调环酸钙的合成工艺研究

彭浩源, 陈宁萱,田 昊, 李正阳, 夏强强, 张俨娜, 徐 浩*

(1. 河南大学 化学化工学院, 河南 开封475004; 2. 河南大学 土木建筑学院, 河南 开封475004;3. 河南大学 实验室与设备管理处, 河南 开封475004)

调环酸钙(prohexadione calcium)化学名称为3,5-二氧代-4-丙酰基环己烷羧酸钙[1], 是一种新型的植物生长调节剂[2-5]，常被用作水稻抗倒伏剂、果树控梢剂，能够有效地促进植物发育和侧芽生长，调控花期，提高植株坐果率，有效控制植株旺长，从而达到提高产量和品质的效果[6-8].相对于三唑类延缓剂，它具有毒性低、农作物残留低、对环境无污染等优点[9]，因此，有可能取代三唑类生长延缓剂.

调环酸钙合成方法由日本组合化学工业公司首次开发[10-16]，目前的路线主要有二种[10，17]：1)以马来酸酐为起始原料，经Michael加成、Claisen酯缩合、水解、酰化等七步反应得到目标产物.该路线步骤繁琐、环境污染比较大、总收率较低；2)以顺丁烯二酸二乙酯为起始原料，经Michael加成、Claisen酯缩合、酰化反应、重排等五步反应合成目标产物调环酸钙.该路线 “三废”较多，对环境污染比较严重，且生产成本较高.

本文以3,5-二羟基苯甲酸为原料，经过酯化、加氢、酰化、重排、水解等过程得到目标产物，以期提高产品的质量及收率，降低生产成本，为其工业化生产提供一条有利的途径.

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

3,5-二羟基苯甲酸(分析纯，天津希恩思生化科技有限公司)；甲醇(分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂)；三乙胺(分析纯，天津基准化学试剂有限公司)；无水乙醇(分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂)；无水硫酸钠(分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司)；浓硫酸(分析纯，开封东大化工有限公司)；4-二甲氨基吡啶(DMAP, 分析纯, 多点化学)；甲苯(分析纯，天津光复科技发展有限公司)；1,2-二氯乙烷(分析纯，天津科密欧化学试剂有限公司)；雷尼镍(大连通用化工有限公司)；二氯甲烷(分析纯，天津市津东天正精细化学试剂厂)；甲醇(分析纯，天津德思化学试剂有限公司)；氢氧化钠(分析纯，天津光复科技发展有限公司)；乙酸乙酯(分析纯，天津德思化学试剂有限公司)；乙酸(分析纯，国药集团化学试剂有限公司)；低温冷却循环泵(郑州长城科工贸有限公司)； ZF7-C三用紫外分析仪(上海康毕生仪器制造有限公司)； KH200型超声清洗仪(昆山合创超声仪有限公司)；高压磁搅拌反应釜(海安石油科研仪器有限公司)；控温仪(郑州长城科工贸有限公司)；FA2104A电子天平(上海精天电子仪器有限公司)； YRE2020旋转蒸发仪(郑州汇成科工贸有限公司)；高压加氢釜(郑州长城科工贸有限公司).

1.2 合成路线设计

调环酸钙的合成路线，如图1所示.

图1 调环酸钙的合成路线Fig.1 Synthesis route of calcium chlorate

1.3 3-5-二羟基苯甲酸酯(化合物B)的合成

向反应釜中加入乙醇50 mL，3,5-二羟基苯甲酸(15.4 g，0.10 mol)随后向反应釜中缓慢加入浓硫酸(3 mL于10 mL乙醇中)，使溶液回流8 h.冷却至室温后，减压蒸发乙醇，残渣溶解于乙酸乙酯(20 mL×3)，然后用饱和NaHCO3溶液和水冲洗.将有机层在无水Na2SO4干燥，减压浓缩除去乙酸乙酯，得到17.8 g白色粉末化合物B(3,5-二羟基苯甲酸乙酯，产率98%).

1.4 3,5-二酮六氢苯甲酸乙酯(化合物C)的合成

向加氢釜中加入3,5-二羟基苯甲酸乙酯(18.2 g，0.10 mol)，25%氢氧化钠(8.8 g，0.22 mol)和蒸馏水30 mL，随后加入 1.2 g雷尼镍，氢气置换3次，在50 ℃下，2 MPa气压进行反应，反应的同时不断搅拌.反应3.5 h后停止，取出反应釜中的物质，过滤掉催化剂，浓盐酸调节pH=1～2，在 -5 ℃下结晶后，过滤，干燥得到17 g淡黄色的固体化合物C(3,5-二酮六氢苯甲酸乙酯，产率92%).

1.5 3-乙氧羰基-5-氧环己-1-醇丙酯(化合物D)的合成

取化合物C的二氯乙烷溶液约200 mL投入干燥的500 mL三口烧瓶中，机械搅拌，室温加入三乙胺(28.49 g，0.28 mol)，降温至5 ℃以下，缓慢滴加丙酰氯(24.09 g，0.26 mol)，滴加过程反应液温度应小于5 ℃，滴加完毕后撤掉冰浴，升至室温反应2 h，反应完毕后过滤出固体，滤饼用50 mL二氯乙烷洗涤一次，合并滤液加入1 mol/L盐酸(50 mL×2)洗涤，并用分液漏斗分液，取有机相旋干，得到棕色粘稠物即为化合物D(3-乙氧羰基-5-氧环己-1-醇丙酯，产率75%).

1.6 3,5-二氧代-4-丙酰基环己烷羧酸乙酯(化合物E)合成

向250 mL干燥反应瓶中加入化合物D(49 g，0.20 mol)，二氯乙烷(50 mL)，DMAP(3.79 g，0.03 mol)，升温至85 ℃回流.保持回流5 h.TLC检测，加入活性炭10 g，搅拌5 min，反应完成后，降温至室温，过滤，加入1 mol/L盐酸(50 mL)洗涤，有机相减压回收，浓缩得到化合物E(3,5-二氧代-4-丙酰基环己烷羧酸乙酯，产率85%).

1.7 调环酸钙(化合物F)的合成

向500 mL反应瓶中投入化合物E(31.56 g，0.13 mol)，加入甲醇30 g溶解.开启搅拌，然后加入1 mol/L(330 mL)氢氧化钠溶液.室温搅拌2 h，TLC检测，反应完成后，旋出甲醇，剩余溶液降温至5 ℃以下，滴加浓盐酸调pH=1，析出固体，过滤，得化合物F，产率50%，然后取化合物F(10 g，0.05 mol)，溶于80 g乙醇中，再加入100 g水，加入粉末状氢氧化钙3.84 g，室温搅拌反应2 h，反应完毕后过滤，得到淡黄色固体化合物调环酸钙，产率99%.

2 结果与讨论

2.1 反应压强对化合物C的影响

反应压强对化合物C的产率影响结果如表1所示.

表1 反应压强对化合物C的影响

由上表可以得出结论：在保持其他条件不变时，考虑到高压反应条件要求比较高且2 MPa后产物产率几乎没有升高，再增加反应压强，反应经济效益不高，为了节省成本反应压强为2 MPa最适宜.

2.2 溶剂对合成化合物D的影响

不同溶剂对化合物D的产率的影响如表2所示.

表2 溶剂对化合物D反应时间的影响

由上表可以得出结论，在合成化合物D时，保持其他条件不变，当溶剂选择甲苯时，该反应时间为较短，但用量较多.考虑到甲苯的毒性和工业化生产，选择1,2-二氯乙烷作为反应溶剂.

2.3 合成化合物E时溶剂的选择

该反应为重排反应，取2.85 g化合物D，用4-二甲氨基吡啶(DMAP)作催化剂，反应温度为85 ℃，回流，溶剂选用甲苯、1,2-二氯乙烷、二氯甲烷进行对比试验，如表3所示.

表3 不同溶剂对化合物D产率的影响

通过上表得出结论：二氯甲烷作溶剂产率高但需要的反应时间较长；而甲苯和1,2-二氯乙烷在相同的时间反应得到的产率几乎相同，由于1,2-二氯乙烷的沸点比甲苯低，考虑工业生产中反应操作影响和产品的分离，因此选择1,2-二氯乙烷作为溶剂.

3 结论

本文开发出了一种新的调环酸钙的合成工艺，该方法以3,5-二羟基苯甲酸为原料，经过酯化、加氢、酰化、重排、水解等步骤即可得到目标产物.新工艺主要对于反应压强、反应溶剂、后处理方法等因素进行了考察．并且减少工艺中的溶剂种类，所用溶剂大多可以回收套用，消耗小，废水量少，具有工业化应用的前景.