CN108863733A - 一种含芴骨架芳醚类化合物制备方法 - Google Patents

Abstract

一种含芴骨架芳醚类化合物制备方法，其不同之处在于，以取代9‑芴酮类衍生物和取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物为原料，在负载SO₄ ^2‑固体复合超强酸催化剂催化反应下得到含芴骨架芳醚类化合物中粗品，经过提纯后得到含芴骨架芳醚类化合物产品。本发明使用了固体复合超强酸催化剂，替代了现有工艺中所用的催化剂，其优点在于不仅催化剂和反应回收溶液可以重复使用，降低了生产成本，提高了生产效率，减小了对环境的污染；而且反应产率高，操作简便，产品易于提纯，更适于可持续工业化生产发展。

Description

一种含芴骨架芳醚类化合物制备方法

技术领域

本发明涉及化学化工领域，具体涉及一种含芴骨架芳醚类化合物 制备方法。

背景技术

本发明合成的含芴骨架芳醚类丙烯酸树脂因其结构独特可以提 高聚合物的耐热性，并且具有良好的光学特性和成型性，同时它还具 有优良的透明性及很高的折射率和易溶等特性，因此它已成为合成新 型耐热聚碳酸酯、环氧树脂以及聚酯的原料或改进剂，在飞机结构材 料、导弹弹头、发动机喷嘴及壳体等军事、航空航天、电子、汽车工 业领域得到广泛应用，由此制得的聚合物可用作耐热材料、分离膜材 料及光学材料等，近年来在国外已引起人们的极大关注。

含芴骨架芳醚类化合物是合成丙烯酸树脂的主要中间体，目前主 要是通过浓硫酸催化法，杂多酸催化法、离子交换树脂催化法制备。 其中浓硫酸法是在浓硫酸催化剂作用下，取代9-芴酮与苯氧乙醇反应 而得到产率86％～91％的9,9-二(4-羟基乙氧基苯基)芴产品(见文献 Chemistry letters,1998：1055～1056；JP1045655A，1998；EP2123625A，2009；CN103058833A，2013；CN105152867A，2015)，这一方法 的浓硫酸使用量比较大，占反应液的30％～45％左右，产生的废酸量 较大，产品后处理比较麻烦，需要经过多次水洗和多次重结晶提纯才 得到高纯产品，设备用量较大，设备腐蚀严重，不利于环境保护；离 子交换树脂法合成(Green Chemistry，2000，2：157–160)是一个绿 色化学合成方法，但产率比较低，只有65％～82％左右，副产物较多， 分离提纯成本高，不利于工业化规模生产；杂多酸催化法是一个比较 好的方法(TW201036942A，2010；US2012029244A1，2012；CN102388012A，2012；CN105001027A，2015)，其反应产率在 75％～86％之间，操作方便、排出的废酸水相对较少，但作为反应催 化剂的杂多酸都没有回收再用，这对环境保护也不利。

这些合成方法都有相当量的废水和废渣存在，没有从根本上解决 环境污染问题，存在一定的技术缺陷。

SO₄ ²固体复合超强酸是由SO₄ ^2-、La₂O₃、ZrO₂、SiO₂、Al₂O₃、Fe₂O₃、 MgO、TiO₂、SnO₂、MoO₃、P₂O₅等氧化物按一定的结构通过氧原子 配位桥键组成的一类固体复合无机酸，作为一种新型的催化材料，对 许多有机反应有较好的催化活性、选择性及重复使用性能；作为催化 剂它们不溶于有机溶剂，具有容易与反应物分离、可重复使用、催化 反应温度低、具有良好的选择性、不腐蚀反应器、不污染环境、没有 催化剂公害、制备简便等优点，具有广泛的应用前景。

目前尚未有固体复合超强酸催化制备含芴骨架芳醚类化合物的 报道。

发明内容

针对现有技术中催化剂不能重复利用，有废水废渣存在，对环境 有污染，造成资源浪费，生产成本高等技术缺陷，本发明提供了一种 固体复合超强酸催化剂在制备含芴骨架芳醚类化合物中的应用。

本发明的目的可通过以下技术方案来实现。

一种含芴骨架芳醚类化合物制备方法，其不同之处在于，以取代 9-芴酮类衍生物和取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物为原料，在负 载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂催化反应下得到含芴骨架芳醚类化合 物中粗品，经过提纯后得到含芴骨架芳醚类化合物产品；其中，所述 含芴骨架芳醚类化合物结构式，如式(1)所示：

其中，式(1)所示A、B分别代表相同或不同的苯环、萘环、 联苯环、茚环或吲哚环；所示R₁代表下列基团之一：氢(-H)、烷基 (-R)、烷氧基(-OR)、C₄～C₆的环烷基、苯基(-Ph)或C₆～C₁₀的芳基；所示R₂代表下列基团之一：氢(-H)、烷基(-R)、烷氧基 (-OR)、C₄～C₆的环烷基、C₁～C₁₀的烷氧基醇[-O(CH₂)_nOH，n＝2～5]、 C₁～C₁₀的聚缩醇[-(OCH₂CH₂)_nOH,n＝1～5]或酰基(-COR)；所示Y₁、 Y₂代表相同的或不同的下列基团之一：氢(-H)、卤原子(-Cl、-Br、 -F)、氰基(-CN)、硝基(-NO₂)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)或C₄～ C₆的环烷基；

所述取代9-芴酮类衍生物，如式(2)所示：

Y₁、Y₂代表相同的或不同的下列基团之一：氢(-H)、卤原子(-F、 -Cl、-Br)、羟基(-OH)、氰基(-CN)、硝基(-NO₂)、C₁～C₁₀的烷 基(-R)或C₄～C₆的环烷基；

所述取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物，结构式如(3)所示：

A代表相同或不同的苯环、萘环、联苯环、茚环或吲哚环；所示 R₁代表下列基团之一：氢(-H)、C₁～C₁₀的烷基(-R)、C₄～C₆的环 烷基、C₁～C₁₀的烷氧基(-OR)、苯基(-Ph)或C₆～C₁₀的芳基；所 示R₂代表下列基团之一：氢(-H)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)、C₄～ C₆的环烷基、C₁～C₁₀的烷氧基醇[-O(CH₂)_nOH，n＝2～5]、C₁～C₁₀的聚 缩醇[-(OCH₂CH₂)_nOH,n＝1～5]、或酰基(-COR)。

所述负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂包括La₂O₃、ZrO₂、SiO₂、 Al₂O₃、Fe₂O₃、TiO₂、SnO₂、MoO₃、P₂O₅中的三种或三种以上。

上述技术方案中，所述含芴骨架芳醚类化合物的制备包括以下步 骤：

步骤(1)，将反应溶剂、将所述取代9-芴酮类衍生物和所述取代 芳醚类或取代芳氧基醇类化合物、负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂、 助催化剂投入反应容器中，经过加热、搅拌、回流和分水反应后，得 到第一固液混合物。

上述技术方案中，所述含芴骨架芳醚类化合物的制备还包括以下 步骤：

步骤(2)，将步骤(1)所述的第一固液混合物趁热过滤负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂进行回收，回收活化后再投入步骤(1)进行 重复利用，滤液直接降温至0℃～20℃，并保温0.5～3小时，待固体 析出后抽滤即可得到含芴骨架芳醚类化合物粗品，滤液回收后可循环 使用；

步骤(3)，将步骤(2)所述含芴骨架芳醚类化合物粗品通过重 结晶提纯，得到高纯度产物。

上述技术方案中，所述制备步骤(1)中，所述反应溶剂为甲苯、 乙苯、二甲苯或氯苯中的一种；所述助催化剂为3-巯基羧酸。

上述技术方案中，所述制备步骤(1)中所述反应溶剂与取代9- 芴酮类化合物的质量比为(2.0～10.0):1，

上述技术方案中，取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物与取代 9-芴酮类化合物的摩尔比为(2.0～5.0):1，所述助催化剂与取代9- 芴酮类化合物的质量比为(0.02～0.08):1；所述负载SO₄ ^2-固体复合 超强酸催化剂与取代9-芴酮类化合物的质量比为(0.1～1):1。

上述技术方案中，所述制备步骤(1)中，反应温度为120～135℃， 反应时间为4～10小时。

上述技术方案中，所述制备步骤(2)中，所述固体复合超强酸 催化剂重复使用的次数为0～10次，其反应滤液回收后可循环使用于 同一产品的下一次反应中。

与现有技术相比，本发明使用了固体复合超强酸催化剂，替代了 现有工艺中所用的催化剂，其优点在于不仅催化剂和反应回收溶液可 以重复使用，降低了生产成本，提高了生产效率，减小了对环境的污 染；而且反应产率高，操作简便，产品易于提纯，更适于可持续工业 化生产发展。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1：

将3.6g 9-芴酮、11.3g苯氧乙醇、3.5g负载SO₄ ^2-/ZrO₂-Fe₂O₃-SiO₂固体复合超强酸催化剂、0.3g 3-巯基丙酸、30g氯苯依次依次加入到 装有搅拌器、温度计和带有冷凝器的三口烧瓶中；开启搅拌，加热回 流(130℃)和分水，反应6小时，反应完后趁热过滤，滤渣固体复 合超强酸回收用于下次反应，滤液蒸馏出苯氧乙醇和氯苯回收再用， 加乙醇降温至10℃后保温0.5小时，然后抽滤得到灰色粗品，将得到 的粗品用甲苯-乙醇(体积比3比1)重结晶，过滤后烘干，得到7.9g 白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)苯基]芴，收率为90.2％，测得熔点 163～165℃，HPLC纯度99.3％。

实施例2：

在装有搅拌器、温度计和带有冷凝器的三口烧瓶中，依次加入 3.6g 9-芴酮、6.3g苯氧乙醇、0.3g 3-巯基丙酸、实施例1中回收的负 载SO₄ ^2-/ZrO₂-Fe₂O₃-SiO₂固体复合超强酸催化剂(经过115℃活化2 小时后使用)和回收的苯氧乙醇和氯苯溶液；操作同实施例1，得到 8.1g白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)苯基]芴，收率为92.5％，测得熔 点163.2～164.8℃，HPLC纯度99.5％。

实施例3：

操作同实施例2，依次加入3.6g 9-芴酮、6.5g苯氧乙醇、0.3g 3- 巯基丙酸、回收4次的负载SO₄ ^2-/ZrO₂-Fe₂O₃-SiO₂固体复合超强酸催 化剂(经过115℃活化2小时后使用)和回收4次的苯氧乙醇和氯苯 溶液；得到7.8g白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)苯基]芴，收率为 89.0％，测得熔点163.4～165.2℃，HPLC纯度99.3％。

实施例4：

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入36g 9-芴酮、86g苯氧乙醇、35g负载SO₄ ^2-/La₂O₃-Fe₂O₃- ZrO₂-SiO₂固体复合超强酸催化剂(新)、3g 3-巯基丙酸和300g乙苯； 开启搅拌，加热回流(130℃)和分水，反应7小时，反应完后趁热 过滤，滤渣回收用于下次反应，滤液降温至-5℃后保温2小时析出产 品，过滤得到灰白色粗品，滤液回收下一次反应使用；将粗品用甲苯 -乙醇(体积比3比1)重结晶，得到80.2g白色固体9,9-双[4-(2-羟基 乙氧)苯基]芴，收率为91.5％，测得熔点为163.2～164.7℃，HPLC纯 度99.1％。

实施例5：

操作同实施例4，依次加入36g 9-芴酮、55g苯氧乙醇、2g 3-巯 基丙酸、回收6次的负载SO₄ ^2-/La₂O₃-Fe₂O₃-ZrO₂-SiO₂固体复合超强 酸催化剂(经过115℃活化2小时后使用)和回收6次的苯氧乙醇和 氯苯溶液；得到77.5g白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)苯基]芴，收率 为88.5％，测得熔点162.5～164.5℃，HPLC纯度99.1％。

实施例6：

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入5.0g 2,7-二氯-9-芴酮、8.3g苯氧乙醇、3.5g负载 SO₄ ^2-/La₂O₃-Fe₂O₃-MoO₃-Al₂O₃固体复合超强酸催化剂、0.2g 3-巯基丙 酸、30g氯苯；开启搅拌，加热回流(135℃)和分水，反应6小时， 反应完后趁热过滤，滤渣回收用于下次反应，滤液降温至-5℃后保温 2小时析出产品，过滤得到灰色粗品，滤液回收下一次反应使用；将 粗品用甲苯-丁酮(体积比3比1)重结晶，得到9.2g白色固体2,7- 二氯-9,9-双[4-(2-羟基乙氧)苯基]芴，收率为90.4％，HPLC纯度 99.1％。

实施例7：

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入3.6g 9-芴酮、10.5g邻甲基苯氧乙醇、3.6g负载 SO₄ ^2-/La₂O₃-Fe₂O₃-MgO-Al₂O₃固体复合超强酸催化剂、0.3g 3-巯基丙 酸、40g氯苯；开启搅拌，加热回流(135℃)和分水，反应8小时， 反应完后趁热过滤，滤渣回收用于下次反应，滤液降温至0℃后保温 2小时过滤得到粗品，滤液回收用于下一次反应；将粗品用乙二醇二 甲醚重结晶，得到8.3g白色固体9,9-双[3-甲基4-(2-羟基乙氧)苯基] 芴产品，收率为89.0％，HPLC纯度达到99.2％。

实施例8：

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入3.6g 9-芴酮、11.3g 2-萘氧基乙醇、3.7g负载SO₄ ^2-/ ZrO₂-SnO₂-SiO₂固体复合超强酸催化剂、0.3g3-巯基丙酸、50g氯苯； 开启搅拌，加热回流(135℃)和分水，反应8小时，反应完后趁热 过滤，滤渣回收用于下次反应，滤液降温至10℃后保温2小时过滤 得到粗品，滤液回收用于下一次反应；将粗品用乙二醇二甲醚重结晶， 得到9.4g白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)萘基]芴产品，收率为91.0％， HPLC纯度达到99.6％。

实施例9

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入36g 9-芴酮、113g 2-萘氧基乙醇、2g 3-巯基丙酸、34g负载 SO₄ ^2-/ZrO₂-TiO₂-Fe₂O₃-Al₂O₃固体复合超强酸催化剂、500g氯苯；开 启搅拌，加热回流(135℃)和分水，反应6小时，反应完后趁热过滤，滤渣回收用于下次反应，滤液降温至10℃后保温2小时过滤得 到粗品，滤液回收用于下一次反应；将粗品用乙二醇二甲醚重结晶， 得到95.5g白色固体9,9-双[4-(2-羟基乙氧)萘基]芴产品，收率为 92.7％，HPLC纯度99.4％。

对比例1：杂多酸催化法

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入4.0g 9-芴酮、30.7g苯氧基乙醇、1.0克磷钨酸和40ml甲苯； 加热回流8小时，加入1克29％氢氧化钠水溶液，减压蒸出甲苯和苯 氧基乙醇，反应残夜加入60ml甲苯和6ml水，加热、搅拌、静止分层，再用60ml×3热水洗3次，有机层冷却到20℃后析出产品，过滤 得到粗品，再用甲苯-乙醇重结晶，得到7.7g白色固体9,9-双[4-(2-羟 基乙氧)苯基]芴产品，收率为78.8％，HPLC纯度达到98.2％。

对比例2：浓硫酸催化法

在装有搅拌器、温度计和分水器(带有冷凝器)的三口烧瓶中， 分别加入18.0g 9-芴酮、50.0g苯氧基乙醇、1.0g 3-巯基丙酸，搅拌 0.5小时后，加热控温65℃～70℃左右3小时内滴加完35g 98％浓硫酸， 滴加完后保温3小时；反应完成后加入100克水，保温50℃～70℃， 用100ml二氯乙烷萃取两次，合并有机层，冷却到左右加热减压蒸出 甲苯和苯氧基乙醇，反应残夜加入甲苯和6ml水，加热、搅拌、静止 分层，再用60ml×3热水洗3次，有机层冷却到0℃～5℃析出结晶， 再用甲苯-乙醇重结晶两次，过滤后烘干，得到9,9-双[4-(2-羟基乙氧) 苯基]芴白色固体产品39.2g，收率为89.5％，HPLC含量98.2％。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作较多的限 制，凡是根据对本发明的技术本质作简单修改或等同的变化和修饰， 均属本发明保护的范围。

Claims (8)

1.一种含芴骨架芳醚类化合物制备方法，其特征在于，以取代9-芴酮类衍生物和取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物为原料，在负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂催化反应下得到含芴骨架芳醚类化合物中粗品，经过提纯后得到含芴骨架芳醚类化合物产品；其中，所述含芴骨架芳醚类化合物结构式，如式(1)所示：

其中，式(1)所示A、B分别代表相同或不同的苯环、萘环、联苯环、茚环或吲哚环；所示R₁代表下列基团之一：氢(-H)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)、C₄～C₆的环烷基、苯基(-Ph)或C₆～C₁₀的芳基；所示R₂代表下列基团之一：氢(-H)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)、C₄～C₆的环烷基、C₁～C₁₀的烷氧基醇[-O(CH₂)_nOH，n＝2～5]、C₁～C₁₀的聚缩醇[-(OCH₂CH₂)_nOH,n＝1～5]或酰基(-COR)；所示Y₁、Y₂代表相同的或不同的下列基团之一：氢(-H)、卤原子(-Cl、-Br、-F)、氰基(-CN)、硝基(-NO₂)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)或C₄～C₆的环烷基；

所述取代9-芴酮类衍生物，如式(2)所示：

Y₁、Y₂代表相同的或不同的下列基团之一：氢(-H)、卤原子(-F、-Cl、-Br)、羟基(-OH)、氰基(-CN)、硝基(-NO₂)、C₁～C₁₀的烷基(-R)或C₄～C₆的环烷基；

所述取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物，结构式如(3)所示：

A代表相同或不同的苯环、萘环、联苯环、茚环或吲哚环；所示R₁代表下列基团之一：氢(-H)、C₁～C₁₀的烷基(-R)、C₄～C₆的环烷基、C₁～C₁₀的烷氧基(-OR)、苯基(-Ph)或C₆～C₁₀的芳基；所示R₂代表下列基团之一：氢(-H)、烷基(-R)、烷氧基(-OR)、C₄～C₆的环烷基、C₁～C₁₀的烷氧基醇[-O(CH₂)_nOH，n＝2～5]、C₁～C₁₀的聚缩醇[-(OCH₂CH₂)_nOH,n＝1～5]、或酰基(-COR)。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述含芴骨架芳醚类化合物的制备包括以下步骤：

步骤(1)，将反应溶剂、将所述取代9-芴酮类衍生物和所述取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物、负载SO₄ ²固体复合超强酸催化剂、助催化剂投入反应容器中，经过加热、搅拌、回流和分水反应后，得到第一固液混合物。

3.根据权利要求2所述应用，其特征在于，所述含芴骨架芳醚类化合物的制备还包括以下步骤：

步骤(2)，将步骤(1)所述的第一固液混合物趁热过滤负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂进行回收，回收活化后再投入步骤(1)进行重复利用，滤液直接降温至0℃～20℃，并保温0.5～3小时，待固体析出后抽滤即可得到含芴骨架芳醚类化合物粗品，滤液回收后可循环使用；

步骤(3)，将步骤(2)所述含芴骨架芳醚类化合物粗品通过重结晶提纯，得到高纯度产物。

4.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述制备步骤(1)中，所述反应溶剂为甲苯、乙苯、二甲苯或氯苯中的一种；所述助催化剂为3-巯基羧酸。

5.根据权利要求2或4所述方法，其特征在于，所述制备步骤(1)中所述反应溶剂与取代9-芴酮类化合物的质量比为(2.0～10.0):1。

6.根据权利要求2或4所述方法，其特征在于，取代芳醚类或取代芳氧基醇类化合物与取代9-芴酮类化合物的摩尔比为(2.0～5.0):1，所述助催化剂与取代9-芴酮类化合物的质量比为(0.02～0.08):1；所述负载SO₄ ^2-固体复合超强酸催化剂与取代9-芴酮类化合物的质量比为(0.1～1):1。

7.根据权利要求2所述方法，其特征在于，所述制备步骤(1)中，反应温度为120～135℃，反应时间为4～10小时。

8.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述制备步骤(2)中，所述固体复合超强酸催化剂重复使用的次数为0～10次，其反应滤液回收后可循环使用于同一产品的下一次反应中。