丙二酸二乙酯的制备

背景及概述^[1][2]

丙二酸及其衍生物广泛用于制药、香料、食品添加剂、聚酯等工业，是重要的精细化工原料和中间体。尤其是在医药中间体方面，丙二酸二乙酯广泛用于合成巴比安酸、氨基酸、维生素B1、B2和B6，安眠药物和苯基保泰松等多种药物。

理化性质及结构^[1]

丙二酸二乙酯是一种重要的精细化工原料，由于其分子中的亚甲基氢容易被多种基团所取代，进而生成多种重要的衍生物，被广泛应用于各种化工生产领域，包括食品、医药、农药、工业染料、液晶材料等行业。近年来，随着国内外对丙二酸二乙酯的下游产品开发应用进一步深入，对丙二酸二乙酯的需求量急剧增加，国内丙二酸二乙酯需求量较大。

丙二酸二乙酯

制备^[2]

目前，工业生产丙二酸及其酯的方法主要是由氯乙酸与氰化钠反应，然后水解、酯化后得到的。该法除工艺流程长外，还使用了剧毒物质氰化钠，给操作和废液处理带来了极大的困难。为此，近些年来相继开发出了一些新的丙二酸及其衍生物的合成方法，如丙烯或丙烯腈氧化法(Phys,Chem.225,517,1974)，以乙烯酮为原料的合成法(EP6611,1978)、醋酸钾或醋酸酯的羰化法(JP 46-26926,1971)和卤代乙酸酯的羰化法(DE2359963,1975,DE2524389,1976,DE2553931,1977)。此外，还有以负载于活性炭上的RhCl3·3H2O为催化剂，通过氯乙酸酯的气相羰化反应合成丙二酸酯(Bull.Chem.Soc.Jpn.,58,3082,1985)；在固一液相转移条件下分别使用(PPh3)2PdCl2(双-三苯基膦二氯化钯)(Appl.Catal.,32,357,1987)和Co2(CO)8或CoCl2(Synth.Commun.,20,2631,1990)作催化剂，在温和的条件下得到了高产率的丙二酸酯。通常Fe、Co、Ni、Rh和Pd等Ⅷ族过渡元素的络合物应用作卤代乙酸酯羰化反应合成丙二酸及其衍生物的催化剂(Organometallics,5,947,1986.OrganicSynthesis via Metal Carbonyls,Vol.2,297-516,1977,DE 2606655,1977)，其中，以羰基钴络合物最为常用，且大多以Co2(CO)8为催化剂前体。还有研究表明，二溴甲烷和二碘甲烷也能够在Co、Pd和Rh等催化剂存在下，进行羰化酯化反应，生成丙二酸二酯(Chem.Lett.,335,1990；J.Chem.Soc.,Chem.commun.,745,1994；J.Organomet.Chem.,520,253,1996)。

具体方法：

方法一：

羰化酯化反应在25ml内衬玻璃套管的不锈钢高压釜中进行。将2.1×10-2mmol的(Cp*RhCI)2,0.2ml(1.87mmol)ClCH2COOC2H5,0.27ml(1.94mmol)Et3N,0.12ml(2.0mmol)EtOH,20mg(0.12mmol)KI,5ml甲苯加入反应釜中，混合均匀。上紧釜盖，充1.0MPa一氧化碳洗釜5次，然后充入2.0MPa一氧化碳。将反应釜置于恒温油浴中于115℃下反应，电磁搅拌。反应48小时，取出反应釜，自然冷却至室温，产物经气相色谱分析得出反应结果为：转化率96.5％，选择76.6％，产率73.9％。

方法二：

在不锈钢高压釜中，加入氯乙酸乙酯(1mol)，磁性硅胶固载钴金属配合物乙酸盐(5g)，氨水(1.1mol)，乙醇(2mol)，混合均匀，用一氧化碳置换釜中空气4次，然后充入一氧化碳维持压力在1.0MPa，加热升温至60℃，搅拌反应2小时。冷却、过滤分离产物和回收催化剂，滤液精馏得到产物丙二酸二乙酯，产率82％。GC-MS分析结果表明，丙二酸二乙酯纯度96.8％。

提纯方法

于250ml的四口烧瓶中加入丙二酸二乙酯80g(93.5％)杂质含量0.51％，正己烷144.0g[丙二酸二乙酯∶正己烷＝1∶1.8(w/w)]，活性炭4g，升温到30℃。过滤，滤液冷到-10～-5℃，有大量白色固体析出，搅拌45分钟，过滤得粗品77g。于60℃/0.8MPa减压蒸去溶剂，得无色透明液体71.6g，纯度97.3％，杂质含量0.092％，溶剂残留小于0.1％。收率93.1％。

于250ml的四口烧杯中加入丙二酸二乙酯70g(97.3％)杂质含量0.092％，正己烷126.0g[丙二酸二乙酯∶正己烷＝1∶1.8(w/w)]，升温到30℃，搅拌30分钟。冷到-10℃～-5℃，有大量白色固体析出，搅拌30分钟，过滤得粗品74g。于80℃/0.8MPa减压蒸去溶剂，得无色透明液体67g，纯度99.6％，杂质含量0.03％，溶剂残留小于0.1％。收率98.0％。

主要参考资料

[1] 王升文, & 李继忠. (2007). 活性炭负载磷钨酸催化合成丙二酸二乙酯的研究. 工业催化, 15(7), 35-35.

[2] 鲁亚琳, & 宋伟红. (2004). Catalyzed carbonylation for synthesis of diethyl malonates%催化羰基化合成丙二酸二乙酯. 南京理工大学学报(自然科学版), 028(006), 658-662.

[3] 喻宗沅, 向晖, & 袁华. (1995). 固-液相转移催化羰基化合成丙二酸二乙酯. Chin.j.org.chem, 15(5), 516-519.