鄰苯二甲酰亞胺鉀催化合成(R)-碳酸丙烯酯

邱曾燁，陳偉，許招會

(江西師范大學化學化工學院，江西南昌 330027)

(R)-碳酸丙烯酯是一種重要的醫藥中間體，主要用于暢銷抗艾滋和乙肝病毒藥物替諾福韋或替諾福韋酯的合成［1-2］。因此，開展(R)-碳酸丙烯酯的合成及應用研究具有重要的理論意義及廣闊的應用前景。

制備(R)-碳酸丙烯酯的方法主要有二氧化碳合成法［3］、碳酸鉀催化酯交換法［3-4］及尿素醇解法［5-8］。二氧化碳合成法由于反應過程中容易發生消旋，導致產品光學純度較低，因此主要用于非手性(R)-碳酸丙烯酯的合成。碳酸鉀催化酯交換法是國內外工業化合成(R)-碳酸丙烯酯的常用方法，但是由于酯交換產生的副產物乙醇不能快速地從反應體系中分離出來，即碳酸二乙酯和乙醇共沸蒸出，導致一部分碳酸二乙酯未反應就隨乙醇蒸出，所以反應不完全，反應時間長，產品收率較低。尿素和1，2-丙二醇醇解反應是制備非手性碳酸丙烯酯較好的方法，具有反應條件溫和、操作安全、原料費用低等優點。但目前國內外大多文獻集中于合成非手性碳酸丙烯酯。

本文以鄰苯二甲酰亞胺鉀為催化劑，以尿素和(R)-1，2-丙二醇為原料，通過醇解反應合成了(R)-碳酸丙烯酯，系統考察了原料配比、反應時間及催化劑用量等因素對(R)-碳酸丙烯酯收率的影響，得到了最優的反應條件，并對鄰苯二甲酰亞胺鉀的催化反應機理進行了探索。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

尿素、(R)-1，2-丙二醇均為分析純;鄰苯二甲酰亞胺鉀，化學純。

Spectrum One型紅外光譜儀;AVance400MHz型核磁共振儀(以CDCl3為溶劑，TMS為內標物);島津GC-2010氣相色譜儀。

1.2 (R)-碳酸丙烯酯的制備

帶有機械攪拌器的三口燒瓶中加入尿素12.0 g(0.2 mol)，R-1，2-丙二醇 7.6 g(0.1 mol)，催化劑0.001 mol(1.0%)，開動加熱電源和攪拌，緩慢升溫至120℃ ，在一定真空度下回流2 h，冷卻后過濾分離出催化劑，得到粗產物。減壓精餾(2.6 kPa)，收集120℃的餾分，得到無色透明液體產品9.8 g，收率為96.3%。

1.3 分析方法

1.3.1 產物純度分析 使用島津GC-2010氣相色譜儀分析，測試條件:石英毛細管柱，SE-30為固定液(5%)，101白色擔體，柱長25 m，柱徑3 mm，汽化室溫度 250℃，檢測器溫度 200℃，初始柱溫100℃，保持 3 min，然后以 8℃/min速度升至200℃，N222 mL/min，H250 mL/min，空 氣500 mL/min;方法為面積歸一化法。數據處理:Sepu3000色譜工作站。

1.3.2 (R)-碳酸丙烯酯 ee值的測定 使用 Agilent6890氣相色譜儀分析，測試條件:石英毛細管手性柱，2，6-dibutyl-3-butyryl-β-Cyclodex-B(30 m ×0.25 mm id ×0.25 μm 薄膜)，汽化室溫度 250 ℃，檢測器溫度 250℃，恒定柱溫 160℃，N222 mL/min，H250 mL/min，空氣 500 mL/min;方法為面積歸一化法。數據處理:Sepu3000色譜工作站。

2 結果與討論

2.1 n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)的影響

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，催化劑的用量為1.0%，反應時間為2.0 h，改變尿素的用量，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)對收率的影響，見圖 1。

圖1 n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)對收率的影響Fig.1 Effect of n((R)-1，2-propanediol)∶n(dimethyl carbonate)on the yield

由圖1可知，隨尿醇摩爾比增大而收率增加，當到1.0∶2.0時達到最大為96.3%，進一步增大尿醇摩爾比，產品收率變化不大。因此，(R)-1，2-丙二醇與尿素摩爾比為1.0∶2.0是合成(R)-碳酸丙烯酯反應的最佳原料配比。

2.2 反應時間的影響

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，催化劑的用量為 1%，反應時間對收率的影響，見圖2。

圖2 反應時間對收率的影響Fig.2 Effect of reaction time on the yield

由圖2可知，產品收率隨反應時間的延長而增加，反應2.0 h時，收率達到最大值為96.3%;繼續延長反應時間，反應3.0 h時，產品收率降低了1.2%。因此，適宜的反應時間為2.0 h。

2.3 催化劑的用量對收率的影響

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，反應時間為 2.0 h，催化劑的用量對收率的影響，見圖3。

圖3 催化劑用量對收率的影響Fig.3 Effect of the catalyst dosage on the yield

由圖3可知，當鄰苯二甲酰亞胺鉀的用量［基于(R)-1，2-丙二醇的摩爾分數］從0.5%增至1.0%時，收率從75.2%增至96.3%，此后，隨鄰苯二甲酰亞胺鉀用量的增加，產品收率沒有明顯變化。所以，適宜的鄰苯二甲酰亞胺鉀催化劑的用量為1.0%。

2.4 催化劑的重復使用

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R))-1，2-丙二醇)∶n(碳酸二甲酯)=1.0∶2.0，催化劑的用量為1%，反應時間為2.0 h，在優化反應條件下，對催化劑進行重復使用，產品收率變化見表1。

表1 鄰苯二甲酰亞胺鉀的重復使用結果Table 1 Reuse results of phthalimide potassium

由表1可知，催化劑重復使用4次后，產品收率仍達91.6%，說明催化劑穩定性較好。

2.5 不同催化劑催化活性的比較

取(R)-1，2-丙二醇 1.0 mol，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(碳酸二甲酯)=1.0∶2.0，催化劑的用量為1%，反應時間為2.0 h。在優化反應條件下，考察不同催化劑對產品收率的影響，結果見表2。

由表2可知，其催化活性順序:鄰苯二甲酰亞胺鉀＞甲醇鈉＞碳酸鉀≈碳酸鈉＞乙酸鋅。通常認為，在胺解交換反應中，催化劑的堿性強弱是決定其催化活性的主要因素。堿金屬碳酸鹽由于其堿性較弱，所以催化活性低，產品收率較低。甲醇鈉堿性過強，所以其選擇性差，因此產品收率低于鄰苯二甲酰亞胺鉀。

表2 不同催化劑的催化活性比較Table 2 Comparison of catalytic activity of different catalysts

2.6 鄰苯二甲酰亞胺鉀的催化機理探討

尿素與(R)-1，2-丙二醇發生醇解交換反應生成(R)-碳酸丙烯酯和氨氣的反應是一個親核取代過程，包括加成反應和消除反應2個步驟，具體過程如下:

2.7 產品的分析測試及結構表征

外觀為無色透明液體，質量分數為99.6%;光學純度(ee值)99.0%。

IR(ν/cm－1):2 989.3，2 915.6 為飽和 C—H 伸縮振動吸收峰;1 818.9為酯羰基的伸縮振動吸收峰1 385.9 為甲基對稱的彎曲振動;1 220.1，1 172.7，1 115.8，1 058.4為2個C—O的不對稱和對稱的伸縮振動。

1H NMR(400 MHz，CDCl3):δ 4.82 ～4.87(m，1H)，4.55(t，1H，J=8.0 Hz)，4.03(t，1H，J=8.0 Hz)，1.51(d，3H，J=6.4 Hz)。

從IR和1H NMR分析可知，該化合物為目標化合物。

3 結論

以尿素和(R)-1，2-丙二醇為原料，鄰苯二甲酰亞胺鉀為催化劑，合成了(R)-碳酸丙烯酯，并確定了其最佳反應條件為:取1.0 mol(R)-1，2-丙二醇，n((R)-1，2-丙二醇)∶n(尿素)=1.0∶2.0，催化劑用量為1.0%，反應時間為2.0 h，在上述反應條件下，產品收率可達96.3%。鄰苯二甲酰亞胺鉀催化合成(R)-碳酸丙烯酯，收率高，反應時間短，用量少，是合成(R)-碳酸丙烯酯的良好催化劑，具有較為廣闊的工業應用前景。

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