CN1746160A

CN1746160A - 植物生长素3－吲哚丁酸合成新工艺

Info

Publication number: CN1746160A
Application number: CN 200410071804
Authority: CN
Inventors: 赵增国; 张红艳; 刘尚远; 李伟
Original assignee: Tianjin Normal University
Current assignee: Tianjin University; Tianjin Normal University
Priority date: 2004-09-06
Filing date: 2004-09-06
Publication date: 2006-03-15

Abstract

本发明公开了一种植物生长素3－吲哚丁酸合成新工艺，解决了原料成本高、不易得，工艺繁杂，造成的污染大等问题。技术方案：以廉价水杨酸为原料，步骤如下：(1)在常温常压下，以聚合物氢化催化剂对水杨酸进行催化氢化；以有机超强酸为催化剂进行酯化，其水杨酸与乙醇的摩尔比为1∶20～1∶80；(2)在70℃下，用聚合物氧化试剂进行氧化反应，邻羟基环己基甲酸乙酯与聚合物氧化试剂的摩尔比为1∶1.5～1∶2；(3)在－5℃～10℃进行缩合反应，产物在水浴条件下进行碱性水解，室温下酸化，其环己酮－2－甲酸乙酯与苯胺的摩尔比为1∶1；(4)经菲希尔(Fischer)重排，加热225℃～230℃，进行脱羧反应。本发明是一种原料廉价、易得，反应条件温和，合成步骤简单，聚合物氢化催化剂和氧化剂可反复使用、避免重金属污染的环保、节能型独具特色的植物生长素3－吲哚丁酸合成新工艺。

Description

植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺

技术领域

本发明涉及一种植物生长素的合成工艺，特别涉及一种以廉价的水杨酸为起始原料进行工艺设计的技术。

背景技术

3-吲哚丁酸简称为IBA，它是一种天然存在于植物体内的植物生长素，为了更好的促进植物生长，因此，合成的IBA已被广泛应用。多年的实践证明合成的IBA是一种高效、低毒、高活性、广谱型的无公害生化制剂，是卓越的植物生长调节剂、生根剂以及能大幅提高座果率的瓜果类植物生长促进剂。现有技术的合成工艺步骤多、转化率低。其主要原料为吲哚、4-氯丁腈或吲哚、γ-丁内酯等，这些原料本身的合成就相当繁杂、工艺条件苛刻、不易得、成本高，且容易造成环境污染，导致了3-吲哚丁酸售价昂贵(目前吲哚180～250元/kg，3-吲哚丁酸800元/kg)。例如(1)S.S.Nametkim，N，A，Dzbanovskiiand A.G.Rudnev：compt.rend.acad.Sci.U.S.S.R.(in English)，32，333～335(1941)[C.A.37，3756(1943)]在这一合成工艺中，所使用的主要原料有吲哚和4-氯丁腈，这两种原料本身合成工艺就很复杂，成本高，反应过程是通过格氏试剂进行反应，其反应条件苛刻。(2)F.N.Stepanov.U.S.S.R.66681，July 31，1946.据报道，合成工艺中使用的主要原料为1-吲哚镁碘和γ-丁内酯，1-吲哚镁碘和γ-丁内酯的成本很高。(3)Jackson，R.W等，J.Am.Chem.Soc.，52，5029(1930)Jackson，R.W.等人的合成工艺中，用环己酮-2-羧酸制备α-酮庚二酸苯腙单酯，但是他们没能提供一种由廉价原料制备环己酮-2-羧酸的方法，也就是说原工艺没有用廉价的水杨酸经氢化、酯化、氧化等工艺来合成环己酮-2-甲酸乙酯，这正是原工艺自1927年报道以来，在3-吲哚丁酸的工业化生产中没有被采用的原因所在。(4)Frite，H.E.，J.Org.Chem.，28，1384(1963)；(5)Hung.Teljs，Hu 30641；CA 10190760(1984)；(6)陶烃，郭奇玲.农药.20(6)(1988)；以上(4)、(5)、(6)报道中，合成方法虽然不尽相同，所使用的主要原料均为吲哚和γ-丁内酯，原料成本高，反应条件苛刻。总之，现有技术中，有关IBA的合成方面的报道主要原料本身的合成就相当繁杂，工艺条件苛刻，且易造成较大的环境污染，成本高，价格昂贵。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题进行的研究，解决了原料成本高、不易得，工艺条件苛刻、工艺繁杂、造成的环境污染大等问题；本发明为人类提供了一种原料廉价、易得，合成步骤大为简化的环保节能型的植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺。

本发明的技术方案是：植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺，其特征是以廉价的水杨酸为起始原料进行工艺设计，它包括如下步骤：

(1)在常温常压下，以聚合物氢化催化剂对水杨酸进行催化氢化；以有机超强酸为催化剂，在回流条件下进行酯化，其水杨酸与乙醇的摩尔比为1∶20～1∶80；

(2)在70℃下，用聚合物氧化试剂进行氧化反应，邻羟基环己基甲酸乙酯与聚合物氧化试剂的摩尔比为1∶1.5～1∶2；

(3)在-5℃～10℃进行缩合反应，碱性条件下回流水解，室温下酸化，其环己酮-2-甲酸乙酯与苯胺的摩尔比为1∶1；

(4)经菲希尔(Fischer)重排，加热225℃～230℃，进行脱羧反应。

本发明所述的聚合物氢化催化剂是碳纤维二苯膦-钯络合物或聚苯乙烯-二苯基膦-钯络合物或聚-γ-(m-二苯膦苯基)丙基硅氧烷-钯络合物或二氧化硅-聚-γ-二苯基膦丙基硅氧烷-铂络合物(Si-P-Pt)等聚合物金属络合物催化剂。

本发明所述的酯化反应中所使用的有机超强酸催化剂为全氟磺酸树脂或聚苯乙烯磺酸树脂。

本发明所述的聚合物氧化试剂是聚合物载体铬(VI)氧化剂(PVPCC)或聚乙烯基吡啶次溴酸盐。

本发明的优点和积极效果是：由于本发明采用易得、廉价的水杨酸为主要起始原料进行工艺设计，其合成工艺简单、成本低，并创造了四个首次。具体体现在以下几方面：(1)合成3-吲哚丁酸，首次采用水杨酸为起始原料(这是第一个首次)，水杨酸生产成本低，价格便宜。目前吲哚180～250元/kg，3-吲哚丁酸800元/kg，发明所用的原料水杨酸不足10元/kg，成本大大降低。(2)本发明所使用的聚合物氢化催化剂，催化效率高，使用后可以全部回收，不会污染环境。查新表明，这种催化剂用于水杨酸的催化氢化还属首次(这是第二个首次)，反应在常温常压下进行，节省能源。(3)由邻羟基环己基甲酸合成邻羟基环己基甲酸乙酯，首次使用有机超强酸为催化剂进行酯化(这是第三个首次)，反应的转化率高，催化剂可回收，避免了环境污染。(4)本发明在合成3-吲哚丁酸过程中，使用聚合物氧化试剂氧化邻羟基环己基甲酸乙酯合成环己酮-2-甲酸乙酯还属首次(这是第四个首次)，这种试剂在进行氧化还原反应后可以回收，避免了对环境的污染，经处理后可以继续使用。催化氢化反应在常温常压下；氧化反应在70℃左右进行，节省能源。

本发明成功地在合成中使用了菲希尔(Fischer重排)反应，关键问题是本发明设计了一条以水杨酸为起始原料的节能、环保型工艺制备了环己酮-2-甲酸乙酯。Fischer反应的特点是转化率高，反应条件温和，所需原料苯胺等易得，合成步骤简单。聚合物氢化催化剂和聚合物氧化剂以及有机超强酸可以回收，反复使用，避免了环境污染。

图1是本发明的工艺流程图。下面结合附图1对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的工艺独具特色，设计了一条以廉价的水杨酸作为起始原料的工艺路线，原料不仅廉价，而且来源方便。按照前面叙述的工艺步骤结合附图1对本发明作进一步的详细说明。如图1所示，本发明以廉价的水杨酸(A)为起始原料，在聚合物氢化催化剂的作用下进行常温常压下的催化氢化反应，反应完毕聚合物氢化催化剂很容易分离，并可继续使用，得到邻羟基环己基甲酸(B)。再以有机超强酸为催化剂进行酯化(有机超强酸也可以回收再利用)，得到邻羟基环己基甲酸乙酯(C)。然后，在70℃左右的条件下，在非极性溶剂中用湿的聚合物氧化试剂氧化则得到环己酮-2-甲酸乙酯(D)，而聚合物载体铬氧化剂中的铬由正六价还原成正三价，分离后再经双氧水氧化再生，低价铬(III)又被氧化成为铬(VI)，继续使用。将环己酮-2-甲酸乙酯再与氯化重氮苯进行反应得到偶氮化合物，此偶氮化合物经碱性水解、酸化后，则得到苯腙的二羧酸化合物(E)。经Fischer重排得到吲哚-2-甲酸-3-丁酸(F)。最后经加热脱去2-位上的羧基就生成3-吲哚丁酸(IBA)。

1、邻羟基环己基甲酸乙酯(C)的制备

实例1.在常温常压下，向氢化装置的氢气计量瓶充入约10升氢气(充满为止)，向三口瓶中加入300ml(5.2mol)无水乙醇、13.8g(0.1mol)水杨酸和3g二氧化硅-聚-γ-二苯基膦丙基硅氧烷-铂络合物(Si-P-Pt)，打开氢气计量装置与三口瓶之间的阀门，使氢气在室温、常压下与反应液接触，30分钟后，氢气被吸收6.7升。分离出氢化催化剂，再将反应液倒入三口瓶，同时加入5g 10～15目的全氟磺酸树脂，装上回流冷凝器、温度计，回流1.5小时，然后分离出全氟磺酸树脂，回收，再蒸出乙醇，得到产品邻羟基环己基甲酸乙酯，产率为98.7％。

本工艺中酯化反应，所用的醇通常为甲醇、乙醇，但更多的使用乙醇。本发明中酯化反应的特征是催化剂为聚苯乙烯磺酸树脂或全氟磺酸树脂等有机超强酸，不仅转化率高，可以回收反复使用，而且避免了环境污染。

实例2.氢化装置、加料量以及操作步骤同实例1，聚合物氢化催化剂换成3g碳纤维二苯膦-钯络合物，氢化后，再进行催化酯化，得邻羟基环己基甲酸乙酯，产率以水杨酸计为95.5％。

实例3.将实例1中聚合物氢化催化剂换成3g聚苯乙烯-二苯基膦-钯络合物，按上述方法反应，并计算产率为96.1％。

实例4.将实例1中的聚合物氢化催化剂换成3g聚-γ-(m-二苯膦苯基)丙基硅氧烷-钯络合物，按上述方法反应，并计算产率为97.4％。

实例5.如将实例1中的乙醇加入量改为115mL(2mol)(即水杨酸∶乙醇＝1∶20，摩尔比)其余条件不变，则邻羟基环己基甲酸乙酯的产率为91％。

实例6.如将实例1中的乙醇加入量改为460mL(8mol)(即水杨酸∶乙醇＝1∶80，摩尔比)其余条件不变，则邻羟基环己基甲酸乙酯的产率为83％。

实例7.如将实例1中的全氟磺酸树脂改为同样量的聚苯乙烯磺酸树脂，其余条件不变，则邻羟基环己基甲酸乙酯的产率为94.3％。

2、环己酮-2-甲酸乙酯(D)的制备

实例8.向三口瓶中加入0.2mol的(C)及0.36mol(摩尔比为1∶1.8)湿的聚合物载体铬氧化试剂(PVPCC)及400ml环己烷，回流24小时，分出聚合物氧化试剂后，回收溶剂，得产物，产率为96.7％。

实例9.在反应中，只改变聚合物载体铬氧化试剂(PVPCC)的量为0.3mol(摩尔比为1∶1.5)，其余均同实例1，产率为91.2％。

实例10.将聚合物氧化试剂的量改为0.40mol(摩尔比为1∶2)，其余均同实例1，产率为96.9％。

3、α-羰基庚二酸苯腙(E)的制备

实例11.将50g(0.4mol)苯胺盐酸盐按通用方法在酸性条件下加入亚硝酸钠，冰盐浴控制在0～5℃，然后将冷却后的66g(0.4mol)环己酮-2-甲酸乙酯加入，放置数小时后，加入乙醚溶解。蒸出乙醚，剩余物在水浴上用过量的5％的NaOH溶液碱性水解，此时溶液变为褐色。用酸调至中性，加活性炭脱色过滤。向溶液中继续加入盐酸，二羧酸析出，此物为浅褐色粘稠固体，产率为74％。所得产物可用乙酸乙酯重结晶，得黄色固体。

实例12.如将实例11中的缩合温度由0～5℃改为-5～0℃，其余条件不变，α-羰基庚二酸苯腙(E)的产率为69％。

实例13.如将实例11中的缩合温度由0～5℃改为5～10℃，其余条件不变，α-羰基庚二酸苯腙(E)的产率为53％。

4、Fischer反应制3-吲哚丁酸(IBA)

实例14.将上述制得的苯腙溶于300ml含20％硫酸的乙醇溶液中，在装有带干燥管的回流冷凝器及搅拌器的烧瓶中回流4小时。将反应混合物倒入水中，用乙醚提取油状物。加入5％的乙醇钠，反应12小时，有少量钠盐生成。加入稀盐酸，析出吲哚-2-甲酸-3-丁酸(F)晶体，产率为93.5％，可用水重结晶。

将上述所得固体用油浴加热至225～230℃，有CO₂气体释出，30分钟后反应完毕，将固体倒于沸水中，加活性碳脱色后，热过滤。浓缩滤液，得有光泽片状(或棱柱状)晶体，即为3-吲哚丁酸(IBA)。

在植物生长素IBA合成新工艺的用途方面，其特征是不只适用于IBA的合成，还可用于某些IBA的同系物及衍生物的合成。

本发明的植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺使用的原料水杨酸如写成苯或苯酚或更简单的化合物，并不能说明与本项发明有任何区别，因为合成水杨酸的主要原料是苯酚，而合成苯酚的主要原料可以是异丙苯、苯磺酸或氯苯等，它们又都是由苯为主要原料合成的，所以，以这些化合物为起始原料均已包括在本发明之中。

Claims

1、一种植物生长素3-吲哚丁酸的合成方法，其特征是它包括如下步骤：

(1)在常温常压下，以聚合物氢化催化剂对水杨酸进行催化氢化；以有机超强酸为催化剂进行酯化，其水杨酸与乙醇的摩尔比为1∶20～1∶80；

(4)经菲希尔(Fischer)重排，加热225℃～230℃，进行脱羧反应。

2、根据权利要求1所述的植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺，其特征是聚合物氢化催化剂为碳纤维二苯膦-钯络合物或聚苯乙烯-二苯基膦-钯络合物或聚-γ-(m-二苯膦苯基)丙基硅氧烷-钯络合物或二氧化硅-聚-γ-二苯基膦丙基硅氧烷-铂络合物(Si-P-Pt)等聚合物金属络合物催化剂。

3、根据权利要求1所述的植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺，，其特征在于在酯化反应中所使用的有机超强酸催化剂为全氟磺酸树脂或聚苯乙烯磺酸树脂。

4、根据权利要求1所述的植物生长素3-吲哚丁酸合成新工艺，其特征在于本工艺所用的聚合物氧化剂是聚合物载体铬(VI)氧化剂(PVPCC)或聚乙烯基吡啶次溴酸盐。