CN107501043A - 一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种以均苯三甲酸为原料合成均苯三甲醛的实验方法，改进实验条件并优化均苯三甲醛的纯化过程，获得一种反应条件温和、生产成本低廉、产物收率更高的均苯三甲醛合成方法。

Description

一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法
技术领域
本发明涉及以均苯三甲酸为原料经均苯三甲酸甲酯、均三苄醇合成均苯三甲醛的方法。
背景技术
均苯三甲醛是一种重要的有机合成及医药中间体，因其结构中存在三个不同方向且性质相同的羰基，使其可以和多种链状胺类化合物（如，对苯二胺、2,5-二乙氧基对苯二甲酸二酰肼）在特定的条件下合成共价有机骨架材料（COF-300、COF-42），这类多孔材料具有可预见的刚性分子骨架结构，质轻，表面积大，热及化学稳定性好，在气体存储、光电传导和催化应用等方面有着广阔的应用前景（J.Am.Chem.Soc.,2011,133,19816-19822；J.Am.Chem.Soc.,2011,133:11478-11481.）；此外，由均苯三甲醛衍生出的树枝状分子因其外围含有大量活性官能团可以作为多相催化剂；均苯三甲醛还可以与酮反应合成查尔酮类化合物，这类化合物具有较大的结构柔性，可与多种受体结合，从而在抗病毒、抗肿瘤、抑制和清除氧自由基方面有广泛的生物活性（Bioorg.Med.Chem.Lett.,2003,13:1813-1815；Pharm.Res.,1998,15:39-46；Med.Chem.,2003,46:2813-281.）。纯度在95%的均苯三甲醛的价格通常在3000-4000 元/克左右，因此实验室常常通过合成的方法满足自身需求，多个羰基的存在增加了它的合成及保存难度。
目前制备均苯三甲醛的方法主要有以下三条路线：i)由均三甲苯为初始反应物生成1,3,5-三(二溴甲基)苯，再制备均苯三甲醛。采用这种合成方法制备1,3,5-三(二溴甲基)苯需要用到液溴作为反应物，这种原料不但极易挥发、氧化性高而且腐蚀性和毒性均很强，每滴加一滴溴都会放出大量的热量，还要注意控制液溴的滴加速度，防止滴加过快导致焦化；合成均苯三甲醛时还要用到发烟硫酸，操作过程需要分外小心，产率往往也较低。ii)以2,2-二甲基丙酸酐和氢气为还原剂，使用四（三苯基膦）铂催化还原均苯三甲酸。该反应除制成均苯三甲醛外，副产邻苯二甲醛，而且需要使用贵金属催化剂，导致产品纯度下降成本较高。iii)由均苯三甲酸甲酯还原成均三苄醇，再催化氧化成均苯三甲醛。这种方法的原料为均苯三甲酸甲酯，成本比均苯三甲酸高2-4倍，而且在均三苄醇氧化过程中使用了相转移催化剂，增加了生产成本。均苯三甲醛的制备方法中产品的纯化过程大多利用柱层析法，这不仅需要大量的有机溶剂，而且影响产品的收率，不适合大量制备（一般小于50%的分离收率）。
本发明制备均苯三甲醛的路线是：由均苯三甲酸先制备均苯三甲酸甲酯，然后还原成均三苄醇，再氧化制备均苯三甲醛。该反应条件较为温和且生产成本较低。在产品纯化过程中，对粗产品进行简单的前处理后再重结晶，实验操作简单、节约溶剂、更适合大量制备。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于以均苯三甲酸为原料合成均苯三甲醛，改进原有的实验条件并优化均苯三甲醛的纯化过程，提供一种反应条件温和、成本低廉、产物收率更高的均苯三甲醛合成方法，产品的纯化过程采用重结晶法，比使用柱层析法操作更简单、更适合大量制备。
解决上述技术问题所采用的技术方案是：将均苯三甲酸溶于甲醇中，加入催化剂，回流20~24 h，减压蒸馏除去溶剂，剩余物加入有机溶剂至恰好溶解，调节pH值至中性。将有机相分离并减压蒸馏除去溶剂，真空干燥，得均苯三甲酸甲酯。
将均苯三甲酸甲酯溶于无水四氢呋喃中，在氮气保护下经恒压分液漏斗缓慢滴加到四氢铝锂（四氢铝锂与均苯三甲酸甲酯的摩尔比为3：1）的无水四氢呋喃混合液中，20~70 ºC搅拌10~24 h，反应在可磁力搅拌的冰浴-回流一体式氮气保护装置下进行，反应后用水小心淬灭，抽滤，洗涤滤饼，滤液减压蒸馏，得到的粉末真空干燥，得均三苄醇。
在氯铬酸吡啶盐和硅藻土的混合物（氯铬酸吡啶盐和硅藻土的质量比为1.3：1）中加入二氯甲烷，充分搅拌下加入均三苄醇（氯铬酸吡啶盐与均三苄醇的摩尔比为4.2：1），20~35 ºC反应10~12 h后，加入少量乙醚再搅拌1 h。将粗产品依次经硅藻土床、柱层析硅胶床抽滤，洗涤，收集滤液，减压蒸馏，重结晶，抽滤，得到的粉末真空干燥，得终产物均苯三甲醛。
附图说明
图1为均苯三甲醛的合成路线。
图2为均苯三甲酸甲酯的红外FT-IR谱图。
图3为可磁力搅拌的冰浴-回流一体式氮气保护装置图。
图3中，1.磁力搅拌器，2.冰水浴/油浴，3.三颈瓶，4.三通，5.恒压分液漏斗，6.球形冷凝管，7.抽气头，8.橡胶球胆。
图4为均三苄醇的红外FT-IR谱图。
图5为均苯三甲醛的红外FT-IR谱图。
图6为均苯三甲醛的核磁共振1H NMR谱图。
具体实施方式
下面用实施例对本发明进行进一步说明，以下实施例仅是本发明的优选实施方式，对于本发明领域的其他技术人员，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干改进和修饰，这些改进和修饰也应该视为本发明的保护范围之内。本发明涉及的以均苯三甲酸为原料经均苯三甲酸甲酯、均三苄醇合成均苯三甲醛的合成步骤如下。
图1为均苯三甲醛的合成路线。
将20.00 g 均苯三甲酸溶于350 mL甲醇中，缓慢加入5 mL 18mol/L浓硫酸催化剂，73 oC回流24 h。减压蒸馏除去溶剂，加入60 mL三氯甲烷至恰好溶解，再加入130 mL100g/L的饱和碳酸氢钠溶液至pH值显中性。将有机相分离并减压蒸馏除去溶剂，80 oC真空干燥，得23.03 g均苯三甲酸甲酯（产率96%）。
图2为均苯三甲酸甲酯的红外FT-IR谱图。
取8.00 g均苯三甲酸甲酯35 oC溶于80 mL无水四氢呋喃中，在氮气保护下经恒压分液漏斗缓慢滴加到3.00 g四氢铝锂和300 mL无水四氢呋喃混合液中，滴加过程在冰盐浴中进行，滴加完毕先恢复至室温，再70 oC回流搅拌24 h，反应在可磁力搅拌的冰浴-回流一体式氮气保护装置下进行，反应后用100 mL左右蒸馏水淬灭该反应，将混合物抽滤，滤饼用100 mL甲醇洗涤3次，将滤液减压蒸馏，80 oC真空干燥，得5.12 g均三苄醇（产率96%）。
图3为可磁力搅拌的冰浴-回流一体式氮气保护装置图。
图4为均三苄醇的红外FT-IR谱图。
在10.56 g 氯铬酸吡啶盐和8.12 g硅藻土中加入200 mL二氯甲烷，充分搅拌下加入1.98 g均三苄醇，35 ºC反应10 h后，加入40 mL乙醚再搅拌1 h，将粗产品物经1cm厚硅藻土床抽滤，并用约100 mL二氯甲烷洗涤几次，将滤液经柱层析硅胶床（约2cm厚）抽滤，并用二氯甲烷洗涤至滤液显绿色为止，收集滤液，减压蒸馏至刚有固体析出，加入少量二氯甲烷至完全溶解，再加入石油醚进行重结晶，固体不再析出后抽滤，60 ℃真空干燥8 h以上，得终产物1.53 g均苯三甲醛（白色晶状粉末，产率80%）。产物的波谱数据如下。
图5为均苯三甲醛的红外FT-IR谱图。
图6为均苯三甲醛的核磁共振1H NMR谱图。

Claims (6)

1.一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法，其特征在于：将均苯三甲酸溶于甲醇中，加入催化剂，回流20~24 h，减压蒸馏除去溶剂，剩余物加入有机溶剂至恰好溶解，调节pH值至中性，将有机相分离并减压蒸馏除去溶剂，真空干燥，得均苯三甲酸甲酯。
2.将均苯三甲酸甲酯溶于无水四氢呋喃中，在氮气保护下经恒压分液漏斗缓慢滴加到四氢铝锂（四氢铝锂与均苯三甲酸甲酯的摩尔比为3：1）的无水四氢呋喃混合液中，20-70 ºC搅拌10 -24 h，反应后用水小心淬灭，抽滤，洗涤滤饼，滤液减压蒸馏，得到的粉末真空干燥，得均三苄醇。
3.在氯铬酸吡啶盐和硅藻土的混合物（氯铬酸吡啶盐和硅藻土的质量比为1.3：1）中加入二氯甲烷，充分搅拌下加入均三苄醇（氯铬酸吡啶盐与均三苄醇的摩尔比为4.2：1），20-35 ºC反应10~12 h后，加入少量乙醚再搅拌1 h，将粗产品依次经硅藻土床、柱层析硅胶床抽滤，洗涤，收集滤液，减压蒸馏，重结晶至不再有产品析出，抽滤，得到的粉末真空干燥，得终产物均苯三甲醛。
4.根据权利要求1所述的一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法，其特征在于：所述的催化剂为18mol/L的浓硫酸，所用有机溶剂不限于三氯甲烷。
5.根据权利要求2所述的一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法，其特征在于：所述反应在可磁力搅拌的冰浴-回流一体式氮气保护装置下进行，反应温度为20-70 ºC，搅拌时间为10 -24 h，回流时搅拌24 h均三苄醇收率更高。
6.根据权利要求3所述的一种由均苯三甲酸合成均苯三甲醛的方法，其特征在于：所述的均苯三甲醛纯化过程为将产物经1cm厚硅藻土床抽滤，并用约100 mL二氯甲烷洗涤几次，将滤液经柱层析硅胶床（约2cm厚）抽滤，并用二氯甲烷洗涤至滤液显绿色为止，收集滤液，减压蒸馏至刚有固体析出，加入少量二氯甲烷至完全溶解，再加入石油醚进行重结晶，重结晶所用溶剂不仅限于二氯甲烷和石油醚。
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