專利名稱：對稱的1,10-菲絡(luò)啉衍生物的一步合成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有機合成領(lǐng)域，涉及一步法高效合成對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物的方 法，使其可以在離子檢測、發(fā)光材料、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
背景技術(shù)：
1，10-啡絡(luò)啉化合物是研究和應(yīng)用最廣泛的含氮雜環(huán)螯合劑之一。作為一個重要 的配體，其很多絡(luò)合物在很多領(lǐng)域內(nèi)都發(fā)揮了重要的作用(P. G. Sammes,G. Yahioglu,Chem. Sov. Rev.，1994，23，327)。以1，10-菲咯啉衍生物為配體的絡(luò)合物具有良好的光學(xué)性質(zhì)， 可以作為光敏劑和光催化劑(R. Sahai, L. Morgan, D. P. Killema, Inorg. Chem.，1988，27， 3495)。特別是對稱二取代的1，10-菲咯啉衍生物，由于此類物質(zhì)能夠保持配位體的兩部分 對稱，能夠很好的避免與金屬絡(luò)合時產(chǎn)生立體異構(gòu)現(xiàn)象，因此是一類特別重要而且值得研 究的化合物。2,9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、4，7_ 二苯基-1，10-菲咯啉、5，6_ 二 甲基-1，10-菲咯啉等是1，10-啡絡(luò)啉衍生物中重要的化合物，可以用來檢測金屬離子，還 可以用在光電材料方面。2，9_ 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉因為多個苯環(huán)結(jié)構(gòu)，熔 點高達288°C，能級3. 3eV,因此在OLED中常用來作為激子/空穴阻擋材料。除此之外，2， 9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉、4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉磺酸鹽可以用在醫(yī)學(xué) (Mohindru,A. ,Fisher, J. Μ. , Rabinovitz,M.，Nature，1983，303，64-65.)。但是這些菲咯啉 衍生物的合成不是很理想，目前合成這類材料主要是Skraup和Doebner-von Miller合成 法，需要用到砷酸或五氧化砷(Case F. H. ,Brennan J. Α.，J. Org. Chem.，1954，19，919.)；需 要三步反應(yīng)，反應(yīng)很劇烈，產(chǎn)率只有百分之幾，不適合工業(yè)化。這些方法的缺點是中間體多、 產(chǎn)率極低，僅配制少量產(chǎn)品就要花費很長的時間，而且步驟復(fù)雜，從經(jīng)濟效益角度上面來說 效益差。捷克專利CS146036提出了用一步法來合成2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲 咯啉，雖然把合成路線從三步改為一步，節(jié)省了大量的人力，但是仍然是砷作為氧化劑，環(huán) 境污染也很重；而且重復(fù)性差，后處理也很復(fù)雜，產(chǎn)生大量工業(yè)污水，因此需要尋找不使用 砷化合物作為氧化劑的合成路線。捷克專利CS226921中提到了用四氯氫醌、DDQ等作為氧 化劑來合成1，10-啡絡(luò)啉衍生物，這個方法雖然擺脫了砷化合物的使用，但是在工業(yè)化過 程中遇到很大的問題，四氯氫醌在反應(yīng)后不溶于酸性溶液和有機溶劑，難于處理；而且在后 處理大量產(chǎn)品會被損失，產(chǎn)率也只有不到10%，實驗受反應(yīng)溫度、后處理等影響很大。根據(jù) 目前已經(jīng)報道的合成方法，需要尋找既環(huán)保又產(chǎn)率高的方法。

發(fā)明內(nèi)容
針對上述領(lǐng)域中的缺陷，本發(fā)明提供一種對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物的一步合成 方法，該方法易控，環(huán)保，且產(chǎn)率高，產(chǎn)物純度好。如式I所示的對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物一步合成方法，將式III加入到式II的 濃鹽酸溶液中反應(yīng)，再在混合縮水劑的條件下一步合成即得，所述混合縮水劑為濃鹽酸和 其中Rl、R2、R3獨立為Cl_4的烷基、氫，R3為烷基、氫、苯基、鹵代苯、萘基、聯(lián)苯基。所述Rl、R2、R3獨立為甲基、氫，R3為烷基、氫、苯基。所述有機酸為甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中的一種或幾種。所述濃鹽酸和有機酸的體積比為1 9 9 1;更適合的體積比例3 7 7 3。所述合成方法包括如下步驟1)在50-90°C下，向式II的濃鹽酸溶液中加入式 III，反應(yīng)2-10小時；2)加入有機酸，在90-110°C，回流反應(yīng)在2-10小時。所述步驟(1)的反應(yīng)條件為70-85°C下，反應(yīng)2-8小時。所述步驟(2)的反應(yīng)條件為90-100°C，回流反應(yīng)在2-8小時。所述步驟(1)式II的濃鹽酸溶液的制備方法為將濃鹽酸加入反應(yīng)容器，式II分 批加入反應(yīng)瓶，攪拌1-6小時。所述合成方法還包括后處理步驟，所述后處理步驟為將最終反應(yīng)液在0_5°C時加 入氨水，調(diào)PH= 10-13，去掉水層，加入酮類溶劑，析出固體；抽濾，洗滌，干燥。所述酮類溶劑為丙酮、甲基丙酮、丁酮、2，5-己二酮中的一種或幾種。2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉等1，10-啡絡(luò)啉衍生物在通過Skraup和 Doebner-von Miller反應(yīng)合成，存在產(chǎn)率低和高污染的問題；要提高產(chǎn)率和解決環(huán)境污染 問題，需要從合成的反應(yīng)機理來考慮。一步合成方法的實質(zhì)在于鄰苯二胺基團衍生物與烯 酮式結(jié)構(gòu)發(fā)生反應(yīng)合成1，10-啡絡(luò)啉結(jié)構(gòu)環(huán)，因此對稱式1，10-啡絡(luò)啉衍生物也可以采用 一步法合成。用鄰二苯胺衍生物作為起始原料，在酸性環(huán)境轉(zhuǎn)化為鹽酸鹽，這樣容易進行反 應(yīng)；在酸性環(huán)境中，胺基會與III發(fā)生加成反應(yīng)生成IV，并很快轉(zhuǎn)化為V。
有機酸的混合物，
化合物V繼續(xù)與III重復(fù)上面反應(yīng)，得到化合物I。化合物V容易合成，化合物I 的轉(zhuǎn)化則需要借助氧化劑或合適合環(huán)劑；以前合成工藝采用濃硫酸、濃磷酸作為縮水劑，五 氧化砷或砷酸作為氧化劑，合環(huán)和脫氫條件劇烈，因此產(chǎn)率低、副反應(yīng)多。在合成過程中，濃 硫酸、濃磷酸作為縮水劑使用，反應(yīng)條件稍微有變化產(chǎn)率將會有很大的波動，不適合工業(yè)化 生產(chǎn)。要控制產(chǎn)率需要保持兩步連續(xù)反應(yīng)順利進行，選擇合適的氧化劑和脫水劑，降低反應(yīng) 條件。化合物III因為存在雙鍵，在強酸環(huán)境下容易發(fā)生聚合，因此可以采用化合物III加 入到反應(yīng)體系，減少副產(chǎn)物的生成。加完化合物III維持溫度不變，得到化合物IV、V，加入 有機酸促進了縮合反應(yīng)，同時還起到相轉(zhuǎn)移的作用；用混合縮水劑降低了回流溫度，減少了 副反應(yīng)的產(chǎn)生。反應(yīng)結(jié)束得到的產(chǎn)品是鹽酸鹽的形式，需要用堿將其釋放出來，氨水是非常 經(jīng)濟和有效的試劑。處理結(jié)束的混合物用酮類溶劑處理，副產(chǎn)物溶解在酮類溶劑，析出高純 度廣品。本專利的合成工藝可以按照下面進行(1)濃鹽酸加入反應(yīng)容器，II在一定溫度下分批加入反應(yīng)瓶，攪拌1-6小時，II轉(zhuǎn) 化為鹽酸鹽形式。
5
(2)在70-85°C下加入III，在此溫度下反應(yīng)2_8小時，II的鹽酸鹽轉(zhuǎn)化為IV、V, 有機酸分批加入。(3)升高溫度回流，溫度在90_100°C，反應(yīng)在2_8小時結(jié)束。(4)反應(yīng)液在0_5°C滴加氨水，PH = 8_10，去掉水層，加入酮類溶劑，攪拌、析出固 體；抽濾，洗滌，干燥。上面提供的工藝解決了目前產(chǎn)率低、副產(chǎn)物多，減少了環(huán)境污染，具有以下優(yōu)點(1)將活潑的原料轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的鹽酸鹽形式，有利于反應(yīng)的進行。、(2)鄰苯二胺衍生物鹽酸鹽在鹽酸條件下轉(zhuǎn)化為IV、V，有機酸起到相轉(zhuǎn)移催化劑 和縮水劑作用；有機酸作為緩沖試劑，減少III的聚合反應(yīng)；無氧化劑體系減少了副產(chǎn)應(yīng)， 促進反應(yīng)進行。(3)酮溶劑減少分離步驟，減少產(chǎn)品的損失，I


圖1、實施例1化合物的DSC譜圖，常規(guī)方法， 熔點 288. 77°C，儀器型號為2910 MDSC V4. 4E。圖2、比較例1化合物的DSC譜圖，常規(guī)方法， 熔點 287. 96°C，儀器型號為2910 MDSC V4. 4E。圖3、實施例1化合物的TGA譜圖，常規(guī)方法， 儀器型號為:TAG Q5000 V3. 5 Build 252。圖4、比較例1化合物的TGA譜圖，常規(guī)方法， 儀器型號為:TAG Q5000 V3. 5 Build 252。圖5、實施例3化合物的DSC譜圖，常規(guī)方法， 熔點 221. 36°C，儀器型號為2910 MDSC V4. 4E。圖6、實施例3化合物的TGA譜圖，常規(guī)方法， 儀器型號為:TAG Q5000 V3. 5 Build 252。具體實施方法2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉比較例1 (五氧化砷法)先加入101濃鹽酸，攪拌，然后加入鄰苯二胺885g，60°C攪拌2小時；70_85°C苯基 丙烯基酮2630g加入，攪拌3小時，攪拌過程中加入砷酸1883g。升溫至93°C，回流反應(yīng)8h， 反應(yīng)液呈褐色。停止加熱，降至室溫，冰浴冷卻，攪拌下向反應(yīng)液中分批加入IOkg冰塊，再 加入氨水溶液，調(diào)節(jié)8-10，分去上層水層。在黑色粘稠狀物質(zhì)中加入101丙酮攪拌lh，過濾，得黃色濾餅約1. 7kg。濾餅置 于容器中加二氯甲烷41，攪拌1小時過濾，旋蒸二氯甲烷濾液，蒸干后加丙酮，過濾，得產(chǎn)品 287. 68g純度96 %，純化98 %以上的產(chǎn)品，產(chǎn)率8 %。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360實施例1:(本發(fā)明方法)先加入6. 51濃鹽酸，加入鄰苯二胺470g，60°C攪拌2小時，70_85°C苯基丙烯基酮
高廣率。
氮氣保護下以10°C /min升溫，產(chǎn)品 氮氣保護下以10°C /min升溫，產(chǎn)品 氮氣保護下以10°C /min升溫，所用 氮氣保護下以10°C /min升溫，所用 氮氣保護下以10°C /min升溫，產(chǎn)品 氮氣保護下以10°C /min升溫，所用1.3kg加入，攪拌3小時，攪拌過程中加入51乙酸。升溫至94°C，回流反應(yīng)8h，反應(yīng)液呈褐 色。停止加熱，降至室溫，冰浴冷卻，攪拌下向反應(yīng)液中分批加入6kg冰塊，再加氨水溶液， 調(diào)節(jié)8-10，分去上層水層。在黑色粘稠狀物質(zhì)中加入61丙酮攪拌lh，過濾，得黃色濾餅300g。重結(jié)晶，得產(chǎn) 品230g純度99%，產(chǎn)率16%。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360實施例2 (按照實施例1放大)按照實施例1方法，放大10倍，得到產(chǎn)率在16-28%，反應(yīng)廢液因為不含有害物質(zhì) 可以排放。對比例2 :(四氯氫醌法)加入500ml濃鹽酸，加入鄰苯二胺27g，60°C攪拌2小時，70_85°C苯基丙烯基酮 80g加入，攪拌3小時，攪拌過程中分批加入135g四氯氫醌。緩慢升溫至94°C，回流反應(yīng) 8h，反應(yīng)液呈褐色。停止加熱，降至室溫，冰浴冷卻，攪拌下向反應(yīng)液中加入500g冰塊，再加 氨水溶液，調(diào)節(jié)8-10，分去上層水層。在黑色粘稠狀物質(zhì)中加入600ml丙酮，攪拌lh，過濾，得黃色濾餅。重結(jié)晶，得產(chǎn)品 13g純度99%，產(chǎn)率12%。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360對比例3 (按對比例2四氯氫醌法放大)按照對比例2方法，放大10倍，冷卻發(fā)生結(jié)塊現(xiàn)象，無法處理，再加熱也無法溶解 固體；產(chǎn)生大量不溶性的固體，因為四氯氫醌的副產(chǎn)物含有大量的有機氯化物，污染了環(huán)
^Mi ο4，7-二苯基-1，10-菲咯啉對比例4 :(四氯氫醌法)濃鹽酸31加入51反應(yīng)瓶，50°C分加入鄰苯二胺162g，攪拌1小時，然后加入β-氯 代苯丙酮556g，顏色變?yōu)榧t色；攪拌半小時，加入四氯苯醌，溶液很快變褐色。維持回流溫 度，反應(yīng)4小時停止反應(yīng)。冷卻至室溫，加入冰中，氨水中和PH = 9-12，析出固體變?yōu)辄S褐 色。加入二氯甲烷201萃取三次，濃縮二氯甲烷，得到油狀物，加入151丙酮，析出大量固體 170g，重結(jié)晶得到130克，純度98 %，產(chǎn)率26 %。產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中，產(chǎn)生大量四氯氫醌的 副產(chǎn)物，不溶于有機溶劑和鹽酸，帶來了環(huán)境污染。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :7· 5 (s，5H)，7· 56 (d，1H)，7· 83 (s，1H)，9· 23 (d，1H)。實施例3:(本發(fā)明方法)濃鹽酸31加入51反應(yīng)瓶，50°C分加入鄰苯二胺162g，攪拌1小時，分批加入β-氯 代苯丙酮556g，顏色變?yōu)榧t色；攪拌1小時，滴加31乙酸，溶液很快變褐色。維持回流溫 度，反應(yīng)4小時停止反應(yīng)。冷卻至室溫，加入冰中，氨水中和PH = 9-12，析出固體變?yōu)辄S褐 色。加入二氯甲烷201萃取三次，濃縮二氯甲烷，得到油狀物，加入151丙酮，析出大量固體 400g，重結(jié)晶得到260克，純度98 %，產(chǎn)率52 %。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :7· 5 (s，5H)，7· 56 (d，1H)，7· 83 (s，1H)，9· 23 (d，1H)。
5，6_ 二甲基-1，10-菲咯啉實施例4 (本發(fā)明方法)在四口燒瓶中加人濃鹽酸100ml，加入60°C 5，6_ 二甲基二苯胺10g，攪拌1小時， 加入甘油攪拌半小時，加入乙酸200ml，使反應(yīng)混合物溫度保持在95°C至100°C反應(yīng)8小時， 反應(yīng)結(jié)束將混合物倒人冰-水中，用氨水溶液中和至PH = 9-12。分去上層水，用11丙酮， 析出大量固體，重結(jié)晶，得到產(chǎn)品40%。HNMR (DMSO, 400MHz) δ (ppm) :3· 25 (s，6H)，7· 78 (m，2H)，8· 6 (s，2H)，9· 0 (d，1H)。2，9-二甲基-1，10-菲咯啉實施例5:(本發(fā)明方法)將實施例1中的苯基丙烯基酮用三聚乙醛代替，重復(fù)同樣的操作，得到20%白色 固體2，9_ 二甲基-1，10-菲咯啉。HNMR (DMSO, 400ΜΗζ) δ (ppm) :3· 0 (s，6H)，7· 5 (d，2H)，8· 4 (d，2H)，9· 1 (d，2H)。3，4，7，8_ 四甲基-1，10-菲咯啉實施例6:(本發(fā)明方法)將實施例1中的苯基丙烯基酮用3-甲基-3-丁烯酮代替，重復(fù)同樣的操作，得到 30%白色固體3，4，7，8_四甲基-1，10-菲咯啉。HNMR(DMSO, 400ΜΗζ) δ (ppm) :3· 1 (s，12Η)，8· 6 (d，2Η)，9· 0 (s，2Η)。Mp(°C ) 278-2804，7-二甲基-1，10-菲咯啉實施例7:(本發(fā)明方法)將實施例1中的苯基丙烯基酮用3-丁烯酮代替，重復(fù)同樣的操作，得到40%白色 固體4，7- 二甲基-1，10-菲咯啉。HNMR (DMSO, 400MHz) δ (ppm) :3· 5 (s，6H)，7· 2 (d，2H)，8· 4 (d，2H)，9· 3 (d，2H)。Mp (°C ) 194-196。
權(quán)利要求
如式I所示的對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物一步合成方法，將式III加入到式II的濃鹽酸溶液中反應(yīng)，再在混合縮水劑的條件下一步合成即得，所述混合縮水劑為濃鹽酸和有機酸的混合物，其中R1、R2、R4獨立為C1-4的烷基、氫，R3為烷基、氫、苯基、鹵代苯、萘基、聯(lián)苯基。F2009100836296C0000011.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的合成方法，所述R1、R2、R4獨立為甲基、氫，R3為烷基、氫、苯基。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成方法，所述有機酸為甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中 的一種或幾種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成方法，所述濃鹽酸和有機酸的體積比為1 9 9 1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的合成方法，所述濃鹽酸和有機酸的體積比為3 7 7 3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成方法，包括如下步驟1)在50-90°C下，向式II的 濃鹽酸溶液中加入式III，反應(yīng)2-10小時；2)加入有機酸，在90-110°C，回流反應(yīng)在2-10小 時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成方法，所述步驟(1)的反應(yīng)條件為70-85°C下，反 應(yīng)2-8小時，所述步驟(2)的反應(yīng)條件為90-100°C，回流反應(yīng)在2-8小時。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的合成方法，所述步驟(1)式II的濃鹽酸溶液的制備方法為將 濃鹽酸加入反應(yīng)容器，式II分批加入反應(yīng)瓶，攪拌1-6小時。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的合成方法，所述合成方法還包括后處理步驟，所述后處理 步驟為將最終反應(yīng)液在0-5°C時加入氨水，調(diào)PH = 10-13，去掉水層，加入酮類溶劑，析出固 體；抽濾，洗滌，干燥。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的合成方法，所述酮類溶劑為丙酮、甲基丙酮、丁酮、2，5-己二 酮中的一種或幾種。
全文摘要
本發(fā)明涉及“對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物的一步合成方法”，屬于有機合成領(lǐng)域，如式I所示的對稱的1，10-菲絡(luò)啉衍生物一步合成方法，將式III加入到式II的濃鹽酸溶液中反應(yīng)，再在混合縮水劑的條件下一步合成即得，所述混合縮水劑為濃鹽酸和有機酸的混合物。有機酸起到相轉(zhuǎn)移催化劑和縮水劑作用，同時有機酸作為緩沖試劑，減少III的聚合反應(yīng)，減少副反應(yīng)的發(fā)生，純度高、反應(yīng)溫和易控。本反應(yīng)因為無污染物質(zhì)加入及產(chǎn)生，廢液可以安全排放，在反應(yīng)的后處理中采用酮溶劑減少分離步驟，減少產(chǎn)品的損失，提高產(chǎn)率，且得到的啡絡(luò)啉衍生物可以在離子檢測、發(fā)光材料、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域得到應(yīng)用。
文檔編號B01J31/04GK101880279SQ200910083629
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月6日
發(fā)明者張偉龍, 戴雷, 蔡麗菲, 趙洪玉 申請人:北京阿格蕾雅科技發(fā)展有限公司