邻苯二甲酰亚胺钾催化合成(R)-碳酸丙烯酯

邱曾烨，陈伟，许招会

(江西师范大学化学化工学院，江西南昌 330027)

(R)-碳酸丙烯酯是一种重要的医药中间体，主要用于畅销抗艾滋和乙肝病毒药物替诺福韦或替诺福韦酯的合成［1-2］。因此，开展(R)-碳酸丙烯酯的合成及应用研究具有重要的理论意义及广阔的应用前景。

制备(R)-碳酸丙烯酯的方法主要有二氧化碳合成法［3］、碳酸钾催化酯交换法［3-4］及尿素醇解法［5-8］。二氧化碳合成法由于反应过程中容易发生消旋，导致产品光学纯度较低，因此主要用于非手性(R)-碳酸丙烯酯的合成。碳酸钾催化酯交换法是国内外工业化合成(R)-碳酸丙烯酯的常用方法，但是由于酯交换产生的副产物乙醇不能快速地从反应体系中分离出来，即碳酸二乙酯和乙醇共沸蒸出，导致一部分碳酸二乙酯未反应就随乙醇蒸出，所以反应不完全，反应时间长，产品收率较低。尿素和1，2-丙二醇醇解反应是制备非手性碳酸丙烯酯较好的方法，具有反应条件温和、操作安全、原料费用低等优点。但目前国内外大多文献集中于合成非手性碳酸丙烯酯。

本文以邻苯二甲酰亚胺钾为催化剂，以尿素和(R)-1，2-丙二醇为原料，通过醇解反应合成了(R)-碳酸丙烯酯，系统考察了原料配比、反应时间及催化剂用量等因素对(R)-碳酸丙烯酯收率的影响，得到了最优的反应条件，并对邻苯二甲酰亚胺钾的催化反应机理进行了探索。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

尿素、(R)-1，2-丙二醇均为分析纯;邻苯二甲酰亚胺钾，化学纯。

Spectrum One型红外光谱仪;AVance400MHz型核磁共振仪(以CDCl3为溶剂，TMS为内标物);岛津GC-2010气相色谱仪。

1.2 (R)-碳酸丙烯酯的制备

带有机械搅拌器的三口烧瓶中加入尿素12.0 g(0.2 mol)，R-1，2-丙二醇 7.6 g(0.1 mol)，催化剂0.001 mol(1.0%)，开动加热电源和搅拌，缓慢升温至120℃ ，在一定真空度下回流2 h，冷却后过滤分离出催化剂，得到粗产物。减压精馏(2.6 kPa)，收集120℃的馏分，得到无色透明液体产品9.8 g，收率为96.3%。

1.3 分析方法

1.3.1 产物纯度分析 使用岛津GC-2010气相色谱仪分析，测试条件:石英毛细管柱，SE-30为固定液(5%)，101白色担体，柱长25 m，柱径3 mm，汽化室温度 250℃，检测器温度 200℃，初始柱温100℃，保持 3 min，然后以 8℃/min速度升至200℃，N222 mL/min，H250 mL/min，空 气500 mL/min;方法为面积归一化法。数据处理:Sepu3000色谱工作站。

1.3.2 (R)-碳酸丙烯酯 ee值的测定 使用 Agilent6890气相色谱仪分析，测试条件:石英毛细管手性柱，2，6-dibutyl-3-butyryl-β-Cyclodex-B(30 m ×0.25 mm id ×0.25 μm 薄膜)，汽化室温度 250 ℃，检测器温度 250℃，恒定柱温 160℃，N222 mL/min，H250 mL/min，空气 500 mL/min;方法为面积归一化法。数据处理:Sepu3000色谱工作站。

2 结果与讨论

2.1 n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)的影响

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，催化剂的用量为1.0%，反应时间为2.0 h，改变尿素的用量，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)对收率的影响，见图 1。

图1 n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)对收率的影响Fig.1 Effect of n((R)-1，2-propanediol)∶n(dimethyl carbonate)on the yield

由图1可知，随尿醇摩尔比增大而收率增加，当到1.0∶2.0时达到最大为96.3%，进一步增大尿醇摩尔比，产品收率变化不大。因此，(R)-1，2-丙二醇与尿素摩尔比为1.0∶2.0是合成(R)-碳酸丙烯酯反应的最佳原料配比。

2.2 反应时间的影响

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，催化剂的用量为 1%，反应时间对收率的影响，见图2。

图2 反应时间对收率的影响Fig.2 Effect of reaction time on the yield

由图2可知，产品收率随反应时间的延长而增加，反应2.0 h时，收率达到最大值为96.3%;继续延长反应时间，反应3.0 h时，产品收率降低了1.2%。因此，适宜的反应时间为2.0 h。

2.3 催化剂的用量对收率的影响

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，反应时间为 2.0 h，催化剂的用量对收率的影响，见图3。

图3 催化剂用量对收率的影响Fig.3 Effect of the catalyst dosage on the yield

由图3可知，当邻苯二甲酰亚胺钾的用量［基于(R)-1，2-丙二醇的摩尔分数］从0.5%增至1.0%时，收率从75.2%增至96.3%，此后，随邻苯二甲酰亚胺钾用量的增加，产品收率没有明显变化。所以，适宜的邻苯二甲酰亚胺钾催化剂的用量为1.0%。

2.4 催化剂的重复使用

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R))-1，2-丙二醇)∶n(碳酸二甲酯)=1.0∶2.0，催化剂的用量为1%，反应时间为2.0 h，在优化反应条件下，对催化剂进行重复使用，产品收率变化见表1。

表1 邻苯二甲酰亚胺钾的重复使用结果Table 1 Reuse results of phthalimide potassium

由表1可知，催化剂重复使用4次后，产品收率仍达91.6%，说明催化剂稳定性较好。

2.5 不同催化剂催化活性的比较

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(碳酸二甲酯)=1.0∶2.0，催化剂的用量为1%，反应时间为2.0 h。在优化反应条件下，考察不同催化剂对产品收率的影响，结果见表2。

由表2可知，其催化活性顺序:邻苯二甲酰亚胺钾＞甲醇钠＞碳酸钾≈碳酸钠＞乙酸锌。通常认为，在胺解交换反应中，催化剂的碱性强弱是决定其催化活性的主要因素。碱金属碳酸盐由于其碱性较弱，所以催化活性低，产品收率较低。甲醇钠碱性过强，所以其选择性差，因此产品收率低于邻苯二甲酰亚胺钾。

表2 不同催化剂的催化活性比较Table 2 Comparison of catalytic activity of different catalysts

2.6 邻苯二甲酰亚胺钾的催化机理探讨

尿素与(R)-1，2-丙二醇发生醇解交换反应生成(R)-碳酸丙烯酯和氨气的反应是一个亲核取代过程，包括加成反应和消除反应2个步骤，具体过程如下:

2.7 产品的分析测试及结构表征

外观为无色透明液体，质量分数为99.6%;光学纯度(ee值)99.0%。

IR(ν/cm－1):2 989.3，2 915.6 为饱和 C—H 伸缩振动吸收峰;1 818.9为酯羰基的伸缩振动吸收峰1 385.9 为甲基对称的弯曲振动;1 220.1，1 172.7，1 115.8，1 058.4为2个C—O的不对称和对称的伸缩振动。

1H NMR(400 MHz，CDCl3):δ 4.82 ～4.87(m，1H)，4.55(t，1H，J=8.0 Hz)，4.03(t，1H，J=8.0 Hz)，1.51(d，3H，J=6.4 Hz)。

从IR和1H NMR分析可知，该化合物为目标化合物。

3 结论

以尿素和(R)-1，2-丙二醇为原料，邻苯二甲酰亚胺钾为催化剂，合成了(R)-碳酸丙烯酯，并确定了其最佳反应条件为:取1.0 mol(R)-1，2-丙二醇，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，催化剂用量为1.0%，反应时间为2.0 h，在上述反应条件下，产品收率可达96.3%。邻苯二甲酰亚胺钾催化合成(R)-碳酸丙烯酯，收率高，反应时间短，用量少，是合成(R)-碳酸丙烯酯的良好催化剂，具有较为广阔的工业应用前景。

［1］刘嘉，李科，孙海玲，等.替诺福韦的合成工艺改进［J］.药物实践杂志，2009，27(1):31-32.

［2］吴燕，陈国华，胡杨，等.富马酸泰诺福韦酯的合成［J］.中国医药工业杂志，2011，42(2):81-83.

［3］王默，赵新强，安华良，等.碳酸钾催化碳酸丙烯酯与乙醇酯交换合成碳酸二乙酯［J］.高校化学工程学报，2010，24(10):663-669.

［4］吴顶，王志.新型R-碳酸丙烯酯合成装置:201942627［P］.CN:2011-10-20.

［5］杨先贵，周喜，王公应.一种二氧化碳与环氧化合物合成环状碳酸酯的方法:CN，102190648A［P］.2011-09-21.

［6］高志文，王寿峰，夏春谷.磁性纳米粒子催化尿素与1，2-丙二醇制备碳酸丙烯酯［J］.分子催化，2009，23(4):304-307.

［7］杜伟超，方美琴，沈凌云，等.活化碱式碳酸锌催化尿素与 1，2-丙二醇合成碳酸丙烯酯［J］.石油化工，2012，41(1):37-42.

［8］杜治平，熊剑，周彬，等.MnO2/γ-Al2O3催化尿素与1，2-丙二醇合成碳酸丙烯酯［J］.精细化工，2012，29(4):347-351.