阅读说明：本技术 微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的方法 (Method for synthesizing 4-bromomethyl-5-methyl-1, 3-dioxole-2-one under catalysis of microwave and ionic liquid ) 是由 侯乐伟 宋君 王君伟 于 2020-12-30 设计创作，主要内容包括：本发明涉及有机合成技术领域,具体涉及一种微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的方法。以4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮为原料,加入至有机溶剂中,在离子液体催化剂和微波辐射作用下,加入溴素,进行溴代反应；所得反应液经减压蒸馏、精馏得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮。本发明在离子液体催化剂和微波辐射的共同作用下,加快了溴素的极化,解决了溴素选择性差的问题,避免了多溴代物的生成,提高了产品收率和纯度；生产过程简化,反应条件温和,采用的lewis酸性离子液体可以回收利用,避免了高价格溴代试剂的使用,降低了生产成本,有利于工业化生产。(The invention relates to the technical field of organic synthesis, in particular to a method for synthesizing 4-bromomethyl-5-methyl-1, 3-dioxole-2-one under catalysis of microwave and ionic liquid. Adding 4, 5-dimethyl-1, 3-dioxol-2-one serving as a raw material into an organic solvent, and adding bromine under the action of an ionic liquid catalyst and microwave radiation to perform bromination reaction; the obtained reaction liquid is subjected to reduced pressure distillation and rectification to obtain the 4-bromomethyl-5-methyl-1, 3-dioxole-2-ketone. Under the combined action of the ionic liquid catalyst and microwave radiation, the polarization of bromine is accelerated, the problem of poor selectivity of bromine is solved, the generation of multi-bromine substitutes is avoided, and the yield and the purity of products are improved; the production process is simplified, the reaction condition is mild, the adopted Lewis acidic ionic liquid can be recycled, the use of a high-price bromization reagent is avoided, the production cost is reduced, and the industrial production is facilitated.)

微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环 戊烯-2-酮的方法

技术领域

本发明涉及有机合成技术领域，具体涉及一种微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的方法。

背景技术

4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮作为很多药物合成的关键中间体，主要通过与一些药效基团进行特定的化学反应后，较大程度地提高药效，降低药物副作用。近年来通过对各种药物的结构修饰而不断开发出了一系列疗效好、毒副作用少、稳定性好的酯类药物，如：抗高血压类奥美沙坦、抗生素仑氨西林、抗生素普卢利沙星等。

有关4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的合成方法主要以4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮为原料，有以下几条合成路线：

(1)溴素为溴代试剂，如专利JP58152879，US4428806等，溴素虽已在工业上广泛应用，但由于溴素溴代的选择性较差，易生成多溴代物，从而导致收率和纯度较低。

(2)N-溴代丁二酰亚胺(NBS)为溴代试剂，4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮为原料合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，如中国专利CN101250179A公开一种4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的化学合成方法：以4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮为原料，以N-溴代丁二酰亚胺为溴代试剂，在引发剂存在下于有机溶剂中进行反应，反应结束后反应液经分离纯化，得到所述的4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，该方法选择性较好，但用到价格较贵的NBS，不利于工业化生产。

因此，亟需提供一种溴代反应的选择性好，降低多溴代物的生成，生产成本低，有利于工业化生产的4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的合成方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的方法，在离子液体催化剂和微波辐射作用下，加快了溴素的极化，提高了溴代反应的选择性，生产过程简化，反应条件温和，产品纯度较高。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

所述的微波协同离子液体催化合成4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的方法：以4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮为原料，加入至有机溶剂中，在离子液体催化剂和微波辐射作用下，加入溴素，进行溴代反应；所得反应液经减压蒸馏、精馏得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮。

其中：

微波功率为50～160W，优选微波功率为50～60W，更优选微波功率为60W；微波辐射时间为30～120min，优选微波辐射时间为30～50min。

离子液体催化剂为lewis酸性离子液体催化剂，所述的。lewis酸性离子液体催化剂为吡啶盐酸盐-三氯化铝离子液体[Py]Cl-AlCl₃、盐酸三乙胺-三氯化铝离子液体Et₃NHCl-AlCl₃或吡啶盐酸盐-氯化锌离子液体[Py]Cl-ZnCl₂。

离子液体催化剂的用量为4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮质量的5～20％。

溴素的用量为4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮质量的0.7～1.5倍。

有机溶剂为丙酮、二氯甲烷或乙腈，优选丙酮或乙腈。

有机溶剂与4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮的用量比为10:1～1.2，其中有机溶剂以ml计，4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮以g计。

离子液体的蒸汽压低，不易挥发。本发明精馏出4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品后，剩余的母液中加入去离子水，搅拌，静止分层，上层液体转移至单口圆底烧瓶中，旋蒸除水，用乙醚洗涤3次，在100℃下真空干燥2～3h，得到离子液体催化剂，循环利用。

本发明的反应过程为：

本发明的有益效果如下：

(1)微波辅助有机合成技术是一种新型的绿色化学合成方法，用于有机合成，能够极大地缩短反应时间。离子液体具有极高的极化率，可以很好地吸收微波能量，使得反应体系的温度快速上升高，微波辅助离子液体法同时具备微波法和离子液体催化的优点。

(2)与现有技术相比，本发明采用lewis酸性离子液体为催化剂，反应液中的溴素能够被转移至有机相中，提高有机相中溴素的浓度，加快反应正向进行，而且能够更加快速反应液中溴素的极化，降低溴代反应时间；同时抑制二溴代副产物产生，且产物与离子液体容易分离。采用的微波辅助法属于内加热，对反应体系的加热更加均匀，从而避免了由于反应体系中某个位点温度过高导致4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮串联反应生成多溴代物，使得溴代反应的选择性较好，同时能够得到含量较高的4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品。

(3)本发明在离子液体催化剂和微波辐射的共同作用下，加快了溴素的极化，解决了溴素选择性差的问题，避免了多溴代物的生成，提高了产品收率和纯度；生产过程简化，反应条件温和，采用的lewis酸性离子液体可以回收利用，避免了高价格溴代试剂的使用，降低了生产成本，有利于工业化生产。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明做进一步描述。

实施例1

在60W微波辐射下，向500mL三口圆底烧瓶中依次加入24g 4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，200mL丙酮，搅拌溶解后加入3.4g吡啶盐酸盐-三氯化铝离子液体[Py]Cl-AlCl₃，继而加入17g溴素，反应45min，所得反应液减压去除溶剂得到粗品，粗品精馏后得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮37.5g，收率为91％，纯度为98.7％。精馏出4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品后，剩余的母液中加入去离子水，搅拌，静止分层，上层液体转移至单口圆底烧瓶中，旋蒸除水，用乙醚洗涤3次，在100℃下真空干燥2h，得到离子液体催化剂，循环利用。

实施例2

在60W微波辐射下，向500mL三口圆底烧瓶中依次加入24g 4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，200mL乙腈，搅拌溶解后加入1.8g盐酸三乙胺-三氯化铝离子液体Et₃NHCl-AlCl₃，继而加入30g溴素，反应45min，所得反应液减压去除溶剂得到粗品，粗品精馏后得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮37.7g，收率为90.8％，纯度为97.8％。精馏出4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品后，剩余的母液中加入去离子水，搅拌，静止分层，上层液体转移至单口圆底烧瓶中，旋蒸除水，用乙醚洗涤3次，在100℃下真空干燥3h，得到离子液体催化剂，循环利用。

实施例3

在160W微波辐射下，向500mL三口圆底烧瓶中依次加入24g 4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，200mL二氯甲烷，搅拌溶解后加入1.8g吡啶盐酸盐-氯化锌离子液体[Py]Cl-ZnCl₂，继而加入20g溴素，反应30min，所得反应液减压去除溶剂得到粗品，粗品精馏后得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮37.4g，收率为91％，纯度为98.9％。精馏出4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品后，剩余的母液中加入去离子水，搅拌，静止分层，上层液体转移至单口圆底烧瓶中，旋蒸除水，用乙醚洗涤3次，在100℃下真空干燥2.5h，得到离子液体催化剂，循环利用。

实施例4

在100W微波辐射下，向500mL三口圆底烧瓶中依次加入24g 4,5-二甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮，240mL丙酮，搅拌溶解后加入3.4g吡啶盐酸盐-三氯化铝离子液体[Py]Cl-AlCl₃，继而加入17g溴素，反应100min，所得反应液减压去除溶剂得到粗品，粗品精馏后得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮37.8g，收率为92％，纯度为98.4％。精馏出4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮产品后，剩余的母液中加入去离子水，搅拌，静止分层，上层液体转移至单口圆底烧瓶中，旋蒸除水，用乙醚洗涤3次，在100℃下真空干燥2h，得到离子液体催化剂，循环利用。

对比例1

不添加吡啶盐酸盐-三氯化铝离子液体[Py]Cl-AlCl₃，其余步骤同实施例1。得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮25.4g，收率为50％，纯度为80.3％。

对比例2

不使用微波辐射，其余步骤同实施例1。得到4-溴甲基-5-甲基-1,3-二氧杂环戊烯-2-酮28.6g，收率为58％，纯度为81.9％。