（有机化学专业论文）催化羰化合成丙二酸二乙酯及酯的催化加氢研究.pdf

催化羰化合成丙二酸二乙酯 有机化学专业 研究生曹 禺指导教师黎耀忠 丙二酸二乙酯( 简称d e m ) 是一种重要的有机反应中间体。由于分子中活 波亚甲基容易被其他基团所取代，故可以进行烷基化、羟烷基化和酰胺化等多 种取代反应，进而合成氯喹、环丙氟哌酸、保泰松、巴比妥、维生素b 1 、b 2 和乙氧基甲叉等衍生物，因此被用于医药，染料和香料等工业。 目前国内大都采用氰化钠法【1 】生产，此种方法工序多，总收率低，且使用剧 毒化氰化物，危害环境，故有待改进。近年来随着环境友好技术的发展，人们致力 于探索绿色合成方法。其中氯乙酸乙酯的催化羰化法成为近年来研究的热点。 本文改进了原位合成n a c o ( c o ) 4 的方法，并以此为催化剂，在温和的条件 下高产率合成了丙二酸二乙酯，反应具有很高的转化率和选择性，是一条对环 境友好的合成路线。本文对催化体系的反应活性和选择性进行了考察，并利 用正交设计法探索了此反应的最优条件。 关键词：羰基钴钠：羰基化；氯乙酸乙酯；丙二酸二乙酯；l 9 ( 3 4 ) 正交表 t h e o p t i m u m c o n d i t i o n so ft h es y n t h e s i so f d i e t h y l m a l o n a t ei nc a t a l y t i cc a r b o n l a t i o n m a j o r ：o r g a n i cc h e m i s t r y p o s t g r a d u a t e ：c a oy u a c a d e m i ca d v i s o r ：l iy a o z h o n g t h ed i e t h y lm a l o n a t ew a ss y n t h e s i z e db yc a r b o n y l a t i o no fe t h y lc h l o r o a c e t a t e c a t a l y z e db yn a c o ( c o ) 4 ，f o r m e di ns i t uf r o m c o b a l tc h l o r i d e ，c a r b o nm o n o x i d e ， s o d i u md i t h i o n i t ea n dz i n ep o w d e ru n d e rm i l dc o n d i t i o n s t h eo p t i m u mc o n d i t i o n s o ff o r m a t i o no fc a t a l y s ta n dt h ec a r b o n y l a t i o nw e r eo b t a i n e db yt h ee x p e r i m e n t so f t h ev e r t i c a lc r o s s i n gs c h e m e t h eo p t i m u mc o n d i t i o n so ft h er e a c t i o np r o c e s sa r c ( 1 ) p r e p a r a t i o no fc a t a l y s t t = 7 0 。c ，p e o = 2 0 m p a , c o c l 2 6 h 2 0 ：n a 2 s 2 0 4 ：z n = i ：2 ：1 3 3 ( m o i ) ，a b s o l u t ee t h a n o l 2 0 m l ，r e a c t i o n t i m e l h ( 2 ) s y n t h e s i s o f d i e t h y lm a l o n a t e t 2 6 0 o c ， p e o = 3 0 m p a , c a t a l y z e r ：s u b s t r a t e = 1 ：2 0 ，r e a c t i o nt i m e 3 h t h ec o n v e r s i o no fe t h y l c h l o r o a c e t a t ei sb e y o n dt o7 0 a n dt h es e l e c t i v i t yt od i e t h y lm a l o n a t ea b o v e9 0 w h e nw ep r o l o n gt h et i m eo fp r e p a r a t i o no fc a t a l y s tt o5 ha n dt h et i m eo f c a r b o n y l m i o nt o8 h ，t h ec o n v e r s i o no fe t h y lc h l o r o a c e t a t ec a nr e a c hu pt o9 0 a n d t h es e l e c t i v i t yt od i e t h y lm a l o n a t ec a nr e a c hu pt o9 9 ，r e s p e c t i v e l yu n d e rt h e s e l e c t e dc o n d i t i o n s t h i si sac l e a na n dp r o m o t e dm e t h o df o rt h ep r o d u c t i o no f d i e t b y lm a l o n a t e k e yw o r d s ：s o d i u mt e t r a c o b a l t a t e ；c a r b o n y l a t i o n ；e t h y lc h l o r o a c e t a t e ； d i e t h y lm a l o n a t e 麟川大学硬士学位论文 1 1 文献综述 一刖暑 稳学技零戆发爱穗久类生潺零乎懿提裹要求毽警王遂不薮提裹产菇缓耋 及应用性熊，臻加规格品种，敷邋艨各方面用户的不闽需求精细亿工怒獭今世 界各国发展化学工业的战略重点，精细化工率在很大程度上反应了一个图家的 发达水平和化学工业集约化程度。 丙二酸二忍酯及其衍生物是獯要的精细化工原料_ 和中间体，广泛用予制药、 香辩、聚懿簿王堑，在奏枫会簸审鸯著名豹秀二黢鹣合成法。嚣二羧怒鑫l d e s s a i g n e 嚣罄先从苹果酸的氧纯产物中分离褥到酶，佟称苹采酸。 h o o c c h 2 c h o h c o o h 与h o o c c h 2 c o c o o h 与h o o c c h ，c o o h 苹果酸丁酮二酸 丙二酸 隧嚣。v o nl i p p m a n 发琨在繇蘩汁孛氇含有蠢二酸。菇二酸还是新藩代落瓣 中问体，其衍缴物具有生物活性丙二酸二乙酯是熏骚的有机化学中间体，由于 分子中活波溉甲基容易被其他熬团所取代，故可以谶行烷基化，羟烷熬化和酰 胺化等多种墩代反应，进而合成铤喹、环丙氟哌酸、保泰松、巴比妥、维生素 b l 、b 2 帮乙戴蒸甲叉等衍生物，骚戴被用予医药、染辩靼香料等工韭，羼以研究 嚣二酸二乙繇瓣会戒方法吴鸯鬟蘩意义； 1 1 1 丙二酸二乙酯的合成 丙二酸三己酯( d e m ) ，又称胡萝h 酸乙酯，纯品为光色透明液体，微具芳香 气味和甜的醚昧微溶于水，易溶予苯，嚣酮和氯仿等，熊予乙醇、乙醚混滚，胃燃， 綦毒，工鼗潞隽淡黄色滚诲。糕艇密度蔻1 , 0 0 5 ( 2 0 4 ) ，嬉蠡4 8 。9 ，沸煮 ( 1 9 8 9 - 1 9 9 3 ) o c ，折光率1 4 1 4 3 ，工业品为淡黄色液体。 最常用的丙二酸二乙酯的成方法为： 氰化钠法 嚣援丈学硬士学垃恐文 丽二酸二乙酯的传统制法怒以氯乙酸、氰化钠、乙醇为原料，通过中和、 鬣证、窳薅彝酝纯瑟褥到。生产申鸯嚣耱工艺： a 先中和，厩氰化、水解、黼化 2 c i c h 2 c o o h + n a 2 c 0 3 呻2 c i c h 2 c o o n a + c 晓辛+ h 2 0 c i c h 2 c o o n a + n a c n 静c n c h 2 c o o n a + n a c l c n c h 2 c o o n a + n a o h + h 2 0 “n a o o c c h 2 c o o n a + n h 3 n a o o c c h 2 c o o n a + 2 c 2 h s o h + 2 h 2 s 0 4 - 02 c 2 5 0 e c h 2 一c o c 2 h 5 + n a h s 0 4 十h 2 0 b 先氰化，聪综合、水解、鼯化 c t c h 2 c o o h + n 8 e n 讳c i n c h 。c o o h 十n a c l c n c h 2 c o o h + n a o h * c n c h 2 c o o n a + h 2 0 2 c n c h 2 c o o n a + 3 h 2 s 0 4 + 3 h 2 0 _ 2 h o o c c c h 2 c o o h + n a 2 s 0 4 + 2 n h 4 h s 0 4 h o o c c c h 2 c o o h + 2 c 2 h 5 0 h - h 0 h 0 h e 2 麓。一e c 珏2 一e o e 2 辩5 + 2 h 2 0 矗滚使蘑藏羧铺，永解在碱赣条释下遴行：器法不用碳酸镳，农解在酸往条 件下进行。 该法除工蕊流程长，葸毅率低外，述使爱7 育毒耪麓氰纯镳。绘搡作帮废 液处理带来了极大的困难，故有待改进 2 。 莘酸己酸乙黪法 草酰乙酸乙酯脱羧 3 】或在乙醇和硫酸存在下将氯乙酸乙酯水解并酯化，皆 鬻褥妥涎二酸二五酯攀，5 1 。 垮c ：。占e 壬 ：c 。c ：舄令e 誉，。一芒0 e 珏2 8 0 一。c ：氇+ e 锡 6 2 塑堡查兰曼圭耋堡篓塞 e l e 珏：e 。e ： | ，十c 。k ，。辩2 茎兰蔓，e ：珏5 。一星一e 璐一星一。q ， 丙= 酸钙盐法 在元水氯化钙存在下，由乙醇稻浓硫酸与丙二馥锈盐( 难溶与永) 律糟生成 丙= 酸= 矗酯【6 】。 c 。c 醵。( c 。o ) 。+ c 。h 。h 害蔓塾翌。c ：h ，。芒o c h 2 一邑o 。c ： | ，： k龙 c a c l 2 一” 一 戳上几种方法制备丙二酸二乙蘼，产率均较低，约为5 6 6 5 。 涨交换法 戮= 丁基巯他锈为催仡裁，丙：酸_ = 币酯稻乙薛瓷8 1 8 6 下舔流，除去 串薛，霹戳褥到蜀二酸- - - k , 蘸，涨交换法台戏d e m 其寿缀褰豹产率 ? 】。 c h ，。一苎o c h 2 邑o 一。c h 3 + c 2 h s o h i ；芋，c ：h 。一芑o c 啦一邑o 一。c 2 h ， 蠼钝羰他法 在疆褒秃二酸二乙鼗舍成躲避程孛，发魏在避渡鑫瘸终念物嚣镤诬俸震 下，乙黪秘氯乙酸五臻秘一氧化碳反应，生成露：黢二疋醮。 nn c 1 c h 2 c o o c 2 h s 十c 2 h 5 0 h + c o j 童! ! 蓼c 2 h s o 一薹一c h ，一邑一o c 2 h 5 曩蘸德潼貔h u l s 化学公司翔黩本麴三菱化学公司均已姆该法察现工戴化 7 】。 t 9 6 3 年，r fh e c k 和dsb r e s l o w 擞邀过在n a c o ( c o ) 4 的矬化作用下，氯乙 酸甲酸、c o 秘甲醇按纯学计爨反应生成丙二羧学酯，但产率缀低( 仅势2 0 ) 。 山本博明铸人提出了用复合圆体碱代替氰化钠的方法，但产物筹周体碱混合程 一起，产黯呈泥浆状，绘分离操作带来透鼹。d y n a m i tn o b e l 公蠲的m e l - c h a h a w i 等通过应用碱性化合物控制反应液的酸度( 使p h 8 s ) 从简使丙二 酸二乙酝的产率大大撼商，使羰基法的正渡纯成为可能。 c t c h 2 c o o r + c o + r o h + k 2 c 0 3 堕蝗! 1 2 r o o e c h 2 c 。o ￥“l c l + 鬏 差e o ， 靼埘大学臻士学位途文 ks h i n o d a 等l 奠负载于灌性淡上懿r h c h 3 h 2 0 兔催化剡，逶_ i 遘氯己羧酯躲气 棚羰q d 艨应( v a p o r p h a s e c a r b o n y l a t i o n ) 龄h - 2 t 丙二酸醢。在固一液相转移条件 - f ( s o l i d - l i q u i dp h a s e t r a n s f e rc o n d i t i o n ) ，bmc h o u d a r y 等分捐使厢p d c l 2 ( p p h 3 ) 2 鄹c 0 2 ( c o ) 8 或c o c h 撵徨纯裁，褒温和钓条传下褥戮了惑产率鹃蔼二酸聚( 参 见表1 ) 【8 】。 表1 卤代艺酸酪经羰他反应成丙= 酸醮 淀度p 产辜 x c h j c o o r催化荆溶剂 产物 ( ) ( m p 醇 ) c i c h 2 c o o e tc 0 2 ( c o ) 8 甲苯5 0 6 58 ，o c h 2 ( c o o e t h 9 5 c 0 2 ( c o ) d ( n - c 1 c h 2 c o o e t 笨2 5o 1 c h 2 ( c o o e t h 9 5 c 4 h g ) 4 n + i c 0 2 诞o ) d ( n - 基r c h 2 c o o e t 麓 2 50 1c h 2 ( c o o e 绣9 4 c 4 h 0 4 r p d c l 2 ( p p h 3 垮 c i c h 2 c o o e lc 2 h 5 0 h 1 0 00 6 9 c h 2 ( c o o e t h 7 0 ( n - g h 0 4 n + r c i c h 2 c o o m en a 【c o ( c o h 】c o h 5 00 1 c h 2 ( c o o m e ) 2 2 0 k a n t a m 等【9 】报道，程季铰盐照相转移攫化下，采用原谯铡备鹣羰熬钻攫化 体系，实现了卤代乙酸乙酯等多种有机卤化物的常滕羰基化，产率很高，但该法 采弼五簿铺律鬣，体系碱性j 窭强，为防止副反疲，菠庭镌必矮缓侵滚麓，搽佟繁 琐。卫涛涛等采用无枫碱k o h 1 0 ，著使用n b h c 0 3 中和过量构碱，馒体系维持 弱碱憾，避免了副反应，实现了常压下氯己酸乙酾的羧基忧，其转纯率可这8 7 甜丙二酸二乙酯的选择往可逡9 6 ，产率在豁，s 戳上。 囱晖等人【l l 】在她基戤上进步热深礤究，以c b 2 ( e o ) 8 魏羰化镁化刹，爰承乙醇 作溶剂，冠醚为相转移催化剂，在常温常压下由c o 与氯乙酸乙聪经羰基化反应 合成了灏二酸二乙蘸。麓醚d b 3 0 - c 1 0 按文献l 驾合成。导入c o 辩嚣三角簸 孛的察气，麴入c 2 h s o h 、c 0 2 ( c o ) 8 、k 2 c 0 3 、c 1 c h 2 c o o e t ，拳涤控瀑，逛磁搅 拌，维持压力为1 0 1 3 2 2 p a , 反威4 h ，滤出固体物质，回收钴盐及嚣醚。采用 1 0 d x * f t i r 红外光谱躐踪葳磁，并用电予自旋顺磁共振( e p r ) 跟踪中简体，最终 4 四川人学硕士学位论文 丙二酸二乙酯含量爝1 0 0 1 型气稳色谱仪分析，牧率可达1 0 0 ，并且催纯利及溶 菸驽可圈彀剩爝。蘧多 ，在上逡祭 牟下韶接蔫霾乙鏊璐纯铵( t e a i ) 魏丽液楣转 移催化剂，w 以取得很好的反应结果【1 3 。 宋伟红等【1 4 】采用了原位合成的n a c o ( c o ) 4 为催化剂，在温和条件下合 成了丙二酸二乙酯。 a c 2 c o o r + c o + c 2 h s o h 筹骘c h 2 ( c o o c 2 h 也+ 黝 将一定量的c o c l 26 h 2 0 、铁粉、硫代硫酸钠和1 5 0 m l 加入高压反应簸内，通入 c o 驱走麓内空气后，加压至1 0 m p a ，开启搅拌，温魔为6 0 ( 2 ，反应3 h 。稀加入 2 0 m l 氯乙酸乙酯和2 5 m l 的三艺胺后，排尽釜内空气，加压至2 0 m p a ，温度设为 8 0 c ，用g c - f i d ( p e g - 2 0 m 分离柱) 跟踪反应进程，反应8 小时结束。反应物辩 经过j 妻滤爱，将滤滚蠲旋转蒸发彼除去溶剂，进行壤藤蒸馁褥至l 产晶。 1 1 2 荫二酸二乙酯的应用 丙二酸- - 7 _ , 酯是重要的精细化工原料，利用其独特的性质，进行烷慕化、酰 基化、烷氧基化，羟烷氧基化等反应，可制造许多新街生物，广泛用予聪药农药 香摹毒染秘等豹生产。 l ，1 2 ，8 药物合成 以丙二酸二乙酯为母体，进行甲基、乙基、丙藻、丁基、异丙基、苯慕等取 代反应，得到d e m 的各种衍生物，这些衍生物用途释异。 ( 1 ) 乙罄丙二酸二乙酯( d i e t h y le t h y l m a o n a t e ) oo c 2 h 5 0 一苎一e 旷巷一o c a h 5 c e h s c o o c 叠- i s ，c 2 h s o n s 该产品为制造医药用巴比妥的中间体。 ( 2 ) 二乙麓添二酸二乙酯( d i e t h y ld i e t h y l m a l o n a t e ) c 2 h ，p 墓c 旷c 霉- - o c 2 h s5 0 g c h 2 一 c 2 如b r c 2 h 5 c o o c 2 h s 。c 2 h s o n a oo 呱沪巷一f h - - c - - o c 2 h 5 “ “ c 2 h 5 c 2 h 5 0 k e o 一# h c 9 一。c 2 h 5c 2 h 5 0 k c 一# h c 一。c 2 h 5 c 2 h 5 辨川夫学酸l ：学垃论_ 叟 嚣叫。忙善一肆一 c 2 h 5 哪舭。嗵一c o 喵巍詈铡3 吗嘣2 蝴z h s c h 3 c h 2 c h s 。o e h ； ( 4 ) 苯蒸嚣二簸二乙耱( d i 礤垮lp h e n y l m a l o n a t e ) 0 1 h 2 c c 2 酶器e ：咿星一c h 囝 朕墨e 2 5 。e o s | 一c o 一。c 2 h 5 氇霹苏麸覆二酸二乙蘸器窿谯苯采合成。 o 一净，善一盱星一。c 2 h ， 2 窖 一c c o c 澎5 6 一 器鲻丈学联士学谴论文 i ；是! c 2 h s ( 卜芒一c 。h 芭一o c 2 h 5 + h i 。氧 环 。 l ”。 苯基丙= 酸二乙酯是医药中间体，用于生成长澈镇定安眠药苯巴比袋( 鲁米那 l u m i n a l ) 等。 ( 5 ) 笨基忍基涎二酸二乙豫( d i e t h y lp h e n y l e t h y lm a l o n a t e ) 1 憋c 喁h 嚣。一c 弋o o c 2 避 馥t c o o c 2 h 5 c o o c 2 h 5 塑_ 一c j ， c o o c 2 h 5 该产品蹩用于制遗解熟镇痛药物保泰松的中闻体。 i 。1 。2 b 氨蕊酸的舍裁【1 5 】 丙二酸二乙酸缎亚硝饯、述艨、乙酝化褥烈艺酸氨基丙二酸l 酝( d i e t h y l a c e t a m i d om a l o n a t e ) 。 誊一 | 【! ) l 伊荣 k ， 唔 翩 世 羽，擞 c q 魏 o 泓 谚l 蹦l 似掰f k p 一 心川大学硕士学位论文 c 2 h 5 。卜c c 珏2 _ c o e 舞5 翌! 坠 e 2 疆5 0 h 芭c 。h 一6 - o c c h 2 瓣5 j c o o h o t。 z r l ( c h 3 c o ) 2 0 o o 1 磊丽磊产c 2 h 5 0 卜c f h c o c 2 h 5 n h c o c h 3 魏孛霜镶霹穗子合成氨鏊酸。 c 2 h ，o 一墓一c ih c 。- - o c 2 h ，+ 姒焉c ：h ，呻8 一 墓一。c ：h ， 5 0 一8 一 一” 5 + r _ x 正垒垒坠堕+ c ，h 。( 卜l 一占一基一o c ，m n h c o c h 3 h c o c h ， n i l ， l i 卜r 乇h c o o h( d 氨基酸) 利用以上反成可以制造多种n 。氨基酸，广泛用于生化研究。 1 ，1 ，2 c 夯成液晶材料【1 6 】 嚣二酸二忍蘸类德合兹亵璇簸绫鼗澎残噻睫嚣，绥戴纯、还覆缮蛩滚藤瓣糕。 c ：h 5 墓一c h 厂墓一o c z h ，i h