芳香性螺雙內酯的合成方法

2023-07-10 04:43:01 3

專利名稱：芳香性螺雙內酯的合成方法
技術領域：
本發明屬芳香性螺雙內酯的合成方法。
芳香性螺雙內酯是一類結構特殊的螺環化合物，可以進行開環聚合，得到在聚合過程中體積膨脹或收縮較少甚至為零收縮的聚合物，並且由於在聚合物分子鏈中引入芳環，可以提高其熱穩定性、抗氧化性和耐水性；它還可以轉化成內醯胺，含有芳香性螺雙內醯胺的聚合物，因為在結構上與聚醯亞胺的相似性，可望獲得在性能上與其媲美甚至更優的功能材料。另外，螺雙內酯及其衍生物是面不對稱的手性化合物，研究其旋光性並進一步研究因此而產生的其他性能，具有很高的研究價值。因此，它理應得到化學家更多的重視。然而，至今對這類結構化合物的合成研究則很少，80年代末期至90年代初期，P.C.Wang(Polym.Eng.Sci.,1994,34(1),6-11)在合成非芳香性螺雙內醯胺時提到芳香性螺雙內酯，但未報導具體的合成方法。
Toshikazu Takata等(Macromolecules,1995,28(5),1340-1345)和A.M.Sike等(Macromlecules,1991,24(3),688-692)分別通過路徑(1)和(2)合成兩種螺雙內酯。
這兩種合成方法由於受原料來源的限制，難以作為一種通用的路線來合成芳環上含各種不同取代基的化合物。對芳環上含強鈍化基團或易氧化基團的化合物，也難以合成。
本發明的目的是提供一種芳香性螺雙內酯合成方法，該方法可以從各種烷基苯的衍生物出發，合成芳環上含不同位置，不同數目的各種不同取代基的芳香性螺雙內酯化合物，並且操作簡單，反應條件非常溫和。它經過質子酸催化下芳烴的親電取代反應、以無機氧化劑進行的芳烴的氧化反應和酸性條件下的脫水環化反應過程。
本發明的合成方法是在酸性條件下，以烷基苯的衍生物與甲醛或乙醛反應，生成二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷，後者經氧化，再在酸性條件下環化生成螺雙內酯；或者在獲得芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷後，亦即在氧化之前，將芳環上的取代基轉變成目標基團，再進行氧化和環化；或者在氧化後，將芳環上的取代基進一步轉變成目標基團，再在酸性條件下環化成螺雙內酯，其反應通式如下
R=-H,-CH3；n,y=-CH3,-H,-F,-Cl,-Br,-NO2,-SO3H,-OCH3；a,b=-COOH(-COCl,-COOR,R=C1-C4的直鏈烷基)，
-F,-Cl,-Br,-NO2,-SO3H,-OCH3,-NH2,-H,-OH。
反應條件為(1)二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷的合成條件酸包括20-98％的硫酸水溶液或乙醇溶液、佔反應底物重量比為10-30％的對甲苯磺酸和甲磺酸等質子酸；反應溫度範圍為60-100℃；醛包括多聚甲醛和三聚乙醛，其用量為與烷基苯衍生物的摩爾比1∶2-1∶8；(2)二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷的氧化條件氧化劑包括鹼濃度為5-10％的高錳酸鉀水溶液、10-40％的硝酸、三氧化鉻/醋酸、三氧化鉻/醋酸/硫酸，其中醋酸既參與氧化，又做溶劑；(3)螺雙內酯的環化條件可以用濃鹽酸、硫酸、氫溴酸等強質子酸酸化，直至pH＜1，再加熱回流1-4h。
所得產物為白色或淺黃色粉狀或塊狀固體，易溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。有的可溶於二氯甲烷、氯仿、乙醇等溶劑。以甲醛計，產物的總收率一般大於50％。
實施例1於一100ml三頸瓶中加入30g(0.25mol)1,2,4-三甲苯，3.0g(0.1mol)多聚甲醛和3.0g對甲苯磺酸(佔三甲苯重量的10％)，電磁攪拌，於95℃下反應2.5小時。反應混合物轉入一250ml分液漏鬥，靜置，分去水層，有機層轉入一100ml圓底燒瓶，減壓蒸餾，接收174-176℃(6mmHg)的餾份，共22.5g，收率89％。產物為二-(2,4,5-三甲基苯基)甲烷，用乙醇和氯仿(體積比2∶1)的混合溶劑重結晶兩次，熔程97-98℃。
取二-(2,4,5-三甲基苯基)甲烷10.0g(0.02mol)，加入一500ml三頸瓶中，用250ml 35％硝酸進行氧化，直到無NO2氣體放出。冷卻反應體系至室溫，抽濾，濾餅溶於200ml 5％NaOH溶液，加入一500ml三頸瓶中，攪拌加熱至微沸，分批加入17.0g KMnO4，氧化至KMnO4溶液的顏色在4h內不裉色。冷卻反應混合物至室溫，濾去MnO2，濾液濃縮至50ml，用濃鹽酸(36％)酸化至pH＜1，加熱回流2h，冷卻至室溫，過濾，收集析出的固體，並用水洗至中性，在100℃烘乾，得3,3＇-二羰基-[1,1＇]螺雙苯酞-5,5,＇6,6＇-四酸白色塊狀固體7.3g，收率86％，熔點＞360℃。溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。
實施例2以1,2,3-三甲苯代替1,2,4-三甲苯，甲磺酸9.0g(佔三甲苯重量的30％)代替對甲苯磺酸，操做方法同實施例1,3,3＇-二羰基-[1,1＇]螺雙苯酞-4,4＇,5,5＇-四酸的收率為84％，熔點＞360℃。溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。
實施例3於一100ml三頸瓶中，依次加入30.0g(0.219mol)對硝基甲苯，15ml濃硫酸，3.0g(0.1mol)多聚甲醛，75℃下攪拌反應3h，反應混合物冷卻至室溫，加50ml水稀釋濃硫酸。過濾，濾餅用乙醇和二氯甲烷(體積比2∶1)的混合溶劑重結晶，得二-(2-甲基-5-硝基苯基)甲烷22.9g，收率80％，熔程153-154℃。
取二-(2-甲基-5-硝基苯基)甲烷10.0g(0.035mol),10％NaOH水溶液100ml和200ml吡啶，加入一500ml三頸瓶中，攪拌加熱至微沸，分批加入32.0gKMnO4氧化4h。以和水的共沸物的形式蒸掉吡啶，蒸餾過程中不斷補充水300ml，至吡啶全部除去後，再在水溶液中加入4.0gKMnO4，繼續氧化4h。反應混合液冷至室溫，過濾，濾液濃縮至50ml，用50％的硫酸酸化至pH＜1，回流2h。冷至室溫，抽濾，濾餅用水洗滌至中性，在100℃下烘乾，得3,3＇-二羰基-6,6＇-二硝基-[1,1＇]螺雙苯酞淺黃色粉沫10.5g，收率87.8％，熔點＞360℃。溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。
實施例4將二-(2-甲基-5-硝基苯基)甲烷5.7g(0.02mol)溶於100ml醋酸，32.0g三氧化鉻(0.24mol)溶於140ml醋酸，依次加入一500ml三頸瓶中，攪拌回流4h。冷卻至室溫，反應混合物轉移到一1000ml燒杯，加入500ml水稀釋，抽濾，濾餅用水煮沸3次，充分洗掉殘餘的醋酸和鉻的化合物離子，烘乾得白色粉沫6.6g，收率97％。最終產物同實施例3。
實施例5
在實施例4的體系中加入10ml濃硫酸進行氧化，最終產物同實施例3，收率為96％。
實施例6將40.0g(0.373mol)對二甲苯，2.25g(0.075mol)多聚甲醛，30ml無水乙醇加入一250ml三頸瓶中，慢慢加入15ml濃硫酸，在95℃下反應2h。反應混合液中加入60ml水和30ml苯，充分振蕩後分取油層。常壓蒸餾除去苯後，減壓蒸餾，收集沸程為136-142℃(6mmg)的餾份，共8.8g，收率52％，熔程60-62℃，產品為二-(2,5-二甲基苯基)甲烷。以10％的硝酸和10％的NaOH水溶液代替實施例1中35％的硝酸和5％的NaOH水溶液，其它條件不變進行氧化和環化，3,3＇-二羰基-[1,1＇]螺雙苯酞-6,6＇-二酸的收率為66.5％，熔點＞360℃。白色塊狀固體，溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。將所得二酸5.5g(0.016mol)與50ml二氯亞碸混合(以過量的二氯亞碸做溶劑)，加熱回流至二酸全部溶解，常壓蒸餾除去二氯亞碸，固體物用二氯甲烷和四氯化碳混合溶劑重結晶，得白色粉沫狀螺雙內酯二醯氯3.5g，收率58.3％，熔程179-181℃。可溶於二氯甲烷、氯仿等。將二醯氯2.5g(0.0066mol)溶於45ml二氯甲烷，加入15ml乙醇和1.2ml吡啶，常溫攪拌24h後，用水洗滌，分取油層，常壓蒸去二氯甲烷，剩餘物用乙酸乙酯重結晶，得螺雙內酯二酸二乙酯0.9g，收率43％，熔程201-203℃。
實施例7以3.3g(0.075mol)乙醛代替實施例6中的多聚甲醛，8.0g對甲苯磺酸做催化劑，操做方法同實施例1。1,1-二-(2,5-二-甲基苯基)乙烷的收率為64％，熔程為64-66℃。3,3＇-二羰基-[1,1＇]螺雙苯酞-6,6＇-二酸的收率為62％。
實施例8於一100ml三頸瓶中，加入31.8g(0.3mol)間二甲苯，3.0g(0.1mol)多聚甲醛，3.0g對甲苯磺酸，在95℃下反應3h，用50ml水洗滌反應混合物，油層減壓蒸餾，收集沸程為144-150℃(6mmHg)的餾份，精餾得二-(2,4-二甲基苯基)甲烷12.4g，收率55％。氧化及環化方法同實施例1，白色塊狀固體3,3＇-二羰基-[1,1＇]螺雙苯酞-5,5＇-二酸的收率為77％，熔點＞360℃。溶於二甲基亞碸、N,N-二甲基乙醯胺、N,N-二甲基甲醯胺和N-甲基吡咯烷酮。二醯氯及二酯的合成方法同實施例6，產物可溶於二氯甲烷、氯仿等。
實施例9將按實施例3所得的氧化產物的濾液濃縮至50ml，轉移到一100ml圓底燒瓶，加入0.30gPd/C催化劑(佔理論氧化產物的5％)。室溫攪拌，並於常壓下通入H2直至不再吸收。濾去Pd/C催化劑，用濃鹽酸化至pH＜1，回流2h，冷卻至室溫，再用濃氨水調pH=7-8，過濾，收集析出的固體，在100℃下直空烘乾，得淺黃色粉狀固體3,3＇-二羰基-6,6＇-二氨基-[1,1＇]螺雙苯酞7.4g，收率74.7％。溶於乙醇、丙酮等。
實施例10將5.0g(0.0146mol)3,3＇-二羰基-6,6＇-二硝基-[1,1＇]螺雙苯酞溶於100ml N-甲基吡咯烷酮(NMP)(或N,N-二甲基乙醯胺(DMAc)、N,N-二甲基甲醯胺(DMF))，加入0.25g(佔還原底物重量的5％)Pd/C催化劑。室溫攪拌，並於常壓下通入H2直至不再吸收。濾去Pd/C，減壓蒸餾除去溶劑後，加入50ml水，有大量淺黃色固體析出。過濾，收集固體，60℃下真空乾燥過夜，得粗3,3＇-二羰基-6,6＇-二氨基-[1,1＇]螺雙苯酞3.9g，收率95％。溶於乙醇、丙酮等。
實施例11於一100ml三頸瓶中，加入30.0g(0.158mol)含一分子結晶水的對甲苯磺酸，2.24g(0.078mol)多聚甲醛和60ml濃硫酸，在85℃下反應4h。冷卻反應混合物至室溫，用250ml水稀釋濃硫酸後，再用碳酸鋇中和體系至pH=7，濾去沉澱，濾液濃縮至100ml，慢慢滴加4.3ml濃硫酸，充分攪拌20min，靜置30min，濾去白色沉澱。濾液濃縮至15ml，靜置過夜，析出白色沉澱。濾出沉澱物，將其溶於100ml 5％的硫酸水溶液中，於200℃下攪拌10h，脫去磺酸基，趁熱分取油層，得二-(2-甲基苯基)甲烷6.3g，收率41％(以多聚甲醛計)，溶程31-33℃。將所得產物按實施例1的方法進行氧化和環化，得3,3＇-二羰基-[1,1＇]-螺雙苯酞6.9g，收率85％，熔程210-212℃。
權利要求
1．一種芳香性螺雙內酯的合成方法，其特徵在於在酸性條件下，以烷基苯的衍生物與甲醛或乙醛反應，生成二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷，後者經氧化，再在酸性條件下環化生成螺雙內酯；或者在獲得芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷後，亦即在氧化之前，將芳環上的取代基轉變成目標基團，再進行氧化和環化；或者在氧化後，將芳環上的取代基進一步轉變成目標基團，再在酸性條件下環化成螺雙內酯，其反應通式如下
R=-H,-CH3；n,y=-CH3,-H,-F,-Cl,-Br,-NO2,-SO3H,-OCH3；a,b=-COOH(-COCl,-COOR,R=C1-C4的直鏈烷基)，-F,-Cl,-Br,-NO2,-SO3H,-OCH3,-NH2,-H,-OH。反應條件為(1)二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷的合成條件酸包括20-98％的硫酸水溶液或乙醇溶液、佔反應底物重量比為10-30％的對甲苯磺酸和甲磺酸等質子酸；反應溫度範圍為60-100℃；醛包括多聚甲醛和三聚乙醛，其用量為與烷基苯衍生物的摩爾比1∶2-1∶8；(2)二芳基甲烷或1,1-二芳基乙烷的氧化條件氧化劑包括鹼濃度為5-10％的高錳酸鉀水溶液、10-40％的硝酸、三氧化鉻/醋酸、三氧化鉻/醋酸/硫酸，其中醋酸既參與氧化，又做溶劑；(3)螺雙內酯的環化條件可以用濃鹽酸、硫酸、氫溴酸等強質子酸酸化，直至pH＜1，再加熱回流1-4h。
全文摘要
本發明屬芳香性螺雙內酯的合成方法。本發明的合成方法是在酸性條件下,以烷基苯的衍生物與甲醛或乙醛反應,生成二芳基甲烷或1,1－二芳基乙烷,後者經氧化,再在酸性條件下環化生成螺雙內酯;或者在獲得芳基甲烷或1,1－二芳基乙烷後,亦即在氧化之前,將芳環上的取代基轉變成目標基團,再進行氧化和環化;或者在氧化後,將芳環上的取代基進一步轉變成目標基團,再在酸性條件下環化成螺雙內酯。
文檔編號C07D493/10GK1221744SQ9712612
公開日1999年7月7日 申請日期1997年12月30日 優先權日1997年12月30日
發明者丁孟賢, 高連勳, 韓福社, 楊堅 申請人:中國科學院長春應用化學研究所