CN105131010B - 一种合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法 - Google Patents

一种合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速合成3,9‑二(4‑羧基苯基)‑2，4，8，10‑四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，采用无溶剂法先合成中间体3,9‑二(4‑甲酸甲酯基苯基)‑2，4，8，10‑四氧杂螺[5.5]十一烷，解决溶剂N，N.二甲基甲酰胺沸点高，去除困难的问题；催化剂采用常规质子酸，如对甲苯磺酸，盐酸等，价格便宜，解决ZrCl4催化剂价格贵的问题；采用非酸性反应物对甲酰基苯甲酸甲酯代替对甲酰基苯甲酸，反应瞬间进行完毕，解决反应时间长问题；本发明分两步进行，第一步产率>80％，第二步碱性水解、酸析产率>95％，综合产率>76％，相对文献方法，产率提高近21％，解决了产率不高的问题。

Description

一种合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十 一烷的方法
技术领域
本发明具体涉及一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，属于化学技术领域。
背景技术
3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷是一种重要的有机合成中间体，是许多有机合成的原料，尤其适用于配位化合物的研发，其羧基可以和不同的金属离子发生配位，从而形成不同结构的配位化合物，对于功能性配位化合物的开发具有重要的意义。同时，其螺环C原子具有手性，为手性药物和手性配合物的研发提供了可能。
当前3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的文献报道很少，天津理工大学的魏荣宝教授课题组采用溶剂合成法[1]，在N,N-二甲基甲酰胺溶液中，利用ZrCl4催化剂合成了3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，具体如下：称取1.5g对羧基苯甲醛与0.68g季戊四醇放入圆底烧瓶中，依次加入溶剂N,N-二甲基甲酰胺30mL，催化剂Lewis酸ZrCl4，0.2g，加热、回流。
现象：开始反应后，溶液为浅黄色。反应中进行薄层色谱分析(二氯甲烷一管：甲醇3滴，再加两滴冰乙酸)，由于反应物有酸性，所以反应不容易进行，反应4h后利用蒸干法，将溶剂蒸发至5mL，溶液变为深棕色。
处理：将溶液静置至室温，加入水l00mL，立刻有黄色沉淀析出，静置、抽滤。用冷水、热水反复洗涤固体，干燥。用乙醇/水重结晶，得到黄色晶体。脱色、干燥。白色晶体2.2g，产率55％，熔点：295-298℃。
上述方法存在溶剂N，N.二甲基甲酰胺沸点高，去除困难，催化剂价格贵，反应时间长(反应物有酸性)，产率不高等缺陷。
发明内容
本发明公开了一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法。
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨；
2)将研磨好的季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯加热至熔融，加入对甲苯磺酸催化剂，瞬间生成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷用乙醇洗涤纯化，得纯品，产品收率大于80％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率>95％，综合产率>76％。
优选的，季戊四醇和对溴苯甲醛的摩尔比为1:2.2。
优选的，所用的对甲苯磺酸催化剂可以被质子酸代替；且所用的对甲苯磺酸催化剂为季戊四醇和对溴苯甲醛质量的1％。
有益效果：采用无溶剂法先合成中间体3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，解决溶剂N,N-二甲基甲酰胺沸点高，去除困难的问题；催化剂采用常规质子酸，如对甲苯磺酸，盐酸等，价格便宜，解决ZrCl4催化剂价格贵的问题；采用非酸性反应物对甲酰基苯甲酸甲酯代替对甲酰基苯甲酸，反应瞬间进行完毕，解决反应时间长问题；本发明分两步进行，第一步产率>80％，第二步碱性水解、酸析产率>95％，综合产率>76％，相对文献方法，产率提高近21％，解决了产率不高的问题。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步描述：
实施例1
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.2；
2)控温熔融后，加入1％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率85％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率81％。
实施例2
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.3；
2)控温熔融后，加入1％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率80％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率77％。
实施例3
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.5；
2)控温熔融后，加入1％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率76％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率73％。
实施例4
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.7；
2)控温熔融后，加入1％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率78％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率75％。
实施例5
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.2；
2)控温熔融后，加入0.3％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率75％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率72％。
实施例6
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.2；
2)控温熔融后，加入0.7％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率73％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率70％。
实施例7
一种快速合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其包括以下步骤：
1)将季戊四醇与对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨，季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.2；
2)控温熔融后，加入1.5％反应物质量的对甲苯磺酸催化剂，瞬间合成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物用乙醇浸泡、抽滤提纯，收率82％；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并，产率96％，综合产率79％。
本发明采用无溶剂法先合成中间体3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，解决溶剂N,N-二甲基甲酰胺沸点高，去除困难的问题；催化剂采用常规质子酸，如对甲苯磺酸，盐酸等，价格便宜，解决ZrCl4催化剂价格贵的问题；采用非酸性反应物对甲酰基苯甲酸甲酯代替对甲酰基苯甲酸，反应瞬间进行完毕，解决反应时间长问题；本发明分两步进行，第一步产率>80％，第二步碱性水解、酸析产率>95％，综合产率>76％，相对文献方法，产率提高近21％，解决了产率不高的问题。
以上所述仅为本发明的一些实施例，并不限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (2)

1.一种合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其特征在于包括以下步骤：
1)将季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯充分研磨；所述季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯的摩尔比为1:2.2；
2)将研磨好的季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯加热至熔融，加入对甲苯磺酸催化剂；瞬间生成3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
3)将上述粗产物3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷用乙醇洗涤纯化，得纯品；
4)回流条件下，将3,9-二(4-甲酸甲酯基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷溶于浓NaOH溶液中至澄清；
5)反应液冷却、静置，析出固体，抽滤，得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的钠盐，可酸析得3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷；
6)滤液用浓盐酸酸析，得剩余3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷，与5)合并。
2.根据权利要求1所述的一种合成3,9-二(4-羧基苯基)-2，4，8，10-四氧杂螺[5.5]十一烷的方法，其特征在于：所用的对甲苯磺酸催化剂为季戊四醇和对甲酰基苯甲酸甲酯总质量的1％。
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熔融-固相酯化法合成季戊四醇四氯乙酸酯;郑晓凤等;《精细化工与催化》;20141031;第22卷(第10期);参见全文 *

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