本發(fā)明涉及一種高效的相轉移催化劑和絡合劑冠醚的制備方法，具體地涉及一種15-冠醚-5的制備方法。
背景技術：
15-冠醚-5為無色透明粘稠液體，易吸潮，可與水互溶，溶于乙醇、苯、氯仿、二氯甲烷等有機溶劑，對鈉離子有較強的選擇絡合力，是一種高效的相轉移催化劑和絡合劑。
相轉移催化(PT)是20世紀70年代以來在有機合成中應用日趨廣泛的一種新的合成技術，有機合成中經常遇到的非均相有機反應通常速率很慢，收率低，而引入相轉移催化劑后，能顯著提高反應速率及原料轉化率，對有機合成的發(fā)展有著極大的推動作用。
常見的相轉移催化劑主要分為以下四類：①鎓鹽類；②包結類；③開鏈聚醚類；④固載三相類，其中15-冠醚-5屬于包結類催化劑，因其獨特的結構而具有特殊的復合性能，對陽離子的選擇性大，適應性廣，常用于液-固相反應體系。
目前關于15-冠醚-5的制備方法主要有以下三種：⑴Williamson合成法，以三甘醇(二縮三乙二醇)和二氯乙醚為原料，在堿作用下，分子間縮合生成目標產物(CN201310235086.1；Journal of the Chemical Society,Dalton Trans,1157-1161,1981)，該路線的原料三甘醇相對廉價易得，反應條件較為溫和，但二氯乙醚來源有限，價格高，在反應中無法避免二氯乙醚堿解，以及長鏈醚和大環(huán)醚等雜質的生成，從而導致難以獲得高純度的15-冠醚-5和好的收率(一般收率僅在35％左右)；⑵醇脫水縮合法，分別有五甘醇自身脫水環(huán)合或是三甘醇與三甘醇雙對甲苯磺酸酯分子間縮合來制備目標產物(CN961115243.6，Chemistry Letters,(5),533-536；1980)，該路線的原料不易獲得，成本較高，也不能規(guī)避路線⑴的副反應競爭，且通過脫水成醚的反應選擇性更差，反應收率僅有33％；⑶其他方法，如2,6-二氧代-15-冠醚-5經氫化還原得到目標產物，該方法不具有常規(guī)的制備意義(Journal of the Chemical Society,Chemical communications,(4),248-249；1982)。
綜上所述，現(xiàn)有15-冠醚-5的合成方法均存在各自的弊端，因而研究、優(yōu)化其合成工藝有著重要的研究意義和實用價值。
技術實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的是提供一種新的15-冠醚-5的制備方法，該方法使用四甘醇(三縮四乙二醇)和乙二醇為原料，在堿催化劑存在的條件下，經脫水試劑的輔助，通過選擇性的分子間脫水縮合生成目標產物15-冠醚-5。
該合成方法工藝流暢，反應條件溫和，耗時較短，后處理相對簡單，產品純度和收率高，純度達到98％以上，收率大于60％，優(yōu)選方案可達70％以上；具有三廢易于處理，成本低，生產循環(huán)快等特點，適合應用于工業(yè)化生產，是一條很有潛力和市場應用價值的綠色新工藝方法。
15-冠醚-5的結構式如下：
本發(fā)明的15-冠醚-5的制備方法的合成路線為：
本發(fā)明15-冠醚-5的制備方法優(yōu)選包括以下步驟：：
S1：室溫條件下，混合第一溶劑、堿催化劑和脫水劑得到混合液，調節(jié)所述混合液的溫度至40℃～80℃；
S2：向S1的混合液中同時滴加四甘醇溶于第一溶劑的溶液以及乙二醇溶于第一溶劑的溶液，控制滴加速率使得二者同步滴加完畢，繼續(xù)保溫6～10小時，直至反應結束；
S3，將步驟S2得到的反應混合液降至室溫，濃縮反應混合液，向濃縮液中加入第二溶劑，混勻過濾，濾餅用第二溶劑洗滌，合并濾液和洗滌液，干燥脫溶，得15-冠醚-5的粗品。任選地，繼續(xù)減壓蒸餾得成品。
優(yōu)選采用GC(氣相色譜)跟蹤的方法確定步驟S2的反應終點。
本發(fā)明所述步驟S1和S2中，第一溶劑為醚類、芳烴類或酰胺類溶劑。優(yōu)選的第一溶劑為四氫呋喃、二氧六環(huán)、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等中的一種或多種。
本發(fā)明所述步驟S1中，所述堿催化劑可以為無機堿或有機堿。優(yōu)選的無機堿為堿金屬碳酸鹽、堿金屬磷酸鹽或堿金屬氫氧化物。進一步地優(yōu)選為碳酸鈉、碳酸鉀、磷酸鈉、碳酸銫、氫氧化鈉等中的一種或多種。優(yōu)選的有機堿為三乙胺、吡啶、N-甲基嗎啉、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶(DMAP)等中的一種或多種，進一步地優(yōu)選為三乙胺、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶。
本發(fā)明所述步驟S1中，脫水劑優(yōu)選為二環(huán)己基碳二亞胺、分子篩、HOBT(1-羥基苯并三唑)、HBTU(O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸鹽)、TBTU(O-苯并三氮唑-N,N,N’,N’-四甲基脲四氟硼酸酯)、醋酸酐、氫化鈉等中的一種或多種，優(yōu)選的分子篩是分子篩4A或分子篩5A。
本發(fā)明所述步驟S2中，反應優(yōu)選在40～80℃的溫度范圍內進行。
本發(fā)明所述步驟S2中，四甘醇和乙二醇采用同步雙滴加的方式投料。
本發(fā)明所述步驟S2中，優(yōu)選的四甘醇和乙二醇的摩爾配比為1:1.5～1:3.0。
本發(fā)明所述步驟S2中，優(yōu)選的四甘醇和催化劑的質量比為1:0.1～1:0.4。
本發(fā)明所述步驟S2中，優(yōu)選的四甘醇和脫水劑的摩爾配比為1:0.8～1：1.5。
本發(fā)明所述步驟S3中，第二溶劑為鹵帶烷烴類溶劑或脂肪醇溶劑，優(yōu)選的第二溶劑選自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、甲醇、乙醇等中的一種或多種。
本發(fā)明是制備15-冠醚-5全新創(chuàng)新工藝，技術創(chuàng)新要點主要體現(xiàn)在：
(1)創(chuàng)新性地選用四甘醇和乙二醇為原料，在堿催化劑和脫水試劑作用下發(fā)生分子間縮合反應，以脫水成醚的方式制備得到目標產物，該路線未見文獻報道；
(2)采用兩種原料同步雙滴加的方式投料，并引入堿催化劑和脫水劑，意外地發(fā)現(xiàn)目標反應有了較為明顯的選擇性，目標產物的收率較高(60～70％)、純度高(大于98％)。
具體實施方式
為了更清楚地說明本發(fā)明，下文中采用非限定性實施例作進一步說明。
實施例一：
于1000ml的四口瓶中依次加入碳酸鈉(19.4g)、二環(huán)己基碳二亞胺(103.0g，0.5mol)和二氧六環(huán)(300ml)，攪拌混勻，加熱至70～75℃，同步緩慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的二氧六環(huán)(150ml)溶液和乙二醇(46.5g，0.75mol)的二氧六環(huán)(50ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，繼續(xù)保溫6h，取樣監(jiān)測至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室溫，減壓除去大部分溶劑，向所得濃縮漿狀液加入250ml的二氯甲烷，攪拌混勻后過濾，濾餅用50ml的二氯甲烷洗滌，合并濾液和洗滌液，用無水硫酸鎂干燥后脫溶，所得粗品繼續(xù)減壓蒸餾，得15-冠醚-5的成品78.2g，含量98.7％，收率70.2％。
實施例二：
于1000ml的四口瓶中依次加入磷酸鈉(19.4g)、二環(huán)己基碳二亞胺(103.0g，0.5mol)和N,N-二甲基乙酰胺(300ml)，攪拌混勻，加熱至60～65℃，同步緩慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的N,N-二甲基乙酰胺(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的N,N-二甲基乙酰胺(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，繼續(xù)保溫7h，取樣監(jiān)測至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室溫，減壓除去大部分溶劑，向所得濃縮漿狀液加入250ml的氯仿，攪拌混勻后過濾，濾餅用50ml的氯仿洗滌，合并濾液和洗滌液，用無水硫酸鎂干燥后脫溶，所得粗品繼續(xù)減壓蒸餾，得15-冠醚-5的成品69.9g，含量98.4％，收率62.5％。
實施例三：
于1000ml的四口瓶中依次加入磷酸鈉(19.4g)、分子篩4A(55.0g)和N,N-二甲基乙酰胺(300ml)，攪拌混勻，加熱至60～65℃，同步緩慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的N,N-二甲基乙酰胺(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的N,N-二甲基乙酰胺(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，繼續(xù)保溫7h，取樣監(jiān)測至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室溫，減壓除去大部分溶劑，向所得濃縮漿狀液加入250ml的氯仿，攪拌混勻后過濾，濾餅用50ml的氯仿洗滌，合并濾液和洗滌液，用無水硫酸鎂干燥后脫溶，所得粗品繼續(xù)減壓蒸餾，得15-冠醚-5的成品72.1g，含量98.6％，收率64.5％。
實施例四：
于1000ml的四口瓶中依次加入三乙胺(25.3g)、HBTU(7.6g，0.02mol)和二氧六環(huán)(300ml)，攪拌混勻，加熱至75～80℃，同步緩慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的二氧六環(huán)(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的二氧六環(huán)(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，繼續(xù)保溫7h，取樣監(jiān)測至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室溫，減壓除去大部分溶劑，向所得濃縮漿狀液加入250ml的1,2-二氯乙烷，攪拌混勻后過濾，濾餅用50ml的1,2-二氯乙烷洗滌，合并濾液和洗滌液，用無水硫酸鎂干燥后脫溶，所得粗品繼續(xù)減壓蒸餾，得15-冠醚-5的成品75.6g，含量98.7％，收率67.8％。