專利名稱：一種烷基取代苯并冠醚的合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冠醚類化合物的合成技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種烷基取代苯并冠醚的合成方法。
背景技術(shù)：
1967年，Pedersen首次合成和報道了大環(huán)多元醚類化合物，揭開了冠醚研究的序幕(Pedersen et al. J. Am. Chem. S. 1967，89，7017-7036)。冠醚的特殊性質(zhì)在于其對堿金屬及堿土金屬陽離子的很強的配位能力，并且這種配位作用隨著醚環(huán)空穴尺寸、雜原子的種類以及原子數(shù)目的不同而對特定金屬離子表現(xiàn)出明顯的選擇性。作為配位化學(xué)、萃取化學(xué)、 相轉(zhuǎn)移催化、離子選擇性載體等諸多領(lǐng)域的主題化合物，冠醚已經(jīng)吸引了越來越多的關(guān)注。 近年來，冠醚化合物又在核燃料后處理流程中高釋熱放射性元素的萃取分離方面展現(xiàn)了應(yīng)用潛力。比如，基于二環(huán)己基并-18-冠-6作為萃取劑，從高放廢液中提取放射性9°Sr2+離子的萃取流程已有報道，并通過了熱實驗的驗證(王建晨，等.原子能科學(xué)技術(shù)，1998，32， 57-62)。冠醚化合物上的取代基團性質(zhì)的不同會影響其與金屬離子的絡(luò)合強度、選擇性及溶解性。相比于未取代的冠醚，苯并冠醚因其更佳的親油性而在研究中更受關(guān)注。但后者在低極性溶劑中并不優(yōu)良的溶解性，使之難以直接應(yīng)用。近期研究表明，在苯并冠醚的芳環(huán)上引入烷基，尤其是大體積的烷基，是解決上述問題、實現(xiàn)苯并冠醚工業(yè)應(yīng)用的有效途徑 (Sachleben et al· Tetrahedron，1997，53，13567-13582)。實現(xiàn)苯并冠醚的烷基化，主要有兩種途徑。一是基于相應(yīng)烷基取代的鄰苯二酚作為初始原料，通過典型的Williamson醚類合成反應(yīng)得到產(chǎn)物；二是利用醇在質(zhì)子酸催化作用下，直接在苯并冠醚的芳環(huán)上通過親電取代反應(yīng)而鍵接上相應(yīng)的烷基。前者由于不同取代基的原料需要控制不同的反應(yīng)條件，并且合成路線冗長，副反應(yīng)往往比較多，收率低，并不具備工業(yè)應(yīng)用的價值。比如，Pedersen所報道的二叔丁基取代的二苯并_18_冠-6的合成產(chǎn)率僅為17%，并指明純化工藝存在困難(Pedersen et al. J. Am. Chem. S. 1967，89， 7017-7036)。更多的報道是針對后一合成途徑。通常的合成方法是將苯并冠醚加入過量的多聚磷酸(PPA)介質(zhì)中，再加入相應(yīng)結(jié)構(gòu)的醇，在60-70°C溫度條件下反應(yīng)足夠長時間后分離得到產(chǎn)物(Tashmukhamedova et al. Chem. Heterycl. Compd. 1986，22，1178-1185)。該反應(yīng)屬于典型的親電取代反應(yīng)機制，作為反應(yīng)物的醇，尤其是具有大體積烷基的高級醇，在質(zhì)子酸多聚磷酸的作用下，容易脫除分子結(jié)構(gòu)中的羥基，產(chǎn)生大量的碳正離子，穩(wěn)定地進攻電子云富集的苯環(huán)，從而實現(xiàn)在苯環(huán)上的烷基化。然而，目前已報道的合成工藝存在以下幾方面的缺點首先是反應(yīng)原料轉(zhuǎn)化率不佳，基本都會存在副反應(yīng)產(chǎn)物，且由于副反應(yīng)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)、極性等性質(zhì)和產(chǎn)物相近，后續(xù)分離純化難度較大。已報道的合成方法在純化過程中均需要采用柱分離等手段，效率不高，同時影響產(chǎn)物收率；其次，該反應(yīng)過程劇烈放熱，而多聚磷酸反應(yīng)體系黏度非常大，將苯并冠醚原料直接與之混合難以保證均勻。反應(yīng)過程中，隨著醇類的加入，容易造成局部溫度過高而不易散熱，從而增加副反應(yīng)發(fā)生的幾率，并且也不利于放大合成工藝中溫度條件的控制；再次，由于烷基化試劑基本都是高級醇類，其熔點一般不會太低，有的在室溫條件下往往是以固體形式存在，加料過程中反應(yīng)熱的控制存在困難，極易造成局部范圍內(nèi)溫度躥升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，解決現(xiàn)有烷基取代苯并冠醚合成方法中反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不佳，副反應(yīng)較多且分離提純困難，以及反應(yīng)熱難以控制等問題?！N烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將苯并冠醚溶解于溶劑I中，并加入多聚磷酸催化劑，攪拌均勻，制成苯并冠醚的酸性溶液體系；(2)將醇類化合物溶解于溶劑II中，緩慢加入到苯并冠醚的酸性溶液體系中；(3)控制反應(yīng)體系溫度為25-55°C，保持?jǐn)嚢?，反?yīng)1小時以上；(4)結(jié)束反應(yīng)時，水解多聚磷酸并分離出有機相，蒸干溶劑后重結(jié)晶，即可得到高純度的烷基取代苯并冠醚產(chǎn)品。所述反應(yīng)體系溫度為33_40°C，反應(yīng)時間為3-5小時。所述苯并冠醚為苯并-12-冠-4、苯并-15-冠-5、苯并_18_冠_6、二苯并_21_冠 7、二苯并-12-冠-4、二苯并-15-冠-5、二苯并-18-冠-6、二苯并-24-冠-8。所述醇類化合物為異丙醇、異丁醇、叔丁醇、芐醇、叔戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-2-己醇、2，2，4_三甲基-1-戊醇。所述溶劑I為二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氯化碳、二氯乙烷、苯、甲苯、異丙
苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、氯苯或鄰二氯苯。所述溶劑II為二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氯化碳、二氯乙烷、苯、甲苯、異丙苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、氯苯、鄰二氯苯、乙醚、甲醇或乙醇。所加多聚磷酸催化劑與苯并冠醚中苯環(huán)含量的摩爾比為1 (1-20)，優(yōu)選摩爾比為 1 (2-5)。所加醇類化合物與苯并冠醚中苯環(huán)含量的摩爾比是(1-30) 1，優(yōu)選摩爾比為 (2-10) 1。所加溶劑II與醇類化合物的質(zhì)量比為(0.2-20) 1，優(yōu)選質(zhì)量比為0-5) 1。本發(fā)明有益效果本發(fā)明的方法將苯并冠醚預(yù)先溶解于適當(dāng)?shù)娜軇┲?，避免了現(xiàn)有方法中苯并冠醚與高黏度的多聚磷酸直接混合參與反應(yīng)導(dǎo)致的分散不均、散熱困難及伴隨副反應(yīng)發(fā)生等缺點，利于放大生產(chǎn)中溫度的控制，也簡化了后續(xù)分離提純工藝；醇類化合物也是預(yù)先溶解于適當(dāng)溶劑中，既避免了其在低室溫條件下進料困難的問題，也讓進料過程產(chǎn)生的反應(yīng)熱容易分散，不會因局部溫度過高而帶來副反應(yīng)。本發(fā)明的方法控制反應(yīng)溫度比較低，避免了高溫條件帶來的醚環(huán)開裂等副反應(yīng)，利于最終產(chǎn)品分離純化；反應(yīng)效率高，原料轉(zhuǎn)化完全，純化工藝簡單，無需柱層析亦可保證產(chǎn)品純度> 90 %，并且產(chǎn)率也在 90%以上。
具體實施例方式以下以不同碳鏈長度(Cn，其中η表示取代烷基含碳原子數(shù)，η = 3-7)烷基取代二苯并-18-冠-6或不同碳鏈長度(Cn，其中η表示取代烷基含碳原子數(shù)，η = 3-7)烷基取代苯并-18-冠-6的合成為例，結(jié)合具體實施方法來說明本發(fā)明。實施例1 :C7烷基取代二苯并-18-冠-6的合成以二苯并-18-冠-6和2-甲基-2-己醇為原料，在二氯甲烷溶劑體系中合成C7 烷基取代二苯并-18-冠-6的反應(yīng)方程式如下
權(quán)利要求
1.一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將苯并冠醚溶解于溶劑I中，并加入多聚磷酸催化劑，攪拌均勻，制成苯并冠醚的酸性溶液體系；(2)將醇類化合物溶解于溶劑II中，緩慢加入到苯并冠醚的酸性溶液體系中；(3)控制反應(yīng)體系溫度為25-55°C，保持?jǐn)嚢?，反?yīng)1小時以上；(4)結(jié)束反應(yīng)時，水解多聚磷酸并分離出有機相，蒸干溶劑后重結(jié)晶，即可得到高純度的烷基取代苯并冠醚產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所述反應(yīng)體系溫度為33-40°C，反應(yīng)時間為3-5小時。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所述苯并冠醚為苯并-12-冠_4、苯并-15-冠-5、苯并-18-冠-6、二苯并-21-冠7、二苯并-12-冠-4、 二苯并-15-冠-5、二苯并-18-冠-6、二苯并-24-冠-8。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所述醇類化合物為異丙醇、異丁醇、叔丁醇、芐醇、叔戊醇、2-甲基-2-戊醇、2-甲基-2己醇、2，2，4-三甲基-1-戊醇。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所述溶劑I 為二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氯化碳、二氯乙烷、苯、甲苯、異丙苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、氯苯或鄰二氯苯。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所述溶劑II 為二氯甲烷、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氯化碳、二氯乙烷、苯、甲苯、異丙苯、鄰二甲苯、對二甲苯、間二甲苯、氯苯、鄰二氯苯、乙醚、甲醇或乙醇。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所加多聚磷酸催化劑與苯并冠醚中苯環(huán)含量的摩爾比為1 (1-20)，優(yōu)選摩爾比為1 0-5)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所加醇類化合物與苯并冠醚中苯環(huán)含量的摩爾比是(1-30) 1，優(yōu)選摩爾比為O-10) 1。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種烷基取代苯并冠醚的合成方法，其特征在于，所加溶劑II 與醇類化合物的質(zhì)量比為(0.2-20) 1，優(yōu)選質(zhì)量比為0-5) 1。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于冠醚類化合物合成技術(shù)領(lǐng)域的一種烷基取代苯并冠醚的合成方法。該合成工藝將特定的苯并冠醚原料溶解于合適的溶劑體系中，在較低的反應(yīng)溫度和多聚磷酸催化作用下，與預(yù)先溶解于特定溶劑中的醇類化合物發(fā)生反應(yīng)，得到相應(yīng)烷基取代的苯并冠醚產(chǎn)品。該合成工藝能夠解決現(xiàn)有苯并冠醚與醇類化合物的烷基化反應(yīng)轉(zhuǎn)化率不佳，存在副反應(yīng)且分離提純困難，以及反應(yīng)熱難以控制等問題，適用于多種烷基取代苯并冠醚的合成及放大生產(chǎn)，且產(chǎn)品純化簡便，純度很高，產(chǎn)率在90％以上。
文檔編號C07D323/00GK102167692SQ20111005059
公開日2011年8月31日 申請日期2011年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月3日
發(fā)明者葉鋼, 王建晨, 陳靖, 高杰 申請人:清華大學(xué)