四氫呋喃-3-甲醇的合成

王 威，寧斌科，王儲(chǔ)備，王列平，武宗凱，何琪文

（1.西安近代化學(xué)研究所，陜西 西安 710000；2.新鄉(xiāng)學(xué)院能源與燃料研究所，河南 新鄉(xiāng) 453000）

四氫呋喃-3-甲醇是殺蟲劑呋蟲胺的重要中間體，而呋蟲胺作為新型煙堿類殺蟲劑的代表，其殺蟲譜廣，具有卓越的內(nèi)吸滲透作用，并在很低的劑量下即具有很高的殺蟲活性，且對(duì)哺乳動(dòng)物、鳥類及水生生物安全，對(duì)作物亦無(wú)藥害，可用于水稻、果樹、蔬菜等眾多作物的蟲害防治，被譽(yù)為繼吡蟲啉、噻蟲嗪之后的第三代煙堿類殺蟲劑[1-3]。鑒于其良好的市場(chǎng)與應(yīng)用前景，開展呋蟲胺及其中間體的合成工藝研究對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有十分重要的意義。文獻(xiàn)調(diào)研表明，有關(guān)四氫呋喃-3-甲醇的合成主要有如下6種方法：

方法1：以丙二酸二乙酯和氯乙酸乙酯為原料，在醇鈉的作用下經(jīng)縮合反應(yīng)制得1,1,2-乙烷三羧酸三乙酯，再經(jīng)硼氫化鉀還原得到2-羥甲基-1,4-丁二醇，然后在脫水劑對(duì)甲苯磺酸作用下，經(jīng)環(huán)合反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物。

方法2：由異丙醇和3-甲醛四氫呋喃經(jīng)轉(zhuǎn)移催化氫化反應(yīng)得到目標(biāo)產(chǎn)物[4]。

方法3：2,2-二甲基-5-溴乙基-1,3-二氧六環(huán)或5-溴乙基-1,3-二氧六環(huán)在酸性條件下經(jīng)水解、環(huán)合制得目標(biāo)產(chǎn)物[5]。

方法4：2,3-二氫呋喃與原甲酸三甲酯由三氟化硼乙醚催化，再經(jīng)鈀碳加氫制得目標(biāo)產(chǎn)物[6]。

方法5：以丙二酸二乙酯為原料，在醇鈉作用下與環(huán)氧乙烷縮合反應(yīng)得到2-羥乙基丙二酸二乙酯，然后經(jīng)硼氫化鉀還原制得目標(biāo)化合物[7]。

方法6：環(huán)己酮與1,4-二羥基-2-丁烯反應(yīng)得到7,12-二氧螺環(huán)[5,6]-9-十二烯，然后再經(jīng)三苯基磷氯化銠催化加氫甲?；磻?yīng)制得目標(biāo)化合物[8]。

綜合比較以上6種合成路線，可知方法1在用金屬硼氫化物還原時(shí)，1mol的中間體乙烷-1,1,2-三羧酸乙酯需要還原3mol的酯基，因此金屬硼氫化物的耗量相對(duì)較大，且副產(chǎn)物偏硼酸鹽產(chǎn)出較多，生產(chǎn)成本較高；方法2和方法3的主要原料國(guó)內(nèi)生產(chǎn)無(wú)法滿足；方法4原料價(jià)格較貴，不適合工業(yè)化生產(chǎn)，且生產(chǎn)操作具有很大危險(xiǎn)性；方法5的合成方法雖然有所改進(jìn)，總收率也有很大提高，但其所用原料環(huán)氧乙烷是一種有毒的致癌物質(zhì)，且易燃易爆，不易長(zhǎng)途運(yùn)輸；方法6雖然收率高，三廢少，但生產(chǎn)設(shè)備要求高，且反應(yīng)中需要用到金屬銠作催化劑，不利于工業(yè)化生產(chǎn)。

為了解決上述制約四氫呋喃-3-甲醇生產(chǎn)的諸多問(wèn)題，本文設(shè)計(jì)了一條新的合成路線，以丙二酸二乙酯和2-氯乙醇為原料，在醇鈉作用下得到2-羥乙基丙二酸二乙酯，然后經(jīng)硼氫化鉀還原制得目標(biāo)化合物。具體合成路線如圖1所示。

圖1 四氫呋喃-3-甲醇的合成路線

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Bruker-AV500型核磁共振儀，島津GC-2014C氣相色譜儀，NEXUS870型傅立葉變換紅外光譜議，R-1001-r N型旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀，SHB-Ⅲ循環(huán)水式多用真空泵。

所用反應(yīng)溶劑及試劑均為試劑級(jí)，溫度計(jì)未校正。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 中間體2-羥乙基丙二酸二乙酯的合成

在裝有冷凝管、水銀溫度計(jì)和電動(dòng)攪拌的1000mL的反應(yīng)瓶中，加入160g丙二酸二乙酯，攪拌狀態(tài)下緩慢滴加52g乙醇鈉的乙醇溶液，滴畢并增溫至70℃反應(yīng)，然后緩慢滴加89g 2-氯乙醇，滴畢，控溫70℃反應(yīng)10h，蒸除乙醇溶劑，過(guò)濾除鹽，得到2-羥乙基-丙二酸二乙酯194g，收率為96%，純度97%。

1.2.2 中間體2-羥甲基-1,4-丁二醇的合成

取2-羥乙基-丙二酸二乙酯96g投入到裝有冷凝管、水銀溫度計(jì)和電動(dòng)攪拌500mL的反應(yīng)瓶中，加入200mL的甲醇作為溶劑，然后分批加入52g硼氫化鉀，控溫60℃反應(yīng)2h，停止反應(yīng)，經(jīng)稀鹽酸酸化處理后濾除固體物，濾液脫溶即得到2-羥甲基-1,4-丁二醇41g，收率80%，無(wú)需純化，純度97%。

1HNMR (D2O, δ: ×10-6)：δ 1.53 (2H, q,J=6Hz, CHCH2)，1.75 (1H, m, CHCH2)，3.57 (4H, d,J=6Hz,CH(CH2OH)2)，3.64 (2H, t, J=6Hz, CH2CH2OH)。

IR (vmax，cm-1)：3373，2936，1416，1054。

1.2.3 四氫呋喃-3-甲醇的合成

將制得的2-羥甲基-1,4-丁二醇41g加入裝有水銀溫度計(jì)、電動(dòng)攪拌、回流冷凝管和分水器的500mL的三頸反應(yīng)瓶中，以180mL苯為溶劑，加入5g濃硫酸和0.3g對(duì)甲苯磺酸，控溫80℃反應(yīng)5h，經(jīng)氣相色譜檢測(cè)至原料反應(yīng)完全，停止反應(yīng)。經(jīng)減壓蒸餾，72~76℃/133~266Pa收集餾分，得到四氫呋喃-3-甲醇78g，收率81%，純度98%。

1HNMR (CDCl3, TMS, δ:×10-6)：1.64(m, 1H)，2.01(m, 1H)，2.46(m, 1H)，3.14(s, 1H)，3.49~3.89(m,5H)。

IR (vmax，cm-1)：3393，2939，1414，1053。

2 結(jié)果與討論

傳統(tǒng)的四氫呋喃-3-甲醇合成[9]是用丙二酸二乙酯與氯乙酸乙酯為原料制得2-乙氧酰基-丙二酸二乙酯，再經(jīng)金屬硼氫化物還原后生成2-羥甲基-1,4-丁二醇，然后經(jīng)酸性脫水得到四氫呋喃-3-甲醇。該工藝中金屬硼氫化物使用量大，所用金屬硼氫化物與2-乙氧?；?丙二酸二乙酯的摩爾比為3∶1，反應(yīng)原料成本較高，總收率為53.5%。而本文所采用的方法是以2-氯乙醇與丙二酸二乙酯為原料，在乙醇等有機(jī)溶劑或無(wú)溶劑條件下，控溫60~80℃反應(yīng)6~10h，在乙醇鈉等堿的作用下生成2-羥乙基-丙二酸二乙酯，然后經(jīng)硼氫化鉀還原制得2-羥甲基-1,4-丁二醇，隨后在脫水劑的作用下經(jīng)脫水反應(yīng)制得四氫呋喃-3-甲醇，總收率由文獻(xiàn)報(bào)道[9]的53.5%提高到62%，制備成本大幅下降，有利于工業(yè)化生產(chǎn)。在中間體2-羥乙基-丙二酸二乙酯的合成中，本文還考察了丙二酸二乙酯和2-氯乙醇的物料比對(duì)反應(yīng)總收率的影響，結(jié)果如表1所示。當(dāng)總收率最高為62%時(shí)，丙二酸二乙酯和2-氯乙醇的物料比為1∶1.1時(shí)最優(yōu)。

表1 物料比對(duì)反應(yīng)總收率的影響

此外，文獻(xiàn)報(bào)道，在最后一步的酸催化關(guān)環(huán)反應(yīng)中，催化劑多采用對(duì)甲基苯磺酸、多聚磷酸、硫酸、乙酸等體系。本文嘗試了采用對(duì)甲苯磺酸和硫酸的混合體系參與催化反應(yīng)，獲得了很高的催化效率和反應(yīng)收率，有效避免了硫酸等體系催化反應(yīng)時(shí)焦化現(xiàn)象的出現(xiàn)。

3 結(jié)論

本文以2-氯乙醇和丙二酸二乙酯為原料，經(jīng)縮合、還原反應(yīng)制得目標(biāo)產(chǎn)物四氫呋喃-3-甲醇，并經(jīng)氫譜、紅外等手段對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行了表征，與目標(biāo)化合物結(jié)構(gòu)一致。本路線的優(yōu)點(diǎn)在于，不僅還原劑硼氫化鉀的用量減少（理論摩爾數(shù)減少了1/3），且原料易得，三廢量有所降低，操作安全，與現(xiàn)有文獻(xiàn)報(bào)道合成路線相比，制備成本大幅下降，有利于殺蟲劑呋蟲胺的工業(yè)化生產(chǎn)。

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