CN102746339B - 一种氧化制备2-氯-2-氧合-1,3,2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的方法 - Google Patents
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Abstract
一种2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的绿色制备方法，它是将2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物在隔绝水汽、配有回流装置的容器中，在搅拌下通入干燥的空气、氧气或臭氧，控制反应温度，使2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物在没有任何溶剂存在下，氧化为2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物，使用空气氧化的反应温度为20-110℃，使用氧气氧化的反应温度为10-90℃，使用臭氧氧化的反应温度为-10-60℃。本发明的方法是用空气、氧气或臭氧作为氧化剂，且不需溶剂，因此环境友好、安全、节能、减排、无污染。
Description
技术领域
本发明涉及从2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷(CDP)及其同系物的无溶剂绿色氧化制备相应的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷(COP)及其同系物的方法。
技术背景
2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷（COP）是合成抗凝血材料、血液相容材料、生物相容材料、药物控释系统、磷酸胆碱类药物、高端化妆品、生物友好表面活性剂以及抗生物粘污材料等生物构象友好界面材料的重要中间体。合成COP最简捷的途径是从2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷（CDP）的氧化。从CDP氧化制备COP的途径有用氯磺酸进行氧化（Gross,美国专利4，371，509）、用四氧化二氮进行氧化（JACS80,5441,1958），以及用氧气为氧化剂、苯为溶剂，在苯的廻流温度下进行氧化（Lerourneur,etal.,美国专利4，950，712；Straford,etal.,美国专利5，591，882；Leong，etal.,美国专利6，805，876；Driver,MichaelJohn,etal.,wo/1992/007885;Bowers,etal.,美国专利5，648，442；5，705，583；6，225，431以及Edmundsonetal.,ChemInd，London,1828,1962）。从绿色环保的要求出发，使用氯磺酸、四氧化二氮，以及其他用于氧化三价有机磷的氧化剂，如N2O、HgO、ClO2及有机过氧化物等都是不可取的；用苯为溶剂的氧气氧化，则由于有机溶剂的使用，不仅增加设备投资、能耗、安全隐患和成本，而且还污染了环境生态；特别是有致癌作用（血液癌、皮肤癌）和致畸作用、严重破坏环境生态的苯溶剂（Kirk-OthmerEncyclopediaofChemicalTechnology，FifthEdition,2004,vol.3,615-619页）的大量使用,更有背于当今低VOC、少污染、无污染的绿色化学潮流。因此，CDP的绿色氧化对于COP的规模化生产来说具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种从CDP制备COP的绿色氧化方法。
从以上的背景技术可以看出，CDP的绿色氧化，既要考虑氧化剂本身的毒性与污染，还要排除有机溶剂的使用，特别是苯溶剂的使用。在氧化CDP的上述几种氧化剂中，首选的固然是氧气，但是直到现在，使用氧气来氧化CDP都是用苯为溶剂。之所以使用苯为溶剂，主要原因是苯本身的氧化惰性，不参与反应；因此，利用它来稀释CDP，使放热的CDP氧化反应能在其回流温度下平稳进行，有利于氧化反应的调控。
通过对CDP氧化的深入研究，我们发现CDP的氧化活性高，且具有较宽的氧化温度范围。因此,借助于反应温度的调节与控制，不仅可以在无溶剂的条件下，安全而有效地调控反应的进行，而且还能在更广的反应温度范围内优化氧化反应的进行，达到从CDP绿色、安全氧化制备COP的目的。在这基础上，我们进一步发展出CDP及其同系物的分子氧、空气及臭氧等三种无溶剂氧化方法。在它们的实施过程中，只要在搅拌下把氧气、空气或臭氧通入没有任何溶剂的CDP液体中，使氧化反应在预定的温度下进行就可以制得2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷。
本发明的技术方案如下：
一种2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的无溶剂制备方法，它是将2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物在隔绝水汽、配有回流装置的容器中，在搅拌下通入干燥的空气、氧气或臭氧，在没有任何溶剂存在下，使2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物氧化为2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物，使用空气氧化的反应温度为20-110℃，使用氧气的氧化温度为10-90℃，使用臭氧氧化的温度为-10-60℃。
上述的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的无溶剂制备方法，所述的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷同系物是4-甲基-2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷；所述的2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷同系物是4-甲基-2-氯-1，3，2-二氧磷杂戊烷。
上述的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的无溶剂制备方法，所述的相应的反应温度可以用反应器外的温浴帮助控制。
有益效果
本发明的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷的制备方法，具有如下的有益效果：
（1）环境友好、节能、减排、无污染。
（2）制备方法安全.CDP及COP都是高沸类有机物，蒸汽压极低，因此在氧化制备过程中可以完全消除苯溶剂存在的安全隐患。
（3）降低成本.由于有了上述诸优点，本绿色氧化方法不仅可以减少设备投资、能耗和原料消耗，而且有利于提高生产效率，从而使规模化生产的成本进一步降低。
具体实施方式
下面通过具体的实施方法对本发明作进一步说明。
实施例一
在装有回流冷凝管（出口接氯化钙干燥管）、温度计、气体导入管及磁搅拌仔的250毫升反应瓶中，加入126.5克（1.0mol）CDP。通入氧气（流速，600-610毫升/分）；用冰/水浴冷却，使反应在25±1℃进行。15小时后，减压蒸馏，得COP111.8克，产率78.5%,bp99-100℃/25pa。图谱分析：FTIR谱，出现P=0的特征吸吸峰，1311cm-1；1H-NMR谱（300MHz，CDCl3，delta,ppm）,4.53-4.59(m,2H,-CH2),4.60–4.68(m,2H,-CH2),同时，原来CDP的H原子化学位移4.11(s,2H,-CH2)及4.20–4.26(b,2H,-CH2)全部消失。
实施例二
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中通入氧气（流速，600-610毫升/分），用冰/水浴冷却，使反应在10±1℃进行，10小时后，减压蒸馏得COP39.9克（产率28%）；bp105-106℃/35pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例三
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入氧气（流速，600-610毫升/分），用水浴冷却，使反应在90±1℃进行，5小时后，减压蒸馏得COP54.0克（产率38%）；bp103-104℃/33pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例四
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入干燥空气（流速,800-810毫升/分）,用水浴调控，使反应在90±1℃进行20小时后，减压蒸馏得COP101.2克（产率71%）；bp102-103℃/31pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例五
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入干燥空气（流速,800-810毫升/分），用冰/水冷却，使反应在20±1℃进行15小时；减压蒸馏得COP29.9克（产率21%）；bp103-104℃/32pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例六
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入干燥空气（流速,800-810毫升/分），调节油浴温度，使反应在110±1℃进行10小时；减压蒸馏得COP47.0克（产率33%）；bp105-106℃/36pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例七
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入含2%O3的臭氧/空气混合气体，（流速,1000-1010毫升/分）用乙醇冷冻液冷却，使反应在-10±1℃进行10小时后，减压蒸馏得COP42.7克（产率30%）；bp95-96℃/22pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例八
仪器装置及实验步骤同实例一。在126.5克（1.0mol）CDP中，通入含2%O3的臭氧/空气混合气体（流速,1000-1010毫升/分），用水浴控制，使反应在60±1℃进行5小时.减压蒸馏得COP31.4克（产率22%）；bp92-93℃/20pa；其FTIR及1H–NMR谱同实例一。
实施例九
仪器装置、实验步骤、投料、及反应条件同实例四，反应结束后再从导气管中通入含2%O3的O3/空气混合气体（流速,1000-1010毫升/分），用乙醇冷冻液冷却，使反应在-5±1℃反应4小时后，减压蒸馏，得COP114.1克（产率80.1%）；bp101-102℃/27pa；其FTIR及1H-NMR谱同实例一。
实施例十
仪器装置及实验步骤同实例一。在140.5克（1.0mol）4-甲基-2-氯-1，3，2-二氧磷杂戊烷中，通入干燥氧气，用冰/水冷却，使反应在25℃反应15小时后，得4-甲基-2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷108.0克（产率69%），bp99-101℃/20p；其FTIR的p=0特微峰在1309cm-1;1H-NMR谱,4.41-4.48(m,2H,-CH2),4.31-4.37(m,1H,-CH),3.21-3.29(m,3H,CH3)。
Claims (2)
1.一种2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的无溶剂制备方法，其特征是：将2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物在隔绝水汽、配有回流装置的容器中，在搅拌下通入干燥的空气、氧气或臭氧，控制反应温度，使2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物在没有任何溶剂存在下，氧化为2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷，使用空气氧化的反应温度为20-110℃，使用氧气氧化的反应温度为10-90℃，使用臭氧氧化的反应温度为-10-60℃，所述的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷的同系物是4-甲基-2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷；所述的2-氯-1，3，2-二氧磷杂环戊烷同系物是4-甲基-2-氯-1，3，2-二氧磷杂戊烷。
2.根据权利要求1所述的2-氯-2-氧合-1，3，2-二氧磷杂环戊烷或其同系物的无溶剂制备方法，其特征是：所述的反应温度用反应器外的温浴帮助控制。
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