1-溴乙基乙酸酯的制備方法研究

王雄強

（廣東立國制藥有限公司，廣東河源 517000）

1-溴乙基乙酸酯合成工藝主要有兩種，一種是乙酰溴和乙醛在催化劑氯化鋅的作用下反應(yīng)生成1-溴乙基乙酸酯，另一種是乙酸乙烯酯和溴化氫氣體在冰水浴中反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物[1-3]。以往1-溴乙基乙酸酯的制備工藝中，反應(yīng)原料乙酰溴不穩(wěn)定，乙醛具有致癌性、沸點低，使反應(yīng)不易控制，給工業(yè)生產(chǎn)帶來困難。溴化氫作為反應(yīng)物時，為氣體狀態(tài)，反應(yīng)難以控制，物料配比不易確定，反應(yīng)物利用率低，用溶劑將溴化氫溶解，再用確定濃度的氫溴酸溶液與乙酸乙烯酯反應(yīng)合成1-溴乙基乙酸酯，雖然解決了反應(yīng)中溴化氫定量的問題，但仍然避免不了先將氣體溴化氫溶于溶劑的步驟，在工業(yè)中應(yīng)用時，仍存在反應(yīng)不易控、污染大、操作條件苛刻的問題。用氯化鋅作為催化劑時，氯化鋅極易吸水并成團導(dǎo)致催化效率降低，雜質(zhì)增多，且引入了鋅離子，存在重金屬污染、反應(yīng)收率低、純度低等問題[4]。

溴代乙酸酯類化合物在一定條件下可以脫酯釋放羥基，能夠起到暫時保護羥基官能團的作用，從而避免副反應(yīng)的發(fā)生。因此，本文擬采用納米材料催化劑加速或延緩反應(yīng)時間、增強選擇性，提高反應(yīng)速率和效率、降低反應(yīng)溫度。與傳統(tǒng)催化劑相比，納米材料催化劑表面活性中心多，隨著材料粒徑的減小，化學(xué)接觸面積增加，催化效率得到提高，在有機合成中逐步應(yīng)用于催化加氫、氧化、還原、聚合、縮合以及酯化反應(yīng)等方面[5]。本文采用具有納米特性和磁性的納米四氧化三鐵作為催化劑催化有機合成，既能降低催化劑用量、提高催化活性，也便于分離回收，希望能夠解決反應(yīng)率低、不穩(wěn)定、不高效以及不綠色等問題。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

四溴化硅，含量≥99%，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；乙酸乙烯酯，分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司；磁體、ZnCl2、Al2O3、二價鐵鹽、三價鐵鹽以及十二烷基苯磺酸鈉，工業(yè)級，西隴科學(xué)股份有限公司；二氯甲烷、氯仿、乙醇、二氯甲烷、正丁醇、丙酮、乙酸丁酯以及氨水，分析純，阿拉?。ㄉ虾＃┥萍脊煞萦邢薰荆?-四氫萘酮，含量≥97%，阿拉?。ㄉ虾＃┥萍脊煞萦邢薰尽?/p>

1.2 儀器與設(shè)備

RW20型攪拌器，德國IKA公司；7890A型氣相色譜儀，美國Agilent Technologies公司；LT-V20R5型恒溫槽，蘇州力意達(dá)儀器科技有限公司；2XZ型旋片式真空泵，上海德英真空設(shè)備照明有限公司；GZX-9246MBE干燥箱，浙江賽德儀器設(shè)備有限公司；AVANCE III HD 400M核磁共振波譜儀，德國Bruker公司。

1.3 氣相色譜息檢測條件

HP-5色譜柱，進樣口溫度220 ℃，進樣量0.2 μL，分流比1∶50，程序升溫（初始溫度50 ℃，10 ℃/min升溫至180 ℃，保持10 min），F(xiàn)ID檢測器（250 ℃，H230 mL/min，空氣 300 mL/min，吹掃 20 min）。

1.4 納米四氧化三鐵的制備

（1）將二價鐵鹽（FeSO4·7H2O）和三價鐵鹽（FeCl3·6H2O）按照2∶3的摩爾比混合后，加入純水，使得鐵鹽總濃度為0.6 mol/L；（2）將溫度調(diào)節(jié)至45 ℃，邊攪拌緩慢加入氨水，至溶液pH為9；（3）加入表面活性劑十二烷基苯磺酸鈉，劇烈攪拌60 min，其中表面活性劑的用量為二價鐵鹽用量的10%；（4）用磁體沉降后靜置5 min，取沉淀物，用純水和無水乙醇交替洗滌沉淀物至洗水的pH為中性；（5）將沉淀物置于烘箱中干燥5 h，得到納米四氧化三鐵。

1.5 1-溴乙基乙酸酯的制備

在裝有機械攪拌器的反應(yīng)瓶中加入純水以及一定量的催化劑[5]，溫度保持在6 ℃，攪拌5 min后加入四溴化硅，攪拌5 min后緩慢加入乙酸乙烯酯430 mL，將溫度調(diào)至15 ℃，反應(yīng)40 min結(jié)束反應(yīng)；將催化劑從反應(yīng)后的混合液中分離，再將混合液過0.22 μm有機濾膜除去固體雜質(zhì)；將混合液冷卻至4 ℃并保持，向其中加入萃取劑，攪拌15 min后加入純水，繼續(xù)攪拌5 min，靜置5 min，取有機相，加入純水?dāng)嚢? min，靜置5 min，取有機相減壓蒸餾，除去餾分，即得產(chǎn)品1-溴乙基乙酸酯。反應(yīng)方程式見圖1。對目標(biāo)產(chǎn)物進行氫譜表征，1HNMR（400 MHz，DMSO）：6.72（m，1H），2.11（s，3H），1.99（s，3H），確定產(chǎn)品為1-溴乙基乙酸酯（見圖2）。

圖2 1-溴乙基乙酸酯氫譜圖

1.6 計算公式

產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度按式（1）和式（2）計算。

式中：m產(chǎn)物為實驗得到1-溴乙基乙酸酯的重量，g；167為1-溴乙基乙酸酯的相對分子質(zhì)量；m乙酰溴為實驗使用乙酰溴的重量，g；123為乙酰溴的相對分子質(zhì)量；A產(chǎn)物為氣相色譜中1-溴乙基乙酸酯的峰面積；A1，A2…An分別為氣相色譜中所有組分的峰面積。

2 結(jié)果與分析

2.1 萃取劑種類對產(chǎn)物的影響

經(jīng)過不同萃取劑的嘗試，發(fā)現(xiàn)不同的萃取劑對產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度的影響差異較大，具體數(shù)據(jù)見表1。通過實際數(shù)據(jù)對比得出二氯甲烷和氯仿混合劑（2∶1，v∶v）作為萃取劑時，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度最高，比單獨使用二氯甲烷和氯仿作為萃取劑時產(chǎn)物的產(chǎn)率高2.1%～4.3%[6]，純度高1.5%～2.2%。這主要是因為在該混合溶劑下，產(chǎn)物的溶解性高，且疏水性強，在去除雜質(zhì)的同時有利于保護目標(biāo)物[7]。因此，本文選取二氯甲烷和氯仿（2∶1，v∶v）混合劑作為萃取劑。

表1 萃取劑種類對產(chǎn)物的影響

2.2 催化劑種類及用量對產(chǎn)物的影響

選取二氯甲烷和氯仿混合劑（2∶1，v∶v）作為萃取劑，并嘗試不同催化劑種類及用量，得到具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 催化劑種類及用量對產(chǎn)物的影響

使用納米四氧化三鐵作為催化劑時，所得產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度較高[8]，這主要是由于納米四氧化三鐵表面活性中心多，材料粒徑小，化學(xué)接觸面積大，催化效能高[9]。隨著納米四氧化三鐵用量的增加，產(chǎn)率有一定程度的提高，但純度相差不大，在加入純水54.0 mL，納米四氧化三鐵0.6 g時產(chǎn)率最高，且純度也最高。因此，本文選取四氧化三鐵為催化劑。

3 結(jié)論

溴代乙酸酯應(yīng)用已經(jīng)非常廣泛，但是以往的制備工藝中，存在反應(yīng)原料乙酰溴不穩(wěn)定、乙醛的沸點低使反應(yīng)不易控制，且乙醛具有致癌性等問題，給工業(yè)生產(chǎn)帶來困難。本方法采用納米四氧化三鐵作為催化劑，催化劑用量少，活性高，易分離回收，可重復(fù)利用。將二氯甲烷和氯仿萃取劑的比例控制在2∶1時能夠最大程度提升產(chǎn)物的產(chǎn)率和純度。反應(yīng)條件溫和、易控，且操作簡單。通過本方法的制備1-溴乙基乙酸酯，具有制備效率高、產(chǎn)物純度高、成本低等優(yōu)勢，可進行工業(yè)大批量制備。在未來發(fā)展中，可延伸至化工、醫(yī)藥產(chǎn)品制造，提供更高效率的化工原料制備技術(shù)，具有一定的應(yīng)用前景。