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

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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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