氯单丙酯、草酰氯单丁酯。
作为优选，所述步骤（1）中的路易斯酸选自AlCl3、ZnCl2、SnCl4、CH3SO3H、CF3SO3H。
作为优选，所述步骤（1）中的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烯、硝基甲烷、硝基苯。更优选的是，溶剂为1,2-二氯乙烷。
作为优选，所述步骤（2）中加热反应的温度为130 ℃~140 ℃，反应时间为2~3小时；加入强碱继续升温反应的温度为180 ℃~190 ℃，反应时间为4~5小时。
作为优选，所述步骤（2）中的水合肼选自85%水合肼、无水肼或低浓度水合肼。低浓度水合肼是指浓度在85%以下的水合肼。
作为优选，所述步骤（2）中的强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化锂中的一种或多种。
作为优选，所述步骤（2）中的高沸点醇溶剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、一缩乙二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇、1,2,3-丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇，1,5-戊二醇、1,2-戊二醇。
因此，本发明具有如下有益效果：（1）制备过程中不使用剧毒品氰化物，解决了物料采购、运输、仓储、使用环节的各种困难，生产环节不产生有毒、有害、恶臭气体，有利于安全组织生产和后续的环保处置；（2）反应工艺简单，中间产物α-萘乙酮酸酯无需提纯可直接用于下一步反应，反应条件温和；（3）反应产物单一，产物易于提纯，收率高，生产成本低。
具体实施方式
下面通过具体实施例，对本发明的技术方案做进一步说明。
本发明中，若非特指，所采用的原料和设备等均可从市场购得或是本领域常用的，实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。
实施例1
在反应瓶中，加入120 mL（1.5 mol）1,2-二氯乙烷，14.8 g（0.111 mol）无水三氯化铝和12.8 g（0.1 mol）萘；搅拌均匀后，加热至45 ℃，添加12.3 mL（0.115 mol）草酰氯单乙酯；反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入100 mL冷水中，充分搅拌后静置，分出有机层；有机层经30 mL 5%盐酸酸洗、水洗、无水硫酸钠干燥后，浓缩得油状物（产物1）；产物1不经纯化，直接用于下一步反应。
反应瓶中加入上述产物1，加入110 mL（1.98 mol）乙二醇及12 mL（0.32 mol）水合肼（85%）；搅拌下缓慢升温至130 ℃，反应2小时；然后将反应液冷至80 ℃以下，加入26.9 g（0.48 mol）氢氧化钾，之后反应混合物搅拌下升温至180 ℃反应4小时，蒸出反应瓶内低沸物，之后再回流反应4小时；反应结束后，冷却至室温，加入55 mL 盐酸（6 mol/L），调pH值=1~2；以乙酸乙酯（2×50mL）提取产物，合并乙酸乙酯提取物，加10 mL水洗涤，加无水硫酸钠干燥后，蒸干，残留物加60 mL正己烷重结晶，得到α-萘乙酸晶体（产物2）15.5 g，熔点132.5℃，收率83%。对产物2做氢核磁谱，1H NMR（D6-DMSO）:δ12.4(1H,s,-COOH)，δ7.3-7.9 (7H,m,-C10H7)；δ4.0(2H,s, -CH2)，与报道的α-萘乙酸的氢谱一致。
实施例2
在反应瓶中，加入120 mL（1.24 mol）四氯化碳，20.4 g（0.15 mol）无水氯化锌和12.8g（0.1 mol）萘；搅拌均匀后，加热至55 ℃，添加11.0 mL（0.12 mol）草酰氯单甲酯；反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入100 mL冷水，充分搅拌后静置，分出有几层；有机层经30mL 5%盐酸酸洗，水洗、无水硫酸钠干燥后，浓缩得油状物（产物1）；产物1不经纯化，直接用于下一步反应。
反应瓶中加入上述产物1，加入110 mL（1.36 mol）1,2-丙二醇及6.5 mL（0.21mol）无水肼；搅拌下缓慢升温至130 ℃，反应2小时；然后将反应液冷至80 ℃以下，加入12g（0.3 mol）氢氧化钠，之后反应混合物搅拌下升温至180 ℃反应4小时，蒸出反应瓶内低沸物，之后再回流反应4小时；反应结束后，冷却至室温，加入55 mL 盐酸（6 mol/L），调pH值=1~2；以乙酸乙酯（2×50 mL）提取产物，合并乙酸乙酯提取物，加10 mL水洗涤，加无水硫酸钠干燥后，蒸干，残留物加60 mL正己烷重结晶，得到α-萘乙酸晶体（产物2）14.5 g，熔点132.3℃，收率78%。
实施例3
在反应瓶中，加入95 mL（1.48 mol）二氯甲烷，35 g（0.134 mol）无水氯化锡和12.8 g（0.1 mol）萘；搅拌均匀后，加热至50 ℃，添加14.5 mL（0.13 mol）草酰氯单乙酯；反应4.5小时，反应结束后将反应混合物倒入100 mL冷水，充分搅拌后静置，分出有几层；有机层经30 mL 5%盐酸酸洗，水洗、无水硫酸钠干燥后，浓缩得油状物（产物1）；产物1不经纯化，直接用于下一步反应。
反应瓶中加入上述产物1，加入135 mL（1.5 mol）1,4-丁二醇及18 mL（0.48 mol）水合肼（85%）；搅拌下缓慢升温至140 ℃，反应2小时；然后将反应液冷至80 ℃以下，加入26.9 g（0.48 mol）氢氧化钾，之后反应混合物搅拌下升温至190 ℃反应4小时，蒸出反应瓶内低沸物，之后再回流反应4小时；反应结束后，冷却至室温，加入55 mL 盐酸（6 mol/L），调pH值=1~2；以乙酸乙酯（2*50 mL）提取产物，合并乙酸乙酯提取物，加10 mL水洗涤，加无水硫酸钠干燥后，蒸干，残留物加60 mL正己烷重结晶，得到α-萘乙酸晶体（产物2）14.8 g，熔点132.1 ℃，收率79.5%。
实施例4
在反应瓶中，加入110 mL（1.05 mol）1,1,2,2-四氯乙烷，11.5 mL（0.18 mol）甲基磺酸和12.8 g（0.1 mol）萘；搅拌均匀后，加热至45 ℃，添加10.0 ml（0.109 mol）草酰氯单甲酯；反应5小时，反应结束后将反应混合物倒入100 mL冷水，充分搅拌后静置，分出有几层；有机层经30 mL 5%盐酸酸洗，水洗、无水硫酸钠干燥后，浓缩得油状物（产物1）；产物1不经纯化，直接用于下一步反应。
反应瓶中加入上述产物1，加入150 mL（1.58 mol）一缩乙二醇及25 mL（0.33mol）水合肼（42%）拌下缓慢升温至130 ℃，反应3小时；然后将反应液冷至80 ℃以下，加入4.8 g（0.2 mol）无水氢氧化锂，之后反应混合物搅拌下升温至180 ℃反应5小时，蒸出反应瓶内低沸物，之后再回流反应4小时；反应结束后，冷却至室温，加入55 mL 盐酸（6 mol/L），调pH值=1~2；以乙酸乙酯（2×50 mL）提取产物，合并乙酸乙酯提取物，加10 mL水洗涤，加无水硫酸钠干燥后，蒸干，残留物加60 mL正己烷重结晶，得到α-萘乙酸晶体（产物2）13.5 g，熔点132.5 ℃，收率72.5%。
通过几个实施例可以看出，用本方法制备α-萘乙酸工艺简单，且产物单一、提纯方便，收率高达72%以上。相比于现有的制备方法，避免了剧毒品氰化物的使用，反应过程中也不产生剧毒或恶臭气体，环境友好，适合工艺生产。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）将萘和路易斯酸溶于溶剂中，升温后加入草酰氯单酯反应生成α-萘乙酮酸酯；
（2）先将步骤（1）得到的α-萘乙酮酸酯和水合肼加入高沸点醇溶剂中加热反应，再加入强碱继续升温反应，反应结束后调pH至酸性得到α-萘乙酸。
2.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的物料摩尔比为萘:草酰氯单酯:路易斯酸:溶剂=1:(1.0~1.3):(1.1~1.8):(10~15)，所述步骤（2）中是物料摩尔比为α-萘乙酮酸酯:水合肼:强碱:醇溶剂=1:(2.0~5.0): (2.0~5.0):(15~20)。
3.根据权利要求1或2所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中升温至45 ℃~55 ℃，反应时间4~5小时。
4.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的草酰氯单酯选自草酰氯单甲酯、草酰氯单乙酯、草酰氯单丙酯、草酰氯单丁酯。
5.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的路易斯酸选自AlCl3、ZnCl2、SnCl4、CH3SO3H、CF3SO3H。
6.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中的溶剂选自二氯甲烷、三氯甲烷、四氯化碳、1,2-二氯乙烷、1,1-二氯乙烷、1,1,2-三氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烷、1,1,2,2-四氯乙烯、硝基甲烷、硝基苯。
7.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中加热反应的温度为130 ℃~140 ℃，反应时间为2~3小时；加入强碱继续升温反应的温度为180℃~190 ℃，反应时间为4~5小时。
8.根据权利要求1或2或7所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的水合肼选自85%水合肼、无水肼或低浓度水合肼。
9.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的强碱选自氢氧化钠、氢氧化钾、氢氧化铯、氢氧化锂中的一种或多种。
10.根据权利要求1所述的一种α-萘乙酸的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）中的高沸点醇溶剂选自乙二醇、1,2-丙二醇、1,3-丙二醇、一缩乙二醇、二缩乙二醇、三缩乙二醇、1,2,3-丙三醇、1,4-丁二醇、1,3-丁二醇，1,5-戊二醇、1,2-戊二醇。
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