1071-46-1 / 丙二酸單乙酯的制備

背景^[1][2][3]

丙二酸單乙酯是有機合成中一種非常重要的原料,它很容易和醛發(fā)生 Knoevenagel反應(yīng)生成α, β-不飽和酯 。因此, 丙二酸單乙酯被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物及其他有機化合物的合成中。

盡管 Wittig 反應(yīng)和 Horner-Wadsworth-Emmons反應(yīng)均可以用來制備α, β-不飽和酯 ,但前者會產(chǎn)生大量無用的副產(chǎn)物三苯基氧膦 , 而后者則常需要用NaH 等強堿才能促進反應(yīng)。相比之下, 利用丙二酸單乙酯和醛發(fā)生 Knoevenagel 反應(yīng)來制備α, β-不飽和酯 ,用有機堿催化即可反應(yīng) ,所產(chǎn)生的副產(chǎn)物是水和二氧化碳 , 原子經(jīng)濟性高 ,并且反應(yīng)還具有立體選擇性高和后處理簡單等特點。

結(jié)構(gòu)

制備^[4][5]

1.傳統(tǒng)方法制備

丙二酸單乙酯一般是以丙二酸二乙酯為原料來制備 ,其反應(yīng)原理比較簡單 , 即先將丙二酸二乙酯用KOH等強堿皂化生成丙二酸單乙酯鉀鹽 ,再用鹽酸酸化即可得到產(chǎn)物。

2.改進的實驗室方法制備

1）合成路線如下所示

2）合成步驟

丙二酸單乙酯鉀鹽(1)的制備

將 25.0 g(0.156 mol)丙二酸二乙酯和100 mL無水乙醇加入500 mL 圓底燒瓶中 , 充分攪拌下 ,由裝有回流冷凝管的恒壓漏斗中緩慢滴加8.75 g(0.156 mol)KOH的100 mL無水乙醇溶液, 體系中逐漸出現(xiàn)大量固體。40 min 內(nèi)滴加完畢, 繼續(xù)攪拌 1 h 。將反應(yīng)體系用冰水充分冷卻后抽濾 ,再用無水乙醇洗滌(15 mL ×2), 即得到第一部分白色固體化合物 1。將抽濾所得母液減壓濃縮至60 mL 左右, 冰水冷卻 ,抽濾 ,無水乙醇洗滌(8 mL ×2),即得到第二部分白色固體化合物1。合并兩部分產(chǎn)物, 于60 ℃干燥箱中烘干,稱重為24.43 g , 收率92.0 %,m.p.197 ～ 198 ℃。將該產(chǎn)物直接用于下步反應(yīng)。

丙二酸單乙酯(2)的制備

將上步所得24.43 g(0.144 mol)化合物1的固體置于100 mL 燒杯中，加入15 mL 水，冰水冷卻下充分攪拌使固體溶解，緩慢滴加13 mL(0.156mol)濃鹽酸 , 滴加過程中保持體系溫度低于5℃，加畢后繼續(xù)攪拌30 min 。分出有機層，水層用乙酸乙酯萃取(50 mL ×2)。合并有機層，用飽和食鹽水萃取(50 mL ×2)，無水 NaSO₄ 干燥，減壓蒸餾除盡有機溶劑，得到18.25 g 無色液體化合物 2，收率 96.2 %。

有機電合成丙二酸單乙酯新工藝

丙二酸單乙酯是重要的有機合成原料，其傳統(tǒng)的合成方法是由丙二酸二乙酯經(jīng)皂化、水解酸化等步驟合成，不僅過程繁瑣、條件苛刻，同時有副反應(yīng)發(fā)生，污染環(huán)境。因此，研究一種綠色高效的制備方法具有重要的現(xiàn)實意義。針對丙二酸單乙酯傳統(tǒng)合成方法的缺點及溫室氣體CO₂的有效利用，以氯乙酸乙酯和CO₂為底物，利用綠色的電合成方法，在溫和條件下，使氯乙酸乙酯和CO₂發(fā)生電羧化反應(yīng)合成丙二酸單乙酯的工藝路線。

以二氧化碳、氯乙酸乙酯為原料，實現(xiàn)了將它們一步合成丙二酸單乙酯的反應(yīng)。與傳統(tǒng)的有機和催化反應(yīng)合成技術(shù)比較得，采用電化學(xué)方法的反應(yīng)具有無需在高溫高壓下進行，條件溫和，設(shè)備要求簡單，于環(huán)境無害等特點；用銀（Ag）、銅（Cu）或不銹鋼（Ss）作為陰極，相比其他電還原CO₂時所用的Pt、Ti電極等更易得到，適于工業(yè)化探索。

同時，反應(yīng)均在一室型電解池中進行，與大多數(shù)的使用兩室型電解池反應(yīng)體系的CO₂電還原反應(yīng)相比，反應(yīng)過程更簡單，易控，且電流利用率較高。該工藝路線與傳統(tǒng)有機合成方法相比，具有以下優(yōu)點：

（1）電極上反應(yīng)物以電子得失的方式反應(yīng)，無其他試劑的添加，環(huán)保、安全；

（2）反應(yīng)的選擇性高，極少或無副反應(yīng)，易于提純分離，為合成反應(yīng)的后續(xù)工作提供方便；

（3）反應(yīng)條件溫和, 0℃、常壓下進行，從而可降低能耗；

（4）工藝操作過程簡便，易控，并且可避免二氧化碳的再生。

此電合成丙二酸單乙酯的方法不僅有效的利用了溫室氣體二氧化碳，也為丙二酸單乙酯的“綠色化”合成開辟了一條新途徑。

參考文獻

[1] 王小龍 , 夏亞穆 , 馮建鵬 , 等 .天然產(chǎn)物(±)-Aiphanol 的全合成研究[ J] .高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報 , 2005 , 26(2):259-263 .

[2] 王小龍，李小東. 丙二酸單乙酯實驗室制備方法的改進[J]. 化學(xué)試劑，2009，31（10）：835-836.

[3] 黃劍，陳年根，鐘霞. 莫吉司坦的合成工藝的改進[J]. 海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報,，2011，17（8）：1015-1016.

[4] 王小龍，夏亞穆，馮建鵬等. 天然產(chǎn)物(±)-Aiphanol的全合成研究[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，2005，26（2）：259-263.

[5] 趙亞軍，焦玉國. 3, 5-二甲氧基苯乙醛和丙二酸單乙酯的Knoevenagel縮合[J]. 高等學(xué)校化學(xué)學(xué)報，1997，18（8）：1312-1315.