CN102850314B - 双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成 - Google Patents

双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成的新方法。所用催化剂是同时含有Lewis碱和

Description

双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成
一技术领域
本发明涉及一种双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成的新方法，属于化学材料制备技术领域。本方法适用于以α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物为原料，合成苯并氧杂蒽衍生物的场合。 
二背景技术
苯并氧杂蒽类化合物是一类重要的药物中间体，蒽的骨架结构广泛存在于许多具有生物活性的天然化合物中，而且不同的结构呈现不同的性能，不同的空间结构显现不同的生物活性。苯并氧杂蒽是合成多种药物的中间体，已经发现其具有抗肿瘤、抗病毒、抗菌、抗炎和抗植入的活性；此外，苯并氧杂蒽做为光敏染料在激光技术方面具有重要的应用价值。因此，该类化合物的合成近年来成为人们研究的热点之一。 
基于苯并氧杂蒽衍生物独特的生理活性，有关此类化合物的研究一直没有间断。研究人员尝试了很多方法来改进这个合成路线，目前文献所报道的较新的技术包括用Lewis酸、固体酸、金属氧化物作为催化剂的催化合成法、用微波、超声波辐射的外加能场等方法。这些方法存在下列1项或1项以上的缺点：催化剂的制备过程复杂；催化剂的不能循环使用；设备腐蚀严重；操作工艺复杂；只能适于实验室或小规模操作，不具备大规模工业化应用等。特别是，此类化合物的合成原料基本是芳香醛、1，3-环己二酮衍生物、β-萘酚，按方程(I)反应，得到的是苯并氧杂[a]蒽类化合物(产物4)；而以芳香醛、1，3-环己二酮衍生物、α-萘酚为原料，按方程(1)反应合成苯并氧杂[c]蒽衍生物(产物5)的报道很少，这是因为α-萘酚的活性低于β-萘酚， 
方程(I) 
Su等用脯氨酸三氟甲磺酸盐催化α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物，以水为反应介质，反应5-6小时得到苯并氧杂[c]蒽衍生物(L.Jianjun，L.Lingmei，S.Weike，Tetrahedron Letters.2010，51，2434-2437)；Pasha等用硝酸铈铵为催化剂，二氯甲烷-乙醇混合溶剂作反应介质，在超声波的辐射下，α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物于室温下反应2小时得到苯并氧杂[c]蒽衍生物(S.Sudha，M.A.Pasha，Ultrasonics Sonochemistry.2012，19，994-998)，此方法涉及的是Lewis酸催化，辅助超声波外加场能。 
离子液体是指在室温范围内(一般为100℃下)呈现液态的完全由离子构成的物质体系。一般由有机阳离子和无机阴离子、有机阴离子组成，其性能主要由组成的阳离子和阴离子共同决定，可以采用分子设计，对其进行调整。离子液体的Lewis酸碱性和 酸性可以根据需要进行调节，因此，离子液体也被成为“可以设计的溶剂”。近年来，离子液体在有机合成中的应用十分活跃，但作为催化剂以α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物为原料合成苯并氧杂[c]蒽衍生物未见报道。 
三发明内容
本发明的目的在于提供一种以水作反应介质替代有机溶剂、催化剂与产品易分离、产品纯度高、碱性离子液体催化的合成苯并氧杂[c]蒽衍生物的方法。 
实现本发明目的的技术解决方案为：一种双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成的新方法，即以α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物为原料，以同时含有Lewis碱和 碱官能团的双功能碱性离子液体为催化剂，水为反应介质，在常压下回流实现苯并氧杂[c]蒽衍生物的合成反应。 
本发明使用的双功能碱性离子液体催化剂具有如式(I)的结构， 
式(I)； 
芳香醛具有如式(II)的结构， 
式(II) 
式中，R1是H、4-OH、4-OCH3、3-OCH3、4-OH-3-OCH3、4-F、4-Cl、2-Cl、3-NO2等基团； 
1，3-环己二酮衍生物具有如式(III)的结构， 
式(III) 
式中，R2是H或CH3。 
本发明所用物料的摩尔比为α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物＝1∶1∶1，催化剂用量为芳香醛摩尔数的5～10％，水的用量为物料总质量的50～80％，所述的物料、离子液体与水按照比例投料混合搅拌。 
本发明反应的温度为90～100℃。 
本发明反应的时间为0.5～2.5小时。 
本发明反应完毕后过滤得到固体粗产物，将粗产物用水洗涤后用95％乙醇重结晶得到纯产品。过滤的水相中含有离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用，按α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物＝1∶1∶1的比例投料进行下一批合成反应。 
本发明所依据的化学反应原理如方程(II)所示： 
方程(II) 
其中：芳香醛、1，3-环己二酮衍生物的取代基R1、R2分别如结构式(II)和(III)所定义。 
依据本发明提供的双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其技术关键是采用同时含有Lewis碱和 碱官能团的双功能碱性离子液体为催化剂，其中Lewis官能基团活化芳香醛的羰基、 碱官能基团活化亚甲基；双功能化的协同催化原料α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物进行反应得到苯并氧杂[c]蒽类化合物。本发明与现有技 术相比，其优点为：(1)采用双功能碱性离子液体，原料来源广泛，制备方便；催化剂活性高、用量少、对水稳定、不失活；(2)含双功能碱性离子液体催化剂的水溶液可循环使用，环境友好；(3)用水代替有机溶剂，具有环境、经济双重效益，是一种高效、环境友好的合成苯并氧杂蒽衍生物的方法，有利于大规模工业化生产。 
四具体实施方式
以下通过实施例详述本发明，这些实施例只为清楚公开本发明，不作为对本发明的限制。 
实施例1 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.061g)苯甲醛、10mmol(1.121g)1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，0.5mmol的双功能碱性离子液体、4mL水，于常压下100℃混合搅拌回流1小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到7-苯基-苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为85％。 
实施例2 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.061g)苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，0.5mmol的双功能碱性离子液体、5mL水，于常压下100℃混合搅拌回流1.5小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-苯基苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为86％。 
实施例3 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.221g)4-羟基苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，0.8mmol的双功能碱性离子液体、5mL水，于常压下100℃混合搅拌回流2.5小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-(4-羟基-苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为84％。 
实施例4 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.361g)3-甲氧基苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，1.0mmol的双功能碱性离子液体、5mL水，于常压下100℃混合搅拌回流2.5小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-(3-甲氧基-苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为82％。 
实施例5 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.522g)3-甲氧基-4-羟基苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，1.0mmol的双功能碱性离子液体、5mL水，于常压下100℃混合搅拌回流2.0小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％ 乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-(3-甲氧基-4-羟基苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为80％。 
实施例6 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.241g)4-氟苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，1.0mmol的双功能碱性离子液体、4mL水，于常压下100℃混合搅拌回流2.0小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-(4-氟苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为83％。 
实施例7 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.40g)2-氯苯甲醛、10mmol(1.402g)5，5-二甲基-1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，1.0mmol的双功能碱性离子液体、6mL水，于常压下95℃混合搅拌回流1.2小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到10，10-二甲基-7-(2-氯苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为92％。 
实施例8 
在25mL圆底烧瓶中，依次加入10mmol(1.511g)3-硝基苯甲醛、10mmol(1.121g)1，3-环己二酮、10mmol(1.442g)α-萘酚，1.0mmol的双功能碱性离子液体、6mL水，于常压下90℃混合搅拌0.5小时，冷却、过滤并用冷水洗涤，95％乙醇重结晶得到7-(3-硝基苯基)苯并氧杂[c]蒽的纯品，产率为89％。 
实施例9 
实施例8反应结束后，过滤得到的滤液含有双功能碱性离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用，按α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物＝1∶1∶1的比例向滤液中依次加入3-硝基苯甲醛、1，3-环己二酮、α-萘酚各10mmol，按实施例8方法进行下一批合成反应，7-(3-硝基苯基)苯并氧杂[c]蒽的产率为88％。 

Claims (5)

1.双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其特征在于：以同时含有Lewis碱和碱官能团的双功能碱性离子液体为催化剂，α-萘酚、芳香醛、1，3-环己二酮衍生物为原料，水为反应介质，在常压下加热回流实现苯并氧杂蒽衍生物的合成；作为催化剂的双功能碱性离子液体具有如式(I)的结构，
芳香醛具有如式(II)的结构，
式中，R1是H、4-OH、4-OCH3、3-OCH3、4-F、4-Cl、2-Cl、3-NO2中的任一基团；
1，3-环己二酮衍生物具有如式(III)的结构，
式中，R2是H或CH3。
2.根据权利要求1所述的双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其特征在于：所用物料的摩尔比为α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物＝1∶1∶1，催化剂用量为芳香醛摩尔数的5～10％，水的用量为物料总质量的50～80％，所述的物料、离子液体与水按照比例投料混合搅拌。
3.根据权利要求1所述的双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其特征在于：反应的温度为90～100℃。
4.根据权利要求1所述的双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其特征在于：反应的时间为0.5～2.5小时。
5.根据权利要求1所述的双功能碱性离子液体水相催化苯并氧杂蒽衍生物的合成，其特征在于：反应完毕后过滤得到固体粗产物，将粗产物用水洗涤后用95％乙醇重结晶得到纯产品；过滤的水相中含有离子液体催化剂及少量未反应完的原料，可不经处理重复使用，按α-萘酚∶芳香醛∶1，3-环己二酮衍生物＝1∶1∶1的比例投料进行下一批合成反应。
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