4-吡唑甲酸乙酯，英文名為Ethyl pyrazole-4-carboxylate，常溫常壓下為白色或者淺黃色結晶固體，不溶于水，微溶于丙酮，在強極性有機溶劑中溶解性較好。4-吡唑甲酸乙酯屬于吡唑類衍生物，具有一定的堿性，常用作有機合成中間體和制藥行業(yè)中的雜質對照品，多用于合成吡唑類生物活性分子。
結構性質
4-吡唑甲酸乙酯中的吡唑環(huán)和羰基都是常見的反應中心，可以進行親核取代反應、加成反應、羰基反應等多種化學反應。此外，酯基也可參與酯交換反應、水解反應等反應。該吡唑環(huán)中的氮原子具有一定的堿性。吡唑環(huán)上的氮原子上帶有一個孤對電子，可以與質子結合形成吡唑類堿，從而表現(xiàn)出一定的堿性。此外，吡唑環(huán)上的氮原子也可以與金屬離子配位形成配合物，表現(xiàn)出更強的堿性。需要注意的是，4-吡唑甲酸乙酯的堿性并不強，其堿性比一般的胺要弱，因為吡唑環(huán)上的孤對電子有一定的局部化，不像螺旋槳狀分子中氮原子的孤對電子那樣高度局部化，因此其堿性相對較弱。
穩(wěn)定性
4-吡唑甲酸乙酯在常溫下相對穩(wěn)定，但在高溫、光照、強酸或強堿的條件下容易發(fā)生分解或反應。該化合物在酸性和中性條件下相對穩(wěn)定，但在堿性條件下易于水解和酯交換反應。因此該化學品應儲存在陰涼、干燥、通風的地方，避免高溫和直接陽光照射，通常建議儲存在室溫下。
合成方法
圖1 4-吡唑甲酸乙酯的合成路線
在一個干燥的1升的反應燒瓶中，將(乙氧羰基)丙二醛( 4.80 g , 33.3 mmol)溶于干燥的無水乙醇( 100 cm3 )中，然后在劇烈攪拌的情況下將所得的溶液加入到二氫肼( 4.00 g , 38.1 mmol)的乙醇( 60 cm3 )的懸浮液中。將所得的反應混合物在0℃下攪拌反應2小時，然后將其轉移至室溫環(huán)境下，并在室溫下攪拌反應30小時。反應結束后將反應混合物蒸發(fā)至干，然后往反應混合物中加入碳酸氫鈉水溶液與乙酸乙酯混合液，搖晃兩相，分離出有機層并用乙酸乙酯萃取水層兩次，合并所有的有機層并將其用鹽水洗滌。用無水硫酸鈉干燥有機層，過濾除去干燥劑并將所得的濾液在減壓下蒸干，即可得到目標產物分子吡唑-4-羧酸乙酯。[1]
應用
4-吡唑甲酸乙酯是一種常用的有機合成中間體，以4-吡唑甲酸乙酯為起始原料，可以通過酸催化下的酯水解反應得到4-吡唑甲酸。4-吡唑甲酸可以作為吡唑類化合物的重要中間體，通過進一步反應合成各種生物活性分子，也可以用于合成一系列的含有吡唑單元的殺蟲劑、除草劑、殺菌劑和抗癌藥物等。其結構中的吡唑氮原子具有一定的親核性可以和烷基碘化物或者烷基溴化物進行親核取代反應，得到一系列吡咯衍生物。4-吡唑甲酸乙酯的酯基可以在堿性條件或酸性條件下水解，產生相應的醇和甲酸。此外，結構中的酯基可以和其他醇反應，發(fā)生酯交換反應，生成新的酯化合物。這種反應通常需要催化劑的存在，如硫酸或氫氧化鈉等。[2]
圖2 4-吡唑甲酸乙酯的應用
在一個干燥的100毫升的反應燒瓶中，將4 -吡唑甲酸乙酯( 2.00 g , 14.3 mmol)加入到NaOH ( 0.570 g , 14.3 mmol)的水溶液( 20 mL )中，然后將所得的反應混合物加熱至回流，并在回流狀態(tài)下攪拌反應2 h，然后在0℃下往反應混合物中滴加鹽酸水溶液( 37.5 % w / v , 2.4 m L)水溶液，過濾收集沉淀物并用0 °C水洗滌，所得的產物在真空下濃縮蒸發(fā)干燥即可得到目標產物分子。[3]
參考文獻
[1] Allin, Steven M. et al Tetrahedron, 64(33), 7745-7758; 2008
[2] Spyvee, Mark Rex et al PCT Int. Appl., 2021102410, 27 May 2021
[3] Whitehouse, Andrew J. et al ChemRxiv, 1-79; 2019