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        微波輻射合成2,6-吡啶二甲酸二乙酯

        2012-11-15 10:47:54徐本坡康艷芳汪敦佳尚卷卷湖北師范學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院湖北黃石435002
        關(guān)鍵詞:輻射功率二甲酸濃硫酸

        徐本坡,康艷芳,汪敦佳,尚卷卷,魏 瓊(湖北師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院,湖北 黃石 435002)

        自1986年Gedye R[1]等發(fā)現(xiàn)微波輻射可以促進(jìn)有機(jī)反應(yīng)以來,微波輻射技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用,Dayal B等人已經(jīng)將微波輻射技術(shù)成功應(yīng)用于有機(jī)合成[2~5]。2,6-吡啶二甲酸二乙酯是一種重要的農(nóng)藥與有機(jī)反應(yīng)中間體,其合成方法已有相關(guān)報(bào)道,如Singer A W[6]等采用2,6-吡啶二甲酸與二氯亞砜反應(yīng)得到2,6-吡啶二甲酰氯,然后與無水乙醇反應(yīng)1h得到產(chǎn)物;梅光泉[7]等采用2,6-吡啶二甲酸與無水乙醇在β-萘磺酸的催化下反應(yīng)得到產(chǎn)物;張東方[8]等通過2,6-吡啶二甲酸與無水乙醇在濃硫酸的催化下反應(yīng)10h,然后分水器分水7h得到產(chǎn)物。這些傳統(tǒng)合成方法的缺點(diǎn)是操作復(fù)雜,反應(yīng)時(shí)間過長,導(dǎo)致耗費(fèi)能源過多等。在以上文獻(xiàn)報(bào)道的基礎(chǔ)上,本文采用微波輻射法制備了2,6-吡啶二甲酸二乙酯,合成路線如圖1:

        圖1 合成路線

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 儀器和試劑

        X-4數(shù)字顯示顯微熔點(diǎn)測定儀(溫度未經(jīng)校正); MAS-I微波快速制樣系統(tǒng)(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司); Niconet FT-IR 5700紅外光譜儀(KBr壓片,美國Thermo公司); LCQ ADVANTAGE MAX質(zhì)譜儀(美國Thermo Finnigan公司); RE52-99型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠);2,6-吡啶二甲酸(98.7%,工業(yè)品);無水乙醇(AR);甲苯(AR);濃硫酸(98%,AR);飽和碳酸鈉(AR);無水硫酸鎂(AR);乙醚(AR)。

        在單口燒瓶中,加入8.4g(0.05mol)2,6-吡啶二甲酸,70mL(1.2mol)無水乙醇,40mL甲苯,2mL(0.037mol)濃硫酸及磁力攪拌子,置入微波反應(yīng)器中,接上回流裝置,啟動(dòng)磁力攪拌,并設(shè)置微波功率為200W,時(shí)間30min,溫度75℃.反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾,除去多余乙醇和甲苯,用飽和碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH值至8~9,然后用乙醚(30mL×2)萃取,合并有機(jī)層后用無水硫酸鎂干燥,過濾,濾液蒸除溶劑,冷卻后得到白色晶體8.9g,產(chǎn)率為79.3%,m.p. 44℃~45℃(文獻(xiàn)[6]: 42℃~43℃).

        1.2 合成方法

        2 結(jié)果和討論

        2.1 催化劑用量對收率的影響

        取2,6-吡啶二甲酸8.4g,乙醇70mL,使n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1,甲苯40mL,設(shè)定微波功率200W, 輻射時(shí)間30min,改變濃硫酸用量,考察催化劑加入量對收率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

        表1 催化劑用量對收率的影響

        由表1可見,增加催化劑用量,收率隨之提高,但當(dāng)加入量超過2mL時(shí),繼續(xù)增加用量,收率反而有所下降。這是因?yàn)轷セ磻?yīng)是可逆反應(yīng),過量的濃硫酸對酯化反應(yīng)不利,反而很可能產(chǎn)生副反應(yīng)。因此,催化劑用量控制在2mL是最佳選擇。

        2.2 醇酸摩爾比對收率的影響

        取2,6-吡啶二甲酸8.4g(0.05mol),甲苯40mL,濃硫酸為2mL,設(shè)定微波功率200W,輻射時(shí)間30min,改變無水乙醇的量,考察醇酸配比對收率的影響,結(jié)果如表2所示。

        表2 醇酸摩爾比對收率的影響

        由表2數(shù)據(jù)可知,在一定范圍內(nèi),增加醇酸配比有利于提高反應(yīng)的收率,但是當(dāng)乙醇加入過多時(shí),收率又會(huì)漸漸下降,這是由于過量的乙醇降低了反應(yīng)溶液中濃硫酸的濃度,因此,n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1為最佳物料配比。

        2.3 微波輻射時(shí)間對收率的影響

        取2,6-吡啶二甲酸8.4g,乙醇70mL,使n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1,甲苯40mL,濃硫酸2mL,設(shè)定微波功率200W,考察微波輻射時(shí)間對收率的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

        表3 微波輻射時(shí)間對收率的影響

        由表3可知,當(dāng)反應(yīng)時(shí)間較短時(shí),收率隨輻射時(shí)間延長而增加,達(dá)到79.3%后,繼續(xù)延長輻射時(shí)間,反應(yīng)收率無明顯的增加,因此微波反應(yīng)時(shí)間控制30min為宜。

        2.4 微波輻射功率對收率的影響

        取2,6-吡啶二甲酸8.4g,乙醇70mL,使n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1,甲苯40mL,濃硫酸2mL,輻射時(shí)間30min,當(dāng)微波輻射功率為100W時(shí),反應(yīng)結(jié)束后剩余大量2,6-吡啶二甲酸固體,反應(yīng)收率低;當(dāng)輻射功率為200W時(shí),反應(yīng)結(jié)束后無固體原料剩余,收率為79.3%;當(dāng)輻射功率為300W時(shí),反應(yīng)溶液爆沸,不能進(jìn)行操作。因此本實(shí)驗(yàn)設(shè)定微波輻射功率200W為宜。

        2.5 驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)

        選定最佳反應(yīng)條件,即2,6-吡啶二甲酸8.4g,乙醇70mL,n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1,甲苯40mL,濃硫酸2mL,輻射時(shí)間30min,輻射功率200W.進(jìn)行了三組平行合成實(shí)驗(yàn),得到產(chǎn)品的平均收率為79.0%.由此可見,本文研究的最佳反應(yīng)條件穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。

        2.6 2,6-吡啶二甲酸二乙酯的表征

        MS(ESI):m/z=223.55[M+1]+、245.99[M+23]+;IR:2993cm-1是吡啶環(huán)C-H伸縮振動(dòng)吸收峰,1730cm-1是酯鍵中C=O特征吸收峰,1316~1088cm-1是C-O-C酯譜帶,這些特征均與2,6-吡啶二甲酸二乙酯的結(jié)構(gòu)相符合。

        3 結(jié)論

        采用微波輻射法合成2,6-吡啶二甲酸二乙酯,得到最佳微波合成條件為:n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1,濃硫酸2mL,輻射功率200W,反應(yīng)時(shí)間30min,收率79.3%.該方法比常規(guī)加熱酯化法反應(yīng)速度快,節(jié)省時(shí)間,操作簡便,具有較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。

        參考文獻(xiàn):

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