CN105669413A - 一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法 - Google Patents

一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，该方法以β-甲基萘为原料、冰醋酸为溶剂，聚苯乙烯型高分子过氧酸为氧化剂，在微波辐射作用下制备2-甲基-1,4-萘醌，产率达65.0％以上。采用微波辐射加热，可显著缩短反应时间，提高产品的收率；采用高分子过氧酸型氧化剂，产品收率高、后处理方便、可避免铬盐氧化剂产生重金属污染、绿色环保、具有重要应用价值。

Description

一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法
技术领域
本发明涉及一种2-甲基-1,4-萘醌的制备方法，具体是一种微波辐射催化β-甲基萘制备2-甲基-1,4-萘醌的方法。
背景技术
2-甲基-1,4-萘醌，又名2-甲基萘醌、β-甲基萘醌，是合成维生素K3的重要中间体，在医药和饲料添加剂等方面有广泛的用途。在目前的工业生产中，2-甲基-1,4-萘醌的主要合成方法是以β-甲基萘为原料、铬盐为氧化剂的液相氧化法。该方法的主要缺点：铬盐有腐蚀性，对环境的耐腐蚀性要求高，生产过程中会产生大量的含铬废水，对环境污染严重。
为此，人们探索采用非铬盐氧化法合成2-甲基-1,4-萘醌的方法，诸爱士等人(诸爱士,孙军,陈建宇.中国医药工业杂志,1999,30,324)采用乙酸与过氧化氢在浓硫酸作用下得到过氧乙酸，然后再以2-甲基萘为起始原料、过氧乙酸为氧化剂，冰醋酸为反应介质，在70℃反应1.5h，得到质量分数为98％的2-甲基萘醌产物；中国专利文献201110419917.1公开了一种2－甲基－1,4－萘醌的合成方法，它是以2-甲基萘为原料，冰醋酸为溶剂，双氧水为氧化剂，以浓硫酸、盐酸或硝酸中的一种或二种以上混酸体系作为催化剂催化合成2-甲基-1,4-萘醌。上述两种方法采用的有机过氧化酸不稳定，需现场制备且使用浓硫酸，对设备腐蚀性较高，H2O2在工业应用中还可能存在危险隐患。
中国专利文献CN102249887A公开了一种2－甲基萘醌的制备方法，以钛硅分子筛TS-1为催化剂，过氧化氢氧化2-甲基萘制备2-甲基萘醌，在80℃下反应3h，2-甲基萘的转化率为75％，2-甲基萘醌的选择性为85％。但是钛硅分子筛TS-1价格高，制备成本高，广泛使用起来存在一定困难。又如中国专利文献201410091125.X公开了一种2-甲基-1,4-萘醌的新合成方法，采用间氯过氧苯甲酸作为氧化剂氧化2-甲基萘制备2-甲基-1,4-萘醌，避免了直接使用双氧水为氧化剂，但收率较低，约为31％。
由上述可见，使用小分子氧化剂如双氧水、过氧酸等氧化β-甲基萘的方法可避免铬盐污染问题，但存在储存不稳定、易分解、爆炸、腐蚀性强，产率低等问题，因此将小分子氧化剂高分子化及采用微波辐射催化技术，可避免上述问题并可缩短反应时间。近年来，含有过氧酸结构(—CO—O—OH)的高分子过氧酸作为一种优良的高分子氧化剂在精细化学品合成中引起了极大的关注，它的氧化性明显优于H2O2，由于高分子骨架的引入，其化学稳定性大大提高，并且回收再生也容易。目前主要用于将烯烃氧化制备环氧化合物。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，在微波辐射催化作用下，交联聚苯乙烯型高分子过氧酸氧化β-甲基萘制备2-甲基-1,4-萘醌。
发明概述：
本发明以交联聚苯乙烯为高分子载体，经过乙酰氯酰化、高锰酸钾氧化,得到聚苯乙烯羧酸，再用对甲苯磺酸和双氧水进行过氧化制得聚苯乙烯型高分子过氧酸，其中过氧酸基负载量为4.5-6.0mmolg-1；聚苯乙烯型高分子过氧酸的合成路线如下：
最后在微波加热下，以制得的聚苯乙烯型高分子过氧酸为氧化剂，将β-甲基萘氧化最终制得2-甲基-1,4-萘醌。
本发明采用的具体技术方案如下：
一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，步骤如下：
(1)称取冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸搅拌混合均匀，以100-900W的微波功率微波加热至60-95℃，恒温反应1-3小时；冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸的质量比为：(26-32)：(5.5-8.5)：(8-9.5)；
(2)反应结束后，降至室温，过滤除去聚苯乙烯羧酸；过滤后的滤液倒入冰水混合物中结晶，得黄色结晶，抽滤，重结晶，即得2-甲基-1,4-萘醌。
本发明优选的，步骤(1)中，微波功率为200-400W，反应温度为65-90℃，反应时间0.5-1.5小时，冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸的质量比为：(28-30)：(6.5-7.5)：(8.5-9.5)。
最为优选的，步骤(1)中，微波功率为300W，反应温度为75℃，反应时间1.0小时。
本发明优选的，步骤(1)中，聚苯乙烯型高分子过氧酸中过氧酸基负载量为4.5-6.0mmolg-1，聚苯乙烯型高分子过氧酸中过氧酸基与β-甲基萘的摩尔比为4-12:1；聚苯乙烯型高分子过氧酸的结构式如式(Ⅰ)所示：
n＝1000-1300。
本发明优选的，步骤(1)中，聚苯乙烯型高分子过氧酸按如下方法制得：
1)将交联聚苯乙烯加入到二氯甲烷中，常温下搅拌溶胀6-12h，加入无水三氯化铝催化剂，然后滴加乙酰氯，混合均匀后升温至40-60℃，反应1-3h；反应结束后，洗涤至无氯离子，真空干燥，得乙酰化交联聚苯乙烯；
二氯甲烷、交联聚苯乙烯与乙酰氯的质量比为(8-12)：(6-8)：(12-16)；无水三氯化铝的加入量与交联聚苯乙烯质量比为(12-16)：(6-8)；
2)将制得的乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯、质量浓度50％的硫酸、水混合，加热至沸腾后,分批加入高锰酸钾，回流反应3-6h；将反应混合物减压过滤，并分别用乙醇、水洗涤滤渣，干燥得交联聚苯乙烯羧酸；
乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯的质量体积比为：(8-12)：(15-25)，单位：g/mL，水的加入量与氯苯的体积比为：(7-9)：(3-5)，高锰酸钾与质量浓度50％的硫酸的质量比为：(50-56)：(5-10)；高锰酸钾与乙酰化交联聚苯乙烯的质量比为：(60-66)：(8-12)；
3)将制得的交联聚苯乙烯羧酸与对甲苯磺酸和双氧水混合，室温下反应1-3h，反应混合物趁热减压过滤，洗涤，抽滤、干燥即得聚苯乙烯高分子过氧酸；
交联聚苯乙烯羧酸、对甲苯磺酸与双氧水的质量比：(10-12)：(6-10)：(28-32)。
本发明优选的，步骤1)中，二氯甲烷、交联聚苯乙烯与乙酰氯的质量比为10：7：14；无水三氯化铝的加入量与交联聚苯乙烯质量比为2：1。
本发明优选的，步骤1)中，交联聚苯乙烯的粒径为0.2-0.3mm，比表面积为500-600m2/g；交联度为6-8％。
本发明优选的，步骤1)中，反应结束后，依次用四氢呋喃、5％盐酸、蒸馏水洗涤，至无氯离子，然后用甲醇洗3次。
本发明优选的，步骤2)中，乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯的质量体积比为：1：2，单位：g/mL，水的加入量与氯苯的体积比为：2：1，高锰酸钾与质量浓度50％的硫酸的质量比为：52：8；高锰酸钾与乙酰化交联聚苯乙烯的质量比为：64：10。
本发明优选的，步骤3)中，交联聚苯乙烯羧酸、对甲苯磺酸与双氧水的质量比：11：8：30。
本发明的有益效果：
本发明方法采用微波催化，高分子过氧酸氧化制备2-甲基-1,4-萘醌。微波是一种清洁绿色的加热方式，具有活化反应物，增大分子反应的活性，加热均匀快速、操作简单等优点，在微波催化作用下，能提高转化率；后处理方便简单，将反应液倒入冰水混合物，搅拌得到2-甲基-1,4-萘醌沉淀，抽滤，重结晶，得到2-甲基-1,4-萘醌纯品。本发明的氧化β-甲基萘制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，β-甲基萘的产率达65.0％以上，用液相色谱法检测，2-甲基-1,4-萘醌含量为95.97％，液相色谱图如图1所示。
附图说明：
图1为本发明制得的2-甲基-1,4-萘醌液相色谱图，液相色谱条件：色谱柱：SpherigelC18250mm×4.6mm5μ；流动相：90﹪甲醇水溶液(甲醇：水＝90:10)；检测波长：270nm；流速：1.2mL/min；进样体积:0.2mL。
具体实施方式
下面结合具体实施实例对本发明做进一步的描述，并非对保护范围的限制。同时下述实施实例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
实施例1
聚苯乙烯高分子过氧酸的制备：
1)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入二氯甲烷100g,交联聚苯乙烯65g，常温下搅拌溶胀6h；加入无水三氯化铝125g，滴加乙酰氯150g，升温50℃，反应2h；反应结束后，依次用四氢呋喃、5％盐酸、蒸馏水洗涤，至无氯离子，甲醇洗3次，真空干燥，得乙酰化交联聚苯乙烯；
2)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的2000mL四口反应瓶中加入200mL氯苯、400mL水、质量浓度50％的硫酸92g，乙酰化交联聚苯乙烯80g,加热至沸后,分批加入600g高锰酸钾，回流反应5h；将反应混合物减压过滤，并分别用乙醇、水洗涤滤渣，干燥得交联聚苯乙烯羧酸；
3)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入交联聚苯乙烯羧酸100g，对甲苯磺酸120g、双氧水320g，室温下反应2h，将反应混合物趁热减压过滤，用水洗涤，抽滤、干燥得聚苯乙烯高分子过氧酸。
2-甲基-1,4-萘醌的制备：
称取60gβ-甲基萘，300g冰醋酸放入反应瓶中，将反应瓶放入微波反应器中，设置微波功率300W，开动搅拌混合均匀，加热至60℃，投入85g聚苯乙烯型高分子过氧酸，恒温反应1小时。反应结束后，将反应液倒入冰水混合物中，搅拌，2-甲基-1,4-萘醌以沉淀形式析出，抽滤，重结晶，得到2-甲基-1,4-萘醌，产率为65.8％。
实施例2
聚苯乙烯高分子过氧酸的制备：
1)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入二氯甲烷100g,交联聚苯乙烯70g，常温下搅拌溶胀6h；加入无水三氯化铝123g，滴加乙酰氯130g，升温50℃，反应2h；反应结束后，依次用四氢呋喃、5％盐酸、蒸馏水洗涤，至无氯离子，甲醇洗3次，真空干燥，得乙酰化交联聚苯乙烯；
2)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的2000mL四口反应瓶中加入200mL氯苯、400mL水、质量浓度50％的硫酸96g，乙酰化交联聚苯乙烯90g,加热至沸后,分批加入600g高锰酸钾，回流反应5h；将反应混合物减压过滤，并分别用乙醇、水洗涤滤渣，干燥得交联聚苯乙烯羧酸；
3)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入交联聚苯乙烯羧酸110g，对甲苯磺酸130g、双氧水320g，室温下反应2h，将反应混合物趁热减压过滤，用水洗涤，抽滤、干燥得聚苯乙烯高分子过氧酸。
2-甲基-1,4-萘醌的制备：
称取65gβ-甲基萘，320g冰醋酸放入反应瓶中，将反应瓶放入微波反应器中，设置微波功率300W，开动搅拌混合均匀，加热至75℃，投入90g聚苯乙烯型高分子过氧酸，恒温反应1小时。反应结束后，将反应液倒入冰水混合物中，搅拌，2-甲基-1,4-萘醌以沉淀形式析出，抽滤，重结晶，得到2-甲基-1,4-萘醌，产率为65.3％。
实施例3
聚苯乙烯高分子过氧酸的制备：
1)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入二氯甲烷100g,交联聚苯乙烯65g，常温下搅拌溶胀6h；加入无水三氯化铝125g，滴加乙酰氯150g，升温50℃，反应2h；反应结束后，依次用四氢呋喃、5％盐酸、蒸馏水洗涤，至无氯离子，甲醇洗3次，真空干燥，得乙酰化交联聚苯乙烯；
2)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的2000mL四口反应瓶中加入200mL氯苯、400mL水、质量浓度50％的硫酸98g，乙酰化交联聚苯乙烯80g,加热至沸后,分批加入600g高锰酸钾，回流反应5h；将反应混合物减压过滤，并分别用乙醇、水洗涤滤渣，干燥得交联聚苯乙烯羧酸；
3)在装有回流冷凝管、温度计、搅拌器的1000mL四口反应瓶中加入交联聚苯乙烯羧酸100g，对甲苯磺酸120g、双氧水320g，室温下反应2h，将反应混合物趁热减压过滤，用水洗涤，抽滤、干燥得聚苯乙烯高分子过氧酸。
2-甲基-1,4-萘醌的制备：
称取60gβ-甲基萘，310g冰醋酸放入反应瓶中，将反应瓶放入微波反应器中，设置微波功率300W，开动搅拌混合均匀，加热至90℃，投入投入83g聚苯乙烯型高分子过氧酸，恒温反应1小时。反应结束后，将反应液倒入冰水混合物中，搅拌，2-甲基-1,4-萘醌以沉淀形式析出，抽滤，重结晶，得到2-甲基-1,4-萘醌，产率为65.5％。

Claims (9)

1.一种微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，步骤如下：
(1)称取冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸搅拌混合均匀，以100-900W的微波功率微波加热至60-95℃，恒温反应1-3小时；冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸的质量比为：(26-32)：(5.5-8.5)：(8-9.5)；
(2)反应结束后，降至室温，过滤除去聚苯乙烯羧酸；过滤后的滤液倒入冰水混合物中结晶，得黄色结晶，抽滤，重结晶，即得2-甲基-1,4-萘醌。
2.根据权利要求1所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤(1)中，微波功率为200-400W，反应温度为65-90℃，反应时间0.5-1.5小时，冰醋酸、β-甲基萘、聚苯乙烯型高分子过氧酸的质量比为：(28-30)：(6.5-7.5)：(8.5-9.5)；优选的，微波功率为300W，反应温度为75℃，反应时间1.0小时。
3.根据权利要求1所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚苯乙烯型高分子过氧酸中过氧酸基负载量为4.5-6.0mmolg-1，聚苯乙烯型高分子过氧酸中过氧酸基与β-甲基萘的摩尔比为4-12:1；聚苯乙烯型高分子过氧酸的结构式如式(Ⅰ)所示：
n＝1000-1300。
4.根据权利要求1所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤(1)中，聚苯乙烯型高分子过氧酸按如下方法制得：
1)将交联聚苯乙烯加入到二氯甲烷中，常温下搅拌溶胀6-12h，加入无水三氯化铝催化剂，然后滴加乙酰氯，混合均匀后升温至40-60℃，反应1-3h；反应结束后，洗涤至无氯离子，真空干燥，得乙酰化交联聚苯乙烯；
二氯甲烷、交联聚苯乙烯与乙酰氯的质量比为(8-12)：(6-8)：(12-16)；无水三氯化铝的加入量与交联聚苯乙烯质量比为(12-16)：(6-8)；
2)将制得的乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯、质量浓度50％的硫酸、水混合，加热至沸腾后,分批加入高锰酸钾，回流反应3-6h；将反应混合物减压过滤，并分别用乙醇、水洗涤滤渣，干燥得交联聚苯乙烯羧酸；
乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯的质量体积比为：(8-12)：(15-25)，单位：g/mL，水的加入量与氯苯的体积比为：(7-9)：(3-5)，高锰酸钾与质量浓度50％的硫酸的质量比为：(50-56)：(5-10)；高锰酸钾与乙酰化交联聚苯乙烯的质量比为：(60-66)：(8-12)；
3)将制得的交联聚苯乙烯羧酸与对甲苯磺酸和双氧水混合，室温下反应1-3h，反应混合物趁热减压过滤，洗涤，抽滤、干燥即得聚苯乙烯高分子过氧酸；
交联聚苯乙烯羧酸、对甲苯磺酸与双氧水的质量比：(10-12)：(6-10)：(28-32)。
5.根据权利要求4所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤1)中，二氯甲烷、交联聚苯乙烯与乙酰氯的质量比为10：7：14；无水三氯化铝的加入量与交联聚苯乙烯质量比为2：1。
6.根据权利要求4所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤1)中，交联聚苯乙烯的粒径为0.2-0.3mm，比表面积为500-600m2/g；交联度为6-8％。
7.根据权利要求4所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤1)中，反应结束后，依次用四氢呋喃、5％盐酸、蒸馏水洗涤，至无氯离子，然后用甲醇洗3次。
8.根据权利要求4所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤2)中，乙酰化交联聚苯乙烯与氯苯的质量体积比为：1：2，单位：g/mL，水的加入量与氯苯的体积比为：2：1，高锰酸钾与质量浓度50％的硫酸的质量比为：52：8；高锰酸钾与乙酰化交联聚苯乙烯的质量比为：64：10。
9.根据权利要求4所述的微波辐射制备2-甲基-1,4-萘醌的方法，其特征在于，步骤3)中，交联聚苯乙烯羧酸、对甲苯磺酸与双氧水的质量比：11：8：30。
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