本發(fā)明涉及一種芐醇甲基化的方法，特別是一種應用微波促進木質素模型化合物芐醇甲基化的方法。

背景技術：

木質素主要是由愈創(chuàng)木基(G)、紫丁香基(S)和對羥基苯基(H)三種基本結構單元通過C‐O或C‐C鍵連接合成的復雜無規(guī)的芳香聚合物，其中主要的連接鍵是β‐O‐4醚鍵。木質素含有的主要官能團包括甲氧基、酚羥基、Cα‐醇羥基(芐醇)和Cγ‐醇羥基。同時，計算機實驗表明，將芐醇甲基化可以降低β‐O‐4醚鍵和C3側鏈上C_α‐C_β鍵的鍵能。由于木質素模型化合物的結構和性質確定，以及其反應體系簡單、干擾因素少和易于分析反應產物，模型物的研究工作可以為木質素的化學反應和結構的變化過程提供了重要的借鑒，并對木質素化學提出相應的普適性和針對性的結論，而含β‐O‐4醚鍵的木質素模型化合物二聚體備受關注。因此，將木質素模型化合物的芐醇甲基化對木質素降解制備單苯環(huán)化合物具有可持續(xù)發(fā)展的指導和實際意義。

傳統(tǒng)的甲基化試劑有硫酸二甲酯、碘甲烷、氯甲烷或格式試劑，該工藝將醇羥基甲基化的同時也將酚羥基甲基化，以及它們一般均屬于劇毒物質，不僅極大地危害人體健康，且強堿的使用使得對反應設備要求較高。因此作為綠色的甲基化試劑碳酸二甲酯用作甲基化試劑備受關注，然而碳酸二甲酯也可以同時將醇羥基和酚羥基甲基化，且反應工藝對設備或催化劑要求較高。Shah等人在微波加熱下，利用氟化劑1‐chloromethyl‐4‐fluoro‐1,4‐diazoniabicyclo‐[2.2.2]octane bis(tetrafluoroborate)脫去TBS、TIPS和TBDPS醇羥基保護基時，同時會將脫保護基后的芐醇甲基化(The Journal of Organic Chemistry,2009,74(5):2179‐2182.)，盡管文章未闡述其機理，但其利用了微波通?？梢约铀倩瘜W反應的特點，而對于含β‐O‐4醚鍵的芐醇是否可以被有效地甲基化也并未探討，且氟化劑危害人體健康和破壞環(huán)境。BiBr₃催化芐醇甲基化時，催化反應8h后甲基化產物收率為92％(Tetrahedron Letters,2000,41(16):2891‐2894.)，而(Ir(cod)Cl)₂催化反應24h后僅得到36％的甲基化產物(Angewandte Chemie International Edition,2011,50(24):5568‐5571.)。AlPW₁₂O₄₀(Journal of Molecular Catalysis A:Chemical,2005,227(1):97‐100.)、NaAuCl₄(Chemistry‐A European Journal,2008,14(5):1518‐1523.)和NaHSO₃(Tetrahedron,2013,69(1):310‐315.)使芐醇甲基化的同時也可以將伯醇甲基化，這意味著應用于木質素體系時將使木質素分子間的Cα‐醇羥基和Cγ‐醇羥基相互反應而導致分子量增大，從而影響后續(xù)木質素的降解。催化劑GaPW₁₂O₄和InPW₁₂O₄₀可以將芐醇甲基化且甲基化產物收率最高可達82％(Catalysis Communications,2013,30:19‐22)，以及含超分子配體催化劑K₁₂Ga₄L₆(L＝N,N‐bis(2,3‐dihydroxybenzoyl)‐1,5‐diaminonaphthalene)可以使95％以上的芐醇甲基化(Journal of the American Chemical Society,2014,136(41):14409‐14412.)，但催化劑制備過程復雜。因此，發(fā)展一種綠色、安全、簡單且高效地將木質素模型化合物芐醇甲基化的方法尤為迫切和重要。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有芐醇甲基化的工藝技術存在的產物選擇性低、操作危險、設備要求高和催化劑要求高等問題，提供一種應用微波促進木質素模型化合物芐醇甲基化的方法，選擇性地得到高收率的甲基化產物，該發(fā)明技術綠色、簡單、安全、高效地將各種木質素模型化合物的芐醇甲基化。

本發(fā)明的目的通過如下技術方案實施：

一種應用微波促進木質素模型化合物芐醇甲基化的方法，包括如下步驟：

1)將1重量份含芐醇的木質素模型化合物和0.005‐3重量份的催化劑加入到微波反應罐中，以20‐800重量份的甲醇為甲基化試劑，設置微波功率為50‐1000W，微波頻率為2450MHz±15Hz，在50‐200℃下反應1‐60min，直接催化芐醇甲基化；

2)反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，粗產物經硅膠柱層析進一步分離提純，流動相為乙酸乙酯與正己烷，最后得到甲基化產物。

為進一步實現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述木質素模型化合物為含芐醇的二聚體。

優(yōu)選地，所述二聚體為2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(4‐甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇、1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇或2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(3,4‐二甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇。

優(yōu)選地，所述催化劑為HNO₃、Mg(NO₃)₂、Al(NO₃)₃、Mn(NO₃)₂、Fe(NO₃)₃、Co(NO₃)₂、Ni(NO₃)₂、Cu(NO₃)₂、Zn(NO₃)₂、H₃PO₄、Mg₃(PO₄)₂、AlPO₄、Mn₃(PO₄)₂、FePO₄、Co₃(PO₄)₂、Ni₃(PO₄)₂、Cu₃(PO₄)₂、Zn₃(PO₄)₂、H₂SO₄、MgSO₄、Al₂(SO₄)₃、MnSO₄、Fe₂(SO₄)₃、CoSO₄、NiSO₄、CuSO₄、ZnSO₄、HCl、MgCl₂、AlCl₃、MnCl₂、FeCl₃、CoCl₂、NiCl₂、CuCl₂和ZnCl₂中的一種或多種。

優(yōu)選地，所述催化劑為A型、X型、Y型和ZSM型分子篩中的一種或多種。

優(yōu)選地，步驟1)中木質素模型化合物與催化劑的質量比為100:1‐1:2。

優(yōu)選地，步驟1)中木質素模型化合物與甲醇的質量比為1:20‐1:500。

優(yōu)選地，所述微波功率為100‐800W。

優(yōu)選地，所述微波頻率為2450MHz。

優(yōu)選地，步驟1)中反應溫度為70‐180℃，反應時間3‐40min。

相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下突出優(yōu)點和效果：

1、本發(fā)明技術直接以甲醇為甲基化試劑，利用微波均勻加熱的熱效應避免反應體系局部過熱提高甲基化產物收率的同時，微波獨特的非熱效應提高了芐醇甲基化產物的選擇性，從而選擇性地得到高收率的甲基化產物。

2、本發(fā)明技術基于與伯醇或酚羥基相比，酸性質子更容易使仲醇質子化的原理，在優(yōu)選條件下將木質素模型化合物的芐醇甲基化；

3、本發(fā)明技術使用簡單、易得且無毒的催化劑，因此方法綠色、簡單、安全和高效。

附圖說明

圖1為實施例1所述的2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(4‐甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇甲基化反應前后的核磁共振氫譜圖對比圖。

圖2為實施例1所述的2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(4‐甲氧基苯基)‐1‐甲氧基‐3‐丙醇的核磁共振碳譜圖。

圖3為實施例2所述的1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇甲基化反應前后的核磁共振氫譜圖對比圖。

圖4為實施例2所述的1‐甲氧基‐1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐乙烷的核磁共振碳譜圖。

具體實施方式

為更好地理解本發(fā)明，下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的實施方式不限如此。

實施例1

取1重量份化合物2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(4‐甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇和1.8重量份Al(NO₃)₃加入到30重量份甲醇中，設置微波反應器的功率為50W，微波頻率為2450MHz，微波輔助加熱80℃下反應40min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為1：1,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

取反應前的2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(4‐甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇和反應后得到的甲基化產物各4mg溶于0.5mL氘代二甲基亞砜(DMSO)中，進行核磁共振氫譜和核磁共振碳譜分析，甲基化反應前后的核磁共振氫譜圖對比見圖1。圖1顯示，與反應物各歸屬氫的信號峰對比，甲基化產物在化學位移3.13ppm處出現(xiàn)一個新的Cα‐甲氧基的信號峰，而Cγ‐醇羥基的信號峰仍然存在，這說明本發(fā)明方法選擇性地將反應物的芐醇甲基化。甲基化產物的核磁共振碳譜圖見圖2，圖2結果顯示，化學位移為56.92ppm和57.06ppm處出現(xiàn)了烷基鏈的甲氧基信號峰，這進一步證明芐醇已經被甲基化。

實施例2

取1重量份化合物1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇和0.5重量份Mg₃(PO₄)₂加入到50重量份甲醇中，設置微波反應器的功率為200W，微波頻率為2450MHz，微波輔助加熱150℃下反應30min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為1：2,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

取反應前的1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇和反應后得到的甲基化產物各4mg溶于0.5mL氘代二甲基亞砜(DMSO)中，進行核磁共振氫譜和核磁共振碳譜分析，甲基化反應前后的核磁共振氫譜圖對比見圖3。圖3顯示，與反應物各歸屬氫的信號峰對比，甲基化產物在化學位移3.18ppm處出現(xiàn)一個新的Cα‐甲氧基的信號峰，而酚羥基的信號峰仍然存在，這說明本發(fā)明方法不會使酚羥基甲基化，而是選擇性地將反應物的芐醇甲基化。甲基化產物的核磁共振碳譜圖見圖4，圖4結果顯示，化學位移為56.06ppm處出現(xiàn)了烷基鏈的甲氧基信號峰，這進一步證明芐醇已經被甲基化。結合實施例1結果分析，說明本方法可以有效且選擇性地將芐醇甲基化。

實施例3

取1重量份化合物2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(3,4‐二甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇和0.03重量份MnCl₂加入到150重量份甲醇中，設置微波反應器的功率為400W，微波頻率為2450MHz，微波輔助加熱180℃下反應3min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為2：1,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

對比例1(對比實施例1)

取1重量份化合物1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇和1.8重量份Al₂(SO₄)₃加入到30重量份甲醇中，在80℃下的高壓反應釜反應40min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為1：2,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

對比例2(對比實施例2)

取1重量份化合物1‐(4‐羥基苯基)‐2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐乙醇和0.5重量份Mg₃(PO₄)₂加入到50重量份甲醇中，在150℃下的高壓反應釜反應30min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為1：2,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

對比例3(對比實施例3)

取1重量份化合物2‐(2‐甲氧基苯氧基)‐1‐(3,4‐二甲氧基苯基)‐1‐羥基‐3‐丙醇和0.03重量份MnCl₂加入到150重量份甲醇中，在180℃下的高壓反應釜反應3min。反應結束后，立即用冷水淬滅反應，反應液用乙酸乙酯萃取，取有機相旋干，然后通過硅膠柱層析進一步分離提純，流動相乙酸乙酯與正己烷的體積比為2：1,蒸干溶劑即得到甲基化產物。

實施效果說明：

甲基化產物收率和甲基化產物選擇性分別按下面的公式計算：

甲基化產物收率(％)＝甲基化產物的摩爾量/初始反應物的摩爾量×100％

甲基化產物選擇性(％)＝甲基化產物的摩爾量/反應物轉化的摩爾量×100％。表1為本發(fā)明實施例和對比例獲得相應甲基化產物收率和選擇性的數據。

表1實施例和對比例甲基化效果匯總

為了說明本發(fā)明的實施效果，將在微波反應器和常規(guī)高壓反應器的數據進行對比，對比結果見表1。從表1可以看出，使用本發(fā)明的方法時(實施例1‐3)，相應的甲基化產物收率和選擇性分別達到95％和94％以上。然而，微波反應器換成常規(guī)高壓反應器，其他反應條件相同下反應后(對比實施例1‐3)，相應的甲基化產物收率和選擇性明顯低于對應的實施例。盡管本發(fā)明的物料配比利用常規(guī)加熱也可以得到芐醇甲基化產物，但甲基化產物收率和選擇性不夠理想?？赡苡捎谖⒉ň鶆蚣訜岜苊饬顺Ｒ?guī)高壓反應釜常出現(xiàn)局部過熱的缺點，從而避免了化合物進一步分解而使得在微波反應器反應時得到很高的甲基化產物收率和選擇性。

表2為本發(fā)明應用于其它木質素模型化合物后的甲基化效果匯總。

表2其它木質素模型化合物甲基化效果匯總

為證明本發(fā)明的普遍性，對其它木質素模型化合物也進行了探討。從表2可以看出，不同木質素單體(S、G和H)之間的芐醇使用本發(fā)明方法進行甲基化反應后，可以選擇性地得到高收率的甲基化產物。因此，本方法應用微波可以更有效地使各種常用的木質素模型化合物上的芐醇甲基化，且整個工藝綠色、簡單、安全和高效，對降解木質素制備單苯環(huán)化合物相關技術的發(fā)展有指導和實際意義。