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丙二酸單乙酯是有機(jī)合成中一種非常重要的原料,它很容易和醛發(fā)生 Knoevenagel反應(yīng)生成α, β-不飽和酯 。因此, 丙二酸單乙酯被廣泛應(yīng)用于天然產(chǎn)物及其他有機(jī)化合物的合成中。
盡管 Wittig 反應(yīng)和 Horner-Wadsworth-Emmons反應(yīng)均可以用來(lái)制備α, β-不飽和酯 ,但前者會(huì)產(chǎn)生大量無(wú)用的副產(chǎn)物三苯基氧膦 , 而后者則常需要用NaH 等強(qiáng)堿才能促進(jìn)反應(yīng)。相比之下, 利用丙二酸單乙酯和醛發(fā)生 Knoevenagel 反應(yīng)來(lái)制備α, β-不飽和酯 ,用有機(jī)堿催化即可反應(yīng) ,所產(chǎn)生的副產(chǎn)物是水和二氧化碳 , 原子經(jīng)濟(jì)性高 ,并且反應(yīng)還具有立體選擇性高和后處理簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。
1.傳統(tǒng)方法制備
丙二酸單乙酯一般是以丙二酸二乙酯為原料來(lái)制備 ,其反應(yīng)原理比較簡(jiǎn)單 , 即先將丙二酸二乙酯用KOH等強(qiáng)堿皂化生成丙二酸單乙酯鉀鹽 ,再用鹽酸酸化即可得到產(chǎn)物。
2.改進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室方法制備
1）合成路線如下所示
2）合成步驟
丙二酸單乙酯鉀鹽(1)的制備
將 25.0 g(0.156 mol)丙二酸二乙酯和100 mL無(wú)水乙醇加入500 mL 圓底燒瓶中 , 充分?jǐn)嚢柘?,由裝有回流冷凝管的恒壓漏斗中緩慢滴加8.75 g(0.156 mol)KOH的100 mL無(wú)水乙醇溶液, 體系中逐漸出現(xiàn)大量固體。40 min 內(nèi)滴加完畢, 繼續(xù)攪拌 1 h 。將反應(yīng)體系用冰水充分冷卻后抽濾 ,再用無(wú)水乙醇洗滌(15 mL ×2), 即得到第一部分白色固體化合物 1。將抽濾所得母液減壓濃縮至60 mL 左右, 冰水冷卻 ,抽濾 ,無(wú)水乙醇洗滌(8 mL ×2),即得到第二部分白色固體化合物1。合并兩部分產(chǎn)物, 于60 ℃干燥箱中烘干,稱重為24.43 g , 收率92.0 %,m.p.197 ～ 198 ℃。將該產(chǎn)物直接用于下步反應(yīng)。
丙二酸單乙酯(2)的制備
將上步所得24.43 g(0.144 mol)化合物1的固體置于100 mL 燒杯中，加入15 mL 水，冰水冷卻下充分?jǐn)嚢枋构腆w溶解，緩慢滴加13 mL(0.156mol)濃鹽酸 , 滴加過(guò)程中保持體系溫度低于5℃，加畢后繼續(xù)攪拌30 min 。分出有機(jī)層，水層用乙酸乙酯萃取(50 mL ×2)。合并有機(jī)層，用飽和食鹽水萃取(50 mL ×2)，無(wú)水 NaSO4 干燥，減壓蒸餾除盡有機(jī)溶劑，得到18.25 g 無(wú)色液體化合物 2，收率 96.2 %。
丙二酸單乙酯是重要的有機(jī)合成原料，其傳統(tǒng)的合成方法是由丙二酸二乙酯經(jīng)皂化、水解酸化等步驟合成，不僅過(guò)程繁瑣、條件苛刻，同時(shí)有副反應(yīng)發(fā)生，污染環(huán)境。因此，研究一種綠色高效的制備方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。針對(duì)丙二酸單乙酯傳統(tǒng)合成方法的缺點(diǎn)及溫室氣體CO2的有效利用，以氯乙酸乙酯和CO2為底物，利用綠色的電合成方法，在溫和條件下，使氯乙酸乙酯和CO2發(fā)生電羧化反應(yīng)合成丙二酸單乙酯的工藝路線。
以二氧化碳、氯乙酸乙酯為原料，實(shí)現(xiàn)了將它們一步合成丙二酸單乙酯的反應(yīng)。與傳統(tǒng)的有機(jī)和催化反應(yīng)合成技術(shù)比較得，采用電化學(xué)方法的反應(yīng)具有無(wú)需在高溫高壓下進(jìn)行，條件溫和，設(shè)備要求簡(jiǎn)單，于環(huán)境無(wú)害等特點(diǎn)；用銀（Ag）、銅（Cu）或不銹鋼（Ss）作為陰極，相比其他電還原CO2時(shí)所用的Pt、Ti電極等更易得到，適于工業(yè)化探索。
同時(shí)，反應(yīng)均在一室型電解池中進(jìn)行，與大多數(shù)的使用兩室型電解池反應(yīng)體系的CO2電還原反應(yīng)相比，反應(yīng)過(guò)程更簡(jiǎn)單，易控，且電流利用率較高。該工藝路線與傳統(tǒng)有機(jī)合成方法相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)：
（1）電極上反應(yīng)物以電子得失的方式反應(yīng)，無(wú)其他試劑的添加，環(huán)保、安全；
（2）反應(yīng)的選擇性高，極少或無(wú)副反應(yīng)，易于提純分離，為合成反應(yīng)的后續(xù)工作提供方便；
（3）反應(yīng)條件溫和, 0℃、常壓下進(jìn)行，從而可降低能耗；
（4）工藝操作過(guò)程簡(jiǎn)便，易控，并且可避免二氧化碳的再生。
此電合成丙二酸單乙酯的方法不僅有效的利用了溫室氣體二氧化碳，也為丙二酸單乙酯的“綠色化”合成開(kāi)辟了一條新途徑。
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