氯乙酸異丙酯的合成研究

王　杰，李　敢,2

(1 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，江蘇　徐州　221140；2 江蘇省化工新材料工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇　徐州　221140)

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氯乙酸異丙酯的合成研究

王杰1，李敢1,2

(1 徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院，江蘇徐州221140；2 江蘇省化工新材料工程技術(shù)研究開發(fā)中心，江蘇徐州221140)

氯乙酸異丙酯是醫(yī)藥工業(yè)不可或缺的一種有機(jī)合成的中間體，被廣泛用于合成非甾體類消炎解熱鎮(zhèn)痛藥物萘普生和布洛芬的原料，需求量較大。因此對(duì)于氯乙酸異丙酯的研究越來越多，高效催化劑的選擇不容小覷。參考近幾年有關(guān)氯乙酸異丙酯合成的文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)無機(jī)鹽、固體超強(qiáng)酸、功能化離子液體等催化劑在使用中的優(yōu)缺點(diǎn)。

氯乙酸異丙酯；催化劑；酯化

氯乙酸異丙酯(Isopropyl Chloroacetate)是一種重要的有機(jī)化工原料及合成醫(yī)藥中間體，分子式為C5H9CLO2，無色透明液體，沸點(diǎn)149.5 ℃，相對(duì)密度1.0812(25 ℃)，折射率1.4226(20 ℃)，閃點(diǎn)56 ℃[1-2]。其應(yīng)用最廣泛的是在醫(yī)藥生產(chǎn)中均用到Darzens法，用氯乙酸異丙酯代替氯乙酸乙酯，解決了混醇的問題，減少了副產(chǎn)物的產(chǎn)生，推動(dòng)了工業(yè)化生產(chǎn)。但是傳統(tǒng)的合成方法是采用濃硫酸為催化劑，雖工藝簡單，但副反應(yīng)多、產(chǎn)率低且純度不高，同時(shí)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，并排放含酸廢水，“三廢”排放多，不符合綠色化學(xué)的宗旨。目前人們都在尋找環(huán)境友好且產(chǎn)率較高的催化劑，這將是未來必然的趨勢(shì)。

1　無機(jī)鹽

硫酸氫鈉作為無機(jī)鹽中的代表，在試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，難溶于有機(jī)反應(yīng)體系中，因而對(duì)設(shè)備的腐蝕小，分離出的催化劑可以重復(fù)使用。硫酸氫鈉催化劑合成氯乙酸異丙酯，該催化劑活性高、性質(zhì)穩(wěn)定、價(jià)廉易得、易于保存、使用方便、工藝簡單、廢液排放少，對(duì)環(huán)境污染小，是一種高效、環(huán)保型的酯化反應(yīng)催化劑，具有工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

張杰等[3]以氯乙酸和異丙醇為原料，采用硫酸氫鈉催化合成氯乙酸異丙酯，最佳條件為：醇酸摩爾比1.2:1、催化劑用量1.0%(以氯乙酸的摩爾數(shù)計(jì)量)、回流反應(yīng)時(shí)間2.5 h，帶水劑環(huán)己烷10 mL，酯化率可達(dá)97.1%。

賴君玲等[4]以氯乙酸和異丙醇為原料，以三氟乙酸釹為催化劑，以環(huán)己烷為帶水劑，催化合成氯乙酸異丙酯，同時(shí)考察了反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、酸醇物質(zhì)的量比等因素對(duì)收率的影響，得到最佳反應(yīng)條件為: 氯乙酸0.1 mol、酸醇物質(zhì)的量比為1:1.2，三氟乙酸釹0.3 g，環(huán)己烷8 mL，反應(yīng)時(shí)間為45 min，收率為91.2%。

李曉鷗等[5]以氯乙酸和異丙醇為原料，以十二烷基磺酸鐵為催化劑，以環(huán)己烷為帶水劑，催化合成氯乙酸異丙酯，同時(shí)考察了反應(yīng)時(shí)間、催化劑用量、醇酸摩爾比等因素對(duì)收率的影響，得到最佳反應(yīng)條件為: 氯乙酸0.1 mol，酸醇摩爾比1:1.3，十二烷基磺酸鐵2 g(2.5 mmol)，環(huán)己烷6 mL，反應(yīng)時(shí)間60 min，收率為86.7%。該工藝產(chǎn)品質(zhì)量好，催化劑催化活性高，操作簡單。

2　固體酸

固體超強(qiáng)酸是指酸強(qiáng)度比100%硫酸更強(qiáng)的固體酸，它以其不同尋常的酸強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)，從而使許多酯化反應(yīng)能夠在更溫和的條件下得以進(jìn)行。與液體超強(qiáng)酸相比具有對(duì)設(shè)備腐蝕性低、與反應(yīng)產(chǎn)物易分離、選擇性高、可重復(fù)使用等特點(diǎn)。固體酸活性高，性質(zhì)穩(wěn)定，價(jià)廉易得，易于保存，使用方便。用它作為催化劑酯化反應(yīng)液不需堿洗、水洗等工序，后處理工藝簡單，而且反應(yīng)時(shí)間短，反應(yīng)條件溫和。催化劑留在反應(yīng)器內(nèi)可直接回用，是一種高效、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保型的酯化反應(yīng)催化劑，具有很高的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

3　離子液體

王嬋等[9]以氯乙酸和異丙醇為原料，以羧酸基功能化離子液體([C1imCH2COOH]HSO4)為催化劑，催化合成氯乙酸異丙酯，得到了優(yōu)化工藝條件：n(氯乙酸):n(異丙醇):n(離子液體)=5:5:1，反應(yīng)溫度60 ℃，反應(yīng)時(shí)間3 h。該催化劑通過簡單的分層即可實(shí)現(xiàn)與產(chǎn)物的分離，可重復(fù)使用5次，活性基本不變。

4　微波輻射

微波輻射促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)是20世紀(jì)80年代后期興起的一項(xiàng)有機(jī)合成新技術(shù)，隨著微波技術(shù)的發(fā)展，微波輻射已成為有機(jī)化學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)。微波輻射是一種交變磁場，在這種交變電磁場的影響下，會(huì)增大氯乙酸與異丙醇等極性分子的偶極矩，促使它們形成定向排列的趨勢(shì)，增大了反應(yīng)物發(fā)生碰撞的幾率，從而加快了反應(yīng)速率。

孫劍飛等[10]利用微波加熱法，以氯乙酸與異丙醇為原料，絲光沸石為催化劑，合成氯乙酸異丙酯，得到了最佳工藝條件：微波功率480 W，加熱時(shí)間80 min，催化劑的用量為4 g·mol-1，n(酸):n(醇)=2:1，產(chǎn)率為64.1%。采用微波輻射加熱法合成氯乙酸異丙酯，反應(yīng)速度至少是常規(guī)加熱法的5倍。

施磊等[12]利用微波照射技術(shù)，以活性炭固載對(duì)甲苯磺酸為催化劑，催化合成氯乙酸異丙酯，最優(yōu)條件為：催化劑2.0 g，微波輻射45 min，功率160 W，收率為78.3%。該工藝反應(yīng)快，副反應(yīng)少，對(duì)環(huán)境友好，后處理簡便。

5　結(jié)　語

氯乙酸異丙酯合成時(shí)所用的催化劑不同，它所帶來的影響、結(jié)果也是不一樣的。由于各個(gè)行業(yè)對(duì)產(chǎn)品的要求度不同，所使用的方法也會(huì)因地制宜，通過前面不同催化劑所制得的產(chǎn)品可以看出：無機(jī)鹽類，種類繁多，性質(zhì)不一，研究的物質(zhì)多種多樣；對(duì)于固體酸，近年來報(bào)道較多，但還未應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，在氣固相反應(yīng)體系中連續(xù)進(jìn)行酯化反應(yīng)，具有反應(yīng)速度快、催化活性高、易于與產(chǎn)物分離、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)，是一種性能優(yōu)良的酯化反應(yīng)催化劑；另外，離子液體里沒有電中性的分子，100%是陰離子和陽離子，具有良好的熱穩(wěn)定性和導(dǎo)電性，在很大程度上允許動(dòng)力學(xué)控制，同時(shí)還具有優(yōu)良的可設(shè)計(jì)性[9]；微波技術(shù)，在20世紀(jì)80年代興起，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，逐漸滲透到了化工領(lǐng)域，此法在氯乙酸異丙酯生產(chǎn)中具有“快速、高效、安全”的優(yōu)點(diǎn)。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，選擇經(jīng)濟(jì)實(shí)用的催化劑，才能更好地服務(wù)工業(yè)化生產(chǎn)。

[1]許家勝,王敏,姜恒,等.十二烷基硫酸鈉催化合成氯乙酸異丙酯[J].復(fù)旦學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2003,42(3):329-332.

[2]蔡秀慧,王萬得,祝文存.離子交換樹脂催化合成氯乙酸甲酯[J].離于交換與吸附，1995,11(2):172-175.

[3]張杰,許家勝,錢建華.硫氫酸鈉催化合成氯乙酸異丙酯[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2011,11(11):2519-2522.

[4]賴君玲,陳永禮,劉春生,等.三氟乙酸釹催化合成氯乙酸異丙酯[J].化學(xué)試劑，2009,31(3):197-199.

[5]李曉鷗,劉春生,黃占凱,等.十二烷基磺酸鐵催化合成氯乙酸異丙酯[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004,24(1):26-28.

[9]王嬋,閆玉玲.含羧酸基的功能化離子液體催化合成氯乙酸異丙酯[J].化工科技，2010,18(2):38-41.

[10]孫劍飛,王詠梅,關(guān)瑾,等.微波輻射作用下氯乙酸異丙酯的合成[J].沈陽化工學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,18(2):85-88.

[11]蘭翠玲,譚華征.微波輻射催化合成氯乙酸異丙酯[J].廣東化工，2006，33(12):42-44.

[12]施磊,吳東珩,蘇廣均,等.微波輻射活性炭固載對(duì)甲苯磺酸催化合成氯乙酸異丙酯[J].精細(xì)化工中間體,2003,33(3):37-38.

Research on Synthesis of Isopropyl Chloroacetate

WANGJie1,LIGan1,2

(1 Xuzhou College of Industrial Technology,Chemical Engineering Institure, Jiangsu Xuzhou 221140;2 Jiangsu Province Engineering Technolog Research and Development Center of New Chemical Material, Jiangsu Xuzhou 221140, China)

Isopropyl chloroacetate is indispensable as a kind of organic synthesis intermediates in the pharmaceutical industry, and is widely used in the synthesis of non steroid body anti-inflammatory antipyretic analgesic drug naproxen and ibuprofen raw materials, demand is great. So bescuse more and more peoples are researching on isopropyl chloroacetate, the choice of high efficiency catalyst should not be underestimated. The literatures about synthesizing isopropyl chloroacetate in recent years were consulted, the advantages and disadvantages in the process of using inorganic salt, solid super acid and functionalized ionic liquid as catalysts were found.

isopropyl chloroacetate; catalyst; esterification

王杰(1991-)，男，徐州工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院化學(xué)工程技術(shù)學(xué)院學(xué)生，化學(xué)制藥專業(yè)。

李敢(1976-)，男，碩士，高級(jí)工程師，研發(fā)方向：特種助劑，藥物中間體，功能高分子材料等。

O643.36, TQ225.24

A

1001-9677(2016)02-0019-02