摘要:
目的 探讨合成a-2溴代异丁酸叔丁酯的最佳工艺条件。方法 以异丁酸、氯化亚砜、叔丁醇和单质溴为原料,通过酰化、酯化、溴代三步反应合成a-2溴代异丁酸叔丁酯。结果 酰化,异丁酸与氯化亚砜的摩尔比1:1.3,不加溶剂,反应时间1.5h,收率86.8%;酯化,碳酸钾为催化剂,异丁酰氯与叔丁醇的摩尔比1:1.3,异丁酰氯与溶剂苯的摩尔比1:250,反应时间3h,收率63.2%;溴代,溴与异丁酸叔丁酯的摩尔比1:1.2,反应时间2.5h,收率81.2%。
结论 本法简便、稳定、污染小、产品纯度和收率高,对工业化放大应作进一步探讨。
关键词:a-2溴代异丁酸叔丁酯;a-2溴代异丁酰氯;叔丁酯
头孢他定又名头孢羟甲噻肟(商品名Furom),是一种新型的具有较高安全性、抗绿脓杆菌有效且不引起出血倾向的第三代头孢菌素[1]。a-2溴代异丁酸叔丁酯是生产头孢他定的中间体之一[2],传统的合成方法是先通过异丁酸和溴反应得到a-2溴代异丁酸,再经酰化得到a-2溴代异丁酰氯,最后和叔丁醇反应得到a-2溴代异丁酸叔丁酯[3~9]。这种方法的最后一步反应收率低,污染严重,大大影响了a-2溴代异丁酸叔丁酯的应用。本研究先利用异丁酰氯和叔丁醇反应得到异丁酸叔丁酯,最后溴化得到a-2溴代异丁酸叔丁酯,提高了反应收率,降低了溴的污染。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
78-1型磁力加热搅拌器,jj-1增力电动搅拌器TDA系列温度测量控制仪。氯化亚砜,异丁酸,溴苯,叔丁醇,五氯化磷,三氯化磷,无水K2CO3均为化学纯。
1.2 合成路线

2 结 果
2.1 异丁酰氯的合成于100ml两口瓶中加入11.4ml(0.13mol)氯化亚砜,搅拌滴加912ml(0.10mol)异丁酸,恒温8e。加完后,继续反应1.5h。常压蒸馏,收集90~92e的馏分即为异丁酰氯。重9.24g,收率86.8%。
2.2 异丁酸叔丁酯的合成
于100ml两口瓶中加入9.6ml(0113mol)叔丁醇和27.64g(0120mol)K2CO3以及25ml苯在搅拌冷却下滴加10.65g(0.10mol)异丁酰氯加完后,继续反应3h。抽滤,滤饼以少量苯洗涤次。滤液常压蒸馏,收集100e~102e的馏分即产品,重91.0g,收率63.2%。
2.3 A-2溴代异丁酸叔丁酯的合成
在回流条件下将9.7ml(0.20mol)溴滴加到34.56g(0.24mol)的异丁酸叔丁酯中,30min加完,继续反应2.5h,溶液褪色后减压蒸馏,收集8e~84e/1kPa的馏分即最终产品,为无色透明液体,重36.22g,收率81.2%。
2.4 产品分析
利用本法合成的产品为无色透明液体,其红外光谱IR(KBr)有下列主要吸收峰(cm-1):17061283,1395,1370,676;核磁共振氢谱只有两组峰1HNMR(CDCl3,Dppm):1141(9H),2103(6H);以上数据符合产品的化学结构。
3 讨 论
3.1 异丁酰氯的合成
初步实验结果表明,影响其合成收率的因素主要有:异丁酸与氯化亚砜的摩尔比(A)、反应时间(B)以及溶剂苯与异丁酸的体积比(C)。其实验和分析结果列入表1及表2中。


由表2可知,异丁酸与氯化亚砜的摩尔比是影响此反应收率的主要因素。反应时间和溶剂苯与异丁酸的体积比次之。在因素A中,水平2即异丁酸与氯化亚砜的摩尔比1:1.3为最佳条件。在因素B、C中水平2和1分别为最佳,即反应时间为1.5h,无溶剂。最后按此条件做验证实验,三次验证实验异丁酰氯的收率分别是87.1%、86.4%、86.9%平均86.8%,重复性较好。 初步实验结果表明,在异丁酸叔丁酯的合成实验中,异丁酰氯与叔丁醇的摩尔比(A)、酯化反应时间(B)、异丁酰氯与K2CO3的摩尔比(C)以及异丁酰氯与溶剂苯的摩尔比(D)是影响其收率的几个主要因素。其实验和分析结果列入表3、表4中。


由表4可以看出,影响酯化反应收率的主要因素为异丁酰氯与叔丁醇的摩尔比,即因素A,因素A中以水平2为最佳。因素B、C、D的最佳条件所对应的水平分别为1、3、3,即酯化反应时间3h,异丁酰氯与叔丁醇的摩尔比1:2,异丁酰氯与溶剂苯的摩尔比1:250。而因素B、D对反应收率的影响最小。按最佳条件验证实验,三次验证实验异丁酸叔丁酯的收率分别为62.8%、63.7%、63.0%,平均收率63.2%,重复性较好。另外K2CO3代替三乙胺作催化剂,由于K2CO3不溶于酯不仅产品纯化简便而且纯度提高,对环境的污染大大减少。 3.3 a-2溴代异丁酸叔丁酯的合成
溴与异丁酸叔丁酯的摩尔比为1:1.2。这样使异丁酸叔丁酯过量,溴充分反应,实验的后处理简化,大大减少了溴的污染。过量的异丁酸叔丁酯可重复使用,以单质溴为标准计算收率与以回收后的异丁酸叔丁酯为标准计算收率基本一致,三次实验的收率分别为82.1%、81.3%、81.5%,平均为81.6%。
本合成工艺,先酯化,后溴代使废水处理大为方便,改善了操作环境,减少了三废污染,有工业化开发前景。