丙酮酸甲酯的新合成方法

婁紹霞（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院天津300402）

丙酮酸甲酯的新合成方法

婁紹霞（天津渤海職業(yè)技術(shù)學(xué)院天津300402）

在4-二甲胺基吡啶（DMAP）作為催化劑的條件下，利用丙酮酸CH3C（O）COOH和焦碳酸二甲酯（Moc2O）的反應(yīng)，以86%的高產(chǎn)率合成了丙酮酸甲酯。并且，該化合物的結(jié)構(gòu)經(jīng)過核磁共振氫譜（1HNMR）的表征。

丙酮酸甲酯合成表征

0 引言

羧酸的酯化是一類非常重要的反應(yīng)，它被廣泛應(yīng)用于有機(jī)化工中。丙酮酸甲酯是一種重要的有機(jī)合成中間體，為淡黃色透明液體，具有刺激性氣味，微溶于水，在醫(yī)藥、農(nóng)藥、電子等領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。[1]目前國內(nèi)生產(chǎn)廠家有上海太陽神復(fù)旦高科技產(chǎn)業(yè)有限公司、臨海市興業(yè)化工有限公司等。在1994年，Takeda等人[2]用一系列羧酸和焦碳酸二甲酯在4-二甲胺基吡啶作為催化劑的條件下反應(yīng)，以很高的產(chǎn)率制備了相應(yīng)的羧酸甲酯，但是他們沒有研究α-酮酸（比如丙酮酸）在該反應(yīng)條件下制備α-酮酸甲酯的情況。為了繼續(xù)探討該反應(yīng)的性質(zhì)特點(diǎn)，本文研究了丙酮酸和焦碳酸二甲酯在4-二甲胺基吡啶作為催化劑條件下的反應(yīng)，結(jié)果以86%的產(chǎn)率合成了丙酮酸甲酯，該反應(yīng)操作簡單易處理。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

HNMR用Bruker AV 400 MHz NMR譜共振儀測得（以CDCl3為溶劑，TMS為內(nèi)標(biāo)）。所用試劑均為國產(chǎn)化學(xué)純和分析純，其中只有丙酮酸為化學(xué)純試劑，含量為98.5%以上。四氫呋喃經(jīng)過除水重蒸處理。

1.2 丙酮酸叔丁酯的合成

在裝有攪拌磁子和干燥管的250m L三口瓶中，加入4.467 g（50mmol）丙酮酸、9.66 g（70mmol）焦碳酸二甲酯和50m L干燥的四氫呋喃，然后再加入0.61 g（5mmol）4-二甲胺基吡啶，在室溫下反應(yīng)1 h后，旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)除去四氫呋喃，得到的粗品蒸餾，收集沸點(diǎn)在136～140℃之間的餾份，得油狀物4.382 g，收率86%。HNMR（400MHz，CDCl3）δ:3.88（s，3H），2.48（s，3H）。

2 結(jié)果與討論

在室溫下，利用4-二甲胺基吡啶作為催化劑，通過丙酮酸和焦碳酸二甲酯的反應(yīng)，以86%的產(chǎn)率制備得到了丙酮酸甲酯。該反應(yīng)的機(jī)理比較簡單，首先生成丙酮酸的酸酐，然后酸酐和甲醇反應(yīng)得到最終產(chǎn)物。

對于丙酮酸甲酯的合成研究，最早的文獻(xiàn)報道是在1872年，Oppenheim[3]等人利用丙酮酸銀和碘甲烷反應(yīng)來制備丙酮酸甲酯，但是該反應(yīng)所用的原料昂貴，顯然不能用于工業(yè)化生產(chǎn)。在1944年，Weissberger等人[4]將一定量的丙酮酸和甲醇混合，加入苯和對甲基苯磺酸一起加熱至回流，最后蒸餾得到產(chǎn)品丙酮酸甲酯，收率為65%～71%。到1948年Clinton等人[5]對上面的反應(yīng)條件略作調(diào)整，改用濃硫酸和二氯乙烷來制備丙酮酸甲酯，收率為73%。直到2007年，丘方利[6]以丙酮酸和甲醇為原料，四氯化碳作為帶水劑，在催化劑水合硫酸鐵存在下合成丙酮酸甲酯，收率達(dá)到73.9%，實(shí)驗(yàn)過程操作簡單，原料易得，適合工業(yè)化大生產(chǎn)。但是，以上這幾個反應(yīng)中所用的溶劑，按照2010年版的《中國藥典》定義都是一類溶劑，合成得到的產(chǎn)品不能作為藥用原料。最近，陸平波等人通過乳酸甲酯氧化法[7]來合成丙酮酸甲酯，在光照條件下，用液溴和雙氧水作為催化劑來氧化乳酸甲酯，經(jīng)過減壓蒸餾得到產(chǎn)品丙酮酸甲酯，收率為48%。該合成方法與傳統(tǒng)方法比具有操作簡便，分離容易等優(yōu)點(diǎn)，但是需要用光照，收率也太低，并且“三廢”難以處理，所以不適于工業(yè)化生產(chǎn)。國外還有一些人報道，可以通過別的方法合成丙酮酸甲酯，比如，1999年Kayser等人報道[8]通過向丙酮酸和甲醇的混合液中滴加SOCl2來制備丙酮酸甲酯；Rodriguez等人[9]在丙酮酸和甲醇的混合液中加入三甲基氯硅烷來合成丙酮酸甲酯，這些反應(yīng)過程中都會生成酰氯作為催化劑，不可避免產(chǎn)生刺激性氣味，并且嚴(yán)重腐蝕反應(yīng)設(shè)備，所以把這些合成條件應(yīng)用于工業(yè)化生產(chǎn)有較大困難。

3 結(jié)束語

綜上所述可以發(fā)現(xiàn)，就制備丙酮酸甲酯來說，本文所述的合成方法比文獻(xiàn)報道的所有方法都有優(yōu)勢，產(chǎn)率高，而且該合成方法操作簡單，反應(yīng)原料容易得到，并且反應(yīng)過程中不需要使用一類溶劑，因此得到的產(chǎn)品可以作為藥用原料?！?/p>

[1]姜勝斌，廖桂英，袁華，等．丙酮酸系列產(chǎn)品的合成與應(yīng)用[J]．化工時刊，2000（11）：14-16.

[2]Takeda K，Akiyama A.Dicarbonates:covenient 4-dimethylam inopyridine catalyzed esterification reagents[J].Synthesis，1994（10）：1063-1066.

[3]Oppenheim.Ein Aether der Brenztraubensure[J].Chem ische Berichte,1872，5（2）：1051-1052.

[4]W eissberger A，Kibler C.J.M ethyl pryuvate[J].Organic Syntheses，1994（24）：72-75.

[5]Clinton R.O.,Laskow ski S.C.The Preparation of Methyl Esters[J].Journal of the American Chem ical Society，1948，70（9）：3135-3136.

[6]丘方利.丙酮酸甲酯的合成[J].化學(xué)工程師，2007（2）：48-50.

[7]陸平波，莫芬珠．丙酮酸酯的合成[J]．化工時刊，2002（4）：48-49．

[8]Kayser M.M.,M ihovilovic M.D.etal.Baker’s Yeast-M ediated Reductions ofα-Keto Esters and anα-Keto-β-Lactam.Two Routes to the Paclitaxel Side Chain[J].Journal of organic chem sitry，1999，64（18）：6603-6608.

[9]Rodriguez A,Nomen M.Selective Method for the Preparation of A liphatic M ethyl Esters in the Presence of A romatic Carboxylic Acids[J].Tetrahedron Letters1998（39）：8563-8566.

2011-01-04