CN109879777A - 一种2-羟基芳酮肟化合物及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种2‑羟基芳酮肟化合物及其制备方法和应用。所述2‑羟基芳酮肟化合物，结构式如式(Ⅰ)所示：其中，R1为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基；R2为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基。本发明提供的2‑羟基芳酮肟化合物通过在肟基碳上引入碳碳双键而具有双不饱和结构：苯环和碳碳双键，双不饱和结构的共轭效应可以增强螯合基团酚羟基和肟基的电负性，提高了螯合基团的给电子能力，进而提高了该化合物与金属离子的螯合能力，尤其是对Cu(II)和Sn(II)的螯合能力。本发明提供的制备方法经过羟肟酸缩合、肟化一锅反应得到2‑羟基芳酮肟化合物，反应过程可连续操作，反应条件温和、操作简单，易于工业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及化学材料领域，更具体地，涉及一种2-羟基芳酮肟化合物及其制备方法和应用。
技术背景
肟作为一重要的有机化合物，可以与金属离子形成稳定螯合物，在医药、选冶药剂中均有广泛的应用。
Baucom(Journal of the American Chemical Society,1971,93(24):6469-6475)使用2,6-二乙酰基吡啶二肟与镍(IV)反应得到了稳定的高价镍配合物。Llanguri(Inorganica Chimica Acta,2001,315(1):53-65)设计合成了4种新型Ru(II，III)-肟类螯合物，试验结果表明不同化学结构的肟可以稳定步不价态的钌。Karipcin(Journal ofOrganometallic Chemistry,2007,692(12):2473-2481)开展了4-苄基氨基二苯基乙二肟与Cu(II)、Co(II)离子反应特性以及光学性质及空间结构研究。Westcott(InorganicChemistry Communications,2016,74:79-81)二-吡啶基酮肟与二铜和二锌配合物的晶体结构和磁性。Seda Cetintas(Separation Science&Technology,2017(2)559-566)发现丁二酮肟和Ni(II)可以形成稳定的金属螯合物。不难看出，通过分子结构调整，引入极性原子(N,O)或不饱和结构(苯环、杂环)，可能调整肟类化合物和金属离子的螯合物稳定常数，进而达到医药或选冶药剂应用的要求。
因此，开发一种金属离子螯合能力强、合成简单和新结构的肟类化合物具有重要的研究意义和经济价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中肟类化合物的螯合能力不足且合成工艺复杂等缺点，限制了其在医药和矿冶药剂中的应用的缺陷和不足，提供一种2-羟基芳酮肟化合物。本发明提供的2-羟基芳酮肟化合物通过在肟基碳上引入碳碳双键而具有双不饱和结构：苯环和碳碳双键，双不饱和结构的共轭效应可以增强螯合基团酚羟基和肟基的电负性，提高了螯合基团的给电子能力，进而提高了该化合物与金属离子的螯合能力，尤其是对Cu(II)和Sn(II)的螯合能力。另外，本发明提供的制备方法经过羟肟酸缩合、肟化一锅反应得到2-羟基芳酮肟化合物，反应过程可连续操作，反应条件温和、操作简单，易于工业化生产。
本发明的另一目的在于提供上述2-羟基芳酮肟化合物的制备方法。
本发明的另一目的在于提供上述2-羟基芳酮肟化合物在医药或选冶药剂领域中的应用。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：
一种2-羟基芳酮肟化合物，结构式如式(Ⅰ)所示：
其中，R1为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基；R2为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基。
本发明提供的2-羟基芳酮肟化合物通过在肟基碳上引入碳碳双键而具有双不饱和结构：苯环和碳碳双键，双不饱和结构的共轭效应可以增强螯合基团酚羟基和肟基的电负性，提高了螯合基团的给电子能力，进而提高了该化合物与金属离子的螯合能力，尤其是对Cu(II)和Sn(II)的螯合能力。
本发明提供的2-羟基芳酮肟化合物对金属离子，尤其是Cu(II)和Sn(II)具有优异的螯合能力，可广泛应用于医药或选冶药剂领域中。
优选地，所述饱和烷基为C3～7饱和烷基；所述含双键的不饱和烷基为含双键的C3～7不饱和烷基。
进一步优选地，所述C3～7饱和烷基为丙基或正庚基；所述含双键的C3～7不饱和烷基为呋喃基或苯基。
更为优选地，所述呋喃基为2-呋喃基；所述苯基为4-叔丁基苯基。
具体的，R1为H；R2为丙基、庚基、2-呋喃基或4-叔丁基苯基。
上述2-羟基芳酮肟化合物的制备方法，包括如下步骤：
S1：将邻羟基苯乙酮、如式(Ⅱ)所示的醛和溶剂混合，在碱催化剂下，搅拌，反应得到如式(Ⅲ)所示的2-羟基芳烯酮；
S2：将2-羟基芳烯酮和羟胺混合，调节pH为7～8，反应即得到式(Ⅰ)所示的2-羟基芳酮肟化合物；
目前，肟类化合物的制备方法主要为羟胺法、氨氧化法和硝基还原法。CN1079733公开了一种羟胺法在室温下合成α-苯偶姻肟的方法，底物为苯偶姻、盐酸羟胺、醇和碳酸钠。CN103288675A公开了一种氨氧化法合成环己酮肟的方法。李光洪(湖南师范大学,硕士论文2007)研究硝基环己烷在Pd/C催化剂作用加氢还原合成环己酮肟。目前，氨氧化法存在着应用过窄的问题，多数芳香或长碳链脂肪醛在氨水/双氧水体系中几乎不生产肟；硝基还原法存在反应副产物多，连续化生产困难等缺点。
本发明提供一种新的合成方法来制备得到2-羟基芳酮肟化合物：首先通过羟醛缩合实现碳碳双键的引入，然后通过羟胺法完成肟化反应得到2-羟基芳酮肟化合物。本发明提供的制备方法经过羟肟酸缩合、肟化一锅反应得到2-羟基芳酮肟化合物，反应过程可连续操作，反应条件温和、操作简单，易于工业化生产。
优选地，S1中2-羟基芳烯酮、醛和溶剂的摩尔比为1:1～1.2:5～10。
优选地，S1中所述醛为丁醛、辛醛或糠醛；S1中所述溶剂为甲醇、乙醇或乙腈中的一种或几种。
优选地，S1中反应的温度为50～70℃。
优选地，S2中所述2-羟基芳烯酮和羟胺的摩尔比为1:1～1.3；所述2-羟基芳烯酮和碱催化剂的摩尔比为1:1～1.5。
羟胺和碱催化剂可选用本领域常规的羟胺和碱催化剂种类。
优选地，S2中所述羟胺为盐酸羟胺或硫酸羟胺中的一种或几种。
优选地，所述碱催化剂为氢氧化钠或氢氧化钾。
优选地，S2中反应的温度为30～50℃。
上述2-羟基芳酮肟化合物在医药或选冶药剂领域中的应用也在本发明的保护范围内。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
本发明提供的2-羟基芳酮肟化合物通过在肟基碳上引入碳碳双键而具有双不饱和结构：苯环和碳碳双键，双不饱和结构的共轭效应可以增强螯合基团酚羟基和肟基的电负性，提高了螯合基团的给电子能力，进而提高了该化合物与金属离子的螯合能力，尤其是对Cu(II)和Sn(II)的螯合能力。
另外，本发明提供的制备方法经过羟肟酸缩合、肟化一锅反应得到2-羟基芳酮肟化合物，反应过程可连续操作，反应条件温和、操作简单，易于工业化生产。
附图说明
图1为实施例1提供的1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟红外谱图；
图2为实施例1提供的1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟质谱图；
图3为实施例2提供的1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟红外谱图；
图4为实施例2提供的1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟质谱图；
图5为实施例3提供的1-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟红外谱图；
图6为实施例3提供的1-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟质谱图；
图7为实施例4提供的3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟红外谱图；
图8为实施例4提供的3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟质谱图；
图9为1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟-Cu(II)螯合物红外谱图；
图10为1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟-Sn(II)螯合物红外谱图。
具体实施方式
下面结合实施例进一步阐述本发明。这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下例实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照本领域常规条件或按照制造厂商建议的条件；所使用的原料、试剂等，如无特殊说明，均为可从常规市场等商业途径得到的原料和试剂。本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。
实施例1
本实施例提供一种2-羟基芳酮肟化合物：1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟，结构式为：
该化合物通过如下制备方法得到：将0.05mol邻羟基苯乙酮，0.05mol丁醛和0.25mol甲醇，加入至反应器混合均匀，50℃下搅拌逐渐滴加32％NaOH(0.05mol)，得到1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮。将0.055mol盐酸羟胺水溶液逐渐滴加至反应器中，并将pH调节至7.0～8.0，控制反应温度为30℃，反应6小时，用浓硫酸酸化，移除反应溶剂得到1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟9.8g。经过凯氏定氮法测得本实施例的产品氮含量为5.2％，1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟的产率为72.8％。红外光谱见图1，3323cm-1和N-H和-OH的伸缩振动峰，2960和2899cm-1为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰，1602和1486cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1458cm-1为C＝NH伸缩振动峰。质谱图如图2。产物经过液相-质谱检测产物，发现1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟的分子离子峰Mr:[M+]205.11，MS：[M-1]204.12。
实施例2
本实施例提供一种2-羟基芳酮肟化合物：1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟，结构式为：
该化合物通过如下制备方法得到：将0.05mol邻羟基苯乙酮，0.055mol辛醛和0.3mol乙醇，加入至反应器混合均匀，55℃下搅拌逐渐滴加32％KOH(0.06mol)，得到1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮。将0.06mol硫酸羟胺，并将pH调节至7.0～8.0、上述反应所得1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮和40mL水，控制反应温度为40℃，反应4.5小时，用浓硫酸酸化，移除反应溶剂得到1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟12.4g。经过凯氏定氮法测得本实施例的产品氮含量为5.0％，1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟的产率为88.6％。红外光谱见图3，3325cm-1和N-H和-OH的伸缩振动峰，2910和2849cm-1为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰，1613和1501cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1436cm-1为C＝NH伸缩振动峰。质谱图如图4。产物经过液相-质谱检测产物，发现1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟的分子离子峰Mr:[M]261.17，MS：[M+1]262.18。
实施例3
本实施例提供一种2-羟基芳酮肟化合物：3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟，结构式为：
该化合物通过如下制备方法得到：将0.05mol邻羟基苯乙酮，0.06mol糠醛和0.5mol乙腈，加入至反应器混合均匀，60℃下搅拌逐渐滴加32％NaOH(0.075mol))，得到3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮。将0.075mol盐酸羟胺，并将pH调节至7.0～8.0、上述反应所得3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮和40mL水，控制反应温度为50℃，反应3小时，用浓硫酸酸化，移除反应溶剂得到3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟11.2g。经过凯氏定氮法测得本实施例的产品氮含量为4.8％，3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟的产率为76.8％。红外光谱见图5，3338cm-1和N-H和-OH的伸缩振动峰，1640和1491cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1466cm-1为C＝NH伸缩振动峰。质谱图如图6。产物经过液相-质谱检测产物，发现3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟的分子离子峰Mr:[M-1]229，MS:[M]230。
实施例4
本实施例提供一种2-羟基芳酮肟化合物：3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟，结构式为：
该化合物通过如下制备方法得到：将0.05mol邻羟基苯乙酮，0.06mol对叔丁基苯甲醛和0.5mol乙醇，加入至反应器混合均匀，60℃下搅拌逐渐滴加32％NaOH(0.075mol))，得到3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮。将0.075mol硫酸羟胺，并将pH调节至7.0～8.0、上述反应所得3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮和40mL水，控制反应温度为50℃，反应3小时，用浓硫酸酸化，移除反应溶剂得到3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟9.2g。经过凯氏定氮法测得本实施例的产品氮含量为4.1％，3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟为53.9％。红外光谱见图7，3292cm-1和N-H和-OH的伸缩振动峰，2965和2869cm-1为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰，1608和1500cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1461cm-1为C＝NH伸缩振动峰。质谱图如图8。产物经过液相-质谱检测产物，发现3-(4-(叔丁基)苯基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮肟的分子离子峰Mr:[M1]294，MS:[M+1]261。
对实施例1～4提供的2-羟基芳酮肟化合物的螯合能力进行测试。
(1)实施例1提供的1-(2-羟基苯基)己-2-烯-1-酮肟与Cu(II)的螯合
将3-(呋喃-2-基)-1-(2-羟基苯基)丙-2-烯-1-酮(0.001mol)、CuSO4·5H2O(0.0005mol)、5mL乙腈和5mL甲醇放入玻璃管中，密封，放入恒温干燥箱内并升温至65℃。在自生压力作用下，维持64小时，冷却，过滤得到铜螯合物晶体。
红外表征如图9所示，3325cm-1和N-OH和-OH的伸缩振动峰，2935和2854cm-1为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰，1638cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1476cm-1为C＝N伸缩振动峰。从图可知，铜-肟螯合物中含有实施例1提供肟的特征峰。同时与螯合作用前对比，各苯环和C＝N等不饱和基团的红外吸收峰发生明显的红移现象。这表明肟类化合物和金属离子作用后，螯合物的能量更低，稳定性更好。
(2)实施例2提供的1-(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟Sn(II)的螯合。
将(2-羟基苯基)癸-2-烯-1-酮肟(0.001mol)、SnCl2·2H2O(0.005mol)和10mL乙醇放入玻璃管中，密封，放入恒温干燥箱内并升温至50℃。在自生压力作用下，维持64小时，冷却，过滤得到锡螯合物晶体。
红外表征如图10所示，3325cm-1和N-OH和-OH的伸缩振动峰，2935和2854cm-1为-CH3和-CH2-的不对称伸缩振动峰，1622cm-1为苯环的骨架的摆动峰，1461cm-1为C＝N伸缩振动峰。从图可知，铜-肟螯合物中含有实施例1提供肟的特征峰。同时与螯合作用前对比，各苯环和C＝N等不饱和基团的红外吸收峰发生明显的红移现象。这表明肟类化合物和金属离子作用后，螯合物的能量更低，稳定性更好。
(3)实施例1～4提供的2-羟基芳酮肟化合物和的Cu(II)或Sn(II)的螯合物的稳定常数测试测试方法为：
在锥形瓶中加入0.02mmol/L的2-羟基芳酮肟化合物20mL，加入0.01mol/L Cu(II)和0.01mol/L Sn(II)40mL，将两者转移至100mL容量瓶，充分反应后，过滤掉沉淀物，测定溶液中残余的金属离子浓度。并通过以下关系计算出金属离子去除率，测试结果如表1。
其中，C0(M2+)为Cu(II)或Sn(II)的初始浓度，C1(M2+)为Cu(II)或Sn(II)的残余浓度。
表1金属离子去除率
| 测试结果 | 实施例1 | 实施例2 | 实施例3 | 实施例4 | 邻羟基苯乙酮 |
| E(％) | 95.1 | 96.8 | 95.6 | 98.1 | 93.5 |
| E(％) | 93.7 | 94.5 | 96.5 | 97.1 | 92.4 |
从表1可知，实施例中的2-羟基芳酮肟类化合物的金属离子去除率均大于邻羟基苯乙酮，表明本专利提供的新结构的2-羟基芳酮肟类化合物的螯合能力更强。
以上所述是本发明的特定示例实施方式，对于本领域的技术人员，在不脱离本发明的原理下，还可以做出若干的改进与修辞。事实上，本发明的范围由所附的权利要求及其等效限定。
Claims (10)
1.一种2-羟基芳酮肟化合物，其特征在于，结构式如式(Ⅰ)所示：
其中，R1为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基；R2为H、饱和烷基或含双键的不饱和烷基。
2.根据权利要求1所述1-羟基芳酮肟化合物，其特征在于，所述饱和烷基为C3～7饱和烷基；
所述含双键的不饱和烷基为含双键的C3～7不饱和烷基。
3.根据权利要求2所述2-羟基芳酮肟化合物，其特征在于，所述C3～7饱和烷基为丙基或正庚基；所述含双键的C3～7不饱和烷基为呋喃基或苯基。
4.根据权利要求3所述2-羟基芳酮肟化合物，其特征在于，所述呋喃基为2-呋喃基；所述苯基为4-叔丁基苯基。
5.权利要求1～4任一所述2-羟基芳酮肟化合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1：将邻羟基苯乙酮、如式(Ⅱ)所示的醛和溶剂混合，在碱催化剂下，搅拌，反应得到如式(Ⅲ)所示的2-羟基芳烯酮；
S2：将2-羟基芳烯酮和羟胺混合，调节pH为7～8，反应即得到式(Ⅰ)所示的2-羟基芳酮肟化合物；
6.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中2-羟基芳烯酮、醛和溶剂的摩尔比为1:1～1.2:5～10。
7.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中所述醛为丁醛、辛醛或糠醛；S1中所述溶剂为甲醇、乙醇或乙腈中的一种或几种。
8.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S1中反应的温度为50～70℃。
9.根据权利要求5所述制备方法，其特征在于，S2中所述2-羟基芳烯酮和羟胺的摩尔比为1:1～1.3；所述2-羟基芳烯酮和碱催化剂的摩尔比为1:1～1.5。
10.权利要求1～4任一所述2-羟基芳酮肟化合物在医药或选冶药剂领域中的应用。
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|---|---|---|---|---|
| CN114057603A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-02-18 | 广东省科学院资源利用与稀土开发研究所 | 一种邻羟基酮肟化合物及其制备方法和应用 |
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| CN114057603A (zh) * | 2021-10-18 | 2022-02-18 | 广东省科学院资源利用与稀土开发研究所 | 一种邻羟基酮肟化合物及其制备方法和应用 |
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Effective date of registration: 20230921 Address after: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee after: Institute of resource utilization and rare earth development, Guangdong Academy of Sciences Address before: 510651 No. 363, Changxin Road, Guangzhou, Guangdong, Tianhe District Patentee before: Institute of resources comprehensive utilization, Guangdong Academy of Sciences |