專利名稱:多取代呋喃的綠色合成方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及化合物的合成方法,特別涉及多取代呋喃的綠色合成方法。
背景技術(shù):
呋喃作為五元雜環(huán)化合物的典型代表,廣泛存在于自然界中。許多多取代 呋喃是天然產(chǎn)物和重要藥物的結(jié)構(gòu)單元,顯示出很強的生物及藥物活性。因此,
多取代呋喃的合成引起了廣大化學家的濃厚興趣。Paal-Knorr反應是合成呋喃化 合物的重要方法之一,由1,4-二羰基化合物在無水、酸性條件下脫水環(huán)化生成呔 喃化合物。近年來,由于1,4-二羰基化合物的合成研究取得較大進展,Paal-Knorr 呋喃合成法也得到廣泛應用。但在該方法中,通常以苯或曱苯為溶劑,以對曱笨 磺酸、多聚磷酸、氯化鋅/乙酸酐、鹽紛乙醇或三氟化硼乙醚/氯仿為催化劑,涉 及毒性有機溶劑、強酸或金屬的使用,不符合現(xiàn)今綠色化學的發(fā)展要求。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此,本發(fā)明的目的在于提供一種多取代呋喃的綠色合成方法,使用 安全的溶劑和試劑,并易于回收再利用,不僅降低環(huán)境污染,而且降低生產(chǎn)成本; 此外,操作簡便,反應時間短,產(chǎn)物易于純化、收率高,適合工業(yè)化生產(chǎn)。
為達到此目的,本發(fā)明提供了一種多取代呋喃的綠色合成方法,由1, 4-二 羰基化合物在水中、強酸性陽離子交換樹脂催化下加熱反應制得多取代呋喃。
進一步,所述強酸性陽離子交換樹脂為200-400目、交聯(lián)度為8%的磺酸型 陽離子交換樹脂;
進一步,所述1,4-二羰基化合物與陽離子交換樹脂的摩爾比為1 : 10~12; 進一步,所述加熱反應為溫度100。C回流反應; 進一步,所述加熱反應為溫度130。C封閉反應;進一步,將反應完畢的混合物冷卻至室溫,過濾,分別收集濾液和濾渣;濾 液用乙醚萃取,收集乙醚層,依次用水和鹽水洗滌,無水石克酸鈉干燥,過濾,濾 液回收溶劑,殘余物直接干燥或用快速柱色譜法分離純化后再干燥,即得多取 代呋喃;濾渣即強酸性陽離子交換樹脂先用乙醚洗滌去除有機雜質(zhì),再用鹽酸 溶液再生后重復使用。
本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供了 一種多取代呋喃的綠色合成方法, 以水為溶劑、強酸性陽離子交換樹脂為非均相催化劑,安全無毒,且強酸性陽離 子交換樹脂易于回收再利用,不僅降低環(huán)境污染,而且降低生產(chǎn)成本;此外,操 作簡便,反應時間短,產(chǎn)物易于純化、收率高,適合工業(yè)化生產(chǎn),應用前景廣闊。
具體實施例方式
為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚,下面對本發(fā)明的優(yōu)選實 施例進行詳細的描述。
在優(yōu)選實施例中,原料l, 4-二羰基化合物la、 3a 5a和8a 10a根據(jù)相關(guān)文 獻方法制備la (Nakazaki J et al. / 2003, 13, 1011.), 3a、 4a和8a
(Ceylan M et al.2004, 1750.), 5a (Joczyk A et al. r欲。M謂,1990, 46, 1025.), 9a (Gatezowski M et al. J! C7zem., 2006, 71, 5942.), 10a (Wu AX et al. S;;W/ . Comww"., 1997, 27, 331.); 2a、 6a和7a購自Alfa Aesar ,>司;試劑均為市 售品且未經(jīng)進一步純化;反應中采用薄層色譜法(GF254硅膠板)監(jiān)測反應進程, 所得目標產(chǎn)物采用X-4型顯微熔點儀(數(shù)顯)測定熔點(溫度未校正)、Bruker AV-300型核i茲共振儀測定核磁共振氫譜(iH NMR, 300MHz)和核》茲共振碳譜("C NMR, 75 MHz)(以TMS為內(nèi)標);快速柱色語法采用200~300目硅膠。
多取代呋喃合成通法取1, 4-二羰基化合物(1 mmol),加入水(2 mL)和強酸 性陽離子交換樹脂Dowex 50Wx8-200(10~12 mmol),溫度IO(TC回流反應(油浴 加熱)或溫度130。C封閉反應(將反應管封閉后置干燥箱中加熱,無需攪拌),反應 完畢后冷卻至室溫,過濾,分別收集濾液和濾渣;濾液用乙醚萃取,收集乙醚層, 依次用水和鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,過濾,濾液回收溶劑,殘余物直接干燥(單一產(chǎn)物)或用快速柱色譜法分離純化后再干燥(兩種產(chǎn)物),即得多取代呋喃; 濾渣即強酸性陽離子交換樹脂先用乙醚洗滌去除有機雜質(zhì),再用濃度為lmol/L
的鹽酸溶液再生后重復使用。
按照上述合成通法,本發(fā)明以二、三或四取代(烷基、芳基和/或酯基取代)
的l, 4-二羰基化合物為原料,制得多種多取代呋喃,其熔點、'H NMR和13C NMR與相關(guān)文獻凈艮道一致(見表1)。
表i.多取代呋喃的合成條件及結(jié)果
編1, 4-二羰基化合物多取代呋喃 100'C (回流)130°C (封閉) 文獻
號時間(h)收率(。/o)a時間(h)收率(%)31~~ 1b56429100卩]
2 化281007100[2]
3(p)CIPh^V閱(P)(p)ciPh、cyphci(p)361007100[3]
40 43 0(p)BrPh-^-PhBr(p) 4b361007100[3]
o(P)MePh^^P固e(p)3610071004]
60 6a o2481678[5]
Ph 0 7aPh 7b36100100[6]
0 Me Me 0 8aP,Ph MeMe 助28訓7100[7]
90 MerS:o2Et 0 SaEt02CC02Et EtO C 9b2 Sc129b: 0 9c: 859b: 76 9c: 12[8] [9]
10C02Et他Pt^Ph P,Ph Et02CC02Et Et02C '10b ' ' 10c4810b: 65 10c: 21810b: 37 10c: 46間 [11]
注a編號2~5和7~8的收率為經(jīng)NMR鑒定純度〉95。/。的粗產(chǎn)物收率,編號1、 6、 9和10的收率為快速柱 色譜法分離純化后的產(chǎn)物收率;[1] Adriano C et al. Termtedra", 1985, 41, 1919; [2] Ken T et al. £mk / Org. CTiCTJ., 2007, 16, 2687; [3] Rao HSP et al. J Og. CTzew., 2003, 68, 5392. [4] Stanley W et al. / Og. Ctem., 1976, 41, 310; [5] Forgione P et al. /爿w. C/je饑Soc" 2006, 128, 11350; [6] Dudnik S et al. J Jw. CT ew. Soc., 2008, 130, 1440; [7] Amarnath V et al. ■/ Og. Ctew., 1995, 60, 301; [8] Fales HM et al. J Og. Ctew.' 1980, 45, 169; [9] Michael HS et al. Og. left" 2005, 7, 3925; [10] Pohmakotr M et al. 7fefra/ ec raM丄e"., 2003, 44, 7937; [11] Clawson P et al. J CAew. Soc.,尸威w Thms. 7, 1990, 1, 153.
由表1可知(1)1, 4-二羰基化合物在水中、強酸性陽離子交換樹脂催化下,于溫度100。C回流反應時,反應速度較慢,反應時間較長(12 56小時);而于溫度
130。C封閉反應時(因強酸性陽離子交換樹脂在溫度高于14(TC時易發(fā)生熱分解,
故提高溫度至130°C),反應速度較快,反應時間較短(6 9小時);(2)當以二、三或
四取代(非酯基取代)的1, 4-二羰基化合物(la 8a)為原料時得單一產(chǎn)物,其中,
2a 5a和7a 8a采用兩種加熱方式都可以定量轉(zhuǎn)化生成多取代呋喃;la雖然在溫
度IO(TC回流反應56小時僅有42%的轉(zhuǎn)化率,但其在溫度130。C封閉反應9小時
即可達到100%的轉(zhuǎn)化率;6a在溫度IO(TC回流反應和在溫度130。C封閉反應的產(chǎn)
物收率分別為81%和78%,薄層色譜顯示無原料殘留但有未知副產(chǎn)物生成;(3)
當以四取代(二酯基取代)的1, 4-二羰基化合物(9a和10a)為原料時得兩種產(chǎn)物,
分別為未脫羧產(chǎn)物(9b和10b)和單脫羧產(chǎn)物(9c和10c),究其原因9a和10a有兩
條反應路線, 一條路線為直接經(jīng)Paal- Knoir脫水環(huán)化生成9b和10b,另 一條路
線為先脫羧再經(jīng)Paal-Knorr脫水環(huán)化生成9c和10c,兩種產(chǎn)物的收率主要取決于
脫羧和Paal-Knorr脫水環(huán)化的速度,當Paal-Knorr脫水環(huán)化速度快于脫羧速度時,
9a和10a直接脫水成環(huán)并與羰基形成穩(wěn)定的共軛體系,阻止隨后脫羧的發(fā)生,則
未脫羧產(chǎn)物為主產(chǎn)物,反之則單脫羧產(chǎn)物為主產(chǎn)物。
本發(fā)明的推測反應機理如下 o
0 H
強酸性陽離子交換樹脂作為Bnpnstde酸^是供質(zhì)子催化反應,1, 4-二羰基化合物 中的一個羰基氧原子被質(zhì)子化后轉(zhuǎn)變?yōu)橄┐际浇Y(jié)構(gòu),再對另一個羰基^灰原子發(fā) 起分子內(nèi)親核進攻,最后脫水生成多取4<呋喃。Amarnath V等(J <>g. Ozem., 1995, 60, 301)曾報道Paa1-Knorr反應的限速步驟為分子內(nèi)親核反應,當羰基連有 吸電子基團時,羰基,友原子的正電性增大,反應活性增強。因苯基的吸電子性強 于噻吩基,故按照本發(fā)明的推測反應機理進行推測,與1, 4-二噻吩基丁烷-1, 4-二酮(la)相比,1,4-二苯基丁烷-l,4-二酮(2a)的反應速度較快,反應時間較短。此 推測結(jié)果與實鳥全結(jié)果和文獻才艮道(j: Org. Cfew., 2003, 68, 5392)—致。
本發(fā)明對強酸性陽離子交換樹脂的催化性和回收再利用的可行性進行了 — 驗 證,結(jié)果發(fā)現(xiàn),在不加入強酸性陽離子交換樹脂的情況下,無多取代呋喃生成; 而強酸性陽離子交換樹脂回收再利用3次,其催化效率僅有少許降低,如下式所 示。
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當然,除Dowex 50Wx8-200外,本發(fā)明還可以使用其它強酸性陽離子交換 樹脂,都可以達到本發(fā)明目的。
最后說明的是,以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制,盡管 通過參照本發(fā)明的優(yōu)選實施例已經(jīng)對本發(fā)明進行了描述,但本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員應當理解,可以在形式上和細節(jié)上對其作出各種各樣的改變,而不偏離所 附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1、多取代呋喃的綠色合成方法,其特征在于由1,4-二羰基化合物在水中、強酸性陽離子交換樹脂催化下加熱反應制得多取代呋喃。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多取代呋喃的綠色合成方法,其特征在于所述強酸性陽離子交換樹脂為200~400目、交聯(lián)度為8%的磺酸型陽離子交換樹脂。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多取代呋喃的綠色合成方法,其特征在于所述1,4-二羰基化合物與強酸性陽離子交換樹脂的摩爾比為1 : 10 12。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多取代呋喃的綠色合成方法,其特征在于所述加熱反應為溫度100 °C回流反應。
5、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的多取代呋響的綠色合成方法,其特征在于所述加熱反應為溫度130。C封閉反應。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1至5任一權(quán)利要求所述的多取代呋喃的綠色合成方法,其特征在于將反應完畢的混合物冷卻至室溫,過濾,分別收集濾液和濾渣;濾液用乙醚萃取,收集乙醚層,依次用水和鹽水洗滌,無水硫酸鈉干燥,過濾,濾液回收溶劑,殘余物直接干燥或用快速柱色譜法分離純化后再干燥,即得多取代呋喃;濾渣即強酸性陽離子交換樹脂先用乙醚洗滌去除有機雜質(zhì),再用鹽酸溶液再生后重復使用。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種多取代呋喃的綠色合成方法,由1,4-二羰基化合物在水中、強酸性陽離子交換樹脂催化下加熱反應制得多取代呋喃;本發(fā)明方法以水為溶劑、強酸性陽離子交換樹脂為非均相催化劑,安全無毒,且強酸性陽離子交換樹脂易于回收再利用,不僅降低環(huán)境污染,而且降低生產(chǎn)成本;此外,操作簡便,反應時間短,產(chǎn)物易于純化、收率高,適合工業(yè)化生產(chǎn),應用前景廣闊。
文檔編號C07D307/54GK101580498SQ20091010396
公開日2009年11月18日 申請日期2009年5月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月26日
發(fā)明者何延紅, 智 官, 汪鋼強 申請人:西南大學