本发明名称是“冠醚合成新方法”,属精细有机合成。 1964年美国杜邦公司专利(u·S·358,937 on 10 APril,1964;Brit.1,108,921 on 9 April.1965)报导了冠醚的合成方法。1967年该公司研究员佩德森在美国化学会会志上正式发表了较上述专利文献有所改进(例如:苯并-15-冠-5的收率由59%提高到62%)的冠醚合成方法〔C.J.pedersen,J.Amer.Chem.Soc.89,7017(1967)〕。直至目前,对于苯并冠醚的合成国外仍沿用佩德森的合成方法。例如苯并-15-冠-5的合成方法是将邻苯二酚、正丁醇的氢氧化钠水溶液按一定比例混合后,在氮气保护下搅拌,然后用1、11-二氯-3,6、9-三氧杂十一烷处理,搅拌回流30小时,然后将反应混合物用盐酸酸化、冷却、过滤、固体用甲醇洗涤、再用旋转真空蒸发器将滤液及洗液蒸发至干,残渣经正庚烷连续萃取得白色片状产物,纯度95%,收率62%。显然,该法不仅反应时间很长,而且后处理也比较麻烦、费时较多,难以实现冠醚的工业化批量生产,致使冠醚在国际市场上价格亦贵。限制了这类新型化合物的推广应用研究。
本发明的主要贡献是在密闭体系中,加热反应物。以适当提高反应压力,使之在使用一般溶剂的情况下,实现反应温度的提高,从而加速反应。显著缩短冠醚合成反应时间,降低成本,为市场提供质优价廉的冠醚。有利于此类新型产品的开发应用研究。
在密闭体系中加热反应物,以适当提高反应压力,使之在使用一般溶剂的情况下,实现反应温度的提高,从而加速反应。而且在压力的作用下,金属离子的模板效应可能更加显著,促进环化反应的进行。
苯并-15-冠-5的合成将邻苯二酚、正丁醇、氢氧化钠水溶液与1,11-二氯-3、6、9-三氯杂十一烷按一定的克分子比加入耐压反应釜中,密闭、通氮气保护,适当加热,以适当提高反应压力。一般控制在130±5℃、2-5公斤/厘米2,搅拌反应1-4小时。利用气相色谱分析法监测反应地终点,蒸去溶剂后,用正庚烷或石油醚萃取,得到晶体,将此产品用乙醚萃取,蒸去乙醚,将所得固体用正庚烷或石油醚重结晶,得白色片状晶体,熔点80-81℃。
实例 苯并-15-冠-5的合成 将18.4克(0.167M)邻苯二酚、250毫升正丁醇、14.2克(0.355M)氢氧化钠的水(17毫升)溶液与38.5克(0.167M)1,11-二氯-3、6、9-三氧杂十一烷加入耐压反应釜内,密闭、通氮气保护,在130±5℃、2-5公斤/厘米2压力下搅拌反应1-4小时,利用气相色谱法控制反应终点,由反应液蒸去溶剂后所得剩余物,经正庚烷或石油醚萃取得稍带淡黄色的白色片状晶体29.8-33克,熔点79-81℃,产率63.1-68.6%,将此产品再用乙醚萃取,蒸去萃取液中的乙醚,将所得固体用正庚烷或石油醚重结晶,得白色片状晶体,熔点80-81℃。
二苯并-18-冠-6的合成
方法1、将邻苯二酚、氢氧化钠、正丁醇按一定计量比加入耐压反应釜中。密闭、通氮气保护,搅拌并升温至130℃,注入计量的双一(2-氯乙基)醚的正丁醇溶液,搅拌使之反应。然后,将釜冷至常压,并迅速加入与前述等量的氢氧化钠,立即密闭釜体,通氮气保护。适当加热。一般控制在130℃,注入与前述等量的双一(2-氯乙基)醚的正丁醇溶液,适当加热,以适当提高反应压力,一般控制在135±5C、2-5公斤/厘米2,反应3小时,蒸去溶剂,将剩余物用苯萃取。所得固体经苯重结晶得白色纤维状晶体,熔点163-164℃。
方法2、将邻苯二酚、氢氧化钠、双一(2-氯乙基)醚与正丁醇按一定计量比加入耐压反应釜中,密闭、通氮气保护,适当加热。以适当提高反应压力。一般控制在135±5℃,2-6公斤/厘米2,搅拌反应3小时。按上述方法1进行后处理,得到产物。
实例:方法1、将27.5克(0.25M)邻苯二酚、10.5克(0.26M)氢氧化钠,167毫升正丁醇加入耐压反应釜内密闭、通氮气保护,搅拌并升温至130℃,用柱塞式计量泵注入19克(0.13M)双一(2-氯乙基)醚的正丁醇(31.5毫升)溶液,加料后继续搅拌30分钟,然后将釜冷至常压,打开釜盍,迅速加入10.5克(0.26M)氢氧化钠。立即密闭釜体,通氮气保护,搅拌并升温至130℃,注入19克(0.13M)双一(2-氯乙基)醚的正丁醇溶液,在135±5℃、2-5公斤/厘米2压力下搅拌3小时,由反应液蒸去溶剂后所得剩余物经苯萃取得灰白色粉末21.9克。熔点:161-163.5℃,产率48.2%。用苯重结晶,得白色纤维状晶体,熔点:163-164℃。方法2.将邻苯二酚、氢氧化钠、双一(2-氯乙基)醚与正丁醇按1M∶2M∶1M∶920毫升配比加入耐压反应釜内、密闭、通氮气保护,在135±5℃,2-6公斤/厘米2压力下搅拌反应3小时,按上法进行后处理,二苯并-18-冠-6产率,46%,熔点:163-164℃。
二苯并一30-冠-10的合成 将邻苯二酚、氢氧化钾、正丁醇按一定计量加入耐压反应釜中、密闭、通氮气保护、搅拌并升温至130℃,加入计量的1,11-二氯-3、6、9-三氧杂十一烷的正丁醇溶液,继续搅拌使之反应。冷却后打开釜盍,迅速加入计量的氢氧化钾。立即密闭釜体,通氮气保护,搅拌并升温至130℃。注入计量的1,11-二氯-3、6、9-三氧杂十一烷的正丁醇溶液,适当加热,以适当提高反应压力,一般控制在130±5C、2.6-4公斤/厘米2反应3小时,蒸去溶剂,将剩余物用正庚烷萃取,所得固体经乙醚萃取并用正庚烷重结晶,得苯并-15-冠-5白色片状晶体,乙醚萃取后的剩余物为白色粉末状二苯并-30-冠-10,熔点:105.7-106.1℃。
实例:二苯并-30-冠-10的合成:将16.5克(0.15M)氢氧化钾、250毫升正丁醇加入耐压反应釜内。密闭、通氮气保护,搅拌并升温至130℃,用柱塞式计量泵注入18.6克(0.08M)1,11-二氯-3、6、9-三氧杂十一烷的正丁醇(30.5毫升)溶液,加料后继续搅拌30分钟,然后将釜冷却至常压,打开釜盍,迅速加入10.7克(0.15M)氢氧化钾,立即密闭釜体,通氮气保护,搅拌并升温至130℃,注入18.6克(0.08M)1.11-二氯-3、6、9-三氧杂十一烷的正丁醇(30.5毫升)溶液,在130±5℃、2.6-4公斤/厘米2压力下搅拌3小时。由反应液蒸去溶剂后所得剩余物用正庚烷萃取得浅黄色片状晶体,经乙醚萃取并用正庚烷重结晶,得苯并-15-冠-5白色片状晶体19.2克,熔点:80.8-81.2℃,收率46%。乙醚萃取后的剩余物为白色粉未状二苯并-30-冠-10,干燥后重2.8克,熔点:105.7-106.1℃,收率~7%。
合成苯并-15-冠-5反应液的快速气相色谱分析方法:在248℃,以涂有15%E-301固定液的102硅烷化白色担体装入不锈钢柱,柱长2米,柱内径4毫米。氢焰检测。内标工作曲线法定量。
发明与已有技术相比所具有的优点:
本发明与已有技术相比,其突出优点在于采用在密闭体系中加热反应物,以适当提高反应压力,使之在使用一般溶剂的情况下,实现反应温度的提高,加速了反应。显著地缩短了反应时间。使常用冠醚苯并-15-冠-5、二苯并-18-冠-6和二苯并-30-冠-10的合成反应时间仅为杜邦公司合成方法的十分之一到四分之一,达到了与杜邦公司相当或较高的产率水平,采用本法生产冠醚。所需设备要求不高,操作简便,污染少,产品质量良好。本发明的突出优点还在于容易实现工业化批量生产。