CN109384660B - 一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法 - Google Patents

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    • C07C46/06—Preparation of quinones by oxidation giving rise to quinoid structures of at least one hydroxy group on a six-membered aromatic ring

Abstract

本发明提供一种2‑甲基‑1,4‑萘醌的合成方法。该方法以过氧化氢和2‑甲基‑1‑萘酚为主要原料，于溶剂和催化剂硫酸的存在下，使其发生氧化反应，制备得到2‑甲基‑1,4‑萘醌。本发明合成方法简单，无含有重金属废水的排放，绿色安全环保，收率和选择性高，成本低，并且适合工业化生产。

Description

一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法
技术领域
本发明涉及一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，属于医药生物化工领域。
背景技术
维生素K3，又名2-甲基-1,4-萘醌、甲萘醌。维生素K3可用于促凝血药，用于治疗维生素K缺乏所引起的出血性疾病，如新生儿出血、肠道吸收不良所致维生素K缺乏及低凝血酶原血症等。同时维生素K3也是一种重要的全价饲料添加剂，其中60％以上用作饲料添加剂，因此维生素K3对于人类健康和畜牧业发展具有重要意义。
2-甲基-1,4-萘醌的合成路线主要有以下两种：
1、以2-甲基萘为原料，经过不同氧化剂氧化得到2-甲基-1,4-萘醌，氧化剂可以使用铬酸、二氧化锰、双氧水、双氧水-乙酸、卟啉等，报道收率79-100％；参见专利文献WO2012028905、WO2002079133、CN105481673和文献Applied Catalysis,A:General,228(1-2),161-165；2002。但是该方法所用原料2-甲基萘价格较高，金属氧化剂的使用导致大量含有重金属的废水，实际操作收率低，不利于环保和工业化生产。
2、以间甲基苯酚为原料，经过催化氧化生成2-甲基苯醌，然后与1,3-丁二烯发生【1,4】Diels-Alder加成反应得到2-甲基-1,4-四氢萘醌，然后通入氧气脱氢生成2-甲基-1,4-萘醌，该过程描述为反应路线1。参见文献：江西化工2,12-14,2006和专利文献US5770774。
Figure BDA0001378176930000011
反应路线1
但该方法原料间甲基苯酚价格较高，2-甲基苯醌稳定性差，收率低；2-甲基苯醌与1,3-丁二烯发生【1,4】Diels-Alder加成反应选择性低，副产物较多，不利于工业化。
故建立一种操作简便、绿色安全环保、收率和选择性高、成本低、并且适合工业化的2-甲基-1,4-萘醌的生产方法，对于维生素K3及其系列产品的生产具有重要意义，特提出本发明。
发明内容
针对现有技术中存在的不足，本发明提供一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法。本发明合成方法简单、绿色安全环保、收率和选择性高、成本低、并且适合工业化生产。
本发明的技术方案如下：
一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，以2-甲基-1-萘酚为初始原料，包括步骤：
于溶剂和催化剂硫酸的存在下，过氧化氢和2-甲基-1-萘酚发生氧化反应，制得2-甲基-1,4-萘醌。
根据本发明优选的，所述溶剂为正己烷、环己烷、石油醚、二氯甲烷、氯仿、1,2-二氯乙烷、1,2-二氯丙烷或氯苯中的一种或两种以上的组合。
优选的，所述石油醚的沸程为60-90℃。
根据本发明优选的，所述溶剂的质量和2-甲基-1-萘酚的质量比为(3.0-15.0)：1。
根据本发明优选的，所述硫酸的质量(以纯硫酸质量计)是2-甲基-1-萘酚质量的1.0-12.0％。
优选的，所述硫酸的质量(以纯硫酸质量计)是2-甲基-1-萘酚质量的4.0-10.0％。
根据本发明优选的，所述硫酸是使用质量浓度为70-98％的硫酸水溶液。
根据本发明优选的，所述过氧化氢和2-甲基-1-萘酚的摩尔比为(1.0-6.0):1；优选的，所述过氧化氢和2-甲基-1-萘酚的摩尔比为(2.0-4.0):1。
根据本发明优选的，所述过氧化氢是使用质量浓度为10-70％的过氧化氢水溶液。
根据本发明优选的，所述氧化反应的温度为20-105℃；优选的，所述氧化反应的温度为30-100℃。
根据本发明优选的，所述氧化反应的时间为2-10小时；优选的，所述氧化反应的时间为2-6小时。
本发明的方法描述为以下反应路线(合成路线3)：
Figure BDA0001378176930000021
合成路线3
本发明的反应机理描述如下：
2-甲基-1-萘酚经磺化反应生成3-甲基-4-羟基萘磺酸；
Figure BDA0001378176930000022
双氧水在质子催化下形成活性羟基正离子；
Figure BDA0001378176930000023
3-甲基-4-羟基萘磺酸较富电子的1-位进攻羟基正离子，形成1-位羟基，然后消除亚硫酸，脱质子，得到2-甲基-1,4-萘醌；
Figure BDA0001378176930000031
亚硫酸再经双氧水氧化，形成硫酸，循环以上过程。
H2SO3+H2O2→H2SO4+H2O
本发明的技术特点和有益效果：
1、本发明于溶剂和催化剂硫酸存在下，利用一定浓度的过氧化氢氧化2-甲基-1-萘酚，制备2-甲基-1,4-萘醌。该方法利用2-甲基-1-萘酚和硫酸发生磺化反应产生3-甲基-4-羟基萘磺酸活性中间体，利于后续的氧化，其于1-位的氧化反应易于发生且选择性高，同时消除产生的亚硫酸经双氧水氧化循环为硫酸，生成的硫酸于共沸除水条件下继续和2-甲基-1-萘酚反应生成3-甲基-4-羟基萘磺酸，从而不断生成产品2-甲基-1,4-萘醌。
2、本发明利用硫酸-双氧水氧化2-甲基-1-萘酚制备2-甲基-1,4-萘醌，制备方法简单，反应条件容易满足，无含有重金属废水的排放，绿色安全环保，适合工业化生产；并且，本发明制备方法的产率较高，高达94.7％；本发明制备方法选择性高达99％以上，易于操作和后处理。
3、本发明所用原料成本较低，其相比背景技术中的原料2-甲基萘和间甲基苯酚均具有较低的市场价格，使得本发明制备的成本较低。
具体实施方式
以下结合实施例详细说明了本发明，但本发明不仅局限于此。
实施例所用原料和试剂均为市售产品。实施例中所述“％”均为质量百分比，特别说明的除外。
实施例1：2-甲基-1,4-萘醌的制备
向接有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的500毫升四口烧瓶中，加入100克环己烷、15.9克(0.1摩尔)2-甲基-1-萘酚、1.2克95％浓硫酸，加热，保持內温69-71℃之间，滴加28.5克(0.25摩尔)30％过氧化氢水溶液，同时分出水，使烧瓶内总体积保持不变，滴毕，70℃搅拌3小时。加入50克饱和氯化钠水溶液，趁热分层，水层用环己烷萃取3次，每次50克。合并有机相，蒸馏回收环己烷，得到14.5克2-甲基-1,4-萘醌，收率84.3％，GC纯度为99.2％。
产物2-甲基-1,4-萘醌的核磁数据如下：
1H NMR(400MHz,DMSO):δ＝2.15(s,3H),6.80(s,1H),7.63-7.75(m,2H),8.06-8.13(m,2H)。
13C NMR(100MHz,DMSO):δ＝16.8,126.3,126.2,132.5,132.1,133.2,133.9,135.9,148.8,185.6,185.8。
实施例2：2-甲基-1,4-萘醌的制备
向接有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的500毫升四口烧瓶中，加入100克1,2-二氯乙烷、15.9克(0.1摩尔)2-甲基-1-萘酚、1.5克95％浓硫酸，加热，保持內温70-72℃之间，滴加15.0克(0.31摩尔)70％过氧化氢水溶液，同时分出水，使烧瓶内总体积保持不变，滴毕，72℃搅拌3小时。加入50克饱和氯化钠水溶液，趁热分层，水层用1,2-二氯乙烷萃取3次，每次50克。合并有机相，蒸馏回收1,2-二氯乙烷，得到16.1克2-甲基-1,4-萘醌，收率93.6％，GC纯度为99.2％。
实施例3：2-甲基-1,4-萘醌的制备
向接有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的500毫升四口烧瓶中，加入100克氯苯、15.9克(0.1摩尔)2-甲基-1-萘酚、0.8克98％浓硫酸，加热，保持內温98-102℃之间，滴加28.5克(0.25摩尔)30％过氧化氢水溶液，同时分出水，使烧瓶内总体积保持不变，滴毕，100℃搅拌2小时。加入50克饱和氯化钠水溶液，趁热分层，水层用二氯甲烷萃取3次，每次50克。合并有机相，蒸馏回收二氯甲烷和氯苯，得到15.3克2-甲基-1,4-萘醌，收率89.0％，GC纯度为99.5％。
实施例4：2-甲基-1,4-萘醌的制备
向接有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的500毫升四口烧瓶中，加入100克1,2-二氯甲烷、15.9克(0.1摩尔)2-甲基-1-萘酚、1.2克95％浓硫酸，加热，保持內温36-40℃之间，滴加15.0克(0.31摩尔)70％过氧化氢水溶液，同时分出水，使烧瓶内总体积保持不变，滴毕，40℃搅拌6小时。加入50克饱和氯化钠水溶液，趁热分层，水层用1,2-二氯甲烷萃取3次，每次50克。合并有机相，蒸馏回收1,2-二氯甲烷，得到16.3克2-甲基-1,4-萘醌，收率94.7％，GC纯度为99.3％。
实施例5：2-甲基-1,4-萘醌的制备
向接有搅拌器、温度计、分水器和回流冷凝管的500毫升四口烧瓶中，加入100克正己烷、15.9克(0.1摩尔)2-甲基-1-萘酚、1.5克98％浓硫酸，加热，保持內温58-60℃之间，滴加15.0克(0.31摩尔)70％过氧化氢水溶液，同时分出水，使烧瓶内总体积保持不变，滴毕，58-60℃搅拌5小时。加入50克饱和氯化钠水溶液，趁热分层，水层用正己烷萃取3次，每次80克。合并有机相，蒸馏回收正己烷，得到15.7克2-甲基-1,4-萘醌，收率91.3％，GC纯度为99.7％。
本发明不限于上述实施例。

Claims (4)

1.一种2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，以2-甲基-1-萘酚为初始原料，包括步骤：
于溶剂和催化剂硫酸的存在下，过氧化氢和2-甲基-1-萘酚发生氧化反应，制备得到2-甲基-1,4-萘醌；
所述溶剂为正己烷、二氯甲烷或1,2-二氯乙烷中的一种或两种以上的组合；所述溶剂的质量和2-甲基-1-萘酚的质量比为（3.0-15.0）：1：以纯硫酸质量计,所述硫酸的质量是2-甲基-1-萘酚质量的7.5-9.4%；所述硫酸是使用质量浓度为95-98%的硫酸水溶液；所述过氧化氢和2-甲基-1-萘酚的摩尔比为（2.0-4.0）:1；所述氧化反应的温度为40-72℃。
2.根据权利要求1所述的2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，其特征在于，所述过氧化氢是使用质量浓度为10-70%的过氧化氢水溶液。
3.根据权利要求1所述的2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，其特征在于，所述氧化反应的时间为2-10小时。
4.根据权利要求3所述的2-甲基-1,4-萘醌的合成方法，其特征在于，所述氧化反应的时间为2-6小时。
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