背景及概述

2-吡啶甲酸乙酯又名吡啶-2-甲酸乙酯，是一種重要的有機(jī)合成中間體，醫(yī)藥工業(yè)上用于制卡波卡因藥物，市場需求量大。2-吡啶甲酸乙酯英文名稱：ethyl pyridine-2-carboxylate，中文別名：吡啶-2-甲酸乙酯，CAS號：2524-52-9，分子式：C8H9NO2，分子量：151.163，外觀與性狀：透明至略黃色液體，密度：1.119 g/mL at 25 °C(lit.)，沸點(diǎn)：240-241 °C(lit.)。

制備

國內(nèi)有很多廠家生產(chǎn)，主要工藝為：將2-甲基吡啶溶于水，激烈攪拌下分批加入高錳酸鉀使其在水溶液中反應(yīng)，待全部高錳酸鉀反應(yīng)完后加濃HCl 調(diào)節(jié) pH 值，然后用苯煮沸2h 提取產(chǎn)物2-吡啶甲酸，后經(jīng)乙醇醇解反應(yīng)制備目標(biāo)化合物2-吡啶甲酸乙酯[1]。其合成反應(yīng)式如下圖：

圖1 2-吡啶甲酸乙酯的合成反應(yīng)式

實(shí)驗(yàn)操作：

2-吡啶甲酸的制備

在裝有電磁攪拌器、回流冷凝管和溫度計(jì)的500ml 的三口燒瓶中，加入10ml2-甲基吡啶（化學(xué)計(jì)量）、一定比例的純化水和苯的混和溶液、一定體積比的相轉(zhuǎn)移催化劑，另加入10ml 冰醋酸，分批加入預(yù)先稱好的36g高錳酸鉀，加熱回流。全部高錳酸鉀反應(yīng)完后，趁熱過濾，沉淀用熱水洗滌兩次，每次5ml，合并濾液（如果濾液帶有紫紅色，可加入少量亞硫酸氫鈉），用 HCl 調(diào)節(jié)濾液 pH＝3．1～3．5，然后在水浴上減壓蒸餾，蒸干后以冰醋酸提取產(chǎn)物并重結(jié)晶，回收苯和醋酸（可循環(huán)利用）。

催化劑固體超強(qiáng)酸 SO 2 -4 / TiO 2 /La 3+ 的制備

取一定量的四氯化鈦溶液, 快速用 12%的稀氨水水解至溶液呈堿性, 沉淀完畢, 靜置 24 h, 抽濾, 用蒸餾水不斷洗滌沉淀至無氯離子, 用紅外燈烘干后, 研磨成小于 100 目的 TiO 2 粉末 。將一定量的 La 2 O 3 溶于 1.85 mol·l -1 的稀硫酸中, 配成 0 .069 mol·l -1 La 3 + 的溶液, 再將二氧化鈦浸泡于其中 14 h, 抽濾, 用紅外燈烘干后, 于 450～ 500℃活化 3 h , 置于干燥器中備用 。

2-吡啶甲酸乙酯的制備

在裝有攪拌器、溫度計(jì)和回流冷凝管的四口燒瓶中, 加入一定量的 2-吡啶甲酸、無水乙醇和催化劑固體超強(qiáng)酸 SO 2-4 / TiO 2 /La 3+ , 水浴加熱回流反應(yīng)。反應(yīng)結(jié)束后, 冷卻, 過濾。濾液用無水硫酸鎂干燥, 然后常壓蒸餾除去未反應(yīng)的乙醇。過濾后的固體用飽和碳酸鈉溶液洗滌, 再用少量乙酸乙酯萃取 6 次, 每次40 ml。合并萃取液后加入到蒸完乙醇的燒瓶中, 繼續(xù)蒸出乙酸乙酯, 待常壓蒸不出液體時, 再減壓蒸餾, 收集 b.p.122℃/1.6 kPa 左右的餾分為產(chǎn)品。產(chǎn)品的紅外光譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜一致 。固體超強(qiáng)酸催化劑回收再利用 。

結(jié)果與討論

2-吡啶甲酸制備的影響

加入相轉(zhuǎn)移催化劑后，K ＋ 與其形成包含絡(luò)合物，然后被帶入有機(jī)相中，負(fù)離子則以“裸露”狀態(tài)與該絡(luò)合物形成離子對，在靜電引力的作用下，高錳酸根離子也轉(zhuǎn)入有機(jī)相，在酸性的有機(jī)相中，高錳酸根離子氧化能力增強(qiáng)，使反應(yīng)速度加快。

反應(yīng)時間對酯化率的影響

采用 10 g 2-吡啶甲酸 、250 ml 無水乙醇和 3 .5 g固體超強(qiáng)酸 SO 2 -4 /TiO 2 /La 3+ , 水浴加熱回流, 測定不同時間的酯化率, 結(jié)果可知, 隨著反應(yīng)時間的延長, 酯化率逐漸提高, 反應(yīng)時間為 12 h。

催化劑用量對酯化率的影響

采用 10 g 2-吡啶甲酸和 250 ml 無水乙醇反應(yīng), 反應(yīng)時間為 12 h, 改變固體超強(qiáng)酸SO 2-4 /TiO 2 / La 3 + 的用量進(jìn)行實(shí)驗(yàn), 結(jié)果可知, 隨著催化劑用量的增加, 酯化率提高。催化劑催化作用較強(qiáng), 只需使用少量催化劑就具有較高的酯化率, 這是因?yàn)楣腆w超強(qiáng)酸比表面積大, 表面酸濃度高。較理想的催化劑用量為 3.5 g 。

參考文獻(xiàn)

[1] 王海棠, 王詠心, 潘志權(quán).一種合成 2-吡啶甲酸的新方法[ J] .湖北化工, 2001, ( 2) :26-27.