丁二酸单酯酰氯的合成

丁二酸单酯酰氯的合成1引言2试验部分3结论引言1.1简介5-氨基乙酰丙酸，简称ALA，为一酮氨酸结构，是生物化学中至关重要的化合物。它的结构如下：ALA是一种含氧和氮的碳氢化合物,它是所有卟啉化合物的共同前体，广泛存在于细菌、真菌、动物及植物等生物机体活细胞中。它可以通过生物途径合成,也可以人工化学合成,没有毒副作用,易降解无残留,天然无污染,因而受到国内外学者及产业界的广泛关注,具有广阔的应用前景和市场开发前景。1.25-氨基乙酰丙酸的应用和开发前景1.2.1在农业生产中的应用1.2.2在医学领域的应用1.2.3在有机合成中的应用1.2.1在农业生产中的应用•除草剂：可以选择性地除去双子叶植物类的杂草，而对多属于单子叶植物类的农作物无害。•杀虫剂：•落叶剂：避免了通过人为振摇对作物带来的损害，又提高了工作效率。•增产剂：低浓度的5-ALA可促进多种作物生长并增加产量。•其它：可增加植物抗逆性，如抗冷性、抗盐性等。1.2.2在医学领域的应用5-ALA作为光动力治疗药物，已成功应用于肿瘤和非肿瘤疾病的治疗。1.2.3在有机合成中的应用5-ALA的结构中含有活泼的氨基和羧基，是重要的有机合成中间体。它可与环状的或链状的β-二酮类化合物反应得到四氢吡咯衍生物。1.35-氨基乙酰丙酸的合成开发沿革用于合成5-ALA年的起始原料很多,从上一世纪50代开始,研究者就先后以马尿酸、琥珀酸、四氢糠胺及乙酰丙酸等为原料合成了ALA；但是，由于至今尚未建立工业化的ALA制备方法，故目前无法大量供应，由此也影响了如今的应用研究。为了建立起ALA的工业生产方法，在此将它的化学合成方法的制备工艺进行介绍。1.3.1以乙酰丙酸作为起始原料先将羧基保护后进行溴化，随后经Gabriel合成由酰化后变为氨基。然而，此法须经4步工艺，并由于溴化缺乏选择性，存在着收率低的问题。1.3.2以琥珀酸为起始化合物将一个羧基通过酯化进行保护，另一羧基经卤化，再经氰化后通过还原、水解制取ALA。该反应中因一半进行酯化及分离难度甚大，再则须经过不稳定的酰卤化合物，以及需用锌粉进行还原的酰胺化反应，合成也需5步反应，故也难以工业化。1.3.3由2-羟基吡啶为起始原料该法系经过2，5-二乙基哌啶二酮，再经还原，开环制取ALA。其存在着2，5-二乙基哌啶二酮极不稳定及各步收率均较低的不足。1.3.4糠胺为原料该法通过在甲醇中保护氨以基，再经溴氧化后用铬酸盐进行氧化、开环、还原、脱保护基而制得。该法在实验室中容易实施，但在工业生产中存在着氧化剂的成本及含铬废水的处理等问题。1.3.5以四氢呋喃胺为原料该法需经3步反应制取ALA，所用的氯化钌催化剂价格昂贵，且回收亦困难；再则，其大量使用过碘酸钠作为氧化剂，该氧化剂的成本问题，在工业上也必须予以考虑。以上这些方法，它们的收率均不到50%，故其成本问题也是在工业化中必须予以考虑的。1．4该课题实验内容考虑到琥珀酸酐国内易得，价格低，以其为原料合成ALA时，操作比较简单，各步收率均较高，所得产品质量较稳定，因此该实验选择琥珀酸酐作为起始原料合成ALA。合成路线为：按照该合成路线的要求，实验合成第一步反应中间体——丁二酸单酯酰氯，然后优化实验条件，建立一种实验费用低、操作时间短，更简便、快捷、实用的合成5-氨乙酰丙酸的方法，为5-氨基乙酰丙酸的工业化提供基础。实验部分合成了丁二酸单乙酯酰氯和丁二酸单甲酯酰氯，通过分别讨论各实验步骤的物料比、反应时间及反应温，找到了各步反应的最佳实验条件，并对实验结果做了总结。试验部分丁二酸单乙酯酰氯的合成丁二酸单甲酯酰氯的合成2．1丁二酸单乙酯酰氯的合成2.1.1丁二酸单乙酯的合成试验原理及步骤丁二酸酐与无水乙醇发生酯化反应生成丁二酸单乙酯，反应方程式如下：在装有电动搅拌器，回流冷凝器和温度计的250ml三口烧瓶中加入50g丁二酸酐和36ml无水乙醇，缓慢升温至无水乙醇回流；在丁二酸酐完全溶解后，温度升至85℃，反应2h；反应完毕后，将反应混合物倒入单口烧瓶中，旋转蒸发蒸出过量的乙醇，在真空度为0.095MPa下，减压蒸馏收集145℃～147℃的馏分，称重计算产率。2.1.2丁二酸单乙酯酰氯的合成试验原理及步骤酰氯可由羧酸与三氯化磷、五氯化磷或二氯亚砜(SOCl2)作用制得。其中氯化磷的沸点较低，适合于制备低沸点的酰氯；二氯亚砜制备酰氯的反应中其副产物都是气体，容易分离和提纯，所以本文选二氯亚砜作为反应原料。二氯亚砜活性较低，为提高反应收率使其过量参与反应；由于二氯亚砜的强腐蚀性、强挥发性，反应需在良好的通风条件下进行。丁二酸单乙酯与氯化亚砜发生酰化反应生成丁二酸单乙酯酰氯,反应方程式如下：在装有电动搅拌，回流冷凝器(装有尾气吸收装置)，温度计和恒压滴液漏斗的250mL四口瓶中加入36g丁二酸单乙酯，向恒压滴液漏斗中加入22mL氯化亚砜；将反应体系升温至55～60℃时，搅拌下滴加氯化亚砜，1h滴加完毕，再升温至95℃，反应3h；反应完毕后，将反应物倒入单口烧瓶中，旋转蒸发蒸出过量的氯化亚砜，在真空度为0.095MPa下，减压蒸馏收集133℃～135℃的馏分。称重并计算产率。2．2丁二酸单甲酯酰氯的合成2.2.1丁二酸单甲酯的合成试验原理及步骤丁二酸酐与无水甲醇发生酯化反应生成丁二酸单甲酯，反应方程式如下：在装有回流冷凝器的100ml单口烧瓶中加入10g丁二酸酐和5ml无水甲醇，缓慢升温至无水甲醇回流；在丁二酸酐完全溶解后，升温至80℃，继续反应1h；反应完毕后，将反应混合物倒入单口烧瓶中，旋转蒸发蒸出过量的甲醇，静置，结晶，称重并计算产率。2.2.2丁二酸单甲酯酰氯的合成试验原理及步骤丁二酸单甲酯与氯化亚砜发生酰化反应生成丁二酸单甲酯酰氯,反应方程式如下：在装有电动搅拌，回流冷凝器(装有尾气吸收装置)，温度计和恒压滴液漏斗的250mL四口瓶中加入13.2g丁二酸单甲酯，向恒压滴液漏斗中加入8mL氯化亚砜；将反应体系升温至50～55℃时，搅拌下滴加氯化亚砜，1h滴加完毕，再升温至85℃，反应2h；反应完毕后，将反应物倒入单口烧瓶中，旋转蒸发蒸出过量的氯化亚砜，在真空度为0.095MPa下，减压蒸馏收集125℃～128℃的馏分。称重并计算产率。结论本文以丁二酸酐、乙醇、甲醇为主要原料，合成了丁二酸单乙酯和丁二酸单甲酯；又以丁二酸单乙酯、丁二酸单甲酯为主要原料分别合成了丁二酸单乙酯酰氯和丁二酸单甲酯酰氯。并通过单因素实验对合成各产物的影响因素进行了优化，达到了最佳的收率。各产物的最佳收率试验条件为:丁二酸单乙酯:乙醇与丁二酸酐的最佳配比为1.2:1，反应温度85℃，反应时间2h，产率可达88.7%（以丁二酸酐计算）。丁二酸单乙酯酰氯:氯化亚砜与丁二酸单乙酯的摩尔比1.2:1，反应时间为3h,反应温度为95℃,产率可达82.3%（以丁二酸酐计算）。丁二酸单甲酯:甲醇与丁二酸酐的最佳配比为1.2:1，反应温度80℃，反应时间1h，产率可达94.8%（以丁二酸酐计算）。丁二酸单甲酯酰氯:氯化亚砜与丁二酸单甲酯的摩尔比1.2:1，反应时间为2h,反应温度为85℃,产率可达88．2%（以丁二酸酐计算）。综上所述，采用乙醇作为酯化试剂，虽具有价廉易得的优点，但操作较复杂，产率也相对较低；而采用甲醇作为酯化试剂时，虽甲醇单价较乙醇高，但操作过程简便，产率也提高较多，相对提高了丁二酸酐的利用率，从整体上降低了生产成本，更适于工业化生产。谢谢﹗