CN115028528A - 一种以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于有机合成技术领域，涉及一种以γ‑戊内酯合成4‑溴戊酸的方法。其合成方法为：将γ‑戊内酯与溴化氢溶液，在一定的条件下进行反应，反应结束后，经过后处理得到4‑溴戊酸。本发明合成方法中所用原料γ‑戊内酯为绿色可再生的化合物，在温和温度下通过一步简单的反应工艺实现4‑溴戊酸的制备，4‑溴戊酸选择性达98%，产率高达81%。本发明提供的制备方法高效且工艺简单，适合进行工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于有机合成、医药化工技术领域，涉及一种以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法。
背景技术
溴代戊酸指分子中同时含有溴原子-Br和羧基-COOH的C5化合物。基于其具有反应活性的溴原子和羧基官能团，溴代戊酸产品其被广泛应用于有机合成、医药化工等领域。例如，2-溴戊酸是氟胺氰菊酯的中间体，也是催眠镇静药溴异戊脲的中间体。2-溴戊酸合成方法也比较复杂且环境污染大，通常采用异戊酸在赤磷存在下溴化而得2-溴代异戊酰溴，再水解得2-溴代异戊酸。又如，5-溴戊酸是近年来被开发应用的新型高效药物合成中间体，也是纺织工业、染料工业药物、塑料和农药工业的合成中间体。但5-溴戊酸合成方法较为复杂，且收率不是很高；目前该产品主要依靠进口，且价格昂贵。如专利CN102010320A公开了4-溴丁酰氯与5-溴戊酰氯的无溶剂一锅合成方法，将1.0质量单位的γ-丁内酯或δ-戊内酯置于可密闭的容器中，在-15～40℃温度范围内通入1.1～1.3质量单位的干燥无水HBr气体；通气后将容器密闭，加热到30～80℃范围内，恒温保持3～10h；然后冷却至室温，开启密封盖，抽除未反应HBr气体，即得到4-溴丁酸或5-溴戊酸。但在该专利中，直接通溴化氢气体操作对设备密封性以及设备抗压要求非常高，有泄露安全风险；并且由于是气液反应，传质效率低，反应速度较慢。与5-溴戊酸和2-溴戊酸类似，4-溴戊酸也是一种典型的溴代戊酸产品，但目前适合其工业规模化生产的方法极少，极大的限制了4-溴戊酸的生产和应用。
γ-戊内酯是一种通过有序的生物质催化水解和催化加氢反应获得的重要有机溶剂，其具有较强的反应能力,可用作树脂溶剂及各种有关化合物的中间体。与其它的常规内酯化合物相比，γ-戊内酯是一种绿色可再生、且可以大规模工业生产和应用的化工溶剂。开发高效且工艺简单的全新技术，扩大γ-戊内酯的利用途径（如合成4-溴戊酸）具有重要意义和广泛应用价值。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提出一种以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法。以绿色可再生的γ-戊内酯为原料，通过一步反应合成4-溴戊酸。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，将γ-戊内酯与溴化氢溶液，在一定条件下进行反应，反应结束后，经过后处理得到4-溴戊酸。
进一步，所述溴化氢溶液为溴化氢醋酸溶液或氢溴酸溶液。
进一步，所述溴化氢溶液为溴化氢醋酸溶液时，溴化氢醋酸溶液的质量分数为33%。
进一步，所述溴化氢溶液为氢溴酸溶液时，氢溴酸溶液的质量分数为48%。
进一步，所述γ-戊内酯与溴化氢醋酸溶液的质量体积比为0.2g:（2-3）mL。
进一步，所述γ-戊内酯与氢溴酸溶液的质量体积比为0.2g:（1-2）mL。
进一步，所述反应的温度为40-90℃。
进一步，所述反应的温度为70-90℃。
进一步，所述反应的时间为1-24h。
进一步，所述反应的时间为8-12h。
进一步，过低的反应温度（如30℃）所需反应时间过长；过高的反应温度（如120℃）能耗高、反应溶剂蒸气压大且容易生成其它副产物。
本发明具有以下有益效果：
本发明提供了以绿色可再生的化合物γ-戊内酯为原料，在温和温度下通过一步简单的反应工艺实现4-溴戊酸的制备，4-溴戊酸选择性达98%。产率高达81%。本发明提供的方法不使用HBr气体，对装置的操作要求相对较低，安全性较高，适合进行工业规模化生产，应用前景广阔。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1制备的样品图。
图2为本发明实施例1制备的混合溶液气质联用（GC-MS）分析图。
图3为本发明实施例1制备产物的质谱图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入3mL 33%溴化氢醋酸溶液，密封玻璃反应管，并在80℃下反应3h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液（见图1），并通过旋转蒸发仪减压蒸馏移除剩余的溴化氢醋酸溶液，得到混合溶液；经气质联用（GC-MS，见图2）分析以及产物峰质谱分析（见图3），所得混合溶液包含产品4-溴戊酸和残留原料γ-戊内酯；经气相色谱-氢离子火焰检测器（GC-FID）分析，所得4-溴戊酸产率65%，选择性98%。
实施例2
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入3mL 33%溴化氢醋酸溶液，密封玻璃反应管，并在85℃下反应8h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏移除剩余的溴化氢醋酸溶液，得到混合溶液；经GC-MS分析，所得混合溶液包含产品4-溴戊酸和残留原料γ-戊内酯；经GC-FID分析，所得4-溴戊酸产率81%，选择性98%。
实施例3
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入2mL 33%溴化氢醋酸溶液，密封玻璃反应管，并在40℃下反应24h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏移除剩余的溴化氢醋酸溶液，得到混合溶液；经GC-MS分析，所得混合溶液包含产品4-溴戊酸和残留原料γ-戊内酯；经GC-FID分析，所得4-溴戊酸产率45%，选择性98%。
实施例4
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入3mL 33%溴化氢醋酸溶液，密封玻璃反应管，并在90℃下反应1h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液，并通过旋转蒸发仪减压蒸馏移除剩余的氢溴酸溶液，得到含有4-溴戊酸的混合溶液；经GC-FID分析，所得4-溴戊酸产率31%，选择性98%。
实施例5
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入2mL 48%氢溴酸溶液，密封玻璃消解管，并在70℃下反应12h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液，通过旋转蒸发仪减压蒸馏移除剩余的氢溴酸溶液，得到含有4-溴戊酸的混合溶液；经GC-FID分析，所得4-溴戊酸产率71%，选择性98%。
实施例6
本实施例为以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，步骤如下：
取0.2g γ-戊内酯加入到10mL玻璃反应管，再加入1mL 48%氢溴酸溶液，密封玻璃消解管，并在60℃下反应12h。反应完后冷却至室温后得到黄色透明溶液，通过减压蒸馏移除剩余的氢溴酸溶液，得到含有4-溴戊酸的混合溶液，经GC-FID分析，所得4-溴戊酸产率37%，选择性98%。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：将γ-戊内酯与溴化氢溶液，在一定条件下进行反应，反应结束后，经过后处理得到4-溴戊酸。
2.根据权利要求1所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述溴化氢溶液为溴化氢醋酸溶液或氢溴酸溶液。
3.根据权利要求2所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述溴化氢溶液为溴化氢醋酸溶液时，溴化氢醋酸溶液的质量分数为33%。
4.根据权利要求2所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述溴化氢溶液为氢溴酸溶液时，氢溴酸溶液的质量分数为48%。
5.根据权利要求3所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述γ-戊内酯与溴化氢醋酸溶液的质量体积比为0.2g:（2-3）mL。
6.根据权利要求4所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述γ-戊内酯与氢溴酸溶液的质量体积比为0.2g:（1-2）mL。
7.根据权利要求6所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述反应的温度为40-90℃。
8.根据权利要求7所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述反应的温度为70-90℃。
9.根据权利要求8述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述反应的时间为1-24h。
10.根据权利要求9所述的以γ-戊内酯合成4-溴戊酸的方法，其特征在于：所述反应的时间为8-12h。
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