CN102702023B - 一种反式α-苯偶姻肟的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于有机化学合成技术领域的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其结构式如（Ⅰ）所示。本发明的合成方法包括：首先苯甲醛经咪唑盐离子液体催化，在碱性条件下通过安息香缩合反应生成α-苯偶姻，然后α-苯偶姻的粗产品重结晶后与盐酸羟胺或硫酸羟胺反应，生成反式α-苯偶姻肟，经柱层析法分离后得到纯产品。本发明提供的合成反式α-苯偶姻肟的方法简便，反应条件绿色温和，易于实施，产率较好，且成本低廉，产物纯化简单，可以得到高纯度的反式α-苯偶姻肟。
Description
技术领域
本发明属于有机化学合成技术领域，具体涉及一种反式α-苯偶姻肟的合成方法。
背景技术
α-羟基肟是一种重要的有机螯合试剂，在选矿、冶金领域有着广泛应用，主要用于金属的测定、萃取和分离。如美国通用选矿化学公司在市场上推出的商品羟肟萃取剂LIX63，对金属铜、锗、钼、钨等有较好的萃取能力，其成分是5,8-二乙基-7-羟基-十二烷基-6-酮肟，但该结构存在顺反异构体，仅有反式异构体能与金属离子形成配合物，是螯合羟肟类萃取剂LIX63的有效成分。反式α-苯偶姻肟也属于α-羟基肟的一种，是试铜灵（铜试剂）的有效成分，用于鉴定和测试铜、钼和钨，特别是测定钼的最好试剂，也可用作萃取钼、钒、钨等的螯合剂，在选矿上具有重要用途。（参考文献：Swanson Ronald R. Liquid-liquid recovery of copper values using alpha-hydroxyoximes. 1965, U.S.patent: 3224873; Swanson Ronald R.alpha-hydroxy oxime. 1966, U.S. patent: 3284501; 许凯等，几种锗萃取剂的合成原理及萃取性能比较，湿法冶金，2011，30，2，87-90； 陈代汉 等，α-苯偶姻肟的合成方法，中国专利CN93110944.2 ）
合成反式α-苯偶姻肟的关键步骤是中间体α-苯偶姻的合成。其传统的合成方法有酯的双分子还原法和醛的安息香缩合法。酯的双分子还原法需要用还原性极强的金属钠或烷基锂，溶剂必须进行绝对无水处理，反应条件苛刻，操作稍一不慎易产生危险，并且反应副产物较多，α-苯偶姻中的羰基易被还原为羟基。而安息香缩合反应，多以剧毒的氰化钠、氰化钾为催化剂，对人体和环境安全带来巨大威胁。近年来，人们发现咪唑盐或噻唑盐离子液体可以替代以上剧毒的催化剂进行反应，且收率较好，人们认为这一过程是经历了N-杂环卡宾催化机理，即咪唑盐或噻唑盐在碱的作用下，产生N-杂环卡宾，进攻醛的羰基碳，进而催化反应。这一重大发现为安息香缩合反应开辟了新的途径，此后便涌现出大量对咪唑盐或噻唑盐离子液体催化剂结构的研究。（参考文献：Chem. Commun., 2011, 47(20), 5849-5851; Tetrahedron Lett., 2010, 51(18), 2457-2460; Asi. J. Chem., 2011, 23(2),495-498; Inter. J. Chem., 2010, 20(3), 175-180; Bioorg. Med. Chem. Lett., 2011, 21(10), 3007-3011; Tetrahedron Lett., 2010, 51(46), 6006-6007; Org. Lett., 2011, 13(1), 26-29; U.S., 7714170, 11 May 2010; J. Med.Chem., 2010, 53(1), 77-105; Angew. Chem. Int. Ed.2007, 46, 2988-3000; Acc. Chem. Res, 2011, 44, 11,1182-1195）
在α-苯偶姻肟化生成α-苯偶姻肟的反应中，往往得到顺反两种异构体，反应的选择性较低。且两种异构体由于结构相似，物性也相差不大，因此给分离操作带来了一定的困难。实际应用中的商品，常是两种异构体的混合物，大大降低了使用效率。
发明内容
本发明的目的是提供一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，α-苯偶姻肟可作为金属离子识别、金属离子萃取分离中的一种有效的螯合剂。
一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其中反式α-苯偶姻肟结构式为（Ⅰ），其晶体结构见图1，
其合成方法步骤如下：
（1）将苯甲醛溶于有机溶剂中，加入咪唑盐离子液体催化剂和碱，进行安息香缩合反应，反应温度为室温~70℃，反应8~12小时；
（2）将步骤（1）所得反应液冷却后，加入水，用乙酸乙酯萃取三遍，合并有机相，用饱和食盐水洗涤两遍，无水硫酸钠干燥有机相，过滤，有机溶剂用旋转蒸发仪去除，得到浅黄色油状物；
（3）将步骤（2）中油状物重结晶，冷却后过滤，得白色针状晶体α-苯偶姻；
（4）将步骤（3）所得α-苯偶姻、盐酸羟胺或硫酸羟胺，溶于溶剂，加入碱进行肟化反应，温度为室温~80℃，用薄层色谱跟踪反应进程；其中盐酸羟胺或硫酸羟胺与α-苯偶姻的摩尔比为1.1~1.3：1；
（5）将（4）的反应液过滤，滤饼用溶剂洗涤，合并滤液，用减压蒸馏方法除去溶剂，残渣经柱层析法分离得到反式α-苯偶姻肟。
步骤（1）中所述的咪唑盐离子液体催化剂中的咪唑盐离子的结构式为（Ⅱ），其与苯甲醛的摩尔比为0.01~0.1:1。
步骤（1）中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，其与苯甲醛的摩尔比为0.2~0.4:1。
步骤（1）中所述的有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或二甲基甲酰胺。
步骤（3）中重结晶过程中的溶剂为乙醇、乙醇和石油醚混合溶液、乙醇和正己烷混合溶液、乙醇和乙醚混合溶液、乙酸乙酯和石油醚混合溶液、乙酸乙酯和正己烷混合溶液、乙酸乙酯和乙醚混合溶液中的一种。
步骤（4）中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，碱与α-苯偶姻的摩尔比为1.3~1.5：1。
步骤（4）中所述的溶剂为包括甲醇、乙醇、四氢呋喃中的一种或一种以上。
步骤（5）中柱层析法中用到的淋洗剂为乙酸乙酯和石油醚的混合溶液、乙酸乙酯和正己烷的混合溶液或乙酸乙酯和二氯甲烷的混合溶液，其中混合溶液中前者和后者的体积比为1:100~1:5，进行梯度淋洗。
本发明公开的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法有以下优点：（1）初始原料价格低廉，来源广泛；（2）反应条件绿色温和，操作简便，易于实施，产率较好，且成本低廉，产物纯化简单；（3）可以通过调节反应温度，降低顺式产物比例，从而提高有活性的反式α-苯偶姻肟比例；（4）以柱层析法分离纯化产物，可以大大降低以重结晶方法带来的产物损失，并且得到高纯度的产物；（5）柱层析法采取梯度淋洗方法，缩短分离时间，提高分离效率。
附图说明
图1为反式α-苯偶姻肟的晶体结构。
具体实施方式
以下结合具体实施例进一步说明本发明。
实施例1
（1）α-苯偶姻的合成
在250 mL三颈烧瓶中依次加入苯甲醛5.3 g（50 mmol）、1mol%咪唑盐离子液体催化剂0.23 g（0.5 mmol）及100 mL四氢呋喃，加热搅拌至60℃后，加入20mol%氢氧化钠0.4 g（10 mmol），反应液加热回流8小时，冷却至室温，加入50 mL水，用乙酸乙酯萃取三遍，合并有机相，用饱和盐水洗涤两遍，无水硫酸钠干燥有机相，过滤，有机溶剂用旋转蒸发仪去除，得到浅黄色油状物；加入20 mL无水乙醇重结晶，冷却过滤，得白色针状晶体2.4 g，收率45%。
1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ 6.02~6.04 (m, 1H，OH),6.08 (d, 1H，J = 6Hz ), 7.20~7.34 (m, 3H), 7.40~7.48 (m, 4H), 7.54~7.59 (m, 2H)，7.98~8.01 (m, 2H); 13CNMR (300 MHz, DMSO-d6): δ 76.2, 127.8, 128.2, 129.0, 129.1, 129.4, 133.8, 135.3, 140.3, 199.7; MS-ESI:235.2 (M+23)。
（2）反式α-苯偶姻肟的合成
在50 mL单口圆底烧瓶中加入α-苯偶姻0.42 g（2 mmol）、盐酸羟胺0.15 g（2.2 mmol）及20 mL无水乙醇，室温下搅拌30分钟，加入无水碳酸钾0.36 g（2.6 mmol），继续搅拌过夜，次日过滤，滤饼用无水乙醇淋洗，合并滤液，旋干，得浅黄色油状物，经柱层析法分离，其中淋洗剂为乙酸乙酯和石油醚的混合溶液，其两者的体积比为1:100~1:5，梯度淋洗，得反式α-苯偶姻肟白色固体0.23 g，收率51%。
1H NMR (300 MHz, DMSO-d6): δ 5.52 (s, 1H), 5.99 (b, 1H，OH), 7.23~7.27 (m, 10H), 10.87 (s,1H,OH). 13CNMR (300 MHz, DMSO-d6): δ 75.0, 126.6, 127.4, 127.8, 128.3, 129.2, 132.8, 142.3, 158.2; MS-ESI: 250.2 (M+23).
实施例2
（1）α-苯偶姻的合成
在250 mL三颈烧瓶中依次加入苯甲醛5.3 g（50 mmol）、1mol%咪唑盐离子液体催化剂0.23 g（0.5 mmol）及100 mL二氯甲烷，搅拌下加入20mol%氢氧化钠0.4 g（10 mmol），反应液室温搅拌12h，加入50 mL水，用乙酸乙酯萃取三遍，合并有机相，用饱和盐水洗涤两遍，无水硫酸钠干燥有机相，过滤，有机溶剂用旋转蒸发仪去除，得到浅黄色油状物；用无水乙醇和石油醚混合溶液重结晶，得白色针状晶体1.5 g，收率28%。
（2）反式α-苯偶姻肟的合成
在100mL单口圆底烧瓶中加入α-苯偶姻1.38 g（6.5 mmol）、盐酸羟胺0.5 g（7.2 mmol）及20 mL无水乙醇，室温下搅拌30分钟，加入氢氧化钠0.34 g（8.5 mmol），继续搅拌过夜，次日过滤，滤饼用无水乙醇淋洗，合并滤液，旋干，得浅黄色油状物，经柱层析法分离，其中淋洗剂为乙酸乙酯和石油醚的混合溶液，其两者的体积比为1:100~1:5，梯度淋洗，得反式α-苯偶姻肟白色固体0.6 g，收率41%。
实施例3
（1）α-苯偶姻的合成
在50 mL三颈烧瓶中依次加入苯甲醛0.53 g（5 mmol）、咪唑盐离子液体催化剂23 mg（0.05 mmol）及10 mL四氢呋喃，加热搅拌至60℃后，加入氢氧化钠40 mg（1 mmol），反应液加热回流8小时，冷却至室温，加入10 mL水，用乙酸乙酯萃取三遍，合并有机相，用饱和盐水洗涤两遍，无水硫酸钠干燥有机相，过滤，有机溶剂用旋转蒸发仪去除，得到油状物；用乙酸乙酯和石油醚混合溶液重结晶，得晶体0.16 g，收率30%。
（2）反式α-苯偶姻肟的合成
在50 mL单口圆底烧瓶中加入α-苯偶姻0.15 g（0.7 mmol）、盐酸羟胺54 mg（0.78 mmol）及10 mL无水乙醇，室温下搅拌30分钟，加入氢氧化钠36.5mg（0.91mmol），继续搅拌过夜，次日过滤，滤饼用无水乙醇淋洗，合并滤液，旋干，得浅黄色油状物，经柱层析法分离，其中淋洗剂为乙酸乙酯和二氯甲烷的混合溶液，其中两者的体积比为1:50~1:20，梯度淋洗，得反式α-苯偶姻肟白色固体68 mg，收率45%。
Claims (7)
1.一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，反式α-苯偶姻肟结构式为（Ⅰ），
其合成方法步骤如下：
（1）将苯甲醛溶于有机溶剂中，加入咪唑盐离子液体催化剂和碱，进行安息香缩合反应，反应温度为室温～70℃，反应8～12小时；
（2）将步骤（1）所得反应液冷却后，加入水，用乙酸乙酯萃取三遍，合并有机相，用饱和食盐水洗涤两遍，无水硫酸钠干燥有机相，过滤，有机溶剂用旋转蒸发仪去除，得到浅黄色油状物；
（3）将步骤（2）中油状物重结晶，冷却后过滤，得白色针状晶体α-苯偶姻；
（4）将步骤（3）所得α-苯偶姻、盐酸羟胺或硫酸羟胺，溶于溶剂，加入碱进行肟化反应，温度为室温～80℃，用薄层色谱跟踪反应进程；其中盐酸羟胺或硫酸羟胺与α-苯偶姻的摩尔比为1.1～1.3：1；
（5）将（4）的反应液过滤，滤饼用溶剂洗涤，合并滤液，用减压蒸馏方法除去溶剂，残渣经柱层析法分离得到反式α-苯偶姻肟；
步骤（1）中所述的咪唑盐离子液体催化剂中的咪唑盐离子的结构式为（Ⅱ），其与苯甲醛的摩尔比为0.01～0.1:1
2.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（1）中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，其与苯甲醛的摩尔比为0.2～0.4:1。
3.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（1）中所述的有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷或二甲基甲酰胺。
4.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（3）中重结晶过程中的溶剂为乙醇、乙醇和石油醚混合溶液、乙醇和正己烷混合溶液、乙醇和乙醚混合溶液、乙酸乙酯和石油醚混合溶液、乙酸乙酯和正己烷混合溶液、乙酸乙酯和乙醚混合溶液中的一种。
5.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（4）中所述的碱为氢氧化钠、氢氧化钾、碳酸钠或碳酸钾，碱与α-苯偶姻的摩尔比为1.3～1.5：1。
6.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（4）中所述的溶剂为包括甲醇、乙醇、四氢呋喃中的一种或一种以上。
7.根据权利要求1所述的一种反式α-苯偶姻肟的合成方法，其特征在于，步骤（5）中柱层析法中用到的淋洗剂为乙酸乙酯和石油醚的混合溶液、乙酸乙酯和正己烷的混合溶液或乙酸乙酯和二氯甲烷的混合溶液，其中混合溶液中前者和后者的体积比为1:100～1:5，进行梯度淋洗。
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