CN113248373A - 一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法 - Google Patents

一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，包括：用苯甲酸类化合物与甲醇在二卤海因的催化下进行酯化反应制得，其中，所述苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇的物质的量比为1：(0.01‑0.4)：(2‑30)。该制备方法可在温和的条件下，高效地制备苯甲酸甲酯类化合物，操作安全，无酸性废液，同时原料易得，生产成本低。

Description

一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法
技术领域
本发明属于有机化合物制备技术领域，具体涉及一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法。
背景技术
随苯甲酸甲酯是一种重要的化工原料，除用于有机合成外，还可用于香料、涂料、塑料和黏合剂等，具有很高的应用价值。
然而，苯甲酸甲酯通常是在强腐蚀性的质子酸(浓硫酸、浓磷酸和对甲苯磺酸等)等催化剂作用下，由苯甲酸与甲醇直接酯化制备而成(参见：李柏春，韩俏飞，邓会宁，等.酯化反应合成苯甲酸甲酯动力学[J].化学反应工程与工艺，2017，33(05)：431-436，457，等)。该工艺虽然成熟简便，但仍存在着部分催化剂价格昂贵且回收困难、严重腐蚀设备和三废污染等问题。此外，由于甲醇沸点低(64.7℃)，且不与水共沸，很难通过共沸除水法使得化学平衡向正方向移动，极大限制了苯甲酸甲酯制备收率的改进。
另一方面，苯甲酸甲酯也可通过芳香族羧酸盐与含卤素的化合物亲核取代、芳香族羧酸衍生物的醇解、芳香族羧酸与重氮甲烷反应等间接酯化法来制备(参见：孙昌俊，王秀菊，孙风云，等.有机化合物合成手册[M].化学工业出版社，2011：1354-1374)，但这些方法仍存在原料来源困难，价格昂贵，反应过程不易控制，副产物多，产率低，不易分离纯化等问题。
正因如此，开发简单高效、无腐蚀和环境污染的制备苯甲酸甲酯的方法仍然是摆在化学工作者面前的重要课题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，该制备方法可在温和的条件下，高效地制备苯甲酸甲酯类化合物，操作安全，无酸性废液，同时原料易得，生产成本低。
本发明所述的一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，包括：用苯甲酸类化合物与甲醇在二卤海因的催化下进行酯化反应制得。
其中，所述苯甲酸类化合物为
Figure BDA0003092102150000021
式中：R为-CH3、-C2H5、-OCH3、-CN、-NO2、-Cl、-Br、-I、苯基、氨基取代基中的1-3个，即苯环上可以有单取代的苯甲酸，也可以有多取代苯甲酸，如：2，4-二氯苯甲酸。
其中，所述二卤海因为1，3-二溴-5，5-二甲基海因(简称二溴海因)和1，3-二氯-5，5-二甲基海因(二氯海因)中的一种或两种。
其中，所述苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇的物质的量比为1：(0.01-0.4)：(2-30)，优选1：(0.1-0.2)：(5-10)。
其中，所述二卤海因的用量为所述苯甲酸类化合物的物质的量的1mol％～40mol％。
所述苯甲酸甲酯类化合物的制备方法具体包括：
(1)按配比量称取苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇加入反应容器中；
(2)在40-70℃(优选50-60℃)下反应1-8小时；
(3)旋蒸除去甲醇，加入乙酸乙酯萃取，得到溶解苯甲酸甲酯形成的有机层，经洗涤、干燥、过滤后，旋蒸得苯甲酸甲酯类化合物。
其中，所述步骤(1)中，先将苯甲酸类化合物和二卤海因加入反应容器中，然后将甲醇加入反应容器中以溶解苯甲酸类化合物和二卤海因。
其中，所述步骤(3)中，所述洗涤为依次用5％碳酸钠溶液洗涤、水洗涤，所述干燥为用无水硫酸钠干燥。
本发明具有以下有益技术效果：
1,3-二卤-5,5-二甲基海因，简称二卤海因(二溴海因和二氯海因)，是重要的含有N-X键的卤代酰胺类化合物，被广泛应用于游泳池、饮用水消毒，渔业、水产、工业用水处理，食品、餐具消毒以及植物花卉和种子消毒杀菌，水果保鲜等领域，是目前国际公认的新一代绿色环保广谱消毒杀菌剂。由于二卤海因N-X键的高度活泼性，极易释放出卤正离子(X+)，具有卤代、氧化和催化能力，应用于有机合成和制药行业。
本发明用二卤海因替代硫酸、对甲苯磺酸及价格昂贵的固体超强酸等强酸作为催化剂，促进苯甲酸与甲醇进行酯化反应，克服了甲醇沸点低、且不能共沸带水、导致甲酯化反应收率低的弊端，高收率的得到了苯甲酸甲酯类化合物，即与硫酸、对甲苯磺酸和阳离子交换树脂这些常见的催化条件相比，大部分产品收率提高到了95％以上，达到了反应条件温和，后处理简单的效果。
本发明的甲酯化方法选用了廉价的二卤海作为催化剂，不仅原料价廉易得，安全无毒，无酸性废液排放，在一定程度上也解决了其他酸性催化剂因性价比低而难以工业化、三废的带来的环境难题和安全问题，接近绿色化学的要求，因此易于工业化生产，具有广阔的应用前景。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1:苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入苯甲酸10mmol，甲醇100mmol，二溴海因2mmol,搭回流装置，60℃条件下搅拌反应7h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得苯甲酸甲酯，产率100％，浅黄色液体，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝8.356min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ3.68(s,3H,OCH3)，7.17-7.27(t,2H,J＝6Hz,ArH),7.38-7.46(t,1H,J＝4.8Hz,ArH),7.83-7.92(d,2H,J＝5.4Hz,ArH)。
对照例1：浓硫酸催化苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入苯甲酸10mmol，甲醇100mmol，浓硫酸1mmol,搭回流装置，70℃条件下回流搅拌反应4h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得苯甲酸甲酯，产率87％。
对照例2：对甲苯磺酸催化苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入苯甲酸10mmol，甲醇100mmol，对甲苯磺酸0.5g,搭回流装置，70℃条件下回流搅拌反应4h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得苯甲酸甲酯，产率78％。
对照例3：离子交换树脂催化苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入苯甲酸10mmol，甲醇100mmol，离子交换树脂0.5g,搭回流装置，70℃条件下回流搅拌反应4h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得苯甲酸甲酯，产率74％。
实施例2：苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入苯甲酸1.22g(10mmol)，甲醇3.2g(100mmol)，二氯海因0.3g(1.5mmol)，搭回流装置，60℃条件下搅拌反应7h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得苯甲酸甲酯，产率98％，浅黄色液体。
实施例3：4-溴苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入4-溴苯甲酸10mmol，甲醇100mmol，二氯海因1.5mmol，搭回流装置，60℃条件下搅拌反应7h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得4-溴苯甲酸甲酯，产率99％，白色粉末，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝10.297min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ3.75(s,3H,OCH3),7.45-7.58(d,2H,J＝7.8Hz,ArH),7.81-7.89(d,2H,J＝4.8Hz,ArH).
实施例4：4-氯苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入4-氯苯甲酸10mmol，甲醇50mmol，二氯海因2.0mmol，搭回流装置，50℃条件下搅拌反应5h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得4-氯苯甲酸甲酯，产率95％，淡黄色固体，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝9.593min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ3.82(s,3H,OCH3),7.25-7.38(d,2H,J＝7.8Hz,ArH),7.82-7.96(d,2H,J＝8.4Hz,ArH).
实施例5：2-氯苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入2-氯苯甲酸10mmol，甲醇80mmol，二溴海因2.0mmol，搭回流装置，60℃条件下搅拌反应8h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得2-氯苯甲酸甲酯，产率100％，黄色液体，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝9.675min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ3.76(s,3H,OCH3)7.22-7.30(t,1H,J＝4.8Hz,ArH)，7.34-7.38(d,1H,J＝2.4Hz,ArH)，7.41-7.58(t,1H,J＝10.2Hz,ArH)，7.82-7.93(d,1H,J＝6.6Hz,ArH).
实施例6：4-甲基苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入4-甲基苯甲酸10mmol，甲醇70mmol，二溴海因1.5mmol，搭回流装置，50℃条件下搅拌反应4h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得4-甲基苯甲酸甲酯，产率95％，无色或浅黄色液体，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝9.252min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ2.18(s,3H,CH3),3.69(s,3H,OCH3),6.94-7.08(d,2H,J＝8.4Hz,ArH),7.69-7.83(d,2H,J＝8.4Hz,ArH).
实施例7：4-甲氧基苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入4-甲氧基苯甲酸10mmol，甲醇90mmol，二溴海因2.0mmol，搭回流装置，60℃条件下搅拌反应8h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得4-甲氧基苯甲酸甲酯，产率78％，橙黄色粉末，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝10.403min；1HNMR(60MHz,CDCl3)δ3.73(s,3H,Ph-OCH3),3.96(s,3H,OCH3),6.98-7.10(d,2H,J＝7.2Hz,ArH),7.86-7.94(d,2H,J＝4.8Hz,ArH).
实施例8：4-硝基苯甲酸甲酯的制备
在50mL三颈瓶中加入4-硝基苯甲酸10mmol，甲醇300mmol，二溴海因2.0mmol，搭回流装置，60℃条件下搅拌反应8h。旋蒸回收甲醇后，转移至分液漏斗，并加入20mL乙酸乙酯，5％碳酸钠溶液洗涤，水洗，无水硫酸钠干燥，减压除溶剂，所得4-硝基苯甲酸甲酯，产率100％，白色粉末，GC检测器：FID，柱温：250℃，载气(N2)：1.0mL/min,t＝10.044min；1H NMR(60MHz,CDCl3)δ3.88(s,3H,OCH3),8.15-8.23(d,2H,J＝4.8Hz,ArH),8.32-8.45(d,2H,J＝7.8Hz,ArH).
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，包括：用苯甲酸类化合物与甲醇在二卤海因的催化下进行酯化反应制得，其中，所述苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇的物质的量比为1：(0.01-0.4)：(2-30)。
2.如权利要求1所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，包括：
(1)按配比量称取苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇加入反应容器中；
(2)在40-70℃(优选50-60℃)下反应1-8小时；
(3)旋蒸除去甲醇，加入乙酸乙酯萃取，得到溶解苯甲酸甲酯形成的有机层，经洗涤、干燥、过滤后，旋蒸得苯甲酸甲酯类化合物。
3.如权利要求1或2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述苯甲酸类化合物、二卤海因和甲醇的物质的量比为1：(0.1-0.2)：(5-10)。
4.如权利要求1或2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述苯甲酸类化合物为
Figure FDA0003092102140000011
式中：R为-CH3、-C2H5、-OCH3、-CN、-NO2、-Cl、-Br、-I、苯基、氨基取代基中的1-3个。
5.如权利要求1或2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述二卤海因为1，3-二溴-5，5-二甲基海因(简称二溴海因)和1，3-二氯-5，5-二甲基海因(二氯海因)中的一种或两种。
6.如权利要求2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述步骤(1)中，先将苯甲酸类化合物和二卤海因加入反应容器中，然后将甲醇加入反应容器中以溶解苯甲酸类化合物和二卤海因。
7.如权利要求2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述步骤(3)中，所述洗涤为依次用5％碳酸钠溶液洗涤、水洗涤。
8.如权利要求2所述的苯甲酸甲酯类化合物的制备方法，其中，所述步骤(3)中，所述干燥为用无水硫酸钠干燥。
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