2-吡啶甲酸乙酯的制备

发布日期:2022/8/24 10:39:07

背景及概述

2-吡啶甲酸乙酯又名吡啶-2-甲酸乙酯，是一种重要的有机合成中间体，医药工业上用于制卡波卡因药物，市场需求量大。2-吡啶甲酸乙酯英文名称：ethyl pyridine-2-carboxylate，中文别名：吡啶-2-甲酸乙酯，CAS号：2524-52-9，分子式：C8H9NO2，分子量：151.163，外观与性状：透明至略黄色液体，密度：1.119 g/mL at 25 °C(lit.)，沸点：240-241 °C(lit.)。

制备

国内有很多厂家生产，主要工艺为：将2-甲基吡啶溶于水，激烈搅拌下分批加入高锰酸钾使其在水溶液中反应，待全部高锰酸钾反应完后加浓HCl 调节 pH 值，然后用苯煮沸2h 提取产物2-吡啶甲酸，后经乙醇醇解反应制备目标化合物2-吡啶甲酸乙酯[1]。其合成反应式如下图：

图1 2-吡啶甲酸乙酯的合成反应式

实验操作：

2-吡啶甲酸的制备

在装有电磁搅拌器、回流冷凝管和温度计的500ml 的三口烧瓶中，加入10ml2-甲基吡啶（化学计量）、一定比例的纯化水和苯的混和溶液、一定体积比的相转移催化剂，另加入10ml 冰醋酸，分批加入预先称好的36g高锰酸钾，加热回流。全部高锰酸钾反应完后，趁热过滤，沉淀用热水洗涤两次，每次5ml，合并滤液（如果滤液带有紫红色，可加入少量亚硫酸氢钠），用 HCl 调节滤液 pH＝3．1～3．5，然后在水浴上减压蒸馏，蒸干后以冰醋酸提取产物并重结晶，回收苯和醋酸（可循环利用）。

催化剂固体超强酸 SO 2 -4 / TiO 2 /La 3+ 的制备

取一定量的四氯化钛溶液, 快速用 12%的稀氨水水解至溶液呈碱性, 沉淀完毕, 静置 24 h, 抽滤, 用蒸馏水不断洗涤沉淀至无氯离子, 用红外灯烘干后, 研磨成小于 100 目的 TiO 2 粉末。将一定量的 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, 再将二氧化钛浸泡于其中 14 h, 抽滤, 用红外灯烘干后, 于 450～ 500℃活化 3 h , 置于干燥器中备用。

2-吡啶甲酸乙酯的制备

在装有搅拌器、温度计和回流冷凝管的四口烧瓶中, 加入一定量的 2-吡啶甲酸、无水乙醇和催化剂固体超强酸 SO 2-4 / TiO 2 /La 3+ , 水浴加热回流反应。反应结束后, 冷却, 过滤。滤液用无水硫酸镁干燥, 然后常压蒸馏除去未反应的乙醇。过滤后的固体用饱和碳酸钠溶液洗涤, 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烧瓶中, 继续蒸出乙酸乙酯, 待常压蒸不出液体时, 再减压蒸馏, 收集 b.p.122℃/1.6 kPa 左右的馏分为产品。产品的红外光谱与标准图谱一致。固体超强酸催化剂回收再利用。

结果与讨论

2-吡啶甲酸制备的影响

加入相转移催化剂后，K ＋与其形成包含络合物，然后被带入有机相中，负离子则以“裸露”状态与该络合物形成离子对，在静电引力的作用下，高锰酸根离子也转入有机相，在酸性的有机相中，高锰酸根离子氧化能力增强，使反应速度加快。

反应时间对酯化率的影响

采用 10 g 2-吡啶甲酸、250 ml 无水乙醇和 3 .5 g固体超强酸 SO 2 -4 /TiO 2 /La 3+ , 水浴加热回流, 测定不同时间的酯化率, 结果可知, 随着反应时间的延长, 酯化率逐渐提高, 反应时间为 12 h。

催化剂用量对酯化率的影响

采用 10 g 2-吡啶甲酸和 250 ml 无水乙醇反应, 反应时间为 12 h, 改变固体超强酸SO 2-4 /TiO 2 / La 3 + 的用量进行实验, 结果可知, 随着催化剂用量的增加, 酯化率提高。催化剂催化作用较强, 只需使用少量催化剂就具有较高的酯化率, 这是因为固体超强酸比表面积大, 表面酸浓度高。较理想的催化剂用量为 3.5 g 。