通过更环保的乙腈中Steglich酯化法合成酯

本实验的总体目标是为一种常见的酯化反应提供一种更环保的方法，该方法在学术和工业应用中的酯类合成方面具有实用价值。我们的方法可用于通过将羧酸与伯醇、仲醇或酚偶联，高效且温和地合成酯类化合物。该技术的主要优势在于，它避免了使用有害的氯化物或酰胺类反应溶剂，并且在不牺牲反应速率或产物纯度的前提下，最大限度地减少了纯化过程中的溶剂废弃物。

本实验操作将由我实验室的本科研究人员 Andrew Lutjen 和 Mackenzie Quirk 演示。首先，在一个 50 毫升圆底烧瓶中加入反式肉桂酸、DMAP 和 EDC。然后向混合物中加入 15 毫升乙腈、98 微升 3-甲氧基苯甲醇以及一根磁力搅拌子。

将烧瓶固定在40摄氏度水浴中并搅拌反应。使用乙酸乙酯和己烷作为展开剂，通过薄层色谱（TLC）监测反应进程。反应完成后，使用旋转蒸发仪在减压条件下除去乙腈，得到粗品固体。

向残留物中加入20毫升二乙醚和20毫升1摩尔盐酸。轻轻摇动烧瓶，使残留物溶解于溶剂层中。随后，将溶液倒入分液漏斗中。

用5毫升乙醚冲洗蒸发烧瓶，并将洗涤液加入分液漏斗中。轻轻振荡分液漏斗，使产物萃取到乙醚层中，期间定期排气。静置分层后，打开活塞，从漏斗底部将水层排出至锥形瓶中。

向分液漏斗中剩余的有机层加入20毫升1摩尔盐酸，轻轻摇动分液漏斗，并定期排气。静置分层后，将下层水相从漏斗底部放出，收集至锥形瓶中。随后依次用饱和碳酸氢钠溶液和饱和氯化钠溶液重复洗涤操作。

完成洗涤步骤后，将分液漏斗中的有机相转移至一个洁净的锥形瓶中。用硫酸镁干燥该有机相。然后通过滤纸将溶液重力过滤至一个已称重的蒸发瓶中。

随后，使用旋转蒸发仪在减压条件下除去乙醚溶剂。取产物样品，通过氘代氯仿中的氢核磁共振（¹H NMR）和碳核磁共振（¹³C NMR）光谱法以及质谱法进行分析。在50毫升圆底烧瓶中，加入反式肉桂酸、DMAP和EDC。

向混合物中加入15毫升乙腈和157毫克二苯甲醇，并放入一根磁力搅拌子。用夹具固定烧瓶，在室温下搅拌反应24小时。将空气冷凝管插入烧瓶口，以减少溶剂挥发。

反应完成后，按照前述方法进行萃取后处理和洗涤步骤。在50毫升圆底烧瓶中，加入癸酸、DMAP和EDC。再向混合物中加入15毫升乙腈、157毫克二苯甲醇以及一枚磁力搅拌子。

将烧瓶固定，于室温下搅拌反应24小时。在烧瓶口插入空气冷凝管，以减少溶剂挥发。反应完成后，按前述方法进行萃取后处理和洗涤步骤。

通过改进的Steglich酯化反应，无需柱层析即可得到3-甲氧基苄基肉桂酸酯，产率为90%，经氢谱和碳谱核磁共振波谱分析确认。化合物9至17采用类似的方法合成，产率为77%至90%。所有化合物均通过核磁共振波谱和高分辨质谱分析，核磁共振分析结果显示其纯度与3-甲氧基苄基肉桂酸酯相当。针对伯醇，对反应条件进行了微调，以获得化合物12至17的最佳产率和纯度。

对于仲醇的反应，延长了反应时间以确保反应完全。在癸酸反应中，当酯类化合物12和17使用1.2当量羧酸与1当量醇（包括伯醇和仲醇）反应时，所得酯中存在癸酸杂质。通过将癸酸与醇采用1:1的摩尔比，并略微延长反应时间，该杂质问题得以解决。

这些条件可得到纯净的酯类产物，质子核磁共振谱中2.35 ppm处杂质信号的消失即表明这一点。与任何有机合成方法一样，进行该操作时应查阅化学品的安全数据表，并使用适当的个人防护装备和设施。