本發(fā)明涉及一種香豆素衍生物的合成方法，特別涉及一種以7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯為反應(yīng)原料、一步合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素(AOM)的方法，屬于精細(xì)有機(jī)化工中間體合成領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

香豆素是一大類存在于植物界中的香豆素類化合物的母核。香豆素及其衍生物廣泛分布于植物界中，特別是在被子植物中多見(jiàn)，如：豆科、菊科、傘形科、蕓香科、瑞香科等，因其具有優(yōu)異的抗艾滋病、抗腫瘤、抗輻射及光二聚等性能，所以被廣泛應(yīng)用于生物、醫(yī)藥、染料、聚合物科學(xué)等領(lǐng)域。特別是利用其對(duì)外界光刺激(如紫外、近紅外等)的快速光反應(yīng)性能，可設(shè)計(jì)合成“光響應(yīng)型”智能聚合物，可通過(guò)對(duì)光照位置、頻率、強(qiáng)度及光照時(shí)間長(zhǎng)短的選擇，控制其結(jié)構(gòu)。自發(fā)現(xiàn)香豆素及其衍生物可在太陽(yáng)光照射下進(jìn)行光化學(xué)反應(yīng)以來(lái)，國(guó)內(nèi)外化學(xué)家對(duì)其光二聚反應(yīng)進(jìn)行了廣泛深入的研究。

如果能將香豆素引入到聚合物中，可以得到可進(jìn)行光二聚反應(yīng)的光響應(yīng)聚合物。目前主要通過(guò)在香豆素結(jié)構(gòu)中引入雙鍵，從而獲得可以聚合的香豆素衍生物。7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的傳統(tǒng)合成方法中，采用7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酸在二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶存在下通過(guò)酯化反應(yīng)合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，該方法存在催化劑復(fù)雜、有副產(chǎn)物生成、產(chǎn)品收率低、反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、環(huán)境污染大等缺點(diǎn)，同時(shí)使用了揮發(fā)性有機(jī)溶劑如二氯甲烷等，這些溶劑不僅對(duì)環(huán)境有危害，并且還有一定的毒性。因此發(fā)明一種簡(jiǎn)單安全而又高效環(huán)保的香豆素衍生物顯得尤為重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有香豆素衍生物7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素合成方法存在的缺陷，本發(fā)明的目的是在于提供一種高效、高產(chǎn)、高純度7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的合成方法，該方法過(guò)程簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件安全且溫和、反應(yīng)時(shí)間短，有利于工業(yè)生產(chǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明提供了一種7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的合成方法，該方法是在保護(hù)氣氛下，7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯在氫氧化鉀/聚乙二醇復(fù)合催化劑作用下進(jìn)行反應(yīng)，得到7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

優(yōu)選的方案，所述氫氧化鉀與所述聚乙二醇的質(zhì)量比為(6～10):(1～4)。

優(yōu)選的方案，所述7-羥基-4-甲基香豆素和所述氫氧化鉀的質(zhì)量比為100:(30～50)。

優(yōu)選的方案，所述7-羥基-4-甲基香豆素和所述丙烯酰氯摩爾比為1:(2～8)。

優(yōu)選的方案，將7-羥基-4-甲基香豆素、四氫呋喃、氫氧化鉀溶液及聚乙二醇加入反應(yīng)容器內(nèi)，超聲處理后，在保護(hù)氣氛及0～5℃溫度條件下，滴加丙烯酰氯，攪拌反應(yīng)，得到7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

較優(yōu)選的方案，所述四氫呋喃與所述7-羥基-4-甲基香豆素的質(zhì)量比為(45～70):1。

較優(yōu)選的方案，所述氫氧化鉀溶液的濃度為15～27g/L。

較優(yōu)選的方案，所述超聲處理的時(shí)間為10～30分鐘。

較優(yōu)選的方案，所述反應(yīng)的時(shí)間為1～3小時(shí)。

較優(yōu)選的方案，反應(yīng)完成后，將反應(yīng)液滴入冰水中析出沉淀，液固分離，得到粗產(chǎn)物；所述粗產(chǎn)物先采用氫氧化鈉溶液洗滌，再采用四氫呋喃溶解后，滴入冰水中析出沉淀，液固分離，固體依次采用氫氧化鈉溶液、飽和氯化鈉溶液洗滌，真空干燥，即得7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

更優(yōu)選的方案，所述保護(hù)氣氛為氮?dú)狻?/p>

更優(yōu)選的方案，所述氫氧化鈉溶液的濃度為30～50g/L。

本發(fā)明的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的具體制備方法如下：往反應(yīng)容器中加入7-羥基-4-甲基香豆素、四氫呋喃、氫氧化鉀溶液和聚乙二醇，超聲分散，加入磁力攪拌子，密封反應(yīng)容器；將反應(yīng)容器置于冰浴中強(qiáng)烈磁力攪拌，同時(shí)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)?，以徹底除去反?yīng)容器及溶劑內(nèi)部的氧氣，待體系穩(wěn)定并混合均勻后，將丙烯酰氯逐滴注入反應(yīng)容器中，在冰水浴中磁力攪拌反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，將混合反應(yīng)液滴入冰水中沉淀析出，過(guò)濾后用氫氧化鈉溶液洗滌，然后將沉淀用四氫呋喃溶解，再滴入冰水中沉淀析出，過(guò)濾后依次用氫氧化鈉溶液、飽和氯化鈉溶液洗滌，真空干燥至恒重，得到7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，混合反應(yīng)液滴入冰水中，在冰箱中放置1～2小時(shí)后，過(guò)濾。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，丙烯酰氯相對(duì)于7-羥基-4-甲基香豆素的用量應(yīng)過(guò)量，以保證7-羥基-4-甲基香豆素反應(yīng)完全。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過(guò)對(duì)反應(yīng)管內(nèi)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)獠僮饕詮氐壮シ磻?yīng)管及溶劑內(nèi)部的氧氣，避免丙烯酰氯因化學(xué)性質(zhì)活潑與空氣混合后發(fā)生爆炸而帶來(lái)的安全隱患。

本發(fā)明的技術(shù)方案中，混合反應(yīng)液先通過(guò)冰水析出白色絮狀沉淀(粗產(chǎn)品)，再經(jīng)過(guò)濾、氫氧化鈉洗滌、四氫呋喃再溶解、冰水沉淀、過(guò)濾、氫氧化鈉溶液和飽和氯化鈉溶液洗滌等步驟，得到高純度的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

本發(fā)明制得的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素可以作為光敏單體應(yīng)用于刺激響應(yīng)高分子聚合物等領(lǐng)域。

本發(fā)明的技術(shù)方案：在氮?dú)獗Ｗo(hù)氣氛下，冰水浴環(huán)境中，以7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯在氫氧化鉀/聚乙二醇復(fù)合催化體系中進(jìn)行取代反應(yīng)得到7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，反應(yīng)方程式如下：

傳統(tǒng)的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的合成方法，如7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酸在二環(huán)己基碳二亞胺、4-二甲氨基吡啶存在下室溫反應(yīng)24小時(shí)也可得到7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，但此酯化反應(yīng)會(huì)有二環(huán)己基脲副產(chǎn)物生成，純化處理過(guò)程繁瑣，雜質(zhì)較多，并且產(chǎn)率較低，所用催化劑復(fù)雜，反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)。

本發(fā)明的技術(shù)方案采用7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯作為原料直接進(jìn)行取代反應(yīng)制備7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，由于氯有較強(qiáng)的電負(fù)性，在酰氯中主要表現(xiàn)為強(qiáng)吸電子誘導(dǎo)效應(yīng)，而與羰基的共軛效應(yīng)很弱，酰氯取代反應(yīng)相對(duì)于酯化反應(yīng)更易進(jìn)行，因此，本發(fā)明的技術(shù)方案采用7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯作為反應(yīng)原料很好地解決了傳統(tǒng)方法反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)、效率較低的問(wèn)題。但丙烯酰氯反應(yīng)活性特別高、易水解，導(dǎo)致反應(yīng)不易控制，本發(fā)明的技術(shù)方案關(guān)鍵在于采用了氫氧化鉀/聚乙二醇復(fù)合催化劑體系，能夠明顯提高丙烯酰氯與7-羥基-4-甲基香豆素進(jìn)行取代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，高效合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，大大降低了副反應(yīng)產(chǎn)物的生成。這是由于聚乙二醇對(duì)K⁺具有良好的絡(luò)合能力，而且以聚乙二醇為相轉(zhuǎn)移催化劑可避免丙烯酰氯的水解，極大地提高了酰氯取代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從而提高了7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的質(zhì)量收率。在此基礎(chǔ)上，本發(fā)明還提出一種全新的提純分離7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的簡(jiǎn)單方法，將反應(yīng)液滴入冰水中析出沉淀，液固分離，得到粗產(chǎn)物，所得粗產(chǎn)物先采用氫氧化鈉溶液洗滌，再采用四氫呋喃溶解后，滴入冰水中析出沉淀，液固分離，固體依次采用氫氧化鈉溶液、飽和氯化鈉溶液洗滌。該方法能在最大程度保證不損失7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的同時(shí)，可以獲得高純度的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

相對(duì)現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果為：

(1)本發(fā)明的技術(shù)方案采用7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酰氯作為反應(yīng)原料一步合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素產(chǎn)物，相比現(xiàn)有的7-羥基-4-甲基香豆素和丙烯酸進(jìn)行酯化反應(yīng)合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的方法，具有反應(yīng)時(shí)間短、收率高等優(yōu)點(diǎn)。

(2)針對(duì)丙烯酰氯反應(yīng)活性特別高、易水解，導(dǎo)致反應(yīng)不易控制的現(xiàn)狀，本發(fā)明的技術(shù)方案關(guān)鍵在于采用了氫氧化鉀/聚乙二醇復(fù)合催化劑體系，能夠明顯提高丙烯酰氯與7-羥基-4-甲基香豆素進(jìn)行取代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，高效合成7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素，大大降低了副反應(yīng)產(chǎn)物的生成。

(3)本發(fā)明的技術(shù)方案采用水作為沉淀劑、四氫呋喃作為再溶解試劑、氫氧化鈉及氯化鈉溶液作為洗滌劑對(duì)反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)行沉淀、再溶解、沉淀、洗滌等步驟，能有效去除雜質(zhì)，獲得高純度的7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素。

(4)本發(fā)明的技術(shù)方案具有操作簡(jiǎn)單、原料成本低、反應(yīng)條件溫和等特點(diǎn)，過(guò)程綠色環(huán)保，極大地改善了有機(jī)溶劑體系帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題，顯著地提高其在工業(yè)生產(chǎn)中的可適性。

附圖說(shuō)明

【圖1】為實(shí)施例1所得AOM的¹H NMR圖。

【圖2】為實(shí)施例2所得AOM的¹H NMR圖。

【圖3】為實(shí)施例3所得AOM的¹H NMR圖。

【圖4】為對(duì)比實(shí)施例1所得AOM的¹H NMR圖。

【圖5】為對(duì)比實(shí)施例2所得AOM的¹H NMR圖。

具體實(shí)施方式

以下實(shí)施例旨在進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明內(nèi)容，而不是限制本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍。

實(shí)施例1

往反應(yīng)管中加入7-羥基-4-甲基香豆素(0.5285g，3mmol)、四氫呋喃(40mL)、濃度為16.8g/L的氫氧化鉀溶液(10mL)、聚乙二醇(0.05g)，超聲分散10分鐘，加入磁力攪拌子后用橡皮塞封管。此后，將反應(yīng)管置于冰浴中在0℃下強(qiáng)烈磁力攪拌，同時(shí)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)猓詮氐壮シ磻?yīng)管及溶劑內(nèi)部的氧氣，待體系穩(wěn)定并混合均勻后，用一次性注射器將丙烯酰氯(0.73ml，9mmol)逐滴注入反應(yīng)管中，在冰水浴中磁力攪拌2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將混合液滴入冰去離子水中，有白色絮狀沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為30g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，再將沉淀用四氫呋喃溶解，滴入冰去離子水中沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為30g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，最后用飽和氯化鈉溶液洗滌至中性，真空干燥至恒重。

實(shí)施例2

往反應(yīng)管中加入7-羥基-4-甲基香豆素(0.5285g，3mmol)、四氫呋喃(40mL)、濃度為16.8g/L的氫氧化鉀溶液(10mL)、聚乙二醇(0.05g)，超聲分散20分鐘，加入磁力攪拌子后用橡皮塞封管。此后，將反應(yīng)管置于冰浴中在0℃下強(qiáng)烈磁力攪拌，同時(shí)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)?，以徹底除去反?yīng)管及溶劑內(nèi)部的氧氣，待體系穩(wěn)定并混合均勻后，用一次性注射器將丙烯酰氯(1.22ml，15mmol)逐滴注入反應(yīng)管中，在冰水浴中磁力攪拌2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將混合液滴入冰去離子水中，有白色絮狀沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，再將沉淀用四氫呋喃溶解，滴入冰去離子水中沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，最后用飽和氯化鈉溶液洗滌至中性，真空干燥至恒重。

實(shí)施例3

往反應(yīng)管中加入7-羥基-4-甲基香豆素(0.5285g，3mmol)、四氫呋喃(40mL)、濃度為22.4g/L的氫氧化鉀溶液(10mL)、聚乙二醇(0.1g)，超聲分散30分鐘，加入磁力攪拌子后用橡皮塞封管。此后，將反應(yīng)管置于冰浴中在0℃下強(qiáng)烈磁力攪拌，同時(shí)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)?，以徹底除去反?yīng)管及溶劑內(nèi)部的氧氣，待體系穩(wěn)定并混合均勻后，用一次性注射器將丙烯酰氯(1.62ml，20mmol)逐滴注入反應(yīng)管中，在冰水浴中磁力攪拌2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將混合液滴入冰去離子水中，有白色絮狀沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為50g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，再將沉淀用四氫呋喃溶解，滴入冰去離子水中沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為50g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，最后用飽和氯化鈉溶液洗滌至中性，真空干燥至恒重。

對(duì)比實(shí)施例1

(未加聚乙二醇、單純使用氫氧化鉀作為催化劑的對(duì)比實(shí)施例)

往反應(yīng)管中加入7-羥基-4-甲基香豆素(0.5285g，3mmol)、四氫呋喃(40mL)、濃度為16.8g/L的氫氧化鉀溶液(10mL)，超聲分散10分鐘，加入磁力攪拌子后用橡皮塞封管。此后，將反應(yīng)管置于冰浴中在0℃下強(qiáng)烈磁力攪拌，同時(shí)進(jìn)行反復(fù)冷凍-抽真空-充氮?dú)?，以徹底除去反?yīng)管及溶劑內(nèi)部的氧氣，待體系穩(wěn)定并混合均勻后，用一次性注射器將丙烯酰氯(0.73ml，9mmol)逐滴注入反應(yīng)管中，在冰水浴中磁力攪拌2小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將混合液滴入冰去離子水中，有白色絮狀沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為30g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，再將沉淀用四氫呋喃溶解，滴入冰去離子水中沉淀析出，過(guò)濾后用濃度為30g/L的氫氧化鈉溶液洗滌，最后用飽和氯化鈉溶液洗滌至中性，真空干燥至恒重。

對(duì)比實(shí)施例2

(未加聚乙二醇、單純使用碳酸氫鈉作為催化劑的對(duì)比實(shí)施例)

往圓底燒瓶中加入7-羥基-4-甲基香豆素(0.5285g，3mmol)、四氫呋喃(30mL)，然后加入碳酸氫鈉溶液(25.2g/L，20mL)，超聲分散30min，加入磁力攪拌子后用橡皮塞封住瓶口。將圓底燒瓶置于冰浴中在0℃下強(qiáng)烈磁力攪拌，用一次性注射器將丙烯酰氯(0.73ml，9mmol)逐滴注入圓底燒瓶中，在冰水浴中磁力攪拌3小時(shí)。反應(yīng)結(jié)束后，將圓底燒瓶敞開(kāi)于空氣中，然后直接將燒瓶中固液混合物過(guò)濾，用濃度為40g/L的氫氧化鈉溶液、飽和氯化鈉溶液依次洗滌所得沉淀物，過(guò)濾除去雜質(zhì)，然后真空干燥至恒重。

樣品的表征與測(cè)試：

AOM結(jié)構(gòu)表征：用瑞士布魯克公司的AVANCE III 400MHz全數(shù)字化超導(dǎo)核磁共振譜儀對(duì)所得AOM的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征。

為了確認(rèn)AOM的結(jié)構(gòu)及組成，對(duì)實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例的最終產(chǎn)物進(jìn)行了¹HNMR表征，結(jié)果如圖1～5所示。由圖可知：在6.42～6.48ppm(2H,1)和6.20～6.23ppm(1H,2)出現(xiàn)乙烯基峰和在10.51ppm附近沒(méi)有出現(xiàn)羥基峰說(shuō)明實(shí)施例1、實(shí)施例2、實(shí)施例3和對(duì)比實(shí)施例1與對(duì)比實(shí)施例2所得產(chǎn)物均為AOM。但對(duì)比實(shí)施例2所得產(chǎn)物核磁圖在2.09ppm處出現(xiàn)雜質(zhì)峰，說(shuō)明對(duì)比實(shí)施例2純化過(guò)程沒(méi)有完全除雜，相比之下，實(shí)施例1、實(shí)施例2和實(shí)施例3所得AOM較純。

最后比較了這幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)量收率，如表1所示。由表1可以看出，與未加聚乙二醇的對(duì)比實(shí)施例1、2相比，用氫氧化鉀和聚乙二醇作為復(fù)合催化劑的三個(gè)實(shí)施例的質(zhì)量收率均有較大程度的提高，這是由于所加入的聚乙二醇對(duì)K⁺具有良好的絡(luò)合能力，而且以聚乙二醇為相轉(zhuǎn)移催化劑可避免丙烯酰氯的水解，極大地提高了酰氯取代反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，從而提高7-丙烯酰氧基-4-甲基香豆素的質(zhì)量收率。其中實(shí)施例2的質(zhì)量收率高達(dá)95.6％，且由核磁圖2可以看出其純度非常高。另外，將實(shí)施例2與實(shí)施例1進(jìn)行比較可得，丙烯酰氯用量增大，質(zhì)量收率有所提高，這是因?yàn)楸Ｂ冗^(guò)量，可以保證7-羥基-4-甲基香豆素反應(yīng)完全。

表1實(shí)施例與對(duì)比實(shí)施例中AOM的質(zhì)量收率