微波輻射合成2，6-吡啶二甲酸二乙酯

徐本坡，康艷芳，汪敦佳，尚卷卷，魏 瓊(湖北師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 黃石 435002)

自1986年Gedye R[1]等發(fā)現(xiàn)微波輻射可以促進有機反應(yīng)以來，微波輻射技術(shù)在化學(xué)領(lǐng)域已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用，Dayal B等人已經(jīng)將微波輻射技術(shù)成功應(yīng)用于有機合成[2～5]。2，6-吡啶二甲酸二乙酯是一種重要的農(nóng)藥與有機反應(yīng)中間體，其合成方法已有相關(guān)報道，如Singer A W[6]等采用2，6-吡啶二甲酸與二氯亞砜反應(yīng)得到2，6-吡啶二甲酰氯，然后與無水乙醇反應(yīng)1h得到產(chǎn)物；梅光泉[7]等采用2，6-吡啶二甲酸與無水乙醇在β-萘磺酸的催化下反應(yīng)得到產(chǎn)物；張東方[8]等通過2，6-吡啶二甲酸與無水乙醇在濃硫酸的催化下反應(yīng)10h，然后分水器分水7h得到產(chǎn)物。這些傳統(tǒng)合成方法的缺點是操作復(fù)雜，反應(yīng)時間過長，導(dǎo)致耗費能源過多等。在以上文獻報道的基礎(chǔ)上，本文采用微波輻射法制備了2，6-吡啶二甲酸二乙酯，合成路線如圖1：

圖1 合成路線

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

X-4數(shù)字顯示顯微熔點測定儀(溫度未經(jīng)校正)； MAS-I微波快速制樣系統(tǒng)(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)； Niconet FT-IR 5700紅外光譜儀(KBr壓片，美國Thermo公司)； LCQ ADVANTAGE MAX質(zhì)譜儀(美國Thermo Finnigan公司)； RE52-99型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀(上海亞榮生化儀器廠)；2，6-吡啶二甲酸(98.7%，工業(yè)品)；無水乙醇(AR)；甲苯(AR)；濃硫酸(98%，AR)；飽和碳酸鈉(AR)；無水硫酸鎂(AR)；乙醚(AR)。

在單口燒瓶中，加入8.4g(0.05mol)2，6-吡啶二甲酸，70mL(1.2mol)無水乙醇，40mL甲苯，2mL(0.037mol)濃硫酸及磁力攪拌子，置入微波反應(yīng)器中，接上回流裝置，啟動磁力攪拌，并設(shè)置微波功率為200W，時間30min，溫度75℃.反應(yīng)結(jié)束后減壓蒸餾，除去多余乙醇和甲苯，用飽和碳酸鈉調(diào)節(jié)溶液pH值至8～9，然后用乙醚(30mL×2)萃取，合并有機層后用無水硫酸鎂干燥，過濾，濾液蒸除溶劑，冷卻后得到白色晶體8.9g，產(chǎn)率為79.3%，m.p. 44℃～45℃(文獻[6]: 42℃～43℃).

1.2 合成方法

2 結(jié)果和討論

2.1 催化劑用量對收率的影響

取2，6-吡啶二甲酸8.4g，乙醇70mL，使n(乙醇)∶n(2,6-吡啶二甲酸)=24∶1，甲苯40mL，設(shè)定微波功率200W， 輻射時間30min，改變濃硫酸用量，考察催化劑加入量對收率的影響，實驗結(jié)果如表1所示。

表1 催化劑用量對收率的影響

由表1可見，增加催化劑用量，收率隨之提高，但當(dāng)加入量超過2mL時，繼續(xù)增加用量，收率反而有所下降。這是因為酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，過量的濃硫酸對酯化反應(yīng)不利，反而很可能產(chǎn)生副反應(yīng)。因此，催化劑用量控制在2mL是最佳選擇。

2.2 醇酸摩爾比對收率的影響

取2，6-吡啶二甲酸8.4g(0.05mol)，甲苯40mL，濃硫酸為2mL，設(shè)定微波功率200W，輻射時間30min，改變無水乙醇的量，考察醇酸配比對收率的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 醇酸摩爾比對收率的影響

由表2數(shù)據(jù)可知，在一定范圍內(nèi)，增加醇酸配比有利于提高反應(yīng)的收率，但是當(dāng)乙醇加入過多時，收率又會漸漸下降，這是由于過量的乙醇降低了反應(yīng)溶液中濃硫酸的濃度，因此，n(乙醇)∶n(2，6-吡啶二甲酸)=24∶1為最佳物料配比。

2.3 微波輻射時間對收率的影響

取2，6-吡啶二甲酸8.4g，乙醇70mL，使n(乙醇)∶n(2，6-吡啶二甲酸)=24∶1，甲苯40mL，濃硫酸2mL，設(shè)定微波功率200W，考察微波輻射時間對收率的影響，實驗結(jié)果如表3所示。

表3 微波輻射時間對收率的影響

由表3可知，當(dāng)反應(yīng)時間較短時，收率隨輻射時間延長而增加，達到79.3%后，繼續(xù)延長輻射時間，反應(yīng)收率無明顯的增加，因此微波反應(yīng)時間控制30min為宜。

2.4 微波輻射功率對收率的影響

取2，6-吡啶二甲酸8.4g，乙醇70mL，使n(乙醇)∶n(2，6-吡啶二甲酸)=24∶1，甲苯40mL，濃硫酸2mL，輻射時間30min，當(dāng)微波輻射功率為100W時，反應(yīng)結(jié)束后剩余大量2，6-吡啶二甲酸固體，反應(yīng)收率低；當(dāng)輻射功率為200W時，反應(yīng)結(jié)束后無固體原料剩余，收率為79.3%；當(dāng)輻射功率為300W時，反應(yīng)溶液爆沸，不能進行操作。因此本實驗設(shè)定微波輻射功率200W為宜。

2.5 驗證性實驗

選定最佳反應(yīng)條件，即2，6-吡啶二甲酸8.4g，乙醇70mL，n(乙醇)∶n(2，6-吡啶二甲酸)=24∶1，甲苯40mL，濃硫酸2mL，輻射時間30min，輻射功率200W.進行了三組平行合成實驗，得到產(chǎn)品的平均收率為79.0%.由此可見，本文研究的最佳反應(yīng)條件穩(wěn)定、重現(xiàn)性好。

2.6 2，6-吡啶二甲酸二乙酯的表征

MS(ESI):m/z=223.55[M+1]+、245.99[M+23]+；IR:2993cm-1是吡啶環(huán)C-H伸縮振動吸收峰,1730cm-1是酯鍵中C=O特征吸收峰，1316～1088cm-1是C-O-C酯譜帶，這些特征均與2，6-吡啶二甲酸二乙酯的結(jié)構(gòu)相符合。

3 結(jié)論

采用微波輻射法合成2，6-吡啶二甲酸二乙酯，得到最佳微波合成條件為:n(乙醇)∶n(2，6-吡啶二甲酸)=24∶1，濃硫酸2mL，輻射功率200W，反應(yīng)時間30min，收率79.3%.該方法比常規(guī)加熱酯化法反應(yīng)速度快，節(jié)省時間，操作簡便，具有較好的工業(yè)應(yīng)用價值。

參考文獻:

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