CN110981884B

CN110981884B - 一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法

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Publication number: CN110981884B
Application number: CN201911273954.9A
Authority: CN
Inventors: 高跃岳; 刘荣; 吴天利; 董琛; 谭付瑞; 岳根田; 张伟风
Original assignee: Henan University
Current assignee: Henan University
Priority date: 2019-12-12
Filing date: 2019-12-12
Publication date: 2021-03-19
Anticipated expiration: 2039-12-12
Also published as: CN110981884A

Abstract

本申请公开一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法，属于有机合成后处理路线优化范畴，合成路线如下：

具体步骤如下：（1）将N,N‑二乙基‑呋喃‑3‑甲酰胺置于无水THF中，保护气氛下，4℃~‑10℃滴加n‑BuLi的己烷溶液，加毕，回温至室温并搅拌4.0 h‑6.0 h；（2）将混合液倒入去离子水中，室温搅拌2.0 h‑5.0 h；（3）通过旋转蒸发仪旋出去离子水和THF；（4）上述剩余粘稠物倒入装有分离层的砂芯漏斗，并用二氯甲烷多次洗涤，直至滤液颜色变透明；（5）通过旋转蒸发仪旋出滤液二氯甲烷；（6）真空干燥得高质量苯并二呋喃酮。

Description

一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法

技术领域

本发明属于有机合成及工艺路线优化范畴，具体涉及一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法。

背景技术

苯并[1,2-b:4,5-b']二呋喃（BDF）具有规整的结构以及较高的共轭骨架，同时由于呋喃中氧原子较强的电负性，BDF基聚合物展现出较高的最高占据分子轨道（HOMO）能级。此外，由于BDF合成的初始原料呋喃来源较为广泛，使得BDF单元在低成本聚合物材料合成方面显现出较大的价值。然而，作为BDF合成的关键中间体苯并二呋喃酮的制备过程中存在的产率低以及质量差的问题限制了BDF在低成本聚合物材料制备方面的应用及推广。

文献报道的苯并二呋喃酮的合成及纯化工艺路线如附图1所示。第一种工艺路线是将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺溶于乙醚(Et₂O)，并在冰水浴下滴加二异丙基氨基锂(LDA)的乙醚溶液，加毕，混合液回流反应4.0 h。粗产物倒入去离子水中，用二氯甲烷萃取。有机相用饱和食盐水洗涤，无水硫酸镁干燥，减压旋出二氯甲烷。粗产物在冰乙酸中重结晶，过滤，真空干燥得苯并二呋喃酮，收率为19%（The Journal of organic chemistry,2000, 65, 2577）。

以上反应方法存在几个缺点：1）反应过程使用易燃易爆的乙醚溶剂；2）反应使用的有机碱为LDA，需要低温现配现用，较为复杂；3）粗产物在冰乙酸中重结晶，冰乙酸较难除去；4）反应后处理有机溶剂不能循环利用；5）反应收率较低。

第二种工艺路线是将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺溶于THF，并在冰水浴下滴加n-LiBu的己烷溶液，加毕，室温搅拌4.0 h。粗产物倒入去离子水中，并于室温下搅拌过夜。过滤，收集滤饼，真空干燥得苯并二呋喃酮，收率为26%。新改进的工艺路线较第一种报道的工艺路线简化了目标产物的纯化过程，但是仍然存在几个缺点：1）反应后处理周期太长；2）产物纯度较低；3）反应收率较低（Journal of Polymer Science Part A: Polymer Chemistry, 2012, 50, 4316）。

第三种工艺路线是将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺溶于THF，并在冰水浴下滴加n-LiBu的己烷溶液，加毕，室温搅拌14.0 h。倒入去离子水中，并于室温下搅拌过夜。过滤，滤饼用去离子水、乙醇、己烷依次洗涤，真空干燥得苯并二呋喃酮，收率为34%。新改进的工艺路线较第二种报道的工艺路线提高了收率，但是同样存在几个缺点：1）反应后处理周期太长；2）产物纯度仍然不高；3）反应后处理有机溶剂不能循环利用；4）反应收率较低（Journal of Materials Chemistry, 2012, 22, 17724）。

目前苯并二呋喃酮的制备及后处理工艺路线都是基于以上三种方法，但是涉及的反应周期长，产物纯度不高，反应收率低，后处理有机溶剂不能循环使用，极大地制约了苯并二呋喃酮的规模化制备及推广。所以，探究新型苯并二呋喃酮的制备及后处理工艺路线对其应用与推广显示出重要的研究价值。

发明内容

本发明目的在于提供一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法。

基于上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法，合成路线如下：

具体步骤如下：

（1）将1eq N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺（化合物I，具体合成可参考Macromolecules, 2012, 45, 6923）置于无水THF中，氮气保护下，4℃~-10℃（具体为冰水浴）环境下滴加1.0eq-1.5eq n-LiBu（正丁基锂）的正己烷溶液，加毕，回温至室温并搅拌4.0 h-6.0 h，反应涉及的N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺和n-LiBu的摩尔比为1:（1~1.5）；

（2）将混合液倒入去离子水中，室温搅拌2.0 h-5.0 h；

（3）利用旋转蒸发仪于55℃~65℃旋出上述混合体系中去离子水和THF；

（4）上述剩余粘稠物移入装有特定分离层的砂芯漏斗，并用二氯甲烷多次洗涤，直至滤液颜色变透明；

（5）利用旋转蒸发仪于25℃~35℃旋出滤液收集液中的二氯甲烷；

（6）真空干燥得高质量苯并二呋喃酮（化合物II）。

进一步地，合成步骤（1）中最佳搅拌时间为5.0 h；

进一步地，后处理步骤（2）中搅拌时间需为2.0 h-5.0 h，根据粗产物在水中的分散情况而定；

所述步骤（4）中砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅胶、反应粗产物、石英砂；或砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅胶、石英砂、反应粗产物、石英砂；

或砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅藻土、石英砂、反应粗产物、石英砂。

当N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺的用量为35~60mmol时，所述滤纸为单层，厚度为80mm，所述石英砂层厚度为2mm-4mm，所述硅胶层厚度为20mm-30mm，硅藻土厚度为30mm-40mm。

进一步地，本发明所述苯并二呋喃酮的制备及后处理工艺路线可实现绿色环保无废处理，具体为步骤（5）旋转蒸发收集液所得二氯甲烷可再次用于步骤（4）滤饼的洗涤，实现反应后处理的无废循环经济。

本发明具有下述优点：

1）新型后处理工艺路线时间周期缩短，有利于缩减苯并二呋喃酮制备成本；

2）新型后处理工艺路线实现了有机溶剂的无限循环利用，可以实现绿色无废后处理，有利于环境保护及降低成本。

3）新型后处理工艺路线设定特定砂芯漏斗分离层用于苯并二呋喃酮纯化分离，可以实现目标产物纯度提升及收率增加。

附图说明

图1是苯并二呋喃酮制备及后处理工艺路线装置连接图，其中a) 传统苯并二呋喃酮制备及后处理工艺路线装置连接图; b) 本发明苯并二呋喃酮制备及后处理工艺路线装置连接图；

图 2：a)为实施例1制备的苯并二呋喃酮；b) 为本发明实施例2-4制备的苯并二呋喃酮；

图 3：a) 为实施例1制备的苯并二呋喃酮的¹H-NMR(400Hz，DMSO)图；b) 为本发明实施例3制备的苯并二呋喃酮的¹H-NMR(400Hz，DMSO)图。

具体实施方式

为了使本发明的技术目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案作进一步的说明。

实施例1

利用传统过滤法过滤纯化苯并二呋喃二酮粗产物，如图1中a所示：

将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺(10g, 59.8mmol)、40mL无水THF置于100mL单口烧瓶中，冰水浴下滴加41.1mL n-LiBu的正己烷溶液(1.6M, n-LiBu 65.6mmol)，滴加完毕，缓慢升温至室温搅拌12.0 h。将混合物倒入去离子水中并在室温下搅拌过夜。将混合物移入装有滤纸（单层-定性滤纸，中速102型，Φ80mm）的砂芯漏斗(Φ80.5mm）中，过滤，并用50mL去离子水，50mL无水乙醇，50mL石油醚依次洗涤滤饼，滤饼经50℃真空干燥12h即得1.14g棕色苯并二呋喃酮，如图2中a所示，收率为20.2%，纯度为65%，¹H-NMR图如图3中a所示，由图3中a可知，棕色苯并二呋喃酮中含有较多杂质。

实施例2

利用石英砂/粗产物/硅胶/滤纸复合分离层过滤纯化苯并二呋喃二酮粗产物，如图1中b所示：

将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺(8g, 47.8mmol)、40mL无水THF置于100mL单口烧瓶中，冰水浴下滴加32.5mL n-LiBu的正己烷溶液(1.6M, n-LiBu 52mmol)，滴加完毕，缓慢升温至室温搅拌5.0 h。将混合物倒入去离子水中并于室温下搅拌5.0 h。通过旋转蒸发仪于55^oC旋出去离子水和THF，粗产物移入石英砂(100目，厚3mm)/粗产物/硅胶(试剂级，300目，厚25mm)/滤纸（单层-定性滤纸，中速102型，Φ80mm）复合分离层的砂芯漏斗(Φ80.5mm）中，用二氯甲烷洗涤，每次50mL，冲洗6-9次，滤液颜色变透明，滤液经旋转蒸发仪于25℃旋出二氯甲烷得粗产物，粗产物经50℃真空干燥12h即得1.82g亮黄色苯并二呋喃酮，如图2中b所示，收率为40.5%，纯度为92%。

实施例3

利用石英砂/粗产物/石英砂/硅胶/滤纸复合分离层过滤纯化苯并二呋喃二酮粗产物：

将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺(10g, 59.8mmol)、50mL无水THF置于100mL单口烧瓶中，冰水浴下滴加37.5mL n-LiBu的己烷溶液(1.6M, n-LiBu 60mmol)，滴加完毕，缓慢升温至室温搅拌5.5 h。将混合物倒入去离子水中并于室温下搅拌6.0 h。通过旋转蒸发仪于60℃旋出去离子水和THF，粗产物移入石英砂(100目，厚2mm)/粗产物/石英砂(100目，厚3mm)/硅胶(试剂级，300目，厚30mm)/滤纸（单层-定性滤纸，中速102型，Φ80mm）复合分离层的砂芯漏斗(Φ80.5mm）中，用二氯甲烷洗涤，每次50mL，冲洗8-10次，滤液颜色变透明，滤液经旋转蒸发仪于30℃旋出二氯甲烷得粗产物，粗产物经50℃真空干燥12h即得2.37g亮黄色苯并二呋喃酮，如图2中b所示，收率为42.1%，纯度为97%，¹H-NMR图如图3中b所示，由图3中b可知，亮黄色苯并二呋喃酮中纯度很高。

实施例4

利用石英砂/粗产物/石英砂/硅藻土/滤纸复合分离层过滤纯化苯并二呋喃二酮粗产物：

将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺(6g, 35.9mmol)、30mL无水THF置于100mL单口烧瓶中，冰水浴下滴加23.75mL n-LiBu的己烷溶液(1.6M, n-LiBu 38mmol)，滴加完毕，缓慢升温至室温搅拌4.0 h。将混合物倒入去离子水中室温搅拌4.0 h。通过旋转蒸发仪于65℃旋出去离子水和THF，粗产物移入石英砂(100目，厚4mm)/粗产物/石英砂(100目，厚2mm)/硅藻土(化学纯，200目，厚35mm)/滤纸（单层-定性滤纸，中速102型，Φ80mm）复合分离层的砂芯漏斗(Φ80.5mm）中，用二氯甲烷洗涤，每次50mL，冲洗5-6次，滤液颜色变透明，滤液经旋转蒸发仪于30℃旋出二氯甲烷得粗产物，粗产物经50℃真空干燥12h即得1.30g亮黄色苯并二呋喃酮，如图2中b所示，收率为38.4%，纯度为89%。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法，其特征在于，合成路线如下：

具体步骤如下：

（1）将N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺置于无水THF中，保护气氛下，4℃~-10℃滴加n-BuLi的正己烷溶液，加毕，回温至室温并搅拌4.0 h-6.0 h；N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺和n-BuLi的摩尔比为1:（1~1.5）；

（2）将混合液倒入去离子水中，室温搅拌2.0 h-5.0 h；

（3）蒸出去离子水和THF；

（4）步骤（3）的剩余粘稠物移入装有分离层的砂芯漏斗，用二氯甲烷洗涤，直至滤液颜色变透明；

（5）合并滤液，蒸出有机溶剂；

（6）真空干燥得高质量苯并二呋喃酮；

所述步骤（4）中砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅胶、剩余粘稠物、石英砂；或砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅胶、石英砂、剩余粘稠物、石英砂；或砂芯漏斗分离层的设置自下而上依次为滤纸、硅藻土、石英砂、剩余粘稠物、石英砂；

N,N-二乙基-呋喃-3-甲酰胺的用量为35~60mmol时，所述滤纸为单层，厚度为80mm，所述石英砂层厚度为2mm-4mm，所述硅胶层厚度为20mm-30mm，硅藻土厚度为30mm-40mm。

2.根据权利要求1所述高效制备高质量苯并二呋喃酮的方法，其特征在于，步骤（3）和步骤（5）中蒸出溶剂采用旋转蒸发仪，步骤（3）中旋转蒸发仪水浴槽内温度为55℃~65℃；步骤（5）中旋转蒸发仪水浴槽内温度为25℃~35℃。