專利名稱：離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及催化劑應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸 鹽([Bmim]PF6)復(fù)合磷酸應(yīng)用于雜環(huán)化合物如呋喃、噻吩及其衍生物與乙酸酐進(jìn)行乙?；?合成乙酰化產(chǎn)物的方法，具體涉及離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?。
背景技術(shù)：
雜環(huán)乙?；衔?，特別是呋喃、噻吩、吡咯、吲哚等的乙?；a(chǎn)物，如2-乙酰呋 喃等是一類重要的藥物、香料、農(nóng)藥、食品添加劑的中間體。雜環(huán)乙酰化產(chǎn)物一般是通過(guò)雜 環(huán)乙?；磻?yīng)得到。常見的雜環(huán)乙?；姆椒ǎ且噪s環(huán)化合物為底物，然后在催化劑催化下用不同 的?；瘎┻M(jìn)行?；，F(xiàn)有技術(shù)的酰化劑有Synthetic Communications，38 (2)，255-264， 2008 中提到的乙酰氯；中國(guó)抗生素雜志 30 (5)，304，313，2005、Indian, 192962，19Jun 2004 等提到的乙酸酐；Helvetica Chimica Acta，88 (8)，2282-2287，2005、Tetrahedron, 60 (48)，10843-10850，2004、Synthesis, (13)，2165-2168，2004 等提到的乙酸。雜環(huán)如呋喃等芳香性不如苯環(huán)，易在酸性環(huán)境下或在高溫條件下產(chǎn)生縮合、開環(huán) 等副反應(yīng)。因此用乙酰氯、乙酸等作酰化劑時(shí)效果一般較差，主要原因?yàn)橐皇钱a(chǎn)生的氯化 氫易與雜環(huán)產(chǎn)生加成等副反應(yīng)，二是乙酸作為?；瘎┬枰^高的反應(yīng)溫度易導(dǎo)致縮合等副 反應(yīng)的產(chǎn)生。因此常用乙酸酐作為乙?；瘎?。用乙酸酐進(jìn)行?；磻?yīng)的催化劑常見的有質(zhì)子酸催化劑如磷酸、氫氟酸等，路易 斯酸(Lewis)酸如三氯化鋁、氯化鋅、三氟甲磺酸的金屬鹽等，分子篩催化劑，固體超強(qiáng)酸 催化劑，雜多酸催化劑等。相關(guān)的雜環(huán)酰化的催化劑的相關(guān)文獻(xiàn)有Indian, 192962，19Jun 2004提到以Fe3+交換的蒙脫土為催化劑，呋喃為溶劑進(jìn)行 ?；磻?yīng)，以乙酸酐計(jì)收率雖然可達(dá)98%左右，但其缺點(diǎn)是以大量過(guò)量的呋喃為溶劑，呋喃 相對(duì)于以酸酐價(jià)格貴損失大，回收難。化學(xué)試劑，23 (6)，370-371，2001介紹以磷酸、三氯化鋁、氯化鋅、氫碘酸等為催化 劑，等摩爾量的呋喃與乙酸酐反應(yīng)，磷酸催化收率為40% ；乙酸酐過(guò)量一倍時(shí)，以無(wú)水氯化 鋅為催化劑，收率為64% ；由于磷酸反應(yīng)活性低，需要較高的反應(yīng)溫度才能使反應(yīng)完全，導(dǎo) 致呋喃大量縮合，所以收率低，成本高。而氯化鋅等即使在低溫下也易導(dǎo)致大量縮合副反應(yīng) 的產(chǎn)生，催化收率也不是很理想。Topics in Catalysis，19 (1)，43-47，2002介紹了利用在硝基甲烷等有機(jī)溶劑中 以各種三氟甲磺酸的過(guò)渡金屬鹽如錫鹽、鈧鹽、銥鹽等作為催化劑催化雜環(huán)的乙?；磻?yīng)， 以呋喃為底物時(shí)，乙酸酐過(guò)量約1倍時(shí)，在室溫反應(yīng)，收率可達(dá)65 86% ；以噻吩為底物時(shí) 收率可達(dá)95%。但三氟甲磺酸過(guò)渡金屬鹽價(jià)格高，同時(shí)要使用硝基甲烷等有毒溶劑，過(guò)量乙 酸酐要回收，因此合成成本較高，環(huán)境污染也相對(duì)嚴(yán)重。綜上所述，現(xiàn)有用于呋喃、噻吩等雜環(huán)化合物酰化反應(yīng)的催化劑，要么存在收率低，副反應(yīng)多的不足；要么，反應(yīng)條件相對(duì)苛刻，如反應(yīng)溫度高、原料用量大等；或者現(xiàn)有催 化劑使用過(guò)程中要用到大量毒性相對(duì)較大、價(jià)格相對(duì)較高的有機(jī)溶劑輔助反應(yīng)進(jìn)行，因此， 增加了使用成本，造成了更大的環(huán)境污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種制備過(guò)程不大量使用有機(jī)溶劑，減少 過(guò)量原料的加入，同時(shí)在較低溫度條件下也能提高催化劑的活性以完成反應(yīng)，減少雜環(huán)化 合物縮合、加成等副反應(yīng)的產(chǎn)生以提高產(chǎn)率，節(jié)省成本，改善操作環(huán)境的離子液體復(fù)合磷酸 催化合成雜環(huán)乙酰化化合物的方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為一種雜環(huán)乙?；呋w系，以離子液體1- 丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([Bmim] PF6)和磷酸進(jìn)行混合后作為催化劑(復(fù)合催化體系)，可以大大促進(jìn)磷酸的催化活性，使得 在較低溫度下就可催化乙酸酐與雜環(huán)化合物的乙?；磻?yīng)，反應(yīng)式如下 其中x = 0，S (即X = O對(duì)應(yīng)的是呋喃，X = S對(duì)應(yīng)的噻吩)。具體方法為以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽([Bmim] PF6)和磷酸作 為復(fù)合催化劑，進(jìn)行乙?；磻?yīng)，其步驟為①在反應(yīng)容器中加入磷酸和離子液體[Bmim]PF6，在常溫下攪拌均勻；磷酸和離子 液體的質(zhì)量比為1 0. 5 5 ；②在上述容器中加入乙酸酐，在O 30°C下攪拌分散，然后滴加雜環(huán)底物(雜環(huán)化 合物，即通式(II)中所述的雜環(huán)化合物)到上述的反應(yīng)體系中，滴加時(shí)反應(yīng)體系溫度控制 在15 30°C ；乙酸酐與通式為(II)的雜環(huán)化合物(或稱雜環(huán)底物，為噻吩或呋喃)的投 料摩爾比為1.1 1.3 1;磷酸催化劑用量以乙酸酐計(jì)為5 15wt% (重量百分比)(磷 酸催化劑用量以乙酸酐計(jì)為5 15wt%是指磷酸的用量占乙酸酐重量的5 15% )；③以10 15°C /h的速度將上述步驟②的反應(yīng)體系的溫度升溫至30 60°C，然 后保溫反應(yīng)5 15h ；④將步驟③反應(yīng)完成后的反應(yīng)液自然冷卻，然后加入2 10重量倍反應(yīng)液的水， 然后用有機(jī)溶劑萃取三次，溫度不超過(guò)30°C，合并有機(jī)層(萃取層)；⑤有機(jī)層用堿洗、水洗至pH6 8，然后先常壓蒸餾或減壓蒸餾回收萃取溶劑，然 后再減壓蒸餾回收產(chǎn)品。本發(fā)明步驟①、②、③的反應(yīng)過(guò)程是本發(fā)明的主要發(fā)明點(diǎn)，步驟④、⑤為產(chǎn)物常規(guī) 的后處理過(guò)程。本發(fā)明所指磷酸為多聚磷酸，或濃度為85 100%的磷酸(上述步驟②磷酸催化 劑用量以乙酸酐計(jì)為5 15wt%，當(dāng)催化劑為磷酸而不是多聚磷酸時(shí)，上述用量是以純磷 酸計(jì)算，而不是以85 100%的磷酸計(jì)算)。本發(fā)明步驟④萃取用有機(jī)溶劑優(yōu)選為鹵代烴或醚，進(jìn)一步優(yōu)選為氯仿、二氯甲烷、
4乙醚等。本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化通式(II)的雜環(huán)化合物進(jìn)行乙酰 化反應(yīng)的方法，所述步驟①中離子液體用量?jī)?yōu)選為磷酸的1 3質(zhì)量倍，過(guò)低催化性能差， 過(guò)高效果不大，成本高；本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化雜環(huán)化合物進(jìn)行乙酰化反應(yīng)的方 法，所述步驟②中催化劑中的磷酸(當(dāng)催化劑采用的是磷酸而不是多聚磷酸時(shí)，以純磷酸 計(jì)算)用量以乙酸酐計(jì)優(yōu)選為6 10wt%，過(guò)低催化性能差，過(guò)高效果沒(méi)有增加，還加大了 催化劑回收的處理量，增加成本。本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化雜環(huán)化合物進(jìn)行乙?；磻?yīng)的方 法，其中使用乙酸酐的用量相對(duì)于通式(II)化合物用量為1. 1 1.3摩爾倍，優(yōu)選1.2 1. 3摩爾倍，過(guò)少反應(yīng)不好產(chǎn)物收率太低，過(guò)多原料浪費(fèi)多且易產(chǎn)生副反應(yīng)效果不好。本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化雜環(huán)化合物進(jìn)行乙?；磻?yīng)的方 法，其中步驟②中加入乙酸酐攪拌分散溫度優(yōu)選為10 30°C，過(guò)低分散不好且能耗大，過(guò) 高能耗大。本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化雜環(huán)化合物進(jìn)行乙?；磻?yīng)的方 法，其中所述步驟②中滴加雜環(huán)化合物時(shí)反應(yīng)體系的溫度優(yōu)選為20 25°C，過(guò)低反應(yīng)慢， 過(guò)高反應(yīng)快難控制溫度，導(dǎo)致副反應(yīng)，收率降低。本發(fā)明利用離子液體復(fù)合磷酸作為催化劑催化雜環(huán)化合物進(jìn)行乙?；磻?yīng)的方 法，其中所述步驟③中保溫反應(yīng)溫度優(yōu)選為40 50°C，反應(yīng)時(shí)間為8 10h，溫度過(guò)低或時(shí) 間過(guò)短造成反應(yīng)不完全，溫度過(guò)高或時(shí)間過(guò)長(zhǎng)由于副反應(yīng)增加則收率又會(huì)下降。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于1.本發(fā)明將兩種活性較低的催化劑離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸 ([BmimlPF6)和磷酸進(jìn)行混合后作為復(fù)合催化劑(催化體系)，不僅可以大大促進(jìn)磷酸的催 化活性，而且在較低溫度下(50°C左右)就可完成乙酸酐對(duì)雜環(huán)化合物進(jìn)行乙?；拇呋?反應(yīng)，因此，減少了能耗，并降低了副反應(yīng)發(fā)生的可能性；反應(yīng)條件更加溫和，反應(yīng)過(guò)程不使 用額外的有機(jī)溶劑作為反應(yīng)體系溶劑，降低了污染，改善了操作環(huán)境。2.乙酸酐與雜環(huán)的投料摩爾比維持在1.1 1.3 1，避免了一種原料大量過(guò)量， 節(jié)約了成本，使反應(yīng)后產(chǎn)物的后處理簡(jiǎn)化。3.本發(fā)明的催化體系可減少雜環(huán)特別是呋喃在乙?；磻?yīng)過(guò)程中的縮合等副反 應(yīng)的發(fā)生，有效提高了目標(biāo)產(chǎn)物的收率，其收率可達(dá)到90%以上。4.本發(fā)明采用的催化體系進(jìn)行雜化乙酰化的反應(yīng)，反應(yīng)過(guò)程不使用三氟甲磺酸過(guò) 渡金屬鹽等價(jià)格高的化合物，也不使用硝基甲烷等有毒溶劑，也沒(méi)有采用太過(guò)量(如乙酸 酐過(guò)量約1倍)的乙酸酐進(jìn)行反應(yīng)，因此合成成本低，環(huán)境污染小，后處理簡(jiǎn)單。


圖1為2-乙酰呋喃的質(zhì)譜圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明不僅僅局限于以下實(shí)施
5例。實(shí)施例1室溫下在裝有電動(dòng)攪拌、溫度計(jì)、冷凝管的IOOmL的燒瓶中加入1.2g離子液體 [Bmim]PF6，1.2g多聚磷酸，攪拌分散2min，然后加入12. 3g(0. 12mol)的乙酸酐攪拌分散， 攪拌分散時(shí)溫度為25°C;在攪拌下向上述溫度25°C的反應(yīng)體系時(shí)滴加6. 8g(0. IOmol)呋喃 約Ih滴加完成，然后升溫到在50°C下反應(yīng)8h。反應(yīng)完成后自然冷卻，加入200mL水，攪拌 0. 5h，然后用IOOmL氯仿萃取三次(保證此時(shí)溫度在30°C以下)，合并萃取液(有機(jī)層)。 萃取液用濃度為30%的液堿(氫氧化鈉)調(diào)節(jié)至pH6. 5左右，分出有機(jī)層，有機(jī)層再用水洗 至中性。水洗至中性的有機(jī)層再先常壓蒸餾回收氯仿，再減壓蒸餾收集65 70°C /12mmHg 的餾份得10. 3g產(chǎn)品，收率為93. 6% ；用氣相分析得2-乙酰呋喃99. 3%，乙酸0. 7%。 2-乙酰呋喃的質(zhì)譜(采用Agilent Technoloies 5973Network質(zhì)譜儀，EI，70ev，譜圖見附 圖 1) :m/e 110 (M+)，95 (M-CH3)，67 (M-COCH3)，51 (M-OCOCH3)，43 (M-C4H3O)，39 (M-COCOCH3)， 27 (M-CCOCOCH3)。實(shí)施例2催化劑改為1. 2g離子液體[Bmim]PF6和0. 7g多聚磷酸，其它同實(shí)施例1，得產(chǎn)品 2-乙酰呋喃10. 2g，收率92. 7%，氣相純度99. 2%.產(chǎn)物的質(zhì)譜圖如實(shí)施例1。實(shí)施例3催化劑改為3. 6g離子液體[Bmim]PF6和1. 2g多聚磷酸，其它同實(shí)施例1，得產(chǎn)品 2-乙酰呋喃10. 3g，收率93.6%，氣相純度99. 1%.產(chǎn)物的質(zhì)譜圖如實(shí)施例1。實(shí)施例4反應(yīng)溫度改為40°C保溫反應(yīng)，反應(yīng)時(shí)間改為12h，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2-乙酰 呋喃9. 9g，收率90.0%，氣相純度99. 1%0產(chǎn)物的質(zhì)譜圖如實(shí)施例1。實(shí)施例5乙酸酐投料量改為11. 2g(0. llmol)，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2_乙酰呋喃10. Ig, 收率91.8%，氣相純度99.0%。產(chǎn)物的質(zhì)譜圖如實(shí)施例1。實(shí)施例6乙酸酐投料量改為13. 3g(0. 13mol)，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2_乙酰呋喃10. 4g， 收率94. 5%，氣相純度99.0%。產(chǎn)物的質(zhì)譜圖如實(shí)施例1。實(shí)施例7呋喃改為噻吩8.4g(0. lOmol)，產(chǎn)物蒸餾其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2_乙酰噻吩 12. lg，收率96.0%，氣相純度為99.3%。實(shí)施例8多聚磷酸改為1. 2g 85%磷酸，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2_乙酰呋喃9. 9g，收率為 90. 0% 用氣相分析得2-乙酰呋喃99.0%,比較例1乙酸酐投料量改為15. 3g(0. 15mol)，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2_乙酰呋 喃10. 5g，收率95. 4%，氣相純度99.0%。比較例2不加離子液體，其它同實(shí)施例1，結(jié)果為2-乙酰呋喃4. 5g，收率40. 9%, 氣相純度99.0%。比較例3不加磷酸，其它同實(shí)施例1，結(jié)果無(wú)產(chǎn)物。
從比較實(shí)施例可以看出離子液體和磷酸復(fù)合后可大大提高催化活性，提高反應(yīng)收率。
權(quán)利要求
一種離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙酰化化合物的方法，其特征在于以離子液體1 丁基 3 甲基咪唑六氟磷酸鹽和磷酸作為復(fù)合催化劑，進(jìn)行乙?；磻?yīng)，其合成步驟為①在反應(yīng)容器中加入磷酸和1 丁基 3 甲基咪唑六氟磷酸鹽，在常溫下攪拌均勻；磷酸和離子液體的質(zhì)量比為1∶0.5～5；②在上述容器中加入乙酸酐，在0～30℃下攪拌分散均勻，然后滴加雜環(huán)化合物到上述的反應(yīng)體系中，滴加時(shí)反應(yīng)體系溫度控制在15～30℃；乙酸酐與雜環(huán)化合物的投料摩爾比為1.1～1.3∶1；磷酸催化劑用量以乙酸酐計(jì)為5～15wt％；③以10～15℃/h的速度將上述步驟②的反應(yīng)體系的溫度升溫至30～60℃，然后保溫反應(yīng)5～15h；④將步驟③反應(yīng)完成后的反應(yīng)液自然冷卻，然后加入2～10重量倍反應(yīng)液的水，然后用有機(jī)溶劑萃取三次，溫度不超過(guò)30℃，合并有機(jī)層；⑤有機(jī)層用堿洗、水洗至pH6～8，然后先常壓蒸餾或減壓蒸餾回收溶劑，然后再減壓蒸餾回收產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?，其特征 在于步驟①所述磷酸為多聚磷酸或濃度為85 100%的磷酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒ǎ涮卣?在于步驟①所述磷酸和離子液體的質(zhì)量比例為1 1 3。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙酰化化合物的方法，其特征 在于步驟②所述乙酸酐與雜環(huán)底物的摩爾比為1.2 1.3 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?，其特征 在于步驟②所述催化劑中磷酸用量以乙酸酐計(jì)為6 10wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒ǎ涮卣?在于步驟②中所述滴加雜環(huán)化合物時(shí)反應(yīng)體系溫度為20 25°C。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?，其特征 在于步驟③中所述保溫反應(yīng)溫度為40 50°C，反應(yīng)時(shí)間為8 10h。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙酰化化合物的方法，其特征 在于所述的雜環(huán)化合物為呋喃或噻吩。全文摘要
本發(fā)明公開一種離子液體復(fù)合磷酸催化合成雜環(huán)乙?；衔锏姆椒?，以離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽和磷酸作催化劑，進(jìn)行乙?；磻?yīng)，其步驟為在反應(yīng)容器中加入磷酸和1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽，然后加入乙酸酐，攪拌分散均勻后滴加雜環(huán)化合物到上述的反應(yīng)體系中，乙酸酐與雜環(huán)化合物的摩爾比為1.1～1.3∶1磷酸用量以乙酸酐計(jì)為5～15wt％；反應(yīng)體系的溫度升至30～60℃，反應(yīng)5～15h；然后經(jīng)過(guò)常規(guī)的萃取、洗滌、蒸餾等步驟獲得目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明制備過(guò)程不大量使用有機(jī)溶劑，減少過(guò)量原料的加入，在較低溫度條件下也能提高催化劑的活性，減少雜環(huán)化合物副反應(yīng)的產(chǎn)生以提高產(chǎn)率、節(jié)省成本、改善操作環(huán)境。
文檔編號(hào)B01J31/02GK101928268SQ20101023075
公開日2010年12月29日 申請(qǐng)日期2010年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月15日
發(fā)明者劉建華, 周美麗, 張?jiān)龆Y, 張勝建, 楊榮強(qiáng), 潘志偉, 聶振中, 陳欣榮 申請(qǐng)人:江蘇清泉化學(xué)有限公司;浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院;浙江臺(tái)州清泉醫(yī)藥化工有限公司