1-溴乙基乙酸酯的制备方法研究

王雄强

（广东立国制药有限公司，广东河源 517000）

1-溴乙基乙酸酯合成工艺主要有两种，一种是乙酰溴和乙醛在催化剂氯化锌的作用下反应生成1-溴乙基乙酸酯，另一种是乙酸乙烯酯和溴化氢气体在冰水浴中反应得到目标产物[1-3]。以往1-溴乙基乙酸酯的制备工艺中，反应原料乙酰溴不稳定，乙醛具有致癌性、沸点低，使反应不易控制，给工业生产带来困难。溴化氢作为反应物时，为气体状态，反应难以控制，物料配比不易确定，反应物利用率低，用溶剂将溴化氢溶解，再用确定浓度的氢溴酸溶液与乙酸乙烯酯反应合成1-溴乙基乙酸酯，虽然解决了反应中溴化氢定量的问题，但仍然避免不了先将气体溴化氢溶于溶剂的步骤，在工业中应用时，仍存在反应不易控、污染大、操作条件苛刻的问题。用氯化锌作为催化剂时，氯化锌极易吸水并成团导致催化效率降低，杂质增多，且引入了锌离子，存在重金属污染、反应收率低、纯度低等问题[4]。

溴代乙酸酯类化合物在一定条件下可以脱酯释放羟基，能够起到暂时保护羟基官能团的作用，从而避免副反应的发生。因此，本文拟采用纳米材料催化剂加速或延缓反应时间、增强选择性，提高反应速率和效率、降低反应温度。与传统催化剂相比，纳米材料催化剂表面活性中心多，随着材料粒径的减小，化学接触面积增加，催化效率得到提高，在有机合成中逐步应用于催化加氢、氧化、还原、聚合、缩合以及酯化反应等方面[5]。本文采用具有纳米特性和磁性的纳米四氧化三铁作为催化剂催化有机合成，既能降低催化剂用量、提高催化活性，也便于分离回收，希望能够解决反应率低、不稳定、不高效以及不绿色等问题。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

四溴化硅，含量≥99%，国药集团化学试剂有限公司；乙酸乙烯酯，分析纯，国药集团化学试剂有限公司；磁体、ZnCl2、Al2O3、二价铁盐、三价铁盐以及十二烷基苯磺酸钠，工业级，西陇科学股份有限公司；二氯甲烷、氯仿、乙醇、二氯甲烷、正丁醇、丙酮、乙酸丁酯以及氨水，分析纯，阿拉丁（上海）生化科技股份有限公司；1-四氢萘酮，含量≥97%，阿拉丁（上海）生化科技股份有限公司。

1.2 仪器与设备

RW20型搅拌器，德国IKA公司；7890A型气相色谱仪，美国Agilent Technologies公司；LT-V20R5型恒温槽，苏州力意达仪器科技有限公司；2XZ型旋片式真空泵，上海德英真空设备照明有限公司；GZX-9246MBE干燥箱，浙江赛德仪器设备有限公司；AVANCE III HD 400M核磁共振波谱仪，德国Bruker公司。

1.3 气相色谱息检测条件

HP-5色谱柱，进样口温度220 ℃，进样量0.2 μL，分流比1∶50，程序升温（初始温度50 ℃，10 ℃/min升温至180 ℃，保持10 min），FID检测器（250 ℃，H230 mL/min，空气 300 mL/min，吹扫 20 min）。

1.4 纳米四氧化三铁的制备

（1）将二价铁盐（FeSO4·7H2O）和三价铁盐（FeCl3·6H2O）按照2∶3的摩尔比混合后，加入纯水，使得铁盐总浓度为0.6 mol/L；（2）将温度调节至45 ℃，边搅拌缓慢加入氨水，至溶液pH为9；（3）加入表面活性剂十二烷基苯磺酸钠，剧烈搅拌60 min，其中表面活性剂的用量为二价铁盐用量的10%；（4）用磁体沉降后静置5 min，取沉淀物，用纯水和无水乙醇交替洗涤沉淀物至洗水的pH为中性；（5）将沉淀物置于烘箱中干燥5 h，得到纳米四氧化三铁。

1.5 1-溴乙基乙酸酯的制备

在装有机械搅拌器的反应瓶中加入纯水以及一定量的催化剂[5]，温度保持在6 ℃，搅拌5 min后加入四溴化硅，搅拌5 min后缓慢加入乙酸乙烯酯430 mL，将温度调至15 ℃，反应40 min结束反应；将催化剂从反应后的混合液中分离，再将混合液过0.22 μm有机滤膜除去固体杂质；将混合液冷却至4 ℃并保持，向其中加入萃取剂，搅拌15 min后加入纯水，继续搅拌5 min，静置5 min，取有机相，加入纯水搅拌5 min，静置5 min，取有机相减压蒸馏，除去馏分，即得产品1-溴乙基乙酸酯。反应方程式见图1。对目标产物进行氢谱表征，1HNMR（400 MHz，DMSO）：6.72（m，1H），2.11（s，3H），1.99（s，3H），确定产品为1-溴乙基乙酸酯（见图2）。

图2 1-溴乙基乙酸酯氢谱图

1.6 计算公式

产物的产率和纯度按式（1）和式（2）计算。

式中：m产物为实验得到1-溴乙基乙酸酯的重量，g；167为1-溴乙基乙酸酯的相对分子质量；m乙酰溴为实验使用乙酰溴的重量，g；123为乙酰溴的相对分子质量；A产物为气相色谱中1-溴乙基乙酸酯的峰面积；A1，A2…An分别为气相色谱中所有组分的峰面积。

2 结果与分析

2.1 萃取剂种类对产物的影响

经过不同萃取剂的尝试，发现不同的萃取剂对产物的产率和纯度的影响差异较大，具体数据见表1。通过实际数据对比得出二氯甲烷和氯仿混合剂（2∶1，v∶v）作为萃取剂时，所得产物的产率和纯度最高，比单独使用二氯甲烷和氯仿作为萃取剂时产物的产率高2.1%～4.3%[6]，纯度高1.5%～2.2%。这主要是因为在该混合溶剂下，产物的溶解性高，且疏水性强，在去除杂质的同时有利于保护目标物[7]。因此，本文选取二氯甲烷和氯仿（2∶1，v∶v）混合剂作为萃取剂。

表1 萃取剂种类对产物的影响

2.2 催化剂种类及用量对产物的影响

选取二氯甲烷和氯仿混合剂（2∶1，v∶v）作为萃取剂，并尝试不同催化剂种类及用量，得到具体数据见表2。

表2 催化剂种类及用量对产物的影响

使用纳米四氧化三铁作为催化剂时，所得产物的产率和纯度较高[8]，这主要是由于纳米四氧化三铁表面活性中心多，材料粒径小，化学接触面积大，催化效能高[9]。随着纳米四氧化三铁用量的增加，产率有一定程度的提高，但纯度相差不大，在加入纯水54.0 mL，纳米四氧化三铁0.6 g时产率最高，且纯度也最高。因此，本文选取四氧化三铁为催化剂。

3 结论

溴代乙酸酯应用已经非常广泛，但是以往的制备工艺中，存在反应原料乙酰溴不稳定、乙醛的沸点低使反应不易控制，且乙醛具有致癌性等问题，给工业生产带来困难。本方法采用纳米四氧化三铁作为催化剂，催化剂用量少，活性高，易分离回收，可重复利用。将二氯甲烷和氯仿萃取剂的比例控制在2∶1时能够最大程度提升产物的产率和纯度。反应条件温和、易控，且操作简单。通过本方法的制备1-溴乙基乙酸酯，具有制备效率高、产物纯度高、成本低等优势，可进行工业大批量制备。在未来发展中，可延伸至化工、医药产品制造，提供更高效率的化工原料制备技术，具有一定的应用前景。