α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯的合成及表征

孫云龍，張敏，楊華，王立升，梁鵬云，楊龍力，陳淋敏，葛燕

(廣西大學化學化工學院，廣西南寧 530004)

近年來，隨著人類生活水平的不斷提高，在醫藥化工、生物化學、農業生產等領域的發展，探索并合成原料綠色、應用廣泛的重要中間體丁內酯類化合物勢在必行［1-2］。α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯可以在醫藥的制備、殺蟲劑合成等領域得到廣泛應用［3-5］。

本文改進了合成α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯的工藝條件，探索了反應溫度、反應時間、反應物配比、催化劑用量對合成反應的影響，確定了合成α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯的最佳條件。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

γ-丁內酯、碳酸二甲酯、乙二醇二甲醚、氫化鈉、鹽酸、三氯甲烷、無水硫酸鈉均為分析純;碳酸二乙酯，化學純。

YP2001N型電子天平;XMT-142型電熱恒溫鼓風干燥箱;RE-52A型旋轉蒸發儀;DZF-6050型真空干燥箱;DF-101S型集熱式恒溫加熱磁力攪拌器;FTIR-8700傅里葉變換紅外光譜儀;Bruker 600 MHz核磁共振儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯(T1)的制備 在250 mL三頸瓶中，依次加入氫化鈉14 g，，經過金屬鈉回流處理干燥的乙二醇二甲醚(DME)150 mL，γ-丁內酯12 mL，碳酸二甲酯37 mL，溶液呈灰白色。開啟磁力攪拌，升溫至45℃，反應20 min后停止加熱。室溫下繼續攪拌約3 h，反應固化并呈淡黃色。在冰水浴下緩慢滴加冰水，淡黃色固體逐漸溶解，并伴有大量氣泡產生。待無氣泡產生后，滴加6 mol/L鹽酸，調pH至中性，溶液變澄清。用三氯甲烷萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，除去溶劑乙二醇二甲醚、三氯甲烷。反應方程式如下:

1.2.2 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯(T2)的制備 在250 mL三頸瓶中，依次加入氫化鈉14 g，經過金屬鈉回流處理干燥的乙二醇二甲醚(DME)150 mL，γ-丁內酯12 mL，碳酸二乙酯67 mL，溶液呈灰白色。開啟磁力攪拌，升溫至45℃，反應20 min后停止加熱。室溫下繼續攪拌約4 h，反應固化并呈淡黃色。在冰水浴下緩慢滴加冰水，淡黃色固體逐漸溶解，并伴有大量氣泡產生。待無氣泡產生后，滴加6 mol/L鹽酸調pH至中性，溶液變澄清。用三氯甲烷萃取，合并有機相，用無水硫酸鈉干燥，除去溶劑乙二醇二甲醚、三氯甲烷，得到淡黃色油狀物。反應方程式如下:

2 結果與討論

2.1 正交實驗

對反應溫度、催化劑用量、反應時間、反應物配比采用L9(34)表進行正交實驗，以α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯產品收率為考察目標，因素和水平見表1，結果見表2。

表1 正交實驗因素水平表Table 1 Factors and levels of orthogonal experiments

表2 正交實驗結果Table 2 Result of orthogonal experiments

由表2可知，制備α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯的較佳方案為 A2B2C2D2，即反應溫度 25℃，催化劑0.3 mol，反應時間3 h，反應物料物質的量比 1 ∶1.5;制備 α-乙 氧 甲 酰 基-γ-丁 內 酯 的 較 佳 方 案 為A3B2C3D3，即反應溫度 30 ℃，催化劑 0.3 mol，反應時間4 h，反應物物質的量比1∶2。在此條件下分別進行3組重復性實驗，結果見表3。

表3 較佳條件實驗結果Table 3 Experimental result under the optimum conditions

由表3可知，在較佳條件下，制備α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯，收率均可達85%以上，制備α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯，收率均可達76%以上，重復性較好。

2.2 正交實驗結果分析

文獻報道合成α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯的產率在72%，本文將反應時間延長，同時控制加入鹽酸的量，調pH至中性，增加了產率。同時，雖然延長了反應時間并增加了反應溫度，但是α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯的產率仍比 α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯的產率低，原因可能是碳酸二乙酯的反應活性沒有碳酸二甲酯高，碳氧鍵的斷裂比碳酸二甲酯更難，所需反應能量更高所致。

2.3 產品結構表征

2.3.11H NMR 表征 由圖1可知，在 δ=2.47～2.70的2個氫是亞甲基，δ=3.56的多重峰是由鄰碳上的亞甲基所產生裂分，δ=3.79的單峰由甲氧基產生，δ=4.30～4.48的2個氫是鄰位與氧相連，確定該化合物為T1。

圖1 T1的核磁共振氫譜(CDCl3，室溫)Fig.1 The1H NMR spectra of T1 in CDCl3at room temperature

由圖2可知，在δ=1.23的三重峰是鄰碳上的亞甲基兩個氫裂分產生，δ=2.45～2.62的兩個氫是亞甲基，δ=3.51的多重峰是由鄰碳上的亞甲基所產生裂分，δ=4.2的兩個氫是鄰位與氧相連，δ=4.3～4.4的兩個氫是鄰位與氧相連，確定化合物為T2。

圖2 T2的核磁共振氫譜(CDCl3，室溫)Fig.2 The1H NMR spectra of T2 in CDCl3at room temperature

2.3.2 FTIR表征 產品 T1的紅外分析表明，2 960，2 870，1 460，1 380 cm－1的伸縮振動峰為甲基的特征吸收峰;1 255，1 720 cm－1的伸縮振動峰為甲酯的特征吸收峰，上述特征峰與T1的相應吸收峰相吻合。

產品 T2的紅外分析表明，2 960，2 870，1 460，1 380 cm－1的伸縮振動峰為甲基的特征吸收峰;1 190，1 700 cm－1的伸縮振動峰為乙酯的特征吸收峰，上述特征峰與T2的相應吸收峰相吻合。

3 結論

以γ-丁內酯為原料，氫化鈉為催化劑，分別與碳酸二甲酯、碳酸二乙酯反應，得到α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯和 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯。探索出了一條工藝過程簡單，易于實現工業化應用的合成路線。

最佳合成條件分別為:①合成α-甲氧甲酰基-γ-丁內酯:反應溫度25℃，催化劑0.3 mol，反應時間3 h，反應物料物質的量比1∶1.5，產率達到85%以上;②合成 α-乙氧甲酰基-γ-丁內酯:反應溫度30℃，催化劑0.3 mol，反應時間4 h，反應物物質的量比1∶2，產率達到76%以上。

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