概述
2 ,4-二羟基乙酮是有机合成、药物合成及化工产品的的中间体。用它可以制备抗心绞痛的药物乙氧黄酮。也可以用于制备农药、黄酮等精细化工产品;它也是测定铁离子的一种重要分析试剂。
合成【1】【2】
制备2,4-二羟基乙酮,按酰化剂分,大致有以下几条路线:
(1)以冰醋酸为酰化剂, 氯化锌为催化剂;收率61 %,用BF3 ,H2SO4,多聚磷酸等催化体系,收率可达60%~80%。
(2)以醋酸酐为酰化剂,用HClO4,AlCl3 为催化剂,收率70%~ 90%;以离子交换树脂为催化剂,收率为83.5 %。
(3)以乙酰氯为酰化剂,以SnCl4 为催化剂,收率80 %;以离子交换树脂为催化剂,收率52 %。
(4)以乙腈为酰化剂,ZnCl2为催化剂,收率77 %。
其中用冰醋酸为酰化剂, 氯化锌为催化剂的路线原料易得, 原料价格便宜, 操作方便, 是一条较好的技术路线, 但其收率仅为61 %。从工业生产的角度, 如何提高收率, 降低成本是至关重要的。
1. 采用正交设计方法优化用冰醋酸为酰化剂制备2 ,4 -二羟基乙酮的工艺条件,期望找出影响收率的主要因素,并大幅度提高收率,降低成本。
反应式如下:
实验过程:先将一定量的ZnCl2 在坩埚中加热熔融, 然后将它加入至已装有一定量冰醋酸的三口瓶中,搅拌下加入11 g(0 .1 mol)间二酚。油浴加热至一定温度。搅拌一定时间后, 冷却。用25 mL 水和25 mL 浓盐酸稀释, 置冰箱中冷却至5℃。滤出沉淀。用120 mL 冰水分5 次洗涤, 以除去锌离子。用1∶11 稀盐酸180 mL 煮沸溶解, 如有不溶物, 则过滤除去, 然后置于冰箱中冷却至5 ℃,滤出晶体,烘干得产品。
佳工艺条件为:间二酚11 g ,ZnCl2 15 g ,冰醋酸27 mL,反应时间为5 h ,反应温度为140 ℃,产率可达到91 %~93 %,产品纯度≥98 %,比文献值(61 %)提高了约30 个百分点,原料成本下降约30 %以上,工艺稳定,具有很好的应用前景。
2. 催化剂的作用下,由原料间二酚和冰醋酸经付-克反应合成2,4-二羟基乙酮
经典的合成方法是以冰醋酸为酰化剂, 氯化锌为催化剂,但脱色困难、收率不高,多在60% ~ 80%;也有用醋酸酐为酰化剂,离子交换树脂为催化剂;还有用乙酰氯、乙腈为酰化剂,SnCl4为催化剂,但这些方法都不适于工业化。
从经典方法着手,摸索出一种既经济又易操作的方法,产率高达97.38%。合成路线如下:
原料:间二酚、冰、乙醇、无水甲醇等均为分析纯。
佳反应条件为:冰醋酸用量12 g、催化剂用量16 g、反应时间1.5 h、反应温度135 ℃;产品的外观为近乎无色的针状晶体,熔点为144.8 ~145.8 ℃,红外和紫外图谱鉴定产品确为2, 4 -二羟基乙酮,纯度为96.70%。
3. 以间二酚和冰醋酸为原料, 在微波辅助作用下合成了2 ,4-二羟基乙酮
在100 ml 圆底烧瓶中加入1.10 g(10 mmol)间二酚,2.0 ml(15 mmol)冰醋酸,1.25 g(10 mmo l)无水氯化锌,150 W 微波辐射4 min ,将反应产物倒入30 ml 水中,有桔黄色沉淀析出,减压抽滤,用去离子水洗涤2~3 次,得桔黄色固体.用50 %乙醇的水溶液重结晶,真空干燥得桔黄色块状晶体,产率67.8 %。
醋酸用量对反应产率的影响:在10 mmo l 间二酚、10 mmo l 无水氯化锌用量不变的情况下,改变冰醋酸的用量,150 W 微波辐射4 min ,发现随着冰醋酸用量的增加,产物的产率提高,当冰醋酸的用量为15 mmol时产率高。
无水氯化锌用量对反应产率的影响:在10 mmol 间二酚、15 mmol冰醋酸用量不变的情况下,改变无水氯化锌的用量,150 W 微波辐射4 min ,发现随着氯化锌用量的增加,产物的产率逐步提高,当无水氯化锌的用量为10 mmol时产率高。
微波功率对反应产率的影响:在10 mmol 间二酚、15 mmol 冰醋酸、10 mmol 无水氯化锌用量不变的情况下,改变微波功率,辐射4 min ,发现随着微波功率的增大,产物的产率提高, 当功率为150 W 时产率高,200~250 W 时,产率无明显变化,300W时出现碳化现象。
反应时间对反应产率的影响:选择佳反应条件,利用TLC 进行跟踪反应,发现反应时间对产率有较大的影响。反应时间4 min 产率高,反应9 min 时出现碳化现象。
参考文献
[1] 吕亚萍,何金桓,杨忠愚,高收率制备中间体2 ,4 -二羟基乙酮,浙江工业大学学报,2002.04,第110页
[2]徐锁平,徐郭,裴元,2 ,4-二羟基乙酮的微波合成及晶体结构,徐州师范大学学报(自然科学版),2010.03,第68页