CN103145708B - 制备表吲哚二酮及其衍生物的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种表吲哚二酮或其衍生物的制备方法。所述方法的主要步骤是：采用苯胺或其衍生物和2,3-二卤代丁二酸酯为起始原料，只需经“缩合反应”，一次“成环反应”及“脱氢反应”便可制得表吲哚二酮或其衍生物，且所用的脱氢试剂可回收利用。本发明提供的制备表吲哚二酮或其衍生物的方法具有步骤简洁、制备成本低廉及对环境友好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种表吲哚二酮（epindolidione）或其衍生物的制备方法，特别涉及一种用于颜料的表吲哚二酮或其衍生物的制备方法。
背景技术
表吲哚二酮呈绿光黄到红光黄色调，而其取代后的衍生物可呈现橙色到红色色调。该类颜料不仅适用于塑料、油性涂料、水性涂料的着色（树脂成分可以为聚酰胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、橡胶、人造革、粘胶纤维、纤维素乙酯等），还可用于图片印墨，纸浆着色、织物印花、化妆品（如指甲油）等。
J.Org.Chem.,1968,33(11),4004-4010.公开一种合成表吲哚二酮的方法，该方法以二羟基富马酸和芳胺为起始原料，具体合成路线如下所示：
J.Heter.Chem.1979,16(8),1651-1653页揭示了一种制备表吲哚二酮及其衍生物的方法，其合成策率如下：
现有技术中存在的缺陷是：①合成步骤冗长（需经二次成环反应），②所用原料价格较高（如二羟基富马酸等）导致制备成本偏高，和③三废较多及对环境不友好等缺陷。
鉴于此，提供一种制备步骤简洁、制备成本低及对环境友好的表吲哚二酮或其衍生物的制备方法成为本发明需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的发明人经研究发现：采用苯胺或其衍生物和2,3-二卤代丁二酸酯为起始原料，只需经“缩合反应”，一次“成环反应”及“脱氢反应”便可制得表吲哚二酮或其衍生物，且所用的脱氢试剂可回收利用（即制成一种颜料中间体）。
本发明所要制备的表吲哚二酮或其衍生物，具有式Ⅰ所示结构：
式Ⅰ中，R1～R6分别独立选自：氢（H），卤素（F、Cl、Br或I），C1～C3烷基或C1～C3烷氧基中一种；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元或六元的含氮（N）、氧（O）或/和硫（S）杂原子的杂环基（二价）；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”（本文中所述的“羰基”是：下同）取代的五元或六元的含氮（N）、氧（O）或/和硫（S）杂原子的杂环基（二价）；
其中，所述杂环基的杂原子数为1～3。
本发明所提供的制备式Ⅰ所示化合物的方法，包括如下步骤：
（1）由苯胺或其衍生物（式Ⅱ和/或式Ⅲ所示化合物）与2,3-二卤代丁二酸酯（式Ⅳ所示化合物）经“缩合反应”，得到中间体（式Ⅴ所示化合物）的步骤；
（2）由式Ⅴ所示化合物经“成环反应”，得到二氢表吲哚二酮或其衍生物（式Ⅵ所示化合物）的步骤；和
（3）在有脱氢试剂存在及碱性条件下，由式Ⅵ所示化合物经“脱氢反应”，得到目标物（式Ⅰ所示化合物）的步骤；
式Ⅱ～式Ⅵ中，R1～R6的定义与前文所述相同，R7和R8分别独立选自C1～C3烷基中一种，X为Cl或Br。
具体实施方式
在本发明一个优选的技术方案中，R1～R6分别独立选自：氢（H），卤素（F、Cl、Br或I），C1～C3烷基或C1～C3烷氧基中一种；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元或六元的含氮（N）杂原子的杂环基（二价）；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”（）取代的五元或六元的含氮（N）杂原子的杂环基（二价）；
其中，所述杂环基的杂原子数为1或2。
进一步优选的技术方案是：R1～R6分别独立选自：氢（H），卤素（F、Cl、Br或I），C1～C3烷基或C1～C3烷氧基中一种；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元的含氮（N）杂原子的杂环基（二价）；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”（）取代的五元的含氮（N）杂原子的杂环基（二价）；
其中，所述杂环基的杂原子数为1或2。
更进一步优选的技术方案是：R1～R6分别独立选自：氢（H），Cl，Br，甲基，乙基，丙基，异丙基，甲氧基或乙氧基中一种；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”（）取代的五元的含氮（N）杂原子的杂环基（二价）；
其中，所述杂环基的杂原子数为1或2。
在本发明另一个优选技术方案中，R7和R8分别独立选自：甲基，乙基，丙基或异丙基中一种。
在本发明又一个优选技术方案中，苯胺或其衍生物（式Ⅱ和/或式Ⅲ所示化合物）与2,3-二卤代丁二酸酯（式Ⅳ所示化合物）的“缩合反应”反应在有惰性气体（如氮气等）存在条件下进行，所述“缩合反应”的反应温度为50℃～80℃、反应时间为4小时至24小时。
在本发明又一个优选技术方案中，由式Ⅴ所示化合物经“成环反应”，得到二氢表吲哚二酮或其衍生物；其中所述“成环反应”的反应温度为200℃～280℃、反应时间为2小时至6小时。
在本发明又一个优选技术方案中，由式Ⅵ所示化合物经“脱氢反应”得到目标物的“脱氢反应”在有惰性气体（如氮气等）存在条件下进行，所述“脱氢反应”的反应温度为100℃～160℃、反应时间为3小时至8小时。
在本发明又一个优选技术方案中，本发明所提供的制备式Ⅰ所示化合物的方法还包括脱氢试剂回收的步骤，具体包括如下步骤：
（a）所用脱氢试剂经还原反应，得到相应还原产物的步骤；和
（b）在催化剂存在条件下，所得相应还原产物经重排反应，得到一种颜料中间体。
以脱氢试剂是间硝基苯磺酸钠为例，说明脱氢试剂的回收过程。
当间硝基苯磺酸钠经“脱氢反应”（即与二氢表吲哚二酮或其衍生物反应）后，在其反应废液中有式Ⅶ所示化合物存在，将式Ⅶ所示化合物与还原剂（如葡萄糖、甲醛、氢气或锌粉等）于0℃～50℃反应4小时至12小时，可得式Ⅷ所示化合物，而式Ⅷ所示化合物在有酸性催化剂（如浓盐酸或浓硫酸等）存在条件下，于-10℃～30℃经重排反应，得到一种用途广泛（特别是在颜料制备领域）的中间体（式Ⅸ所示化合物）。
由上述技术方案可知，本发明提供的制备表吲哚二酮或其衍生物的方法具有步骤简洁、制备成本低廉及对环境友好（三废较少）等优点。
下面通过具体实施例对本发明进行进一步阐述，但其并不限制本发明保护范围。
实施例1
表吲哚二酮（式Ⅰa所示化合物）的制备：
（1）向250mL单口烧瓶中加入苯胺（46.8mL，0.50mol）和2,3-二氯丁二酸乙酯（60.76mL，0.25mol），无水乙酸钠（42g，0.50mol），无水乙醇80mL。磁力搅拌下并氮气保护下半小时升温至回流状态，8小时后停止反应，将反应液慢慢冷却至室温，倒入500mL水中，搅拌产生白色固体，抽滤，并用1000mL水洗涤滤饼。滤饼室温晾干后，用100mL工业乙醇重结晶，得白色片状固体62g（式Ⅴa所示化合物）。产率70%。mp:63℃。
1H-NMR(CDCl3,400MHz,TMS)δ(ppm):7.24(t,4H,J=7.2Hz),6.82(d,4H,J=7.2Hz),6.77(m,2H),4.35(s,2H),2.31(q,4H,J1=7.2Hz，J2=7.2Hz),0.88(t,6H,J=7.2Hz),MS calcd.:356.1736.Found:(M+H)+:357.1826.
（2）将式Ⅴa所示化合物50g，一次性投入道生油，升温至265℃，并保持该温度1h，停止反应并冷却至室温后，抽滤，滤饼用石油醚洗涤，得浅黄色固体，无水乙醇重结晶后得亮黄色固体（二氢表吲哚二酮，式Ⅵa所示化合物）43g，产率87%。mp:123℃.
1H-NMR(CDCl3,400MHz,TMS)δ(ppm):7.72(d,1H,J=7.2Hz),7.60(d,1H,J=7.2Hz),7.41-7.45(m,2H),6.81-7.908(m,4H),4.30-4.36(m,4H),3.56(t,2H,J=8.4Hz),1.21(t,3H,J=7.2Hz),MS calcd.:310.3177.Found:(M+H)+:311.4092.
（3）向250mL单口烧瓶中加入式Ⅵa所示化合物（26.4g，0.10mol）和氢氧化钠（8g，0.20mol)，间硝基苯磺酸钠（44.8g，0.20mol），搅拌下并氮气保护下升温至110℃，反应5小时候冷却，抽滤得黄色固体（式Ⅰa所示化合物）23克。产率92%。mp:>380℃.
1H-NMR(D2SO4,400MHz,TMS)δ(ppm):8.35(d,2H,J=7.2Hz),7.60(t,2H,J=7.2Hz),7.12(t,2H,J=7.2Hz),6.81(d,2H,J=7.2Hz)。
实施例2
式Ⅰb所示化合物的制备：
（1）向250mL单口烧瓶中加入5-氨基苯并咪唑酮（75g，0.50mol）和2,3-二氯丁二酸乙酯（60.7mL，0.25mol），无水乙酸钠（42g，0.50mol），无水乙醇80mL。磁力搅拌下并氮气保护下半小时升温至回流状态。8h后停止反应，将反应液慢慢冷却至室温，倒入500mL水中，搅拌产生白色固体，抽滤，并用1000mL水洗涤滤饼。滤饼室温晾干后，用100mL工业乙醇重结晶，得固体（式Ⅴb所示化合物）88g。产率75%。mp:91℃.
1H-NMR(CDCl3,400MHz,TMS)δ(ppm):7.57(d,2H,J=7.2Hz),6.90(s,2H,)，6.32(d,2H,J=7.2Hz),4.32(s,2H,),4.21(q,4H，J1=7.2Hz，J2=7.2Hz),1.29(t,6H,=7.2Hz),MScalcd.:468.1757.Found:(M+H)+:469.1791.
（2）将式Ⅴb所示化合物50g，一次性投入道生油，升温至265℃，并保持该温度1小时，停止反应并冷却至室温后，抽滤，滤饼用石油醚洗涤，得浅黄色固体，无水乙醇重结晶后得亮黄色固体（式Ⅵa所示化合物）34g，产率85%。mp:122℃.
1H-NMR(CDCl3,400MHz,TMS)δ(ppm):7.75(d,2H,J=7.2Hz),6.40(d,2H,J=7.2Hz),4.89(s,2H)，MS calcd.:376.0902.Found:(M+H)+:377.0954.
（3）向250mL单口烧瓶中加入由步骤（2）所得的式Ⅵa所示化合物（18.8g，0.05mol）和氢氧化钠(12g，0.30mol)，间硝基苯磺酸钠（67.6g，0.30mol），搅拌下并氮气保护下升温至110℃，反应5小时候冷却，抽滤，得黄色固体（式Ⅰb所示化合物）17.2克。产率92%。mp:137℃.
1H-NMR(D2SO4,400MHz,TMS)δ(ppm):7.82(d,2H,J=7.2Hz),6.54(d,2H,J=7.2Hz),MS calcd.:374.0764.Found:(M+H)+:375.0797。
实施例3
脱氢试剂（间硝基苯磺酸钠）回收
（1）于250ml带球形冷凝管三口烧瓶中分别加入甲醇洗净后的废渣15g（实施例1或2的步骤（3）中的滤液蒸干后形成的固体废渣，少量甲醇淋洗可减少废渣中其他杂质（杂质的量<1%），氢氧化钠固体9g，120ml水，慢慢升温到50-60℃，半小时内分批加入15g葡萄糖，加入的速度不能过快，防止烧瓶内骤然温度升高过快，反应液溢出。溶液渐渐变成深红色，加入2,3-二氯-1,4-萘醌（0.15g），再加入2ml乙醇使催化剂溶解于溶液中，恒温套加热使温度升至80-100℃，溶液变成暗黑色，此温度下保温3-10h，停止反应，将反应液转移至500ml烧杯中，烧瓶用热水冲洗两次，此时烧杯中溶液体积应控制在150ml左右，若溶液体积过大可以适当浓缩处理。
（2）将上述溶液冷却至10℃～20℃，先加稀盐酸溶液调pH至中性，此时渐渐有黄色晶体析出，再慢慢滴加浓盐酸60～80ml，溶液慢慢由浑浊变澄清又变成深红色溶液，约一小时后烧杯底部就有大量晶体析出，室温条件下静置24小时，颜色慢慢变深，过滤，滤饼经洗涤（水和甲醇洗涤），干燥，得到10.03g淡黄色粉末。取5g淡黄色粉末经碱溶酸析精制，得到4.42g式Ⅸ所示化合物，产率76%（以废渣的量为计算基准）。
1H-NMR(D2O,400MHz,TMS)δ(ppm):7.83(d,2H,J=7.2Hz),7.20(s,2H,)，6.72(d,2H,J=7.2Hz),MS calcd:344.0137.Found:(M+Na)+:367.0235。
Claims (9)
1.一种制备式Ⅰ所示化合物的方法，包括如下步骤：
(1)由式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物与式Ⅳ所示化合物经“缩合反应”，得到式Ⅴ所示化合物的步骤；
(2)由式Ⅴ所示化合物经“成环反应”，得到式Ⅵ所示化合物的步骤；和
(3)在有脱氢试剂存在及碱性条件下，由式Ⅵ所示化合物经“脱氢反应”，得到目标物的步骤；
式中，R1～R6分别独立选自：氢，卤素，C1～C3烷基或C1～C3烷氧基中一种；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元或六元的含氮、氧或/和硫杂原子的杂环基；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”取代的五元或六元的含氮、氧或/和硫杂原子的杂环基；R7和R8分别独立选自C1～C3烷基中一种；X为Cl或Br；
其中，所述杂环基的杂原子数为1～3。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，其中R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元或六元的含氮杂原子的杂环基；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”取代的五元或六元的含氮杂原子的杂环基；
其中，所述杂环基的杂原子数为1或2。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，其中R1～R6中任意两个相邻的R的组合为五元的含氮杂原子的杂环基；或
R1～R6中任意两个相邻的R的组合为由“羰基”取代的五元的含氮杂原子的杂环基；
其中，所述杂环基的杂原子数为1或2。
4.如权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，其中式Ⅱ和式Ⅲ所示化合物与式Ⅳ所示化合物的“缩合反应”反应在有惰性气体存在条件下进行，所述“缩合反应”的反应温度为50℃～80℃。
5.如权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，其中“成环反应”的反应温度为200℃～280℃。
6.如权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，其中“脱氢反应”的反应温度为100℃～160℃。
7.如权利要求1～3中任意一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括脱氢试剂回收的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，其中所用的脱氢试剂是间硝基苯磺酸钠。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，其中间硝基苯磺酸钠回收制得式Ⅸ所示化合物：
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