專利名稱：一種可具有取代基的環(huán)酸酐的合成方法
技術領域：
本發(fā)明屬有機化學技術領域，具體涉及一種可具有取代基的環(huán)酸酐(I )的合 成方法。
<formula>formula see original document page 4</formula>
式中X和Y相同或不同，表示氫、可具有單取代基或多取代基的C1 C20 烷基、可具有單取代基或多取代基的C6-C10芳基、可具有單取代基或多取代基 的芳垸基或者可具有單取代基或多取代基的雜芳基，或者X和Y可以與各自相 連接的碳原子一起形成可具有單取代基或多取代基的C4~C10脂族雜環(huán)。
背景技術：
可具有取代基的環(huán)酸酐(I )是一類重要的有機合成中間體，例如順-1， 3-二芐基咪唑啉-2-酮-2H-呋喃并[3，4-d]咪唑-2,4，6-三酮是合成(+ )-生物素((+) -Biotin，維生素H)的關鍵中間體。
現(xiàn)有技術公開了有關可具有取代基的環(huán)酸酐(I )的合成方法，但仍具有如下 缺陷
美國專利2489232公開了 1, 3-二芐基咪唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸與乙酸酐 脫水關環(huán)制備順-1， 3-二芐基咪唑啉-2-酮-2H-呋喃并[3， 4-d]咪唑-2， 4， 6-三酮的方 法，但其中的反應條件和收率均未披露，陳芬兒等(高等學?；瘜W學報,2001，22， 1141)發(fā)現(xiàn)l， 3-二芐基咪唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸與乙酸酐的摩爾比例必須在 1: 3反應才能進行，收率90%，但仍有5~10%的原料未反應完全，難以得到高 純度的產(chǎn)品，通過在上述反應體系中添加催化量的磷酸可使反應在3h幾乎定量 完成，收率>98%。以上方法需要使用大量的乙酸酐，反應后形成大量的乙酸酐 和乙酸混合物，二者不易分離套用，并且對反應設備的耐腐蝕性要求高，嚴重危 害環(huán)境。
中國專利101245069公開了將1， 3-二取代芐基咪唑啉-2-酮-順-4, 5-二羧酸與酰鹵在無溶劑條件下發(fā)生脫水、關環(huán)反應制得順-1, 3-二取代芐基咪唑啉-2-酮 -211-呋喃并[3,4-￡1]咪唑-2，4，6-三酮(I )的方法。該法的缺陷仍然是產(chǎn)生大量腐 蝕性的酸，對反應設備要求高。
WO2008071696公開了添加催化量的有機酸或無機酸使1， 3-二節(jié)基咪唑啉 -2-酮-順-4, 5-二羧酸發(fā)生脫水、關環(huán)反應制衝頓-1, 3-二取代芐基咪唑啉-2-酮-211-呋喃并[3, 4-d]咪唑-2， 4, 6-三酮(I )的方法。該法雖避免使用大量具有腐蝕性 的酸，但是仍需要添加酸性脫水劑，同樣對反應設備的耐腐蝕性要求高，同時也 不利于對反應液的回收套用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術不足，提供一種高效、低成本和環(huán)境污染小 的可具有取代基的環(huán)酸酐(I )的合成方法。
X Y
(I)
式中X和Y相同或不同，表示氫、可具有單取代基或多取代基的C1-C20 烷基，優(yōu)選C1 C10垸基、可具有單取代基或多取代基的C6~C10芳基、可具有 單取代基或多取代基的芳烷基或者可具有單取代基或多取代基的雜芳基，或者X 和Y可以與各自相連接的碳原子一起形成可具有單取代基或多取代基的C4 C10 脂族雜環(huán)。
本發(fā)明將可具有取代基的二羧酸(II)與高沸點有機溶劑共沸物帶水，使其 完全轉(zhuǎn)化為相應的環(huán)酸酐(I )。本方法不用添加任何酸性脫水劑即可反應完全， 操作簡便，產(chǎn)品純度>99.5%，收率〉99%，環(huán)境污染小，具有良好的工業(yè)化前景。
具體而言，本發(fā)明將可具有取代基的二羧酸(II)加熱至回流，把脫除的水 與高沸點有機溶劑形成的共沸物不斷的移除，冷卻反應液，過濾，濾渣即為相應 的環(huán)酸酐(I )。所述的過濾環(huán)酸酐(I )反應液得到的母液可以直接回收套用 或者制備環(huán)酸酐(I)的反應液不經(jīng)過濾處理直接用于下一步反應。
具體合成路線如下脫水，關環(huán)<formula>formula see original document page 6</formula>
式中X和Y相同或不同，表示氫、可具有取代基的C1~C20烷基、可具有 取代基的C6~C10芳基、可具有取代基的芳垸基或者可具有取代基的雜芳基，或 者X和Y可以與各自相連接的碳原子一起形成可具有取代基的C4~C10脂族雜 環(huán)。
本發(fā)明中，環(huán)酸酐(I)中X和Y優(yōu)選為與各自相連接的碳原子一起形成 可具有單取代基或多取代基的C4~C7脂族雜環(huán)，所述的C4 C7脂族雜環(huán)被=0、 =S、 =NZ (Z表示氫、C1 C20烷基、C1 C20環(huán)烷基、C6~C10芳基、雜芳基、 雜環(huán))、-OH、 -SH、 C1 C10垸基單取代或者多取代。
本發(fā)明中，可具有取代基的環(huán)酸酐(I )優(yōu)選為順-1，3-二取代芐基咪唑啉-2-酮-2H-呋喃并[3， 4-d]咪唑-2， 4,6-三酮。<formula>formula see original document page 6</formula>脫水，關環(huán)
<formula>formula see original document page 6</formula>
本發(fā)明中，所用的高沸點有機溶劑為芳香烴、鹵代烴或醚類溶劑中的一種或 幾種，選自甲苯、乙苯；鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯或該三者的任意比例混 合物，或二氧六環(huán)或二丁醚，所述溶劑來源廣泛，易于回收套用，并且價格均較 便宜。
本發(fā)明中，脫水形成環(huán)酸酐(I )相應的二羧酸(II )為1，2-環(huán)戊烷二甲酸、 1，2-環(huán)己烷二甲酸、1， 3-二芐基咪唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸。
本發(fā)明中，可具有取代基的二羧酸(II )與有機溶劑的重量體積比為1: 10~25 g/mL，在反應過程中可達到良好的溶解性能；反應溫度控制在30 130'C;適宜 的反應時間為1 15h。本發(fā)明中，所用有機溶劑優(yōu)選為甲苯。
本發(fā)明中，可具有取代基的二羧酸(II)與有機溶劑的重量體積比優(yōu)選為 l:15 20g/mL。
本發(fā)明中，反應溫度優(yōu)選在80 120'C范圍。 本發(fā)明中，反應時間優(yōu)選在6 12h。
本發(fā)明通過將可具有取代基的二羧酸(II)加熱至回流，把脫除的水與高沸 點有機溶劑形成的共沸物不斷的移除，完全轉(zhuǎn)化為相應的環(huán)酸酐(I )。反應過 程中不用添加任何酸性脫水劑，反應條件溫和、成本低、環(huán)境污染小，產(chǎn)品純度 >99.5%、收率〉99%。具有良好的工業(yè)化前景。
為了便于理解，以下將通過具體的實施例對本發(fā)明的進行詳細地描述。需要 特別指出的是，具體實例僅是為了說明，顯然本領域的普通技術人員可以根據(jù)本 文說明，在本發(fā)明的范圍內(nèi)對本發(fā)明做出各種各樣的修正和改變，這些修正和改 變也納入本發(fā)明的范圍內(nèi)。另外，本發(fā)明引用了公開文獻，這些文獻是為了更清 楚地描述本發(fā)明，它們的全文內(nèi)容均納入本文進行參考，就好像它們的全文已經(jīng) 在本文中重復敘述過一樣。
具體實施方式
實施例l
將1， 3-二節(jié)基咪唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸35.4 g， 0.10 mol和甲苯531 mL 置于反應瓶中，加熱至110。C攪拌回流帶水6h，冷卻至室溫，析出固體，過濾， 濾餅用少量甲苯淋洗，干燥得白色粉末I (33.6g，100%)， m.p.236~237 °C，含 量> 99.5%。
IR (KBr) :v=1805， 1740， 1687， 1227cm-l.
1HNMR (CDC13) :5=4.21 (s， 2H， C3a-HandC6a-H)， 4.19， 5.10(dd,4H, J=15Hz,2xCH2C6H5)， 7.26~7.39 (m， 10H, 2xArH) ppm.
EI-MS: (m/z,%) =336 (M+, 13.6)， 264 (15.6)， 173 (5.8)， 132 (10.9)， 91 (100).
實施例2
將1， 3-二芐基咪唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸(35.4 g, 0.10 mol)和二甲苯(531mL)置于反應瓶中，加熱至11(TC攪拌回流帶水6h，冷卻至室溫，析出固體，過 濾，濾餅用少量甲苯淋洗，干燥得白色粉末I (33.6g， 100%), m.p.236 237 。C， 含量> 99.5%。
IR (KBr) :v=1805， 1740， 1687， 1227cm-l.
1H畫R (CDC13) :8=4.21 (s, 2H， C3a-H and C6a-H)， 4.19, 5.10 (dd，4H, J=15Hz，2xCH2C6H5)， 7.26~7.39 (m， IOH， 2xArH) ppm.
EI-MS: (m/z,0/0) =336 (M+， 13.6), 264 (15.6)， 173 (5.8)， 132 (10.9)， 91 (IOO)。
權利要求
1、一種可具有取代基的環(huán)酸酐(I)的合成方法，其特征在于，通過如下合成路線，將可具有取代基的二羧酸(II)加熱至回流，把脫除的水與高沸點有機溶劑形成的共沸物不斷的移除，冷卻反應液，過濾，濾渣即為相應的環(huán)酸酐(I)；式中X和Y相同或不同，表示氫、可具有單取代基或多取代基的C1～C20烷基、可具有單取代基或多取代基的C6～C10芳基、可具有單取代基或多取代基的芳烷基或者可具有單取代基或多取代基的雜芳基；或者X和Y可與各自相連接的碳原子一起形成可具有單取代基或多取代基的C4～C10脂族雜環(huán)。
2、 如權利要求1所述的可具有取代基的環(huán)酸酐(I )的合成方法，其特征在 于，所述環(huán)酸酐(I )中X和Y相同或不同，表示氫、可具有單取代基或多取 代基的C1 C10烷基、可具有單取代基或多取代基的C6 C10芳基、可具有單取 代基或多取代基的芳烷基或者可具有單取代基或多取代基的雜芳基,或者X和Y 可與各自相連接的碳原子一起形成可具有單取代基或多取代基的C4 C7脂族雜 環(huán)。
3、 如權利要求2所述的合成方法，其特征在于，所述的環(huán)酸酐(I )中X和 Y與各自相連接的碳原子一起形成可具有單取代基或多取代基的C4 C7脂族雜 環(huán)。
4、 如權利要求3所述的合成方法，其特征在于，所述的C4 C7脂族雜環(huán)被=0、 =S、 =NZ、 -OH、 -SH、 C1 C10烷基單取代或者多取代；其中，Z表示氫、C1 C20 烷基、C1 C20環(huán)烷基、C6 C10芳基、雜芳基或雜環(huán)。
5、 如權利要求1 4所述的合成方法，其特征在于，所述的脫水形成環(huán)酸酐(I ) 相應的二羧酸(II)為l，2-環(huán)戊垸二甲酸、1，2-環(huán)己烷二甲酸或1， 3-二芐基咪 唑啉-2-酮-順-4， 5-二羧酸。
6、 如權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述有機溶劑為芳香烴、鹵代烴或醚類溶劑中的一種或幾種。
7、 如權利要求6所述的合成方法，其特征在于所述有機溶劑選自甲苯、乙苯; 鄰二甲苯、間二甲苯、對二甲苯或該三者的任意比例混合物；或二氧六環(huán)或二丁 醚。
8、 如權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述的可具有取代基的二羧酸 (II )與有機溶劑的重量體積比為1: 10~25 g/mL。
9、 如權利要求1所述的合成方法，其特征在于所述方法中，反應溫度為30 130°C，反應時間為l 15h。
10、 如權利要求8所述的合成方法，其中可具有取代基的二羧酸(II)與有機 溶劑的重量體積比為1: 15~20g/mL。
11、 如權利要求9所述的合成方法，其中的反應溫度為80 120'C，反應時間 為6 12h。
12、 如權利要求1所述的合成方法，其中的過濾環(huán)酸酐(I )反應液得到的母 液直接回收套用，或制備環(huán)酸酐(I )的反應液不經(jīng)過濾處理直接用于下一步反 應。
全文摘要
本發(fā)明屬于有機化學技術領域，具體涉及一種可具有取代基的環(huán)酸酐(I)的合成方法。本發(fā)明將可具有取代基的二羧酸(II)與高沸點有機溶劑共沸物帶水，使其完全轉(zhuǎn)化為相應的環(huán)酸酐(I)。本方法不需添加任何酸性脫水劑即可反應完全，操作簡便，產(chǎn)品純度＞99.5％，收率＞99％，環(huán)境污染小，具有良好的工業(yè)化前景。
文檔編號C07D491/00GK101519407SQ20091004867
公開日2009年9月2日 申請日期2009年3月31日 優(yōu)先權日2009年3月31日
發(fā)明者非 熊, 陳芬兒 申請人:復旦大學;帝斯曼知識產(chǎn)權資產(chǎn)管理有限公司