CN106699723B - 一种15-冠醚-5的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制备15‑冠醚‑5的新方法。它是以四甘醇(三缩四乙二醇)和乙二醇为原料，在催化剂和辅助试剂存在的条件下，分子间脱水缩合得到目标产物。该方法步骤简短流畅，反应条件温和，后处理简单，具有产品的纯度高、收率高的优点，是一条很有潜力和市场应用价值的绿色新工艺方法。

Description

一种15-冠醚-5的制备方法
技术领域
本发明涉及一种高效的相转移催化剂和络合剂冠醚的制备方法，具体地涉及一种15-冠醚-5的制备方法。
背景技术
15-冠醚-5为无色透明粘稠液体，易吸潮，可与水互溶，溶于乙醇、苯、氯仿、二氯甲烷等有机溶剂，对钠离子有较强的选择络合力，是一种高效的相转移催化剂和络合剂。
相转移催化(PT)是20世纪70年代以来在有机合成中应用日趋广泛的一种新的合成技术，有机合成中经常遇到的非均相有机反应通常速率很慢，收率低，而引入相转移催化剂后，能显著提高反应速率及原料转化率，对有机合成的发展有着极大的推动作用。
常见的相转移催化剂主要分为以下四类：①鎓盐类；②包结类；③开链聚醚类；④固载三相类，其中15-冠醚-5属于包结类催化剂，因其独特的结构而具有特殊的复合性能，对阳离子的选择性大，适应性广，常用于液-固相反应体系。
目前关于15-冠醚-5的制备方法主要有以下三种：⑴Williamson合成法，以三甘醇(二缩三乙二醇)和二氯乙醚为原料，在碱作用下，分子间缩合生成目标产物(CN201310235086.1；Journal of the Chemical Society,Dalton Trans,1157-1161,1981)，该路线的原料三甘醇相对廉价易得，反应条件较为温和，但二氯乙醚来源有限，价格高，在反应中无法避免二氯乙醚碱解，以及长链醚和大环醚等杂质的生成，从而导致难以获得高纯度的15-冠醚-5和好的收率(一般收率仅在35％左右)；⑵醇脱水缩合法，分别有五甘醇自身脱水环合或是三甘醇与三甘醇双对甲苯磺酸酯分子间缩合来制备目标产物(CN961115243.6，Chemistry Letters,(5),533-536；1980)，该路线的原料不易获得，成本较高，也不能规避路线⑴的副反应竞争，且通过脱水成醚的反应选择性更差，反应收率仅有33％；⑶其他方法，如2,6-二氧代-15-冠醚-5经氢化还原得到目标产物，该方法不具有常规的制备意义(Journal of the Chemical Society,Chemical communications,(4),248-249；1982)。
综上所述，现有15-冠醚-5的合成方法均存在各自的弊端，因而研究、优化其合成工艺有着重要的研究意义和实用价值。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的15-冠醚-5的制备方法，该方法使用四甘醇(三缩四乙二醇)和乙二醇为原料，在碱催化剂存在的条件下，经脱水试剂的辅助，通过选择性的分子间脱水缩合生成目标产物15-冠醚-5。
该合成方法工艺流畅，反应条件温和，耗时较短，后处理相对简单，产品纯度和收率高，纯度达到98％以上，收率大于60％，优选方案可达70％以上；具有三废易于处理，成本低，生产循环快等特点，适合应用于工业化生产，是一条很有潜力和市场应用价值的绿色新工艺方法。
15-冠醚-5的结构式如下：
本发明的15-冠醚-5的制备方法的合成路线为：
本发明15-冠醚-5的制备方法优选包括以下步骤：：
S1：室温条件下，混合第一溶剂、碱催化剂和脱水剂得到混合液，调节所述混合液的温度至40℃～80℃；
S2：向S1的混合液中同时滴加四甘醇溶于第一溶剂的溶液以及乙二醇溶于第一溶剂的溶液，控制滴加速率使得二者同步滴加完毕，继续保温6～10小时，直至反应结束；
S3，将步骤S2得到的反应混合液降至室温，浓缩反应混合液，向浓缩液中加入第二溶剂，混匀过滤，滤饼用第二溶剂洗涤，合并滤液和洗涤液，干燥脱溶，得15-冠醚-5的粗品。任选地，继续减压蒸馏得成品。
优选采用GC(气相色谱)跟踪的方法确定步骤S2的反应终点。
本发明所述步骤S1和S2中，第一溶剂为醚类、芳烃类或酰胺类溶剂。优选的第一溶剂为四氢呋喃、二氧六环、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等中的一种或多种。
本发明所述步骤S1中，所述碱催化剂可以为无机碱或有机碱。优选的无机碱为碱金属碳酸盐、碱金属磷酸盐或碱金属氢氧化物。进一步地优选为碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、碳酸铯、氢氧化钠等中的一种或多种。优选的有机碱为三乙胺、吡啶、N-甲基吗啉、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶(DMAP)等中的一种或多种，进一步地优选为三乙胺、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶。
本发明所述步骤S1中，脱水剂优选为二环己基碳二亚胺、分子筛、HOBT(1-羟基苯并三唑)、HBTU(O-苯并三氮唑-四甲基脲六氟磷酸盐)、TBTU(O-苯并三氮唑-N,N,N’,N’-四甲基脲四氟硼酸酯)、醋酸酐、氢化钠等中的一种或多种，优选的分子筛是分子筛4A或分子筛5A。
本发明所述步骤S2中，反应优选在40～80℃的温度范围内进行。
本发明所述步骤S2中，四甘醇和乙二醇采用同步双滴加的方式投料。
本发明所述步骤S2中，优选的四甘醇和乙二醇的摩尔配比为1:1.5～1:3.0。
本发明所述步骤S2中，优选的四甘醇和催化剂的质量比为1:0.1～1:0.4。
本发明所述步骤S2中，优选的四甘醇和脱水剂的摩尔配比为1:0.8～1：1.5。
本发明所述步骤S3中，第二溶剂为卤带烷烃类溶剂或脂肪醇溶剂，优选的第二溶剂选自二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、甲醇、乙醇等中的一种或多种。
本发明是制备15-冠醚-5全新创新工艺，技术创新要点主要体现在：
(1)创新性地选用四甘醇和乙二醇为原料，在碱催化剂和脱水试剂作用下发生分子间缩合反应，以脱水成醚的方式制备得到目标产物，该路线未见文献报道；
(2)采用两种原料同步双滴加的方式投料，并引入碱催化剂和脱水剂，意外地发现目标反应有了较为明显的选择性，目标产物的收率较高(60～70％)、纯度高(大于98％)。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明，下文中采用非限定性实施例作进一步说明。
实施例一：
于1000ml的四口瓶中依次加入碳酸钠(19.4g)、二环己基碳二亚胺(103.0g，0.5mol)和二氧六环(300ml)，搅拌混匀，加热至70～75℃，同步缓慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的二氧六环(150ml)溶液和乙二醇(46.5g，0.75mol)的二氧六环(50ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，继续保温6h，取样监测至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室温，减压除去大部分溶剂，向所得浓缩浆状液加入250ml的二氯甲烷，搅拌混匀后过滤，滤饼用50ml的二氯甲烷洗涤，合并滤液和洗涤液，用无水硫酸镁干燥后脱溶，所得粗品继续减压蒸馏，得15-冠醚-5的成品78.2g，含量98.7％，收率70.2％。
实施例二：
于1000ml的四口瓶中依次加入磷酸钠(19.4g)、二环己基碳二亚胺(103.0g，0.5mol)和N,N-二甲基乙酰胺(300ml)，搅拌混匀，加热至60～65℃，同步缓慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的N,N-二甲基乙酰胺(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的N,N-二甲基乙酰胺(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，继续保温7h，取样监测至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室温，减压除去大部分溶剂，向所得浓缩浆状液加入250ml的氯仿，搅拌混匀后过滤，滤饼用50ml的氯仿洗涤，合并滤液和洗涤液，用无水硫酸镁干燥后脱溶，所得粗品继续减压蒸馏，得15-冠醚-5的成品69.9g，含量98.4％，收率62.5％。
实施例三：
于1000ml的四口瓶中依次加入磷酸钠(19.4g)、分子筛4A(55.0g)和N,N-二甲基乙酰胺(300ml)，搅拌混匀，加热至60～65℃，同步缓慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的N,N-二甲基乙酰胺(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的N,N-二甲基乙酰胺(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，继续保温7h，取样监测至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室温，减压除去大部分溶剂，向所得浓缩浆状液加入250ml的氯仿，搅拌混匀后过滤，滤饼用50ml的氯仿洗涤，合并滤液和洗涤液，用无水硫酸镁干燥后脱溶，所得粗品继续减压蒸馏，得15-冠醚-5的成品72.1g，含量98.6％，收率64.5％。
实施例四：
于1000ml的四口瓶中依次加入三乙胺(25.3g)、HBTU(7.6g，0.02mol)和二氧六环(300ml)，搅拌混匀，加热至75～80℃，同步缓慢滴加四甘醇(97.0g，0.5mol)的二氧六环(150ml)溶液和乙二醇(77.5g，1.25mol)的二氧六环(100ml)溶液，控制滴加速率，使得二者同步滴完，继续保温7h，取样监测至原料含量＜1％(GC-Area％)，降至室温，减压除去大部分溶剂，向所得浓缩浆状液加入250ml的1,2-二氯乙烷，搅拌混匀后过滤，滤饼用50ml的1,2-二氯乙烷洗涤，合并滤液和洗涤液，用无水硫酸镁干燥后脱溶，所得粗品继续减压蒸馏，得15-冠醚-5的成品75.6g，含量98.7％，收率67.8％。

Claims (11)

1.一种15-冠醚-5的制备方法，反应路线如下：
该方法使用四甘醇和乙二醇为原料，在碱催化剂存在的条件下，经脱水试剂的辅助，通过选择性的分子间脱水缩合生成目标产物15-冠醚-5；
所述制备方法包括以下步骤：
S1：室温条件下，混合第一溶剂、碱催化剂和脱水剂得到混合液，调节所述混合液的温度至40℃～80℃；
S2：向混合液中同时滴加四甘醇溶于第一溶剂的溶液以及乙二醇溶于第一溶剂的溶液，控制滴加速率使得二者同步滴加完毕，继续保温，直至反应结束；
S3：将步骤S2得到的反应混合液降至室温，浓缩，向浓缩液中加入第二溶剂，混匀过滤，滤饼用第二溶剂洗涤，合并滤液和洗涤液，干燥脱溶，得15-冠醚-5的粗品，继续减压蒸馏得成品；
其中，所述碱催化剂为无机碱或有机碱；所述脱水剂为二环己基碳二亚胺、分子筛、HOBT、HBTU、TBTU、醋酸酐、氢化钠中的一种或多种。
2.根据权利要求1所述的制备方法，在步骤S2中采用GC(气相色谱)跟踪的方法检测反应终点。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述第一溶剂为醚类、芳烃类或酰胺类溶剂。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其中，所述第一溶剂为四氢呋喃、二氧六环、甲苯、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述无机碱为碱金属碳酸盐、碱金属磷酸盐或碱金属氢氧化物。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述有机碱为三乙胺、吡啶、N-甲基吗啉、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述碱催化剂为碳酸钠、碳酸钾、磷酸钠、碳酸铯、氢氧化钠、4-(N,N-二甲基氨基)吡啶中的一种或多种。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其中，所述分子筛是分子筛4A或分子筛5A。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其中，四甘醇和乙二醇的摩尔配比为1:1.5～1:3.0，四甘醇和碱催化剂的质量比为1:0.1～1:0.4，四甘醇和脱水剂的摩尔配比为1:0.8～1:1.5。
10.根据权利要求1所述的制备方法，其中第二溶剂为卤代烷烃类溶剂，或脂肪醇类溶剂。
11.根据权利要求10所述的制备方法，其中所述第二溶剂为二氯甲烷、1,2-二氯乙烷、氯仿、甲醇、乙醇中的一种或多种。
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