芳香醛直接合成芳香羧酸酯的新反應研究*

任智卉（西北大學化學與材料科學學院，陜西　西安　710127）

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芳香醛直接合成芳香羧酸酯的新反應研究*

任智卉
（西北大學化學與材料科學學院，陜西西安710127）

摘要：針對傳統酯化反應中固有的轉化率不高、反應條件苛刻等科學問題，作者發展了一條新的合成芳香甲酸酯的合成方法。該方法以芳香醛和醇為底物，在過硫酸氫鉀復鹽存在下即可高產率的轉化為芳香甲酸酯。研究結果表明該反應可以適用于含有吸電子、供電子等不同的芳香醛，也適用于甲醇、乙醇、異丙醇等不同的醇，底物適用范圍較寬，反應條件溫和,反應收率較好。

關鍵詞：有機化學；芳香酯；醛；醇

芳香羧酸酯類化合物被廣泛的用于醫藥、農藥、功能材料等領域，也是工程塑料、橡膠等必不可少的增塑劑，屬于有機合成、精細化工最基本、最常用的原材料[1]。因此，芳香羧酸酯的合成一直是有機合成領域備受關注的研究課題。傳統的合成芳香羧酸酯的方法主要通過強酸催化下芳香羧酸與醇的酯基化反應進行，但是該類反應存在著自身局限性：（1）必須加入強酸作為催化劑對設備的腐蝕性比較嚴重，且后處理時需要加入堿來中和反應；（2）酸催化的酯化反應由于有水的生成是個可逆反應，因此存在轉化率不高、反應不完全等缺點導致產物的分離純化比較困難、后處理較為麻煩；（3）由于位阻原因，酸催化的酯化反應對于二級醇、三級醇等兼容性不好，反應效率不高。基于以上酸催化芳香羧酸與醇直接酯基化反應的局限性，開發新型的反應用以高效、綠色合成芳香羧酸酯類化合物是當前急需解決的化學反應工業化難題。

近年來，國內外有一些研究小組開發了芳香甲醛類化合物與醇在氧化條件下的酯基化反應又以合成芳香羧酸酯類化合物[2~4]。該類反應無需強酸性環境、轉化率高，反應的適用范圍也比較廣泛。然而，該類反應大多需要在強氧化性條件下進行、需要貴金屬作為催化劑、需在醇溶劑中進行，導致分子中還原性取代基不能兼容。根據以上文獻調研和實驗分析，作者認為探尋溫和的氧化劑，發展溫和條件下芳香甲醛類化合物與醇的直接酯基化反應將可能為芳香羧酸酯類化合物的合成提供最有效的方法[5,6]。本文中，作者將詳細介紹一種新的利用過硫酸氫鉀復鹽促進的芳香甲醛類化合物與醇的直接酯基化反應。

1　實驗材料與方法

1.1試劑與儀器

實驗儀器：DF-101S型集熱式恒溫磁力攪拌器(鞏義予華儀器公司)；ZF-C三用紫外分析儀（上海康禾光電儀器有限公司)；圓底燒瓶（江蘇鹽湖化玻公司）。

實驗材料及試劑：芳香醛（分析純，國藥公司生產）；甲醇、乙醇（分析純，天津天力試劑公司生產）；過硫酸氫鉀復鹽（天津阿爾法公司生產）石油醚、二氯甲烷（分析純，天津永大試劑公司生產）。

1.2方法

將0.5mmoL的苯甲醛，1.5mmoL的甲醇和1.5mmoL的過硫酸氫鉀復鹽置于圓底燒瓶中，加入5mL溶劑，在磁力攪拌下于60℃的油浴鍋中進行反應。薄層色譜板對反應進行實時監測，待苯甲醛反應完全，停止反應。將反應液傾倒入20mL二氯甲烷，并用20mL水洗滌三次，濃縮有機層，柱層析分離純化得到苯甲酸甲酯產物。

2　實驗結果與討論

2.1溶劑效應影響分析（如圖1所示）

圖1　溶劑效應方程

表1　溶劑效應對反應的影響研究

由表1可以看出，不同的溶劑下苯甲醛與甲醇的酯基化反應均能發生，但是溶劑效應對反應的影響較為明顯。水直接作溶劑僅得到32%的苯甲醛產物，原因是在水溶劑中苯甲醛被大量的氧化成為苯甲酸而影響了產率。作者篩選了其他有機合成中常用的幾類溶劑，如氮氮二甲基甲酰胺、二甲基亞砜、乙腈、甲苯等。從表1的結果來看，氮二甲基甲酰胺、二甲基亞砜分別得到較好的結果，但是也有少量苯甲酸副產物的生成。而乙腈中反應進行的很慢，即使延長反應時間反應的轉化率也不高。可喜的是反應在甲苯中進行的非常好，可以得到85%的分離產率。作者分析原因可能是甲苯中水含量非常少，促使反應專一性生成苯甲醛產物。

2.2反應的適用范圍研究（如圖2所示）

圖2　反應適用范圍

表2　反應的底物范圍研究

在上述條件探索的基礎上，作者詳細研究了反應的適用范圍以及芳香環上不同取代基對反應的影響，相關結果例于表2中。由實驗結果可以看出，不同取代基的芳香醛都能夠得到較好的結果。芳香醛對位含有甲基給電子取代基時，反應得到80%分離產率的對甲基苯甲酸甲酯（表2，序號2）。而當芳香醛對位含有吸電子取代基，如氯、溴等鹵素時，反應效果更好，從而得到了比苯甲醛更高的產率（表2，序號3-4）。作者研究還發現，不同的醇也都是用于該反應。當以甲醇為底物時，得到了82%的苯甲酸乙酯產物（表2，序號5）。當以位阻較大的異丙醇為底物時，同樣得到了76%的苯甲酸異丙酯的產物。但是對該反應的進一步研究證明，醇的位阻對反應有直接的影響。當叔丁醇為底物時，僅得到較少的苯甲酸叔丁酯產物。

3　結論

綜上所述，作者發展了一個溫和條件下利用芳香醛和醇直接合成芳香甲酸酯的新反應。該反應利用過硫酸氫鉀復鹽為氧化劑以甲苯為溶劑，在60℃條件下可以高產率的合成一系列芳香甲酸酯。相比于傳統的質子酸催化羧酸與醇的酯化反應，該反應有產率高、條件溫和、底物適用范圍廣、易于分離提純等優點。因此，該反應為芳香羧酸酯的合成提供了同一條新穎、有效的合成方法。

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*基金項目：陜西省自然科學研究計劃資助項目（編號2014JQ2078）。

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