一种制备含硫大双环25,26,27,28四羟基杯4芳烃的方法.pdf

一种制备含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃的方法，涉及一种含硫双环含羟基杯[4]芳烃衍生物的制备方法。以5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)为起始原料，与对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)反应，得到粗产品后经分离纯化得到含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品。本发明的起始原料为实验室制备，工艺成熟，收率高，常压操作，本发明的产品具有较强的化学活性且对过渡金属离子和重金属离子有较强的识别能力，并且分子另一端含有的羟基官能团，形成了两个含硫的大双环，其空腔效应较传统杯芳烃更加明显，使分子的活性更强，比传统杯芳烃在液膜传输、络合萃取分子探针、分子器件、传感器、液晶、非线性光学等领域有更广阔的应用。

1.  一种制备含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃的方法，其特征在于：以式(II)表示的含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃按照如下步骤获得：

先量取5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)∶氢化钠∶N，N-二甲基甲酰胺(DMF)＝1∶0.2-0.3∶10-20重量比，搅拌均匀后将反应混合物加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分2-3批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)，对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)的加入量为5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)重量的1.4-1.6倍，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化，得到白色固体，为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品；柱层析所用的淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2体积；上述氢化钠为市售的含量为60％或者80％重量百分比的氢化钠固体粉末。

一种制备含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃的方法
技术领域
本发明涉及含硫双环含羟基杯[4]芳烃衍生物的制备方法，具体涉及一种含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃的制备方法。
背景技术
杯芳烃(Calixarene)是由苯酚单元通过亚甲基在酚羟基邻位连接而构成的一类大环化合物，它的出现是与酚醛树脂的研究密切相关的。1942年，奥地利化学家Alois Zinke发现叔丁基苯酚与甲醛水溶液在氢氧化钠存在下的反应产物不是他预期的线型酚醛树脂，而是一个高熔点的晶状化合物，经鉴定为环状的四聚体(如下图)，这是杯芳烃发现的渊源。

20世纪70年代末，随着冠醚、环糊精等大环化合物研究工作的深入，发现它们有作为模拟酶的可能性，于是这类大环化合物引起了科学界的广泛重视，并将这类化合物命名为“杯芳烃”(Calixarene，calix源于希腊文酒杯，arene为芳香烃类)。
作为第三代超分子主体化合物，杯芳烃具有独特的空穴结构，与冠醚和环糊精相比具有如下特点：(I)它是一类合成的低聚物，它的空穴结构大小的调节具有较大的自由度；(2)通过控制不同的反应条件及引入适当的取代基，可固定所需要的构象；(3)不但可以在杯芳烃下缘的酚轻基和上缘的苯环对位发生衍生化反应，而且连接苯环单元的亚甲基都能进行各种选择性功能化，这不仅能改善杯芳烃自身水溶性差的不足，而且还可以改善其分子络合能力和模拟酶活力；(4)它的热稳定性及化学稳定性很好，可溶性虽较差，但这各有利弊的一面，通过衍生化之后，某些衍生物具有很好的溶解性；(5)杯芳烃不但能与离子，且能与中性分子形成主客体包合物，这是容冠醚和环糊精两者之长；(6)杯芳烃的合成较为简单，可望获得较为廉价的产品。
基于杯芳烃上述的一些特点，自70年代末至整个80年代，杯芳烃的研究工作发展非常迅速，到现在已有多本专著和多篇综述性文章报道杯芳烃在液膜传输、络合萃取分子探针、分子器件、传感器、液晶、非线性光学等领域的应用潜力。
上世纪70年代，美、日、德、英等国化学家先后就衍生物的合成及其性能开展了系列研究，并在配合物、分析化学、分子识别、分子催化等领域的应用中取得了突破性进展。国内的研究起步于90年代初期，中国科学院北京化学研究所、南开大学、同济大学、武汉大学等单位开展了系列研究并取得了一些有价值的研究成果。杯芳烃研究热点之一是新型杯芳烃衍生物的合成，合成热点主要表现在新型杯芳烃基体的采用、上沿取代基的多位功能化、下沿取代基的桥联、醚化、酯化和多穴化及在分子中导入含有O，N，S及两性金属的基团等方面。另一个热点是在应用功能及性能上向电学、光学、手性识别、催化反应等方向发展。
本发明提出的化合物结构上既有硫原子，又在其对位有羟基，两种官能团使得该类化合物的从结构上具有更大的活性，并且形成了两个外延更大的双环，较现有杯[4]芳烃类化合物有更好的络合作用，从结构上可以推测在手性识别和催化反应方面有更加明显的作用，应用范围及其作用强度都有较大程度的提高。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备含硫双环含羟基杯[4]芳烃衍生物方法，具体为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃的制备方法。
为达上述目的，我们进行了一系列实验，得到了一条易于规模化生产，成本低廉的合成路线。
实现本发明的技术方案如下：
以式(II)表示的含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃按照如下步骤获得：

先量取5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)∶氢化钠∶N，N-二甲基甲酰胺(DMF)＝1∶0.2-0.3∶10-20重量比，搅拌均匀后将反应混合物加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分2-3批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)，对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯的加入量为5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)重量的1.4-1.6倍，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化(淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2)，得到白色固体，为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品。上述氢化钠为市售的含量为60％或者80％重量百分比的固体粉末。因为纯的氢化钠很容易吸潮并且自燃，一般要用蜡包住，目前生产和销售的氢化钠都是蜡包住的细小固体。
本发明的优点：
1.本发明中涉及的化合物含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃在保留了原有羟基的基础上，引入了两个新的含硫大双环，从结构上可以推测其在化合物的手性识别和环状大分子催化反应方面有更加明显的作用，应用范围及其作用强度都有较大程度的提高。
2.本发明采用的原料为实验室制备，工艺较为成熟，便于大规模生产。
具体实施方式
下面通过具体的实施例进一步说明本发明是如何实现的：
实施例1
原料5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)制备方法是按如下三个步骤进行的：
A，先量取25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃∶多聚甲醛＝1∶0.29-0.36重量比，然后加入乙酸，乙酸的加入量为25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃重量的3倍，搅拌均匀后用冰盐浴冷却到10℃，然后通入干燥的氯化氢气体，氯化氢气体的通入量为25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃重量的0.36-0.44倍，保持反应混合物温度不超过20℃，通入完毕后将反应混合物倒入冰水中，过滤收集固体，水洗后干燥，得到产物5，11，17，23-四氯甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃；
B，量取A步产品5，11，17，23-四氯甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃∶硫代乙酸钾＝1∶0.74-2.21重量比，将他们加入反应器中，再加入无水乙腈，无水乙腈的加入量为5，11，17，23-四氯甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃重量的15-35倍；氮气保护下边搅拌边加热至80℃进行取代反应4个小时后，停止加热，冷却至室温，然后再升温至90℃蒸馏除去乙腈得红褐色固体，在固体中加水溶解，水的加入量是乙腈重量的2倍，再在溶液中加入二氯甲烷进行萃取，得有机相，二氯甲烷加入量是乙腈重量的6倍，在有机相中加入无水硫酸钠，过夜，滤去无水硫酸钠后剩余液体再升温至55℃，蒸馏除去二氯甲烷得到固体，最后在固体中加入异丙醇进行重结晶，得到淡红色晶体为产物5，11，17，23-四硫代乙酰氧基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃；异丙醇的加入量是固体重量的4倍；
C.5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)的制备
先按B步所得产物5，11，17，23-四硫代乙酰氧基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃∶甲醇钠或者乙醇钠＝1∶1-15摩尔比量取，然后将他们冷却至0℃后加入无水甲醇或无水乙醇，无水甲醇或无水乙醇的加入量为5，11，17，23-四硫代乙酰氧基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃重量的15倍，加毕后升至室温反应2小时，再冷却至0℃后加入浓度为2mol/L的稀盐酸酸化，过滤收集固体，用无水甲醇对固体经过重结晶后得到5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)；甲醇的加入量是固体重量的4倍。
在反应瓶中加入5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)(6.08g，0.01mol)，含量为60％重量百分比的氢化钠固体粉末(1.8g，0.045mol)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(90g)，搅拌均匀后反应混合物加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分2批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)(9.12g，0.022mol)，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化(淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2)，得到白色固体，干燥后为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品4.12g，收率55.0％。¹HNMR(CDCl₃)δ：10.16(s，4H，Ar-OH)；7.09(s，8H，Ar-H)；3.83(d，8H，Ar-CH₂)；3.73(m，8H，-CH₂-O)；2.53(m，8H，CH₂-CH₂-S)；2.11(s，8H，Ar-CH₂-S)。
实施例2
反应瓶中加入5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)(6.08g，0.01mol)，含量为60％重量百分比的氢化钠固体粉末(1.6g，0.04mol)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(65g)，搅匀后加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分2批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)(8.51g，0.021mol)，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化(淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2)，得到白色固体，干燥后为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品4.03g，收率53.8％。
实施例3
在反应瓶中加入5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)(6.08g，0.01mol)，含量为80％重量百分比的氢化钠固体粉末(1.2g，0.04mol)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(90g)，搅拌均匀后反应混合物加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分3批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)(9.12g，0.022mol)，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化(淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2)，得到白色固体，干燥后为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品3.95g，收率52.7％。
实施例4
在反应瓶中加入5，11，17，23-四巯基甲基-25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(I)(6.08g，0.01mol)，含量为80％重量百分比的氢化钠(1.35g，0.045mol)和N，N-二甲基甲酰胺(DMF)(120g)，搅拌均匀后反应混合物加热至80℃保温反应1小时，然后冷却至室温，再分3批快速加入对甲基苯磺酸一缩二乙二醇酯(III)(9.72g，0.023mol)，加毕后继续室温搅拌反应4小时，反应结束后将反应混合物倒入冰水中，析出固体，过滤收集固体，即为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)粗品，粗品经过柱层析纯化(淋洗液为正己烷/乙酸乙酯＝3/2)，得到白色固体，干燥后为含硫大双环25，26，27，28-四羟基-杯[4]芳烃(II)纯品4.2g，收率56.1％。