本發(fā)明屬于有機(jī)合成化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種以羧酸和醇為原料合成酯的方法。
背景技術(shù)：
羧酸酯是一種重要的有機(jī)化合物，不僅可作為有機(jī)合成原料，而且是重要的精細(xì)化工產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于香料、日化、食品、醫(yī)藥、橡膠、涂料等行業(yè)。
酯化反應(yīng)是有機(jī)合成中最基本，最常見的官能團(tuán)轉(zhuǎn)化反應(yīng)之一，它被廣泛用于羧酸官能團(tuán)的保護(hù)，以便進(jìn)一步反應(yīng)合成天然產(chǎn)物[1]。由于酯化反應(yīng)的廣泛應(yīng)用，對其合成方法的研究具有重要意義。
傳統(tǒng)的合成羧酸酯的方法是以相應(yīng)的羧酸和醇為原料，采用濃硫酸為催化劑來制取。該方法是由Fischer E和Speier A[2]在1895年首次發(fā)現(xiàn)。這種由酸和醇直接合成酯的方法具有原料易得的優(yōu)點(diǎn)，但是此方法反應(yīng)平衡較難控制，需要不斷移除反應(yīng)中的水。除此之外，該法副反應(yīng)多、后處理工藝復(fù)雜、設(shè)備腐蝕嚴(yán)重、廢酸排放污染環(huán)境[3]。因此，改進(jìn)該酯化方法一直是化學(xué)家研究的重點(diǎn)?；谝陨先秉c(diǎn)，部分研究者開始研究新的催化劑，例如：分子篩催化劑[4]、雜多酸催化劑[5]、固體超強(qiáng)酸催化劑[6]、樹脂催化劑[7]、有機(jī)酸鹽和無機(jī)鹽催化體系[8]、離子液體催化體系[9]等。但這些催化劑均具有一定的局限性，如易失活、負(fù)載牢固(不易溶脫)、不易回收利用、反應(yīng)條件苛刻、成本高[10]。
濃硫酸催化下的酯化反應(yīng)
除了酸和醇直接酯化的方法外，還可將羧酸轉(zhuǎn)變?yōu)閷?yīng)的衍生物再與醇縮合，反應(yīng)過程中除生成酯之外，放出的小分子不是水而是其它化合物。這里的酸的衍生物主要是指酸酐、酰氯、羧酸的鹽。這種通過活化羧酸得到羧酸衍生物，再與醇發(fā)生酯化反應(yīng)的方法與傳統(tǒng)方法相比，原料幾乎能夠完全轉(zhuǎn)化，因此得到的酯的產(chǎn)率也更高。其中用到不同種類的羧酸活化劑，如：酸性鹵化物[11-12]、混合酸酐[13]、乙烯酮[14]、硫代酸酯[15]、膦化合物[16-20]、碳化二亞胺[21]等。但這些方法仍然存在不足之處，如：酸性鹵化物易使自身不穩(wěn)定的酸發(fā)生降解，還可與較敏感的羧酸基團(tuán)發(fā)生副反應(yīng)；混合酸酐的制備比較復(fù)雜；乙烯酮自身具有局限性，制備困難，使用范圍不廣泛；硫代酸酯的偶聯(lián)過程比較復(fù)雜；碳化二亞胺偶聯(lián)的產(chǎn)率不高，副產(chǎn)物不易除去。
我們注意到，采用磷化合物作為羧酸活化劑時，反應(yīng)條件相對溫和[22]。但利用三苯基磷作為羧酸活化劑時[18-20]，通常需要添加其他助劑作為三苯基膦的活化劑，如偶氮吡啶[18]、酞菁鐵[19]、N-氯代苯并三氮唑[20]等，這些試劑均存在制備困難、產(chǎn)率低、成本高等問題。而且，在這類反應(yīng)的最后，生成了一當(dāng)量的三苯氧膦副產(chǎn)物，這大大降低了反應(yīng)的原子利用率。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種新型、綠色、高效的以羧酸和醇為原料合成酯的方法。本發(fā)明方法能解決現(xiàn)有技術(shù)中合成酯反應(yīng)條件苛刻、純化困難、成本高的問題。
本發(fā)明中提出一種基于三苯氧磷/草酰氯的羧酸活化體系，該三苯氧磷/草酰氯體系可以有效的活化羧酸生成相應(yīng)的羧酸鹽，從而促進(jìn)羧酸醇酯化反應(yīng)的進(jìn)行。同時，三苯氧磷相對于三苯基膦更加易得，而草酰氯則是一種常用試劑，因此，本方法采用的試劑價廉易得，降低了反應(yīng)成本，同時酯化反應(yīng)的產(chǎn)率也較高。
本發(fā)明技術(shù)方案具體闡述如下。
本發(fā)明提供一種以羧酸和醇為原料合成酯的方法，其以羧酸和醇為原料，以三苯氧磷/草酰氯體系作為羧酸活化劑，以有機(jī)堿為催化劑，羧酸和醇在羧酸活化劑和催化劑作用下反應(yīng)得到酯。
本發(fā)明中，所述羧酸為芳香酸或脂肪酸，所述醇是芳香醇或脂肪醇。
本發(fā)明中，在惰性氣氛下，在有機(jī)溶劑中反應(yīng)合成酯，其反應(yīng)溫度為10-40℃，反應(yīng)時間是0.5-5小時，三苯氧磷、草酰氯、羧酸和醇的物質(zhì)的量比是(0.5～2)：(0.6～2.3)：1：(0.6～2.3)。
本發(fā)明中，有機(jī)堿選自三乙胺，吡啶或者四甲基乙二胺中任一種。有機(jī)堿的用量為催化量。
本發(fā)明中，有機(jī)溶劑是乙腈、二氯甲烷、甲苯或1,2-二氯乙烷中的任意一種。
與傳統(tǒng)合成酯的方法相比，本發(fā)明的有益效果在于：
(1)本發(fā)明所提供的合成酯的方法轉(zhuǎn)化率高、收率在85％以上，反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)體系簡單、反應(yīng)成本低；
(2)與一般的通過活化羧酸促進(jìn)酯合成的方法相比，本發(fā)明所使用的活化劑三苯氧磷價廉易得，而且在反應(yīng)結(jié)束后可回收重復(fù)利用，反應(yīng)體系的副產(chǎn)物只有CO和CO2，具有較高的原子利用率和較低的反應(yīng)成本。
具體實(shí)施方式
下面通過具體實(shí)例并結(jié)合核磁數(shù)據(jù)對本發(fā)明技術(shù)作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)例。
實(shí)施例1(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
在100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.61g的苯甲酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為85.37％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.13(d,J＝7.8Hz,2H),7.59(t,J＝7.4Hz,1H),7.48(dt,J＝11.8,5.8Hz,4H),7.43(dd,J＝14.7,7.3Hz,2H),7.40–7.36(m,1H),5.41(s,1H).
實(shí)施例2(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1/1/1.3)
在100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.61g的苯甲酸，0.52mL的苯甲醇和催化量的四甲基乙二胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為69.37％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.13(d,J＝7.8Hz,2H),7.59(t,J＝7.4Hz,1H),7.48(dt,J＝11.8,5.8Hz,4H),7.43(dd,J＝14.7,7.3Hz,2H),7.40–7.36(m,1H),5.41(s,1H).
實(shí)施例3(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.5)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.63mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.68g的對甲基苯甲酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得對甲基苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為84.25％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.09–8.02(m,2H),7.53–7.39(m,5H),7.29(d,J＝7.9Hz,2H),5.42(s,2H),2.45(s,3H).
實(shí)施例4(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/2/1.5)
100mL三口燒瓶中加入2.80g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.63mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.68g的對甲基苯甲酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得對甲基苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為78.25％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.09–8.02(m,2H),7.53–7.39(m,5H),7.29(d,J＝7.9Hz,2H),5.42(s,2H),2.45(s,3H).
實(shí)施例5(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/0.5)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.21mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.76g的對甲氧基苯甲酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的吡啶，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得對甲氧基苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為70.21％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.07(d,J＝8.7Hz,2H),7.46(t,J＝11.2Hz,2H),7.42–7.30(m,3H),6.94(d,J＝8.8Hz,2H),5.37(s,2H),3.87(s,3H).
實(shí)施例6(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.84g的對硝基苯甲酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得對硝基苯甲酸苯甲酯的產(chǎn)率為90.31％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.28(dd,J＝22.5,8.9Hz,4H),7.57–7.29(m,5H),5.43(s,2H).
實(shí)施例7(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.61g苯甲酸，0.60mL的環(huán)己醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得苯甲酸環(huán)己酯的產(chǎn)率為85.27％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.07(d,J＝7.5Hz,2H),7.57(t,J＝7.4Hz,1H),7.45(t,J＝7.7Hz,2H),4.40–4.31(m,2H),1.77(dd,J＝14.6,6.9Hz,2H),1.55–1.46(m,2H),1.00(t,J＝7.4Hz,3H).
實(shí)施例8(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.29ml的乙酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得乙酸苯甲酯的產(chǎn)率為70.09％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ7.47–7.27(m,5H),5.14(s,2H),2.13(s,3H).
實(shí)施例9(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.61g苯甲酸，0.78mL的苯乙醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得苯甲酸苯乙酯的產(chǎn)率為72.57％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(500MHz,CDCl3)δ8.08(d,J＝7.4Hz,2H),7.59(t,J＝7.4Hz,1H),7.47(t,J＝7.7Hz,2H),7.40–7.30(m,5H),4.59(t,J＝7.0Hz,2H),3.13(t,J＝7.0Hz,2H).
實(shí)施例10(酸：醇：三苯氧磷：草酰氯＝1/1.3/1/1.3)
100mL三口燒瓶中加入1.40g的三苯氧膦，抽真空通N2，加入5mL的乙腈，磁力攪拌下緩慢滴加0.55mL的草酰氯，此時反應(yīng)劇烈，放出大量的氣體，反應(yīng)10分鐘。然后加入0.61g肉桂酸，0.67mL的苯甲醇和催化量的三乙胺，在室溫下反應(yīng)2小時，反應(yīng)用TLC跟蹤，用柱層析進(jìn)行提純定量，用核磁進(jìn)行定性。展開劑(石油醚/乙酸乙酯)配比為4:1，柱層析所得肉桂酸芐酯的產(chǎn)率為95.04％，核磁數(shù)據(jù)：1H NMR(501MHz,CDCl3)δ7.80(d,J＝16.0Hz,1H),7.56(s,2H),7.50–7.38(m,8H),6.55(d,J＝16.0Hz,1H),5.32(s,2H).
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