本發(fā)明涉及化合物合成技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種巰基功能化芳基羧酸的制備方法。

背景技術(shù)：

金屬有機(jī)骨架材料(Metal-Organic framework,MOF)作為新興的多孔材料得到了快速發(fā)展，該類多孔材料能夠通過(guò)對(duì)功能配體的設(shè)計(jì)，進(jìn)而定向自組裝出具有預(yù)設(shè)結(jié)構(gòu)和功能的金屬有機(jī)框架材料。

基于前期的研究發(fā)現(xiàn)，巰基芳香羧酸化合物兼并了軟硬原子為一體(軟硬酸堿理論)，其中羧基上的O作為硬堿，巰基上的S作為軟堿，使這類化合物的優(yōu)勢(shì)十分顯著。當(dāng)選擇硬酸類金屬離子如(Zr⁴⁺)作為配位中心，中心離子會(huì)選擇與羧基形成金屬有機(jī)框架，而巰基不參與配位，游離并修飾骨架材料巰基功能化芳基羧酸化合物。巰基引入到金屬有機(jī)骨架材料中，其優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)如下：1)巰基官能團(tuán)在有機(jī)方面的活潑性有利于MOF材料進(jìn)行后合成修飾；2)巰基官能團(tuán)和金屬離子的強(qiáng)結(jié)合作用使得MOF材料能夠吸收各種不同的金屬離子從而達(dá)到去除重金屬離子的目的。

除此以外，巰基化合物還是合成醫(yī)藥的中間體和重要的化工原料，主要有硫醇和硫酚兩大類。巰基化合物的巰基易與汞離子、銀離子等重金屬快速絡(luò)合，并形成穩(wěn)定的配位化合物。因此，含巰基官能團(tuán)的化合物在吸附、分離貴金屬和重金屬方面有巨大的應(yīng)用前景。

目前，合成巰基化合物的反應(yīng)，條件苛刻且劇烈，產(chǎn)率不高，操作繁瑣，所用原料成本高，毒性大且具有十分強(qiáng)烈的刺激性氣味等因素限制了巰基化合物的規(guī)模化生產(chǎn)。

如Jun He等(CN104447452A)報(bào)道了一種合成巰基功能化多芳基羧酸化合物的方法，反應(yīng)式如式1：

該方法反應(yīng)條件比較劇烈(反應(yīng)溫度較高)，轉(zhuǎn)化率及產(chǎn)率不高，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，而且該方法所需原料(甲硫醇鈉，酰氯化合物)價(jià)格比較昂貴，毒性大且具有十分強(qiáng)烈的刺激性氣味，對(duì)操作人員的身體造成很大的危害，且不利于環(huán)境保護(hù)及工業(yè)化生產(chǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供一種巰基功能化芳基羧酸的制備方法，反應(yīng)條件溫和，且原料成本低。

本發(fā)明提供了一種巰基功能化芳基羧酸的制備方法，包括以下步驟：

A)對(duì)2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸的羧基進(jìn)行保護(hù)，得到中間體1；

B)將中間體1和巰基酸酯在堿金屬鹽存在的條件下進(jìn)行取代反應(yīng)，得到中間體2；

C)中間體2進(jìn)行水解反應(yīng)，得到巰基功能化芳基羧酸。

優(yōu)選的，所述步驟A)具體為：

2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸在甲醇與濃硫酸的條件下，進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸甲酯。

優(yōu)選的，所述酯化反應(yīng)的溫度為回流，時(shí)間為1～24h。

優(yōu)選的，所述巰基酸酯為3-巰基己醇己酸酯、巰基乙酸甲酯、3-巰基丙酸-3-甲氧丁酯、2-巰基丙酸丙酯、3-巰基丙酸-2-乙己酯中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述堿金屬鹽為磷酸鉀、碳酸鈉、乙酸鈉、碳酸銫、碳酸鉀、乙酸鉀中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述中間體1、巰基酸酯和堿金屬鹽的摩爾比為1：(0.5～10)：(1～20)。

優(yōu)選的，所述取代反應(yīng)的溶劑為四氫呋喃、異丙醇、二甲亞砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、聚乙二醇600、N,N-二甲基乙酰胺中的一種或多種。

優(yōu)選的，所述取代反應(yīng)的溫度為0～80℃，反應(yīng)時(shí)間為0.5～12h。

優(yōu)選的，所述取代反應(yīng)為一取代反應(yīng)，二取代反應(yīng)，三取代反應(yīng)或四取代反應(yīng)。

優(yōu)選的，所述水解反應(yīng)在強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供了一種巰基功能化芳基羧酸的制備方法，包括以下步驟：A)對(duì)2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸的羧基進(jìn)行保護(hù)，得到中間體1；B)將中間體1和巰基酸酯在堿金屬鹽存在的條件下進(jìn)行取代反應(yīng)，得到中間體2；C)中間體2進(jìn)行水解反應(yīng)，得到巰基功能化芳基羧酸。本發(fā)明采用巰基酸酯作為反應(yīng)原料，成本較低，且毒性低，幾乎沒(méi)有氣味，安全環(huán)保；并且反應(yīng)條件溫和，幾乎沒(méi)有能耗，反應(yīng)迅速，節(jié)能環(huán)保，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能；同時(shí)該反應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)化率和收率。

附圖說(shuō)明

圖1是實(shí)施例1中間體2的核磁氫譜圖；

圖2是實(shí)施例1中間體2的核磁氟譜圖；

圖3是實(shí)施例1產(chǎn)物的核磁氫譜圖；

圖4是實(shí)施例1產(chǎn)物的核磁氟譜圖；

圖5是實(shí)施例1產(chǎn)物的質(zhì)譜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種巰基功能化芳基羧酸的制備方法，包括以下步驟：

A)對(duì)2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸的羧基進(jìn)行保護(hù)，得到中間體1；

B)將中間體1和巰基酸酯在堿金屬鹽存在的條件下進(jìn)行取代反應(yīng)，得到中間體2；

C)中間體2進(jìn)行水解反應(yīng)，得到巰基功能化芳基羧酸。

本發(fā)明首先對(duì)2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸的羧基進(jìn)行保護(hù)，優(yōu)選的，將2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸在甲醇與濃硫酸的條件下，進(jìn)行酯化反應(yīng)，得到2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸甲酯。

所述酯化反應(yīng)的溫度優(yōu)選為回流，即50～100℃，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為1～24h。

具體的，將原料2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸、甲醇與濃硫酸加入到帶回流冷凝器的反應(yīng)器中，開(kāi)啟攪拌，升溫到回流1～24小時(shí)制備得到中間體1，即2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸甲酯。

反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行后處理，優(yōu)選的，反應(yīng)體系冷卻至室溫，加入大量蒸餾水，有大量固體析出，減壓抽濾，得到白色片狀晶體產(chǎn)物，即為中間體1。

然后將制備的中間體1和巰基酸酯在堿金屬鹽存在的條件下進(jìn)行取代反應(yīng)，得到中間體2。

所述巰基酸酯優(yōu)選為3-巰基己醇己酸酯、巰基乙酸甲酯、3-巰基丙酸-3-甲氧丁酯、2-巰基丙酸丙酯、3-巰基丙酸-2-乙己酯中的一種或多種，更優(yōu)選為一種或兩種。

所述堿金屬鹽優(yōu)選為磷酸鉀、碳酸鈉、乙酸鈉、碳酸銫、碳酸鉀、乙酸鉀中的一種或多種。

所述中間體1、巰基酸酯和堿金屬鹽的摩爾比優(yōu)選為1：(0.5～10)：(1～20)。

所述取代反應(yīng)的溶劑優(yōu)選為四氫呋喃、異丙醇、二甲亞砜、乙腈、N,N-二甲基甲酰胺、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、聚乙二醇600、N,N-二甲基乙酰胺中的一種或多種。

所述取代反應(yīng)的溫度優(yōu)選為0～80℃，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為0.5～12h。

所述取代反應(yīng)優(yōu)選在惰性環(huán)境下進(jìn)行。

具體的，將中間體1、巰基酸酯和堿金屬鹽加入反應(yīng)器中，再將有機(jī)溶劑加入到反應(yīng)器中，在惰性環(huán)境下0～80℃下反應(yīng)0.5～12小時(shí)制備得到中間體2。

反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行后處理，優(yōu)選的，反應(yīng)體系經(jīng)萃取得到有機(jī)層，然后進(jìn)行柱色譜分離，得到無(wú)色粘稠液體，即為中間體2。

本發(fā)明中，所述取代反應(yīng)可以通過(guò)控制巰基酸酯的用量，即通過(guò)改變中間體1與巰基酸酯的不同比例，控制實(shí)驗(yàn)進(jìn)行取代氟原子(F)的一取代反應(yīng)，二取代反應(yīng)，三取代反應(yīng)或四取代反應(yīng)。從而可以使得此方法應(yīng)用到含鹵素原子(如F原子)的芳基化合物的巰基化反應(yīng)。

當(dāng)進(jìn)行一取代反應(yīng)時(shí)，所述中間體1與巰基酸酯的摩爾比為1:(0.1～5)；

當(dāng)進(jìn)行二取代反應(yīng)時(shí)，所述中間體1與巰基酸酯的摩爾比為1:(0.5～10)；

當(dāng)進(jìn)行三取代反應(yīng)時(shí)，所述中間體1與巰基酸酯的摩爾比為1:(1～15)；

當(dāng)進(jìn)行四取代反應(yīng)時(shí)，所述中間體1與巰基酸酯的摩爾比為1:(1～20)。

然后將中間體2進(jìn)行水解反應(yīng)，即可得到巰基功能化芳基羧酸。

優(yōu)選的，所述水解反應(yīng)在強(qiáng)堿性條件下進(jìn)行。所述強(qiáng)堿性條件可以通過(guò)添加強(qiáng)堿性化合物得到，本發(fā)明對(duì)所述強(qiáng)堿性化合物并無(wú)特殊限定，可以為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的強(qiáng)堿性化合物，本發(fā)明優(yōu)選為KOH或NaOH。

所述水解反應(yīng)優(yōu)選在醇類溶劑和水的混合溶劑中進(jìn)行。所述醇類溶劑優(yōu)選為乙醇。

所述水解反應(yīng)的溫度優(yōu)選為25～140℃，反應(yīng)時(shí)間優(yōu)選為0.5～24h。

反應(yīng)結(jié)束后，對(duì)反應(yīng)進(jìn)行后處理，優(yōu)選的，反應(yīng)體系冷卻至室溫，加入過(guò)量濃鹽酸，調(diào)節(jié)溶液至酸性，室溫?cái)嚢?.5～2h后，向體系中加入大量蒸餾水，有大量黃色固體析出，減壓抽濾，得到黃色粉末狀產(chǎn)物，即為巰基功能化芳基羧酸純品，其收率高于90％。

上述反應(yīng)的反應(yīng)方程式如下：

其中，Base為堿金屬鹽；Solvent表示有機(jī)溶劑；x＝1,2,3…….n，更優(yōu)選的，x為1～10的整數(shù)。

本發(fā)明采用巰基酸酯作為反應(yīng)原料，成本較低，且毒性低，幾乎沒(méi)有氣味，安全環(huán)保；并且反應(yīng)條件溫和，幾乎沒(méi)有能耗，反應(yīng)迅速，節(jié)能環(huán)保，為工業(yè)化生產(chǎn)提供了可能；同時(shí)該反應(yīng)具有較高的轉(zhuǎn)化率和收率，制備的巰基功能化芳基羧酸具有較高的純度。

為了進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的巰基功能化芳基羧酸的制備方法進(jìn)行詳細(xì)描述。

實(shí)施例1

中間體1的合成步驟：

(1)稱取原料2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸(1190mg，5mmol)加入100mL干燥的單口圓底燒瓶中。

(2)用量筒量取甲醇(無(wú)水，50mL)加入到單口圓底燒瓶中。

(3)滴加濃硫酸(2mL)，室溫下攪拌10min。然后置于油浴中回流24h。待反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，向混合物中加入大量的蒸餾水，有大量固體析出，減壓抽濾，得到白色片狀晶體產(chǎn)物(即中間體1)1237mg，收率93％，純度98％。

中間體2的合成步驟：

(1)將碳酸鉀(2208mg，16mmol)置于25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下使用注射器將3-巰基丙酸-2-乙基己酯(1.9mL，8.3mmol)打進(jìn)反應(yīng)茄瓶中。

(2)將在氮?dú)庀鹿呐?0min后的N,N-二甲基甲酰胺(無(wú)水，15mL)，通過(guò)真空管轉(zhuǎn)移至25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中。

(3)最后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將上述制得的中間體1(1064mg，4mmol)加入到25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，開(kāi)啟攪拌0.5～12h。

(4)反應(yīng)完全后，萃取得到的有機(jī)層，經(jīng)硅膠層析柱分離提純，得無(wú)色粘稠液體產(chǎn)物(即中間體2)1903mg，收率72％，純度98％。

對(duì)中間體2的結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2，圖1是中間體2的核磁氫譜圖，圖2是中間體2的核磁氟譜圖。

由圖1可以看出，實(shí)施例1進(jìn)行了二取代反應(yīng)。

終產(chǎn)物3的合成步驟：

于24mL氫氧化鉀的乙醇水溶液中加入中間體2(1800mg，2.72mmol)，置于90℃的油浴中回流24h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫，加入過(guò)量的濃鹽酸，使溶液呈酸性。室溫?cái)嚢?h后，向混合溶液中加入大量的蒸餾水，有大量黃色固體析出，減壓抽濾，得黃色粉末產(chǎn)物(即終產(chǎn)物3)658mg，收率91％，純度97％。

對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖3和圖4，其中，圖3是產(chǎn)物的核磁氫譜圖，圖4是產(chǎn)物的核磁氟譜圖。

由圖3和圖4可以看出，核磁氫譜圖中，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)H的位移。原因是羥基和巰基上的氫比較活潑，會(huì)很容易被交換掉，在圖譜上顯現(xiàn)不出來(lái)。可見(jiàn)，中間體2的側(cè)鏈取代基被水解掉。

采用質(zhì)譜儀對(duì)分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，其質(zhì)譜圖見(jiàn)圖5。

實(shí)施例2

中間體1的合成步驟：

(1)稱取原料2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸(952mg，4mmol)加入80mL干燥的單口圓底燒瓶中。

(2)用量筒量取甲醇(無(wú)水，30mL)加入到單口圓底燒瓶中。

(3)滴加濃硫酸(1mL)，室溫下攪拌10min。然后置于油浴中回流24h。待反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，向混合物中加入大量的蒸餾水，有大量固體析出，減壓抽濾，得到白色片狀晶體產(chǎn)物(即中間體1)968mg，收率93％，純度98％。

中間體2的合成步驟：

(1)將乙酸鉀(1568mg，16mmol)置于25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下使用注射器將2-巰基丙酸丙酯(1228.4mg，8.3mmol)加入反應(yīng)茄瓶中。

(2)將在氮?dú)庀鹿呐?0min后的N,N-二甲基甲酰胺(無(wú)水，15mL)，通過(guò)真空管轉(zhuǎn)移至25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中。

(3)最后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將上述制得的中間體1(1064mg，4mmol)加入到25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，開(kāi)啟攪拌0.5～12h。

(4)反應(yīng)完全后，萃取得到的有機(jī)層，經(jīng)硅膠層析柱分離提純，得無(wú)色粘稠液體產(chǎn)物(即中間體2)1830mg，收率69％，純度97％。

終產(chǎn)物3的合成步驟：

于20mL氫氧化鉀的乙醇水溶液中加入中間體2(1800mg，2.72mmol)，置于80℃的油浴中回流24h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫，加入過(guò)量的濃鹽酸，使溶液呈酸性。室溫?cái)嚢?h后，向混合溶液中加入大量的蒸餾水，有大量黃色固體析出，減壓抽濾，得黃色粉末產(chǎn)物(即終產(chǎn)物3)600mg，收率83％，純度97％。

通過(guò)核磁、質(zhì)譜對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，本發(fā)明制備得到了2,5-二巰基-3,6-二氟對(duì)苯二甲酸。

實(shí)施例3

中間體1的合成步驟：

(1)稱取原料2,3,5,6-四氟對(duì)苯二甲酸(1190mg，5mmol)加入100mL干燥的單口圓底燒瓶中。

(2)用量筒量取甲醇(無(wú)水，50mL)加入到單口圓底燒瓶中。

(3)滴加濃硫酸(2mL)，室溫下攪拌10min。然后置于油浴中回流24h。待反應(yīng)完全后，冷卻至室溫，向混合物中加入大量的蒸餾水，有大量固體析出，減壓抽濾，得到白色片狀晶體產(chǎn)物(即中間體1)1237mg，收率93％，純度98％。

中間體2的合成步驟：

(1)將碳酸銫(3258mg，10mmol)置于25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下使用注射器將3-巰基丙酸-2-乙基己酯(1.9mL，8.3mmol)打進(jìn)反應(yīng)茄瓶中。

(2)將在氮?dú)庀鹿呐?0min后的N,N-二甲基乙酰胺(無(wú)水，15mL)，通過(guò)真空管轉(zhuǎn)移至25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中。

(3)最后，在氮?dú)獗Ｗo(hù)下，將上述制得的中間體1(1064mg，4mmol)加入到25mL干燥的反應(yīng)茄瓶中，開(kāi)啟攪拌0.5～12h。

(4)反應(yīng)完全后，萃取得到的有機(jī)層，經(jīng)硅膠層析柱分離提純，得無(wú)色粘稠液體產(chǎn)物(即中間體2)1882mg，收率71％，純度97％。

終產(chǎn)物3的合成步驟：

于24mL氫氧化鈉的乙醇水溶液中加入中間體2(1800mg，2.72mmol)，置于90℃的油浴中回流24h。反應(yīng)完畢，冷卻至室溫，加入過(guò)量的濃鹽酸，使溶液呈酸性。室溫?cái)嚢?h后，向混合溶液中加入大量的蒸餾水，有大量黃色固體析出，減壓抽濾，得黃色粉末產(chǎn)物(即終產(chǎn)物3)658mg，收率91％，純度97％。

通過(guò)核磁、質(zhì)譜對(duì)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果表明，本發(fā)明制備得到了2,5-二巰基-3,6-二氟對(duì)苯二甲酸。

由上述實(shí)施例可知，本發(fā)明制備得到了巰基功能化芳基羧酸，獲得了較高的收率和純度。

以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行若干改進(jìn)和修飾，這些改進(jìn)和修飾也落入本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)。