（有机化学专业论文）无溶剂下酚酯化反应研究.pdf

i p 无溶剂下酚酯化反应研究 摘要 有机合成上的一个重要目标是发展更绿色 在经济上更具有竞争力的合成途 径 无溶剂有机反应使合成更简单 节省能量 最小化损耗 避免使用有毒的有 机溶剂 减少对环境的污染 并且反应发生在温和的条件下 通常要求更容易的 操作程序和简单的设备 鉴于此 无溶剂反应的研究已经成为一个重要和受欢迎 的研究领域 酚酯化反应是有机合成中重要和基础的合成途径 酚酯化反应的改进对有机 合成有着重要的意义 本文对无溶剂下酚与乙酸酐 顺丁烯二酸酐 邻苯二甲酸酐的酯化反应分别 进行了研究 以固体碱为催化剂 合成了酯化产物 重点研究了在无溶剂 微波辐射下 以固体碱催化酚的乙酰化反应 合成了 乙酰苯酯及其衍生物 实验中首先制得几种新型负载型催化剂 这些负载型催化 剂是采用浸渍法和微波辐射法以几种常见固体碱负载在介孔氧化铝上制备得到 并可以重复使用4 次 催化产率保持在9 0 以上 这些负载型固体碱及无负载固 体碱于无溶剂下对苯酚的乙酰化反应进行催化 结果显示微波辐射法制得的碳酸 钾一氧化铝 固体碱 3 催化效果最好 同时对固体碱 3 催化的苯酚乙酰化 反应进行条件优化 得出较优催化剂用量相对苯酚为1 6 8 m 0 1 同时反应温度 6 0 c 下 乙酸苯酯产率为9 4 8 并在无溶剂条件下固体碱 3 为催化剂比较 了传统加热和微波加热下取代苯酚的乙酰化反应的效果 结果显示 采用传统加 热法 反应时间1 5 0 m i n 时乙酰化收率在6 2 0 0 0 9 8 而在微波辐射下 反应 时间9 r a i n 时乙酰化收率即可达7 6 4 0 o 1 0 0 o 显然 采用微波法在反应时间和 产率方面比传统加热法更优越 因此无溶剂条件下采用微波加热法用固体碱i i i 3 催化酚的乙酰化反应是有效可行的 由于此合成过程无溶剂参与反应 固体催化 剂可重复利用 大大节省溶剂的使用和防止废弃物及毒性物的排放 对经济方面 和环境保护具有很大意义 符合绿色化学的理念 一 i 研究了无溶剂下 酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 采用固体碱催化剂 合 成了顺丁烯二酸单苯酯类化合物 本文中对固体酸和固体碱两种催化剂进行考 察 实验结果表明 无溶剂下n a 2 c 0 3 n a h c 0 3 n a o h 固体碱可催化酚与顺丁 烯二酸酐的酯化反应 但固体酸则不能催化此反应 其中n a 2 c 0 3 催化效果最好 产率为5 2 1 同时对n a 2 c 0 3 固体碱催化的苯酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应进 行条件优化 得出较优的反应条件 在条件相类似的情况下研究了无溶剂下对氯 苯酚 对氟苯酚 对甲酚 对甲氧基苯酚 对硝基苯酚等取代酚与顺丁烯二酸酐 的反应 合成了顺丁烯二酸单苯酯类化合物 产率在7 9 4 2 5 9 由于此途 径无溶剂参与反应 大大节省溶剂的使用和防止废弃物及毒性物的排放 对经济 方面和环境保护具有很大意义 研究了无溶剂下 酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化反应 采用固体碱催化剂 合 成了邻苯二甲酸单苯酯类化合物 本实验对固体碱和吡啶为催化剂进行考察 实 验结果表明无溶剂下n a 2 c 0 3 k o h n a o h n a h c 0 3 k 2 c 0 3 固体碱和吡啶可 以催化酚与邻苯二甲酸酐的酯化反应 其中n a 2 c 0 3 催化效果最好 产率为7 1 8 同时对n a 2 c 0 3 固体碱催化的苯酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化反应进行条件优化 得出较优的反应条件 在合成条件相类似的情况下研究了无溶剂下对氯苯酚 对 氟苯酚 对甲酚 对甲氧基苯酚 对硝基苯酚等取代酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化 反应 合成了邻苯二甲酸单苯酯类化合物 产率在8 9 5 6 5 7 通过高效气相色谱 红外和核磁等检测手段 确证了反应产物的结构 此合 成途径所用原料及固体碱催化剂价格便宜 操作简单 负载型催化剂也易于制备 由于无溶剂参与合成过程 是绿色 环境友好合成途径 关键词 酚 固体碱 催化 无溶剂 酚酯化 微波 一 嶂 s t u d yo ne s t e r i f i c a t l 0 no fp h e n o l su n d e r s o l v e n t f r e ec o n d i t l 0 n a b s t r a c t t h ee s t e r i f i c a t i o no fp h e n o l si st h em o s tf u n d a m e n t a lt r a n s f o r m a t i o ni no r g a n i c s y n t h e s i sa n di t i sw i d e l ya p p l i e di ni n d u s t r i a lp r o d u c t i o no fu s e f u li n t e r m e d i a t e s d e s p i t ean u m b e ro fp r e c e d e n t s n e we f f i c i e n tm e t h o d o l o g i e sf o ra c y l a t i o na r es t i l li n d e m a n d a ni m p o r t a n tg o a li no r g a n i cs y n t h e s i si st od e v e l o pg r e e n e ra p p r o a c h e sa n d m o r ee c o n o m i c a l l yc o m p e t i t i v ep a t h w a y s s o l v e n t f r e eo r g a n i cr e a c t i o n sm a k e o r g a n i cs y n t h e s i ss i m p l e r s a v i n ge n e r g y m i n i m i z i n gw a s t a g e a v o i d i n gt h eu s i n go f t o x i co r g a n i cs o l v e n t s r e d u c i n ge n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n a n dt h er e a c t i o n so c c u ri n m i l dc o n d i t i o n s u s u a l l yr e q u i r ee a s i e ro p e r a t i n gp r o c e d u r e sa n ds i m p l e ra p p a r a t u s i n v i e wo ft h e s e e s t e f i f i c a t i o no fp h e n o l si ns o l v e n t f r e ec o n d i t i o n sh a sb e c o m ea n i m p o r t a n ta n dp o p u l a rf i e l do fs t u d y i nt h i st h e s i s e s t e r i f i c a t i o no fp h e n o lw i t ha c e t i ca n h y d r i d e m a l e i ca n h y d r i d e p h t h a l i ca n h y d r i d ew e r es t u d i e ds e p a r a t e l yu n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s p h e n y la c e t y la n di t sd e r i v a t i v e sw e r eo b t a i n e db ya c e t y l a t i o no fp h e n o l si nt h e a b s e n c eo fs o l v e n t u n d e rm i c r o w a v ei r r a d i a t i o n w i t hs o l i db a s e sa sc a t a l y s t s f i r s to f a l l s e v e r a ln e wc a t a l y s t sw e r ep r e p a r e d w h i c hw e r em a d ei n i m p r e g n a t i o na n d m i c r o w a v er a d i a t i o nm e t h o dw i t hs e v e r a lc o m m o ns o l i db a s e s1 0 a d e di na l u m i n a t h e s o l i db a s e sl o a d e da n du n l o a d e di na l u m i n aa sc a t a l y s t sw e r eu s e di nt h es o l v e n t f r e e a c e t y l a t i o no fp h e n 0 1 t h er e s u l t ss h o w e dp o t a s s i u mc a r b o n a t e a l u m i n a s o l i db a s e i i i 一3 h a sb e s tc a t a l y s i s o p t i m i z i n gt h ec o n d i t i o n so fa c e t y l a t i o no fp h e n o l 谢t l ls o l i d b a s ei i l 3 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tc a t a l y s tm o l a rp e r c e n tt op h e n o lw a s1 6 8 m 0 1 r e a c t i o nt e m p e r a t u r ew a s6 0 c w i t ht h ey i e l do f9 4 8 a c e t y l a t i o no fs u b s t i t u t e d 1 1 1 l l t p h e n o l sh a db e e ns t u d i e dw i t hs o l i db a s ei i i 一3u n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s t h e e f f e c to fc o n v e n t i o n a lh e a t i n ga n dm i c r o w a v eh e a t i n gw e r es t u d i e ds e p a r a t e l yi nt h e r e a c t i o n s e x p e r i m e n t a ld a t as h o w e dt h a tm i c r o w a v eh e a t i n gw a sf e a s i b l ea n d e f f e c t i v ei na c e t y l a t i o no fp h e n o l su n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s t h ee s t e r i f i c a t i o no fp h e n o l sw i t hm a l e i ca n h y d r i d ew e r es t u d i e du s i n gs o l i d b a s e sa sc a t a l y s t s u n d e rs o l v e n t f le ec o n d i t i o n s b u t e n e d i o i ca c i dm o n o p h e n y le s t e r a n di t sd e r i v a t i v e sw e r es y n t h e s i z e d t h es t u d yi n v e s t i g a t e dt w ok i n d so fc a t a l y s t s s o l i da c i d sa n ds o l i db a s e s t h er e s u l t ss h o w e dt h a tn a 2 c 0 3 n a h c 0 3 n a o h e s p e c i a l l yn a 2 c 0 3w e r eg o o dc a t a l y s t sb u tt h es o l i da c i d sw e r e tg o o dc a t a l y s t si nt h e r e a c t i o n t h ec o n d i t i o n so ft h ee s t e r i f i c a t i o no fp h e n o lw i t hm a l e i ca n h y d r i d ew e r e o p t i m i z e d t h e ne s t e r i f i c a t i o no fs u b s t i t u t e dp h e n o l sw i t hm a l e i ea n h y d r i d ew e r e s t u d i e dw i t hn a 2 c 0 3u n d e rs o l v e n t f t e ec o n d i t i o n sa n dt h ee x p e r i m e n t a ld a t as h o w e d t h a tt h ey i e l d sw e r e2 5 9 0 0 7 9 4 t h ee s t e r i f i c a t i o no fp h e n o l sw i t l lp h t h a l i ca n h y d r i d ew e r es t u d i e du n d e r s o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s u s i n gs o l i db a s ec a t a l y s t s a n ds i n g l ep h e n y lp h t h a l a t ea n d d e r i v a t i v e sw e r es y n t h e s i z e d t h ec a t a l y s t sw e r ei n v e s t i g a t e di nt h ee x p e r i m e n t t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tn a 2 c 0 3w a st h eb e s t c a t a l y s t i nt h e s es o l i db a s e s t h e c o n d i t i o n so ft h ee s t e r i f i c a t i o no fp h e n o lw i t hp h t h a l i ca n h y d r i d ew e r eo p t i m i z e d t h e ne s t e r i f i c a t i o no fs u b s t i t u t e dp h e n o l sw i t hp h t h a l i ca n h y d r i d ew e r es t u d i e dw i t h n a 2 c 0 3u n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n sa n dt h ee x p e r i m e n t a ld a t as h o w e dt h a tt h e y i e l d sw e r e6 5 7 8 9 5 a l lp r o d u c t sw e r ec h a r a c t e r i z e db yi ra n dn m r t h em a t e r i a l sa n ds o l i db a s e c a t a l y s t s a l e c h e a p e a s yt o a c h i e v e s o l v e n t 舭es y n t h e s i s i s g r e e n a n d e n v i r o n m e n t f r i e n d l yp a t h w a y k e yw o r d s p h e n o l s o l i db a s e c a t a l y s i s s o l v e n t f r e e e s t e r i f i c a t i o n m i c r o w a v e i v j111 l 目录 摘要 i a b s t r a c t i 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及应用 l 1 1 无溶剂反应的研究概况 l 1 2 无溶剂下酚酯化反应的研究意义 1 1 3 无溶剂下酚酯化反应的研究进展 3 1 3 1 无溶剂下酚与乙酸酐酯化反应的研究进展 3 1 3 1 1 无溶剂下d m a p 催化的酚酯化反应 3 1 3 1 2 无溶剂下微波促发的酚酯化反应 4 1 3 1 3 无溶剂下 负载催化剂下的酚酯化反应 4 1 3 1 4 无溶剂下 a i o t f 3 催化下的酚酯化反应 4 1 3 2 无溶剂下酚与顺丁烯二酸酐的酯化反应的研究进展 5 1 3 2 1 无溶剂下 干燥吡啶催化下的苯酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 5 1 3 2 2 在氢氧化钠水溶液中苯酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 5 1 3 3 无溶剂下酚与邻苯二甲酸酐的酯化反应的研究进展 6 1 4 研究目的和内容 6 第二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 8 2 1 材料与方法 8 2 1 1 主要试剂 8 2 1 2 主要仪器 9 2 1 3 实验方法 9 2 1 3 1 负载固体碱的制备 1 0 2 1 3 2 固体碱催化酚的乙酰化反应 1 0 2 2 结果与讨论 甲 1 1 2 2 1 无溶剂下 不同固体碱催化剂的对苯酚乙酰化反应的催化 l l 2 2 2 催化剂用量对反应产率的影响 1 1 2 2 3 反应温度对反应产率的影响 1 2 v 2 2 4 无溶剂下k z c 0 3 a 1 2 0 3 i i i 3 催化不同取代酚与乙酐的酯化反应 1 3 2 2 5k 2 c 0 3 a 1 2 0 3 i i i 一3 在苯酚乙酰化中的重复使用效果 1 5 2 2 6 反应机理讨论 l5 2 3 本章小结 1 6 第三章无溶剂下酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 l8 3 1 材料与方法 1 8 3 1 1 主要试剂 1 8 3 1 2 主要仪器 1 9 3 1 3 实验方法 19 3 2 结果与讨论 2 0 3 2 1 不同固体催化剂对反应的影响 2 0 3 2 2 碳酸钠催化剂用量对酚酯化产率的影响 2 1 3 2 3 反应时间的影响 2 1 3 2 4 反应温度的影响 2 2 3 2 5 无溶剂下不同取代酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 2 2 3 2 6 反应机理探讨 2 4 3 3 本章小结 2 5 第四章酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化反应研究 2 7 4 1 材料与方法 2 7 4 1 1 主要试剂 2 7 4 1 2 主要仪器 2 8 4 1 3 实验方法 2 8 4 2 结果与讨论 2 9 4 2 1 不同催化剂的影响 2 9 4 2 2 不同催化剂用量对反应的影响 3 0 4 2 3 反应时间的影响 31 4 2 4 反应温度的影响 3 l 4 2 5 取代酚与邻苯二甲酸酐的酯化 3 2 4 2 6 反应机理探讨 3 3 v i 一 4 3 本章小结 3 4 第五章结论 一 3 6 参考文献 3 7 攻读学位期间发表的学术论文目录 4 3 致谢 4 4 浙江师范大学学位论文独创性声明 4 5 v i i j 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及应用 1 1 无溶剂反应的研究概况 在最近几十年间 有机合成上的一个重要目标是发展更绿色 在经济上更具 有竞争力的合成途径去合成具有药物学和农业应用潜能的化合物 绿色化学的理 想在于不再使用有毒 有害的物质 不再产生废物 不再处理废物 无溶剂途径 不仅简化了有机反应 而且减少了有机溶剂的使用 最小化损耗和废物的形成 反应发生在温和的条件下 通常要求更容易的操作程序和简单的设备 更重要的 是 无溶剂反应应用范围广 有高的反应选择性 可以使结构差异大的底物转化 成产物 并可以生成许多通过常规的反应途径得不到的产物 因为反应在清洁的 环境中进行 没有副产物 纯净的产物可通过简单的萃取提取出来n 吲 这种方 法表现出简单和绿色的途径 在温和的反应条件下反应 并且已经广泛应用 反应如果是固相的 则可称为固相无溶剂反应 该反应体系作为绿色化学的 重要组成部分是近年来发展起来的新领域 在固相有机化学反应中 反应物分子 受晶格的控制 运动状态受到最大限制 因此表现出比溶液更高的反应效率及反 应选择性 固相无溶剂反应可以用来制备传统反应中要求苛刻反应条件的化合 物 或是进行传统反应中产量太低而不能进行的反应 而且固相反应还因其可以 避免使用有毒的有机溶剂 减少对环境的污染 节约能源等特点而备受瞩目 1 这种绿色环保的合成途径 毫无疑问 将对保持良好的环境 社会和经济的 可持续发展有重要的意义 1 2 无溶剂下酚酯化反应的研究意义 酚酯化反应是有机合成中重要和基础的合成途径 酚酯化反应的改进对有机 合成有着重要的意义 无溶剂酚酯化途径 可以缩短反应时间 使反应操作简化 反应条件更温和 由于其不使用溶剂 简化了反应 最小化损耗 并减少了废物的形成 这些优点 使无溶剂酚酯化途径符合了绿色化学的要求 本文选择了三个酚酯化反应体系 对酸酐的选择 乙酸酐是最简单的且具有 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及应用 代表性的羧酸酐 选择乙酸酐研究不仅使反应简单而且具有代表性 顺丁烯二酸 酐和邻苯二甲酸酐是共轭的环酸酐 这两种酸酐是固态的不饱和酸酐 反应活性 不够好而且可做为无溶剂固相反应的代表 如这些不活泼酸酐反应顺利 其他酸 酐也会顺利 故这两种酸酐的选择具有代表性 而且反应生成的化合物都是重要 的药物中间体和工业中间体 乙酸苯酯在工业上一般用作溶剂和有机合成的中间体 经过转化可以得到邻 羟基苯乙酮和对羟基苯乙酮的混合物 用于治疗急慢性黄疸型肝炎 胆囊炎等疾 病 其中的邻羟基苯乙酮是合成抗心律失常药盐酸普罗帕酮的重要中间体口3 目 前乙酸苯酯的合成主要是采用苯酚与一定浓度的氢氧化钠反应生成苯酚钠 然 后再滴加乙酐 经酚酯化反应合成乙酸苯酯 产率约9 3 随1 另一途径是苯酚 乙 酰氯为原料 环己烷为溶剂反应5 h 经酚酯化反应合成乙酸苯酯 收率约9 5 阳1 以上两种方法存在的问题是碱液的腐蚀性 对环境的污染和不能重复利用 有机 溶剂的使用经济问题和对环境的污染问题 也是有机合成面临的迫切需要解决问 题 所以本文对无溶剂下 在负载型固体碱催化剂n 们下 酚与乙酸酐的酚酯化反 应进行研究 得出一条绿色环保且经济有效的途径 酚与顺丁烯二酸酐发生酚酯化反应形成的顺丁烯二酸单苯酯类衍生物是制 备4 一色满酮一2 一甲酸的重要原料 4 一色满酮一2 一甲酸及其衍生物是具有广泛生理 活性和药理活性的一类化合物n 卜1 5 4 一色满酮 2 甲酸的研究是一个极富应用前 景的课题 其经过改性后n 刀 可极大地扩展其应用的空间 目前己广泛应用于 医药n 姚1 环保 食品 材料 农业等领域乜 1 其母核4 色满酮是化学药物中 的一个常见基本结构 可作为多种药效基团的载体部分泌别 目前对该类化合物 的合成及应用尚处于摸索阶段乜确1 对于系统研究该类化合物结构与药效之间的 关系尚未深入开展 所以研究该类化合物制备具有重要的应用和开发价值 舯 于是 本文对无溶剂情况下 酚与顺丁烯二酸酐酯化反应进行了研究 以固体碱 醅列为催化剂 合成了顺丁烯二酸单苯酯类衍生物 这种无溶剂下酚与顺丁烯二 酸酐的酚酯化反应作为一种绿色环保的合成途径 也为酚和其它共轭环酸酐在无 溶剂下的酚酯化反应提供了实验基础 酚与邻苯二甲酸酐发生酚酯化反应形成邻苯二甲酸单苯酯类化合物m 1 邻苯 二甲酸酯类化合物是工业中普遍应用的增塑剂 邻苯二甲酸酯类化合物主要用于 2 苯二甲酸酯作为一类能起到软化作用的化学品 被普遍应用于玩具 食品包 装材料 医用血袋和胶管 乙烯地板和壁纸 清洁剂 润滑油 个人护理用 品 如指甲油 头发喷雾剂 香皂和洗发液等数百种产品中 本文对无溶剂情 况下 酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化反应进行了研究 以固体碱为催化剂 合成了 邻苯二甲酸单苯酯类衍生物 是新的合成邻苯二甲酸单苯酯类化合物的绿色环保 且经济有效的方法 这种无溶剂下酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化途径也为在无溶剂 下邻苯二甲酸酯类这一类用于增塑剂的化合物的合成提供实验基础 有广阔的开 发前景 1 3 无溶剂下酚酯化反应的研究进展 国内外对酚酯化反应的研究比较多 重点在于研究新的催化剂和新的途径 绿色 高效地进行酚酯化反应口司 无溶剂固相反应体系作为绿色化学的重要组成 部分是近年来发展起来的新领域 无溶剂固相反应表现出比溶液反应更高的反应 效率及反应选择性 而且还因其可以避免使用有毒的有机溶剂 减少对环境的污 染 节约能源等特点受到关注 所以对无溶剂酚酯化反应也有研究 下面是相关 文献报道中较典型催化剂应用的无溶剂酚酯化反应 1 3 1 无溶剂下酚与乙酸酐酯化反应的研究进展 1 3 1 1 无溶剂下d m a p 催化的酚酯化反应 在无溶剂条件下 仅用0 0 5 m o l o 旷2 m 0 1 d m a p 能有效地促进酚和酸酐的酯 化反应 并能取得高的产率 1 申o h 地导的q 从 图1 1 无溶剂下d m a p 催化的酚酯化反应 无溶剂条件下 0 0 5 m 0 1 d m a p 用于酚与乙酸酐的酚酯化反应同样取得高 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及心用 的产率 1 3 1 2 无溶剂下微波促发的酚酯化反应 在无溶剂和无催化剂的条件下 微波促发的快速和选择性发生的酚与乙酸酐 的酰化反应 3 7 1 6 仲等 图1 2 无溶剂下微波促发的苯酚与乙酸酐的酯化反应 1 3 1 3 无溶剂下负载催化剂下的酚酯化反应 在无溶剂媒介中 以p 2 0 媚i 0 2 为催化剂 用羧酸和酚合成酯的简单有效地 方法 矧 0 o 儿r x 臼 图1 3 无溶剂下p 0 s s i o z 催化的酚与羧酸的酯化反应 1 3 1 4 无溶剂下a i o t f 3 催化下的酚酯化反应 a i o t f 3 o 0 l 0 1m 0 1 是一种有效的催化剂 在室温下 短的反应时间 里 a i o t 0 o 0 l 0 1m 0 1 催化下 酚和醇与乙酸酐的酯化反应得到极高的产 率 蚓 o i h a i o t 0 3 o l a c 0 罴0 图1 4 无溶剂下a 1 0 t f 催化妁酚与乙酐的酯化反应 以上为无溶剂下产率比较好的酚酯化反应的相关文献报道 从中我们可以看 出这些无溶剂的酚酯化反应产率都比较高 操作简单 后处理简便 而且减少有 机溶剂的使用和排放 绿色环保 但是 有一个缺点是这些反应中使用的催化剂 都不能回收利用 需要继续改进 本文在总结前人优点的基础上 致力于制备出 一种高效且可回收利用的负载型催化剂 用于无溶剂下酚与乙酸酐的酚酯化反应 中 4 臼 洲句 x 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及应用 本文借鉴了把微波辐射h 们应用于无溶剂下酚与乙酸酐的酚酯化反应中 以及 制备和应用新的负载型催化剂n 卜4 6 1 并同时把两者应用于同一反应中 即在无溶 剂和微波辐射下 用新型负载催化剂催化了酚与乙酸酐的酚酯化反应 取得很好 的效果 1 3 2 无溶剂下酚与顺丁烯二酸酐的酯化反应的研究进展 1 3 2 1 无溶剂下 干燥吡啶催化下的苯酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 目前关于顺丁烯二酸单苯酯的合成都是有如下两种方法 第一种关于顺丁烯 二酸单苯酯的制备方法h 7 1 是 将苯酚和顺丁烯二酸酐置于反应瓶中 加热至熔融 搅拌下加入干燥的吡啶 加热下反应6 5 h 测定体系中酸值下降5 0 左右 反应 结束 柱层析纯化后得到白色产品 产率为7 3 白o h o 图1 5 无溶剂下吡啶催化的苯酚与顺丁烯二酸酐的酯化反应 核磁共振结果显示单苯酯是顺式产物 但由于此方法存在的问题是使用毒性 大的吡啶 以及其对环境造成很大的污染 1 3 2 2 在氢氧化钠水溶液中苯酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应 还有一种关于顺丁烯二酸单苯酯的制备方法h 阳是 取苯酚溶于氢氧化钠溶液 中 再加入顺丁烯二酸酐 反应结束后 用盐酸和冰处理 抽滤 水洗 干燥 制得顺丁烯二酸单苯酯 白o h 咚o 熹嚼 此种方法存在的问题是酚酯化反应产率较低 4 9 o 对于无溶剂 固体催化下 的酚与顺丁烯二酸酐的酚酯化反应并未见到报道 所以本文对无溶剂下 固体催 化剂催化的酚与顺丁烯二酸酐的酯化反应 这种新的合成顺丁烯二酸单苯酯的绿 第一章无溶剂下酚酯化反应的研究及应用 色环保且经济有效的方法进行研究 1 3 3 无溶剂下酚与邻苯二甲酸酐的酯化反应的研究进展 目前关于邻苯二甲酸单苯酯的合成都是在溶液反应中制备得到 如文献 4 8 中 关于邻苯二甲酸单苯酯的制备方法 取苯酚溶于氢氧化钠溶液中 再加入邻 苯二甲酸酐 反应结束后 用盐酸和冰处理 抽滤 水洗 干燥 制得邻苯二甲 酸单苯酯 6 罟 0 此种方法存在的问题是酚酯化反应产率较低 对于无溶剂 固体碱催化下的 酚与邻苯二甲酸酐的酚酯化反应 一1 并未见报道 也未见无溶剂下酚与邻苯二甲 酸酐的酯化反应的研究报道 所以本文对无溶剂下 固体催化剂催化的酚与邻苯 二甲酸酐的酯化反应 这种新的合成邻苯二甲酸单苯酯的绿色环保且经济有效的 方法进行研究 1 4 研究目的和内容 乙酸苯酯在工业上一般用作溶剂和有机合成的中间体 顺丁烯二酸单苯酯类 化合物是合成价格较为昂贵又是合成或开发药物的重要中间体6 取代 4 一色满酮 2 甲酸的原料 邻苯二甲酸酯类化合物是工业中普遍应用的增塑剂 因此研究新 的酚与乙酸酐 顺丁烯二酸酐 邻苯二甲酸酐的酯化反应方法具有重要的应用和 开发价值 以上酚酯化方法存在的问题是碱液的腐蚀性 催化剂不能重复利用 有机溶 剂的使用 经济问题和对环境的污染问题 也是有机合成面临的迫切需要解决问 题 基于此 本文对无溶剂下 固体碱为催化剂睇1 合成乙酸苯酯类化合物 顺 丁烯二酸单苯酯类化合物 邻苯二甲酸单苯酯类化合物的绿色环保且经济有效的 方法进行研究 着重研究了用于催化酚酯化反应的负载型固体碱催化剂的制备 6 第一章尤溶剂下酚酯化反应的研究及应用 无溶剂下酚与乙酸酐 顺丁烯二酸酐 邻苯二甲酸酐酯化反应条件的研究 得到 最佳反应条件 研究内容如下 1 在无溶剂下苯酚与乙酸酐进行酚酯化反应 就负载型固体催化剂的制备 与选择 反应条件的优化 采用微波辐射进行酚酯化反应 取代酚与乙酸酐的酯 化反应情况进行了研究 2 在无溶剂下苯酚与顺丁烯二酸酐行酚酯化反应 就催化剂的选择 反应 条件的优化 取代酚与顺丁烯二酸酐的酯化反应情况进行了研究 3 在无溶剂下苯酚与邻苯二甲酸酐进行酚酯化反应 就催化剂的选择 反 应条件的优化 取代酚与邻苯二甲酸酐的酯化反应情况进行了研究 7 第二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 乙酸苯酯在工业上一般用作溶剂和有机合成的中间体 经过转化可以得到邻 羟基苯乙酮和对羟基苯乙酮的混合物 用于治疗急慢性黄疸型肝炎 胆囊炎等疾 病 其中的邻羟基苯乙酮是合成抗心律失常药盐酸普罗帕酮的重要中间体 其在 药物合成中占有重要的地位 本章将对其合成进行重点研究 在无溶剂下 以苯 酚和乙酸酐为原料 以负载型固体碱 一1 为催化剂 发生酚酯化反应 制得乙酸 苯酯 并对负载型固体碱催化剂的制备 酚酯化条件优化 无溶剂下取代酚与乙 酸酐的酚酯化反应进行考察 2 1 材料与方法 2 1 1 主要试剂 主要试剂如下 8 第一二章尢溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 2 1 2 主要仪器 主要仪器如下 仪器名称生产厂家 8 5 2 型控温磁力搅拌器 j a 2 0 0 2 型电子天平 s h b i i i 型循环水式真空泵 b p h 6 0 6 3 真空干燥箱 r 2 0 1 旋转蒸发仪 玻璃仪器气流烘干机 x t 4 显微熔点仪测定仪 p 7 0 d 2 0 t j d 3 型g a l a n z 微波炉 4 0 0 m h z 核磁共振仪 n e x u s6 7 0 型红外光谱仪 江苏恒丰仪器厂 上海精天电子仪器有限公司 郑州长城科工贸有限公司 上海一恒科学仪器有限公司 上海爱朗仪器有限公司 一 郑州长城科工贸有限公司 上海一恒科学仪器有限公司 佛山市顺德区格兰仕微波炉电器 有限公司 荷兰p h i l i p s 公司 美国n i c o l e t 公司 2 1 3 实验方法 具体反应方程式如图2 1 所示 c h a c o 2 0 一 宫 o c c h s r 囝 c h a c o o h 图2 1 酚与乙酸酐在固体碱催化下酚酯化反应 9 洲臼 r 第 二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 2 1 3 1 负载固体碱的制备 i i 类催化剂用浸渍法制备 以k o h a 1 2 0 31 1 5 9 6 1 为例 质量比为2 0 的负载 量 k o h 溶于水中 加入a 1 2 0 3 使其刚好被浸没 充分搅拌后浸渍1h 在红外灯 下搅拌使水分蒸发干 转到烘箱中1 2 0 c 烘1 6h 研磨 最后于马弗炉中5 0 0 下 焙烧3h 密封备用 以此为方法 分别制得n a o h a 1 2 0 3 1 k 2 c o 舢2 0 3 3 固体碱 1 1 1 类催化剂用微波辐射法制备 以灿2 0 3 为载体 采用微波辐射法蚓制备得 到 以k o i i a 1 2 0 3 为例 质量比为2 0 的负载量 k o h 和a h 0 3 混合研磨1 0m i n 置于三角烧瓶中 用微波 5 0 0 v o 力n 热2 0 m i n 然后放入马弗炉内在5 0 0 c 下焙烧3 h 密封备用 以此为方法 分别制得n a o h a 1 2 0 3 i n 1 k e c 0 3 a 1 2 0 3 i n 3 固体碱 2 1 3 2 固体碱催化酚的乙酰化反应 方法一 常规加热法 1 0 0 m l e l 烧瓶中加入1 9 7 4 9 0 0 2 1 t 0 0 1 苯酚和一定量的固体碱 在6 0 c 下搅 拌3 0 m i n 再 j i 2 4 9 0 0 2 4 m 0 1 z 酸酐 继续在6 0 c 下搅拌2 h 反应过程取样处理 后用气相色谱跟踪 反应结束后 加入少量乙酸乙酯 抽滤除去固体碱 用气相 色谱峰面积归一法测定产物所占比例 乙酸苯酯产率为9 4 8 产品经薄层色谱 纯化后 经核磁确认 1 h n m r c d c l 3 4 0 0 m h z 6 p p l n 7 4 0 t 2 h a r 7 2 7 m 3 h a r 2 2 3 s 3 h c o c h 3 方法二 微波法晦3 1 1 0 0 m l 角烧瓶中加1 9 7 4 9 0 0 2 1 m 0 1 苯酚和相对酚是1 6 8m 0 1 的固体碱 k 2 c 0 3 a 1 2 0 3 一3 微波炉中用2 8 0 w 加热3 m i n 加入2 4 9 0 0 2 4 m 0 1 乙酸酐 微波 下 2 8 0 w 6 m i n 反应结束后 加入少量乙酸乙酯 抽滤除去固体碱 用气相色谱峰面积归一法测定产物所占比例 乙酸苯酯产率为9 9 7 产品经薄 层色谱纯化后 经核磁确认 1 h n m r c d c l 3 4 0 0 m h z 8 p p m 7 4 0 t j 7 8h z 2 h a r 7 2 7 i n 3 h a r 2 2 3 s 3 h c o c h 3 其中微波炉功率选用2 8 0 w 因为微波炉功率太小反应进行的很慢 功率太大 反应物会变焦 1 0 第一二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反心研究 2 2 结果与讨论 2 2 1 无溶剂下 不同固体碱催化剂的对苯酚乙酰化反应的催化 室温下 几种无负载固体碱和负载固体碱催化苯酚与乙酸酐的酚酯化反应 它们的催化效果见表2 1 表2 1 无溶剂下不同固体碱对苯酚乙酰化反应的催化产率 t a b l e2 1t h ec o m p a r i s o no fd i f f e r e n ts o l i db a s ec a t a l y s t sf o r t h ea c y l a t i o no f p h e n o lw i t ha c e t i c a n h y d r i d eu n d e rs o l v e n t f r e ec o n d i t i o n s 表中乙酰化产率采用气相色谱峰面积归一法测定 反应条件t室温 反应时间1 5 0 r a i n 1 1 催化剂 n 苯酚 0 2 5 2 由表2 1 可知 i 类催化剂比相对应的 类和i 类的催化效果好 例如 i 类催 化剂中的k e c 0 3 a 1 2 0 3 产率为8 3 1 比 类中的k e c 0 3 a 1 2 0 3 产率为7 7 5 和i 类中的k 2 c 0 3 产率为7 7 1 催化效果都好 表2 1 e n t r i si 3 3a n di i i 3 n a 0 i h 组 表2 1 e n t r i si 1 1a n di i i 1 k o h 组 表2 1 e n t r i si 2 i i 2a n d 2 也表现出同样的现象 上述几种固体碱催化剂中 微波法制备的负载固体碱k 2 c o 州2 0 3 以下称 为 3 催化效果最好 而且负载型固体碱作为环境友好催化剂具有反应条件温 和 易于分离等优点 2 2 2 催化剂用量对反应产率的影响 m 3 为催化剂 考察室温下催化剂用量对反应产率的影响 催化剂对苯酚以 不同摩尔百分比的量催化苯酚和乙酸酐的酯化反应 结果见表2 2 第二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 表2 2 催化荆用量对反应产率的影响 t a b l e 2 2t h er e s u l to fa c y l a t i o nw i t hd i f f e r e n tm o l a rk 2 c 0 3 a 1 2 0 3 表中乙酰化产率采用气相色谱峰面积归一法测定 反应条件 室温 反应时间15 0 m i n 由表2 2 可知 随着催化剂用量的增加 乙酸苯酯的产率逐步增加 当催化剂 达到1 6 8 m 0 1 以后 产率最高 继续增加催化剂用量 产率变化很小 这可能是 因为催化剂用量过多时自身发生吸附 聚合从而减低了催化效率 同时催化剂用 量增加 会吸附较多的产品 经济上也不合适 因此 催化剂用量选用1 6 8 m 0 1 2 2 3 反应温度对反应产率的影响 一3 为催化剂 催化剂用量为1 6 8 m 0 1 采用传统加热的方法 考察温度对 苯酚乙酰化产率的影响 结果见表2 3 表2 3 温度对反应产率的影响 t a b l e 2 3t h er e s u l to f a c y l a t i o nu n d e rd i f f e r e n tt e m p e r i t u r e 表中乙酰化的产率采用气相色谱峰面积归一法测定 反应条件 反应时间1 5 0 r a i n n 1 1 1 3 n 苯酚 0 1 6 8 由表2 3 可知 最佳反应温度为6 0 温度低 催化剂及反应物的活性都较低 不利于反应进行 随着反应温度上升 乙酸苯酯的产率提高 6 0 c 时产率最高 继续升温产率反而降低 可能由于温度升高生成的酯分解速率也加快 其他副反 应产率升高 1 2 第二章尤溶剂下酚 j 乙酸酐的酯化反心研究 2 2 4 无溶剂下 k 2 c 0 3 a 1 2 0 3 i i i 3 催化不同取代酚与乙酐的酯化 r r 及挫 k 2 c 0 3 a 1 2 0 3 i i i 3 为催化剂合成乙酸苯酯衍生物 在上面得出的较优条件 下 考察i i i 3 对各种取代酚乙酰化的催化效果 同时 在投料比相同的情况下 用微波法代替传统加热法进行实验 微波炉功率选用2 8 0 w 对比实验结果 实验 结果见表2 4 表2 4 无溶剂下 k z c o a l 0 微波法 对取代酚与乙酐的酯化反应的催化产率 t a b l e2 4t h er e s u l to fa c y l a t i o no fs u b s t i t u t e dp h e n o l s 而mk 2 c 0 3 a 1 2 0 3 i l i 3 乙酰化产率采用气相色谱峰面积归一法测定 反应条件 传统加热法一反应温度6 0 n i i i 3 n 苯酚 o 1 6 8 反应时间1 5 0 m i n 微波法一微波功率2 8 0 w 反应时问9 m i n n i i i 3 n 苯酚 o 1 6 8 由表2 4 可知 微波法在酚乙酰化反应中有普遍适应性和高收率 尤其是带 有强钝化基的底物 例如对硝基酚和邻硝基酚 表2 4 e n t r i s2 9a n d2 h 也 在9m i n n 分别达到9 8 2 7 6 4 的乙酰化收率 而在传统加热法下对硝基酚和 邻硝基酚乙酰化收率8 1 2 6 2 o 收率明显地提高了 与传统加热法相比 无溶剂微波辐射 2 8 0w 下 取代酚与乙酸酐的反应 第一二章无溶剂下酚与乙酸酐的酯化反应研究 间为9m i n 时收率在7 6 4 1 0 0 而在传统加热法下 取代酚与乙酸酐的反应 间1 5 0m i n 时收率6 2 0 9 9 8 可见微波法大大缩短了反应时间 提高了反 速率 这是因为微波对物质的加热是从物质分子出发的 能显著提高反应速度 短反应时间 另外 一些学者认为 微波还可能存在特殊效应 即改变反应历 降低反应活化能 从而提高平衡转化率 下面是产物的核磁数据 2 b 号产品 1 h n l v l r c d c