CN101575269B - 一种芳香族甲醚化合物的制备方法 - Google Patents
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本发明公开了一种芳香族甲醚化合物的制备方法，在压力釜中将非活性溴代芳香族化合物溶解在过量的甲醇钠甲醇溶液中，加入主催化剂亚铜盐和通入副催化剂一氧化碳，或者加入主催化剂亚铜盐和副催化剂甲酸甲酯；密闭压力釜在加热条件下完成甲氧基化取代反应；进行回收高纯度甲醇，再对产物进行简单分离过程，可得高收率、高纯度的芳香族甲醚化合物。本发明的优点：甲氧基化反应的效率提高，可提高产品质量和收率，同时降低生产成本。
Description
【技术领域】
本发明涉及精细有机合成技术领域，具体的说，是通过非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应，来制备芳香族甲醚化合物的方法。
【背景技术】
溴代芳香族化合物的芳环上如果不含有强的吸电子基团如硝基(-NO2)、腈基(-CN)、三氟甲基(-CF3)、氟原子(-F)等时，此类化合物通常称之为非活性溴代芳香族化合物。非活性溴代芳香族化合物在催化剂作用下与甲醇钠发生溴原子的甲氧基化取代反应生成相应的芳香族甲醚化合物，是精细有机合成中常见的一类单元反应，在医药、农药、染料、香料等精细化学品的合成中具有广泛用途。
非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应通常以亚铜盐为主催化剂，还需要以非质子极性溶剂为溶剂或为副催化剂才可实现有效的甲氧基化反应。
冀亚飞等报道过氯化亚铜-二甲基甲酰胺(DMF)和氯化亚铜-二氧化碳复合催化体系催化非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应技术(冀亚飞等，非活性溴代芳香化合物的甲氧基化反应，化工进展，2001，第1期，29-30)，这一技术后经改进在工业上实施的是一较为有效的非活性溴代芳香族化合物甲氧基化技术。这一改进后的技术手段是，在二氧化碳保护下，以甲醇钠的甲醇溶液兼作甲氧基化试剂和反应溶剂，以氯化亚铜为主催化剂、DMF为副催化剂的复合催化体系作用下完成甲氧基化取代反应。二氧化碳保护下的氯化亚铜-DMF复合催化体系的缺陷是：
(1)在反应过程中可以发生脱溴的还原反应；
(2)对于含有2～3个溴原子的多甲氧基化反应，不仅可以发生脱溴的还原反应，而且多甲氧基化反应不能完全彻底地进行，给产品质量带来不利的影响；
(3)由于DMF在反应过程中发生分解作用，回收的甲醇需要经过一系列的精制过程才能进行套用，给生产成本带来不利影响。
有鉴于此，非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应仍然需要一种高效率、高选择性、利于回收甲醇的反应工艺方法，以便提高产品收率和纯度，直接回收高纯度甲醇，降低生产成本，以满足各类精细化学品产业部门对非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应技术的需求。
【发明内容】
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可以高效、可直接回收高纯度甲醇的芳香族甲醚化合物的制备方法，可降低生产成本，提高产品质量，满足产业部门的需要。
为实现以上发明目的，本发明采用的技术路线为：
(1)首先，在压力釜中将非活性溴代芳香族化合物溶解在过量的甲醇钠甲醇溶液中，加入主催化剂亚铜盐和通入副催化剂一氧化碳，或者加入主催化剂亚铜盐和副催化剂甲酸甲酯；其中，非活性溴代芳香族化合物与主催化剂亚铜盐的摩尔比为1.0∶0.005～1.0∶0.50，优选为1.0∶0.05～1.0∶0.20，非活性溴代芳香族化合物与副催化剂一氧化碳或甲酸甲酯的摩尔比为1.0∶0.10～1.0∶1.0，优选为1.0∶0.30～1.0∶0.60；对非活性单溴代芳香族化合物的制备所使用的主、副催化剂相对较少，而非活性多溴代芳香族化合物的制备所使用的主、副催化剂相对较多；
(2)其次，密闭压力釜在加热条件下完成甲氧基化取代反应，其中温度为50～200℃，优选为80～130℃，反应时间为0.5～10小时，优选为1.0～6小时；
(3)然后，进行回收高纯度甲醇，再对产物进行简单分离过程，可得高收率、高纯度的芳香族甲醚化合物。
采用亚铜盐-一氧化碳或亚铜盐-甲酸甲酯复合催化体系的非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应可以用以下反应通式如图1所示：
其中，X1-3代表1～3个溴原子；R1-5代表1～5个氢原子、烷基、烷氧基、芳基、芳氧基、羟基、醛基、羧基、氯原子等在反应中呈现惰性状态的基团，或者是它们的组合。
本发明的一种芳香族甲醚化合物的制备方法的积极效果是：
(1)可有效地进行甲氧基化反应，在反应过程中大大减少发生脱溴还原反应的可能性；
(2)对于含有2～3个溴原子的非活性多溴代芳香族化合物，可以完全彻底地进行多甲氧基化反应，可提高产品质量和收率；
(3)在甲醇钠甲醇溶液中，在密闭环境下一氧化碳与甲酸甲酯的互相转化是一个平衡过程；在亚铜盐-一氧化碳或亚铜盐-甲酸甲酯复合体系下的非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应过程中也存在着一氧化碳与甲酸甲酯的转化平衡；反应结束后，当有过量的甲醇钠存在时，在回收过程中甲酸甲酯即可分解为一氧化碳和甲醇，因此所回收的甲醇即为高纯度甲醇，可以直接用于甲醇钠的生产，从而降低生产成本。
【附图说明】
图1亚铜盐-一氧化碳或亚铜盐-甲酸甲酯复合催化体系的非活性溴代芳香族化合物甲氧基化反应的合成路线图；
图2合成丁香醛的合成路线图；
图3合成3，4，5-三甲氧基苯甲醛的合成路线图；
图4合成3，4，5-三甲氧基甲苯的合成路线图；
图5合成1，3，5-三甲氧基苯的合成路线图。
【具体实施方式】
以下结合附图来说明本发明一种芳香族甲醚化合物的制备方法的具体实施方式，但本发明不限于所提供的实施例。
实施例1合成丁香醛
参见附图2，在500mL的压力釜中依次加入137.8g、29％的甲醇钠甲醇溶液(0.74mol)、56.0g的4-羟基-3，5-二溴苯甲醛(0.20mol)、2.8g的氯化亚铜(0.028mol)。密闭压力釜，通入约2.8g的一氧化碳(0.10mol)后搅拌、加热升温至120℃保温反应3小时，停止加热冷却至室温。小心打开压力釜，将反应混合物转移至烧瓶，蒸馏回收甲醇后加入250mL水，升温至90℃使4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲醛的酚钠盐溶解。热滤除去催化剂，将滤液冷却至室温，以稀盐酸酸化到pH＝5.0-6.0的范围，析出大量白色固体。过滤，干燥滤饼，得白色丁香醛(4-羟基-3，5-二甲氧基苯甲醛)固体35.2g，熔点(mp)110～111℃，收率96.7％。HPLC测试纯度≥99.5％。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：3.97(s，6H，OCH3)，6.18(s，1H，OH)，7.16(s，2H，ArH)，9.82(s，1H，CHO)。
EI-MS m/z：182(M+，100)，167(13)，153(7)，139(10)。
实施例2合成3，4，5-三甲氧基苯甲醛
参见附图3，在500mL的压力釜中依次加入137.8g、29％的甲醇钠甲醇溶液(0.74mol)、56.0g的4-羟基-3，5-二溴苯甲醛(0.20mol)、2.8g的氯化亚铜(0.028mol)、5.0g的甲酸甲酯(0.083mol)。密闭压力釜，搅拌、加热升温至120℃保温反应3小时，停止加热冷却至室温。小心打开压力釜，将反应混合物转移至烧瓶，蒸馏回收甲醇后加入100mL水，升温至90℃使丁香醛酚钠盐溶解，冷冻至10℃使酚钠盐结晶。过滤，分出丁香醛酚钠盐滤饼。在丁香醛酚钠盐滤饼中加入250mL水，升温至90℃使该酚钠盐溶解。热滤除去催化剂，将过滤的酚钠盐母液冷却至50℃，加入50.6g的硫酸二甲酯(0.40mol)、缓慢滴加30％的氢氧化钠溶液控制pH为9.0-10.0的范围，直至pH值不再降低为止。反应过程中逐步析出大量3，4，5-三甲氧基苯甲醛白色固体。过滤，干燥滤饼，得白色3，4，5-三甲氧基苯甲醛固体36.2g，熔点(mp)73～75℃，收率92.3％。HPLC测试纯度≥99.5％。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：3.83(s，3H，OCH3)，3.88(s，6H，OCH3)，7.11(s，2H，ArH)，9.81(s，1H，CHO)。
EI-MS m/z：196(M+，100)，181(57)，153(6)，125(15)，110(20)。
实施例3合成3，4，5-三甲氧基甲苯
参见附图4，在500mL的压力釜中依次加入100.5g、29％的甲醇钠甲醇溶液(0.54mol)、56.0g的4-甲氧基-3，5-二溴甲苯(0.20mol)、2.8g的氯化亚铜(0.028mol)、5.0g的甲酸甲酯(0.083mol)。密闭压力釜，搅拌、加热升温至120℃保温反应3小时，停止加热冷却至室温。小心打开压力釜，将反应混合物转移至烧瓶，蒸除回收甲醇后对残余物进行减压蒸馏，收集沸点(bp)102～104℃/450Pa的馏分，产品凝固后得无色3，4，5-三甲氧基甲苯固体34.7g，熔点(mp)33～35℃，收率95.3％。HPLC测试纯度≥99.0％。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：2.32(s，3H，CH3)，3.82(s，3H，OCH3)，3.85(s，6H，OCH3)，6.40(s，2H，ArH)。
EI-MS m/z：182(M+，85)，167(100)，139(37)，124(20)，109(17)。
实施例4合成1，3，5-三甲氧基苯
参见附图5，在500mL的压力釜中依次加入137.8g、29％的甲醇钠甲醇溶液(0.74mol)、63.0g的1，3，5-三溴苯(0.20mol)、3.2g的氯化亚铜(0.032mol)、6.0g的甲酸甲酯(0.10mol)。密闭压力釜，搅拌、加热升温至120℃保温反应4小时，停止加热冷却至室温。小心打开压力釜，将反应混合物转移至烧瓶，蒸除回收甲醇后加入沸程为60～90℃的石油醚250mL进行萃取，滤除去催化剂，减压蒸除石油醚，得白色1，3，5-三甲氧基苯固体32.3g，熔点(mp)51～53℃，收率96.0％。HPLC测试纯度≥99.0％。
1H NMR(500MHz，CDCl3)：3.72(s，9H，OCH3)，6.05(s，3H，ArH)。
EI-MS m/z：168(M+，100)，139(86)，125(22)，109(20)。
Claims (3)
1. 一种芳香族甲醚化合物的制备方法，其特征在于，具体步骤为，
(1)首先，在压力釜中将非活性溴代芳香族化合物溶解在过量的甲醇钠甲醇溶液中，加入主催化剂亚铜盐和通入副催化剂一氧化碳，或者加入主催化剂亚铜盐和副催化剂甲酸甲酯；其中，非活性溴代芳香族化合物与主催化剂亚铜盐的摩尔比为1.0∶0.005～1.0∶0.50，非活性溴代芳香族化合物与副催化剂一氧化碳或甲酸甲酯的摩尔比为1.0∶0.10～1.0∶1.0；
(2)其次，密闭压力釜在加热条件下完成甲氧基化取代反应，其中温度为50～200℃，反应时间为0.5～10小时；
(3)然后，进行回收甲醇，再对产物进行简单分离过程，可得到芳香族甲醚化合物。
2. 根据权利要求1所述的一种芳香族甲醚化合物的制备方法，其特征在于，在其步骤(1)中，非活性溴代芳香族化合物与主催化剂亚铜盐的摩尔比优选为1.0∶0.05～1.0∶0.20，非活性溴代芳香族化合物与副催化剂一氧化碳或甲酸甲酯的摩尔比优选为1.0∶0.30～1.0∶0.60。
3. 根据权利要求1所述的一种芳香族甲醚化合物的制备方法，其特征在于，在其步骤(2)中，甲氧基化取代反应的温度优选为80～130℃，反应时间优选为1.0～6小时。
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