2,5-二甲基苯甲酰甲基酯合成方法的优化

2020-08-26张俊杰

化工技术与开发 2020年8期

李萱，张俊杰

（1.巴音郭楞职业技术学院，新疆库尔勒 841000；2.华北理工大学，河北唐山 063009）

苯甲酰甲基类物质作为羧基保护基，具有一定的光化学性能。1962年Sheehan[1]的报道中就提到，在具有氢给体能力的溶剂中，或在苯中加入具有氢给体能力的溶剂，对-甲氧基苯甲酰甲基表现出良好的光化学反应活性，可以作为保护基应用。Falvey等[2-3]认为，脱羧反应是一个快速过程，均裂发生后，如果脱羧后的产物是一个稳定的自由基（如苯甲基自由基），则脱羧反应为主要反应。Klan[4-5]在研究2,5-二甲基苯甲酰甲基作为羧酸的保护基时发现，2,5-二甲基苯甲酰甲基酯在光解时发生烯醇化反应而放出羧酸。羧基是一个较氯原子更好的离去基团[6-7]。

本文首先利用傅-克酰基化反应，制得2-5-二甲基苯甲酰甲基氯，再使其在以DBU为催化剂的情况下，成功合成了2,5-二甲基苯甲酰甲基酯。在合成保护基和优化酯化方法后发现，以DUB为催化剂，不仅可以大大提高酯化反应的速度，蒸发干燥后，产物的产率也更高（苯甲酸-2,5-二甲基苯甲酰甲基酯产率高达90%以上），产物底色不深，为下一步的光解反应释放羧酸提供了可能。酯化合成中所用的酸有乙酸、苯甲酸、苯乙酸和月桂酸，可以代表各种脂肪酸和芳香酸。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Bruker-300 MHz核磁共振谱仪，HP 6890SERIAL气相色谱仪，Bruker EQUINOX 55 红外光谱分析仪。

二甲苯、三甲苯、氯乙酰氯、三氧化铝、乙酸、苯甲酸、苯乙酸、月桂酸、苯、石油醚(均为分析纯)。

1.2 取代苯甲酰甲基氯的合成

吸取石油醚15mL置于50mL四口烧瓶中，加入9.50mL对二甲苯和3.0mL氯乙酰氯（1.0eq），在氮气保护下，加入5.5g无水三氯化铝，在电磁搅拌和冰浴条件下，反应1h，然后在室温条件下搅拌2h。反应方程式见图1。

图1 2,5-二甲基苯甲酰甲基氯的合成

2,5-二甲基苯甲酰甲基氯，白色晶体，mp. 34～35℃。IR (KBr)，υ/cm-1：3021(υCH，Ar-H)，2983，2937(υCH，-CH3)，1699(υC=O，C=O)，1568，1494(υC=C，Ar)，1440(δCH，-COCH2-)，829，794(δCH, Ar-H)。1H-NMR（300MHz）：δ 7.41 (1H，s，H-6)，7.26～7.16(2H, m，H-3,4)，4.64 (2H, s, CH2)，2.47(3H，s，CH3-5)，2.37(3H，s，CH3-2)。13C NMR(75.5 MHz，CDCl3)：δ 194.23，136.10，135.34，134.46，132.99，132.13，129.06，47.89，20.81，20.73。MS (EI)，m/z(rel. intensity)：182(5)(M+)，133(100)，105(55)，79(25)，51(5)。tR=10.50 min；Anal. Calcd for C10H11ClO：C 65.76，H 6.07，Cl 19.41，O 8.76； Found: C 65.36，H 6.03，Cl 19.14。

1.3 2,5-二甲基-苯甲酰甲基酯的合成

2,5-二甲基苯甲酰甲基酯的合成可以有两种途径。第一种方法是在碘化钠和三乙胺的存在下，α-氯-2,5-二甲基苯乙酮和相应酸的钠盐在丙酮中回流，反应4h，产率在65%～80%之间，反应方程式见图2。这个用酸本身来代替相应钠盐的反应进行得并不完全。

图2 2,5-二甲基苯甲酰甲基氯的酯化反应

第二种方法是以DBU为催化剂，在苯或甲苯溶剂中回流。此时，无论用酸还是其钠盐，所得的产率均较高，一般可以达到定量反应（TLC板监测）。本实验以DUB为催化剂直接进行反应。

1.3.1 乙酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

分别称取(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基氯300mg(1.0eq)和碘化钠325mg（1.2eq）于25mL圆底烧瓶中，加入15mL苯或甲苯为溶剂，依次再加入0.2mL（2.0eq）冰乙酸和 0.2mL DBU（15d，2.0eq），加热回流。反应时间3h，反应方程式见图3。

图3 乙酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

乙酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯：IR(KBr)：2926，1750，1701，1372，1231，1080，966，819，788。1H NMR(300 MHz，CDCl3)：δ 7.37(s，1H)，7.17(d，J=7.535，1H)，7.10(d，J=7.535，1H)，5.10(s，2H)，2.41(s，3H)，2.31(s，3H)，2.15(s，3H)。13C NMR(75.5 MHz，CDCl3)：δ 195.57，170.13，135.57，135.11，134.11，132.65，131.89，128.37，67.08，20.60，20.36，20.26。MS (EI)，m/z (rel. intensity)： 206(M+)，163(4)，146(8)，133(100)，105(60)，77(20) ，51(5)。tR=11.55 min。

1.3.2 苯甲酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

分别称取(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基氯300mg(1.0eq)、碘化钠 325mg（1.2eq）于 25mL圆底烧瓶中，加入15 mL苯或甲苯为溶剂，再加入240mg（1.2eq）苯甲酸和 0.1mL 的 DBU（10d，1.2eq），加热回流反应3h。反应方程式见图4。

图4 苯甲酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

苯甲酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯：IR(KBr)：3060，3031(υCH，Ar-H)，2945，2921(υCH，-CH3)，1731(υC=O，羧基 C=O)，1698(υC=O，苯乙酮，C=O)，1599，1560(υC=C，Ar)，1448，1421(δCH，-COCH2-)，1272(υC-O-C，羧基-CO-C-)，883，817，782(δCH，Ar-H)。1H NMR(300 MHz，CDCl3)：δ 8.14 (2H，d，H`-2，6，J=7.535)，7.58(1H，t，H`-4，J=6.782)，7.50～7.44(3H，m，H-5，H`-3,5)，7.24(1H，d，H-4，J=7.535)，7.15(1H，d，H-3，J=8.289)，5.42(2H，s，CH2)，2.50(3H，s，CH3-5)，2.37(3H，s，CH3-2)。13C NMR(75.5 MHz，CDCl3)：δ 195.67，166.00，135.84，135.31，134.36，133.24，132.85，132.09，129.88，129.44，128.64，128.37，67.65，20.83，20.61。MS (EI)，m/z (rel. intensity)：268(M+)，209(2)，163(5)，146(25)，133(100)，105(50)，77(25)，51(8)。tR=15.70 min。Anal. Calcd for C17H16O3：C 76.10，H 6.01，O 17.89；Found：C 75.92，H 6.05。

1.3.3 苯乙酸-（2,5-二甲基）-苯甲酰甲基酯的合成

分别称取(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基氯300mg(1.0eq)、碘化钠 325mg（1.2eq）于 25mL圆底烧瓶中，加入15mL苯或甲苯为溶剂，再加入266mg（1.2eq）苯乙酸和 0.1mL DBU（10d，1.2eq），加热回流反应3h，反应方程式见图5。

图5 苯乙酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

苯乙酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯：IR(KBr)：2963，2928，1746，1695，1497，1240，1145，968，819，711。1H NMR(300 MHz，CDCl3)：δ 7.38(s，1H)，7.36～7.27(m，5H)，7.24(d，J=8.289，1H)，7.16(d，J=7.535，1H)，5.18(s，2H)，3.82(s，2H)，2.48(s，3H)，2.35(s，3H)。13C NMR(75.5 MHz，CDCl3)：δ195.84，170.94，135.56，135.18，134.32，133.49，132.69，131.92，129.26，128.46，127.04，67.57，40.68，20.72，20.38。MS (EI)，m/z (rel. intensity)：282(M+)，264(1)，191(2)，164(8)，146(25)，133(100)，105(40)，91(20)，79(15)，65(5)。tR=16.06 min。

1.3.4 月桂酸-（2,5-二甲基）-苯甲酰甲基酯的合成

分别称取(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基氯300mg(1.0eq)、碘化钠 325mg（1.2eq）于 25mL圆底烧瓶中，加入15mL苯或甲苯为溶剂，再加入400mg（1.2eq）月桂酸和 0.1mL DBU（10d，1.2eq），加热回流反应3h。反应方程式见图6。

图6 月桂酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯的合成

月桂酸-(2,5-二甲基)-苯甲酰甲基酯：IR(KBr)：2924，2852，1746，1702，1240，1158，968，817，721。1H NMR(300 MHz，CDCl3)：δ 7.38(s，1H)，7.19(d，J=8.289，1H)，7.13(d，J=7.535，1H)，5.14(s，2H)，2.47～2.42(m，5H)，2.34(s，3H)，1.71～1.61(m，2H)，1.26(broad s，16H)，0.87(t，J=6.825，3H)。13C NMR(75.5 MHz，CDCl3)：δ 196.09，173.10，135.57，135.14，134.46，132.62，131.92，128.46，67.06，33.79，31.82，29.52，29.36，29.25，29.18，28.99，24.77，22.59，20.72，20.38，14.00。MS(EI)，m/z (rel. intensity)：364(M+)，315(1)，281(1)，164(3)，147(8)，133(100)，105(20)，79(6) 。tR=17.88min。

2 结果与讨论

试液加水少许，转移到分液漏斗中，用30mL甲苯萃取后，用水洗，再用饱和碳酸氢钠水溶液、饱和氯化钠水溶液各洗涤2次，无水硫酸钠干燥过夜后，再次过滤，旋转蒸发。用二氯甲烷溶解合成的酯样，以石油醚∶乙酸乙酯=10∶1为洗脱剂，过柱分离，旋转蒸发脱除溶剂，真空干燥后，制得4种类型的2,5-二甲基-苯甲酰甲基酯，最终的产率见表1。