專利名稱：二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于冠醚類化合物的制備領(lǐng)域，尤其涉及在有機(jī)合成、萃取化學(xué)、生物化學(xué)和分析化學(xué)等領(lǐng)域應(yīng)用的二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝。
背景技術(shù)：
冠醚是一類大環(huán)多元醚類中性化合物。冠醚在進(jìn)行選擇性催化反應(yīng)、制備離子選擇電極等方面已經(jīng)有很多應(yīng)用，但更為廣泛的應(yīng)用是作為重要的萃取劑，用于金屬離子的萃取分離中。此外，近年來冠醚在核燃料后處理領(lǐng)域作為去除放射性鍶-90的萃取劑也引起了廣泛重視和應(yīng)用。與陽離子形成配合物是冠醚的主要特性之一，冠醚作為主體(host)分子，與作為客體(guest)的多種金屬離子如堿金屬、堿土金屬形成主客體配合物。這種主客體配合物的穩(wěn)定性取決于主體的孔徑大小、雜原子的數(shù)目、種類以及堿性客體離子的電荷密度等因素。因此就一種特定的冠醚而言，對(duì)于不同的陽離子的配位作用是有差異的。研究表明即使對(duì)于同一種冠醚和同一種陽離子，由于冠醚的合成方法不同，甚至合成工藝方面的區(qū)別，也可能會(huì)引起萃取性能的差異，甚至差異很大。這是因?yàn)橹黧w分子的平面性和對(duì)稱性也是影響萃取性能的重要因素，對(duì)于某一特定冠醚而言，這種因素就是冠醚本身存在立體差異即異構(gòu)體的問題。而不同的合成方法甚至合成工藝都可能導(dǎo)致產(chǎn)物中某種異構(gòu)體的含量變化，進(jìn)而影響萃取性能。在冠醚的合成中往往總是多種異構(gòu)體并存，而其中的有效成分可能只是其中的一種異構(gòu)體。如何設(shè)法提高冠醚的有效異構(gòu)體在產(chǎn)品中的比例，以及如何實(shí)現(xiàn)有效異構(gòu)體的簡便純化，對(duì)于改善其應(yīng)用效果，實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用尤為重要。
對(duì)于二環(huán)己基并18冠6而言，由于環(huán)己環(huán)的四個(gè)橋頭健位置有順式和反式異構(gòu)，因而可能存在五種立體異構(gòu)體。但是對(duì)于由二苯并氫化得到的二環(huán)己基并18冠6，只有二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體(A(cis-syn-cis))和二環(huán)己基并18冠6反式立體異構(gòu)體(B(cis-anti-cis))兩種，如下圖所示
A(cis-syn-cis)B(cis-anti-cis)從中可以看出異構(gòu)體A具有較好的平面性和對(duì)稱性，研究業(yè)已證明A是二環(huán)己基并18冠6作為萃取劑的有效成份。因此對(duì)于由二苯并18冠6氫化得到二環(huán)己基并18冠6的反應(yīng)，只注重反應(yīng)的總產(chǎn)率是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，更應(yīng)深入的關(guān)注產(chǎn)物中異構(gòu)體A(cis-syn-cis)生成的比例，以及異構(gòu)體A(cis-syn-cis)的簡便有效的提純方法研究。
在本申請(qǐng)人于98年12月4日申請(qǐng)的專利(申請(qǐng)?zhí)朲L98125085.8)中，提出了一種制備二環(huán)己基并18冠6的方法。采用中性Pichler釕作催化劑，在70～80℃、氫氣壓力7～8MPa下，可在比較溫和的條件下實(shí)現(xiàn)氫化反應(yīng)。但采用該專利方法制得的反應(yīng)產(chǎn)物，在室溫下很難結(jié)晶，通常只能得到粘稠的糊狀物質(zhì)。經(jīng)過最近的研究發(fā)現(xiàn)，由于加氫后得到二環(huán)己基并18冠6是立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)和異構(gòu)體B(cis-anti-cis)的混合物，只有當(dāng)A與B的含量之比大于3時(shí)，產(chǎn)物在室溫下才可以結(jié)晶；A的比例越大，越易于結(jié)晶。而如果B的比例很大，如A/B＜2時(shí)，產(chǎn)物為粘稠糊狀物質(zhì)，A/B為1左右時(shí)甚至是粘稠的液體狀物質(zhì)，很難結(jié)晶。以專利(ZL98125085.8)工藝合成出DCH18C6產(chǎn)品，其A/B＜2，所以只能得到粘稠的糊狀物質(zhì)。異構(gòu)體B(cis-anti-cis)的含量多，對(duì)萃取應(yīng)用很不利，因此必須細(xì)致研究新的工藝，而使萃取的有效成分異構(gòu)體二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)成為優(yōu)勢產(chǎn)物，才能更好的滿足萃取的應(yīng)用要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有二環(huán)己基并18冠6(DCH18C6)合成產(chǎn)率較低、有效成分DCH18C6順式立體異構(gòu)體(cis-syn-cis)含量不高的問題，本發(fā)明提供了一種二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，該合成工藝以二甘醇為原料，經(jīng)氯代、縮和得二苯并18冠6，再經(jīng)催化加氫還原反應(yīng)得到二環(huán)己基并18冠6，其特征在于1)中間體雙(2-氯乙基)醚的制備將亞硫酰氯加入二甘醇中，兩者摩爾比為(2～3)∶1，迅速升溫至110～120℃之間反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的酸氣導(dǎo)入堿液吸收，無酸氣逸出時(shí)結(jié)束反應(yīng)，通過減壓蒸餾純化雙(2-氯乙基)醚產(chǎn)品；2)中間體二苯并18冠6的制備鄰苯二酚、正丁醇、四丁基溴化胺一次加入，三者摩爾比1∶(8～11)∶(0.02～0.04)；氫氧化鈉及雙(2-氯乙基)醚分兩次加入，第一次加入量可為20～80％(質(zhì)量)。其中氫氧化鈉和雙(2-氯乙基)醚與鄰苯二酚的摩爾比為(4.1～4.5)∶(1～1.2)∶1，回流10小時(shí)以上后停止；將體系酸化至酸性后蒸出正丁醇，得到的產(chǎn)物用丙酮稀釋，抽濾得到固體，用水洗滌后得粗二苯并18冠6產(chǎn)品；然后，用甲苯重結(jié)晶得到二苯并18冠6產(chǎn)品；3)二環(huán)己基并18冠6的制備采用新制備并活化的酸性picher-釕為催化劑，用重蒸正丁醇作為溶劑，二苯并18冠6加氫還原反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物二環(huán)己基并18冠6，加氫反應(yīng)的溫度嚴(yán)格控制在130～140℃之間，氫氣壓力為3～10MPa；反應(yīng)結(jié)束后得到的混和物經(jīng)過濾、濃縮及柱層析提純得到二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品。
所述picher-釕催化劑的酸性優(yōu)選為pH3～5。
上述方法合成的二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品，還可采用在C6-C8的正構(gòu)或異構(gòu)烷烴中重結(jié)晶的方法實(shí)現(xiàn)二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體的提純。
本發(fā)明所述的二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝的改進(jìn)內(nèi)容及效果如下(1)在二苯并18冠6的合成中加入四丁基溴化胺作為催化劑，使工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)率由原方法的30％左右提高到40％以上，接近于實(shí)驗(yàn)室合成的產(chǎn)率，并縮短了反應(yīng)時(shí)間。
(2)將加氫反應(yīng)的催化劑由原專利(申請(qǐng)?zhí)朲L98125085.8)中所用的中性改為酸性。
Pichler釕催化劑的活性大小順序?yàn)閴A性＜中性＜酸性。即本發(fā)明采用活性最高的酸性Pichler釕，特別是pH在3-5，可以使反應(yīng)完成時(shí)間最短，并使產(chǎn)率提高到90％以上。
(3)采取精確的控溫措施，將加氫反應(yīng)的溫度嚴(yán)格控制在130-140℃范圍內(nèi)。
將反應(yīng)溫度嚴(yán)格控制在130-140℃之間，反應(yīng)可以高效進(jìn)行，放大反應(yīng)在3-5小時(shí)即可完成，產(chǎn)率可高達(dá)92％，其中DCH18C6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)的含量也可高達(dá)90％，產(chǎn)物室溫冷卻后即可結(jié)晶。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明提出了一種二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，該合成工藝以二甘醇為原料，經(jīng)氯代、縮和得二苯并18冠6，再經(jīng)催化加氫還原反應(yīng)得到二環(huán)己基并18冠6，其特征在于1)中間體雙(2-氯乙基)醚的制備將亞硫酰氯加入二甘醇中，兩者摩爾比為(2～3)∶1，迅速升溫至110～120℃之間反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的酸氣導(dǎo)入堿液中吸收，無酸氣逸出時(shí)結(jié)束反應(yīng)，通過減壓蒸餾即得到雙(2-氯乙基)醚產(chǎn)品；2)中間體二苯并18冠6的制備鄰苯二酚、正丁醇、四丁基溴化胺一次加入，三者摩爾比1∶(8～11)∶(0.02～0.04)；氫氧化鈉及雙(2-氯乙基)醚分兩次加入，第一次加入量可為20～80％(質(zhì)量)。其中氫氧化鈉和雙(2-氯乙基)醚與鄰苯二酚的摩爾比為(4.1～4.5)∶(1～1.2)∶1，回流反應(yīng)時(shí)間10小時(shí)以上，優(yōu)選為11～15小時(shí)。將體系用酸酸化至酸性后蒸出正丁醇，采用的酸可以為硫酸，鹽酸，硝酸等無機(jī)酸，優(yōu)選為鹽酸；得到的產(chǎn)物用丙酮稀釋，抽濾得到的固體用水洗滌數(shù)次后得粗二苯并18冠6產(chǎn)品。用甲苯重結(jié)晶得到DCH18C6產(chǎn)品，甲苯用量為每千克DCH18C6產(chǎn)品10～40Kg，優(yōu)選為20～30Kg。
3)二環(huán)己基并18冠6的制備采用新制備并活化的酸性picher-釕為催化劑，優(yōu)選pH值為3～5，其用量可為每摩爾二苯并18冠6加入3～10g催化劑，優(yōu)選為4～6g；用重蒸正丁醇作為溶劑，正丁醇用量為每摩爾二環(huán)己基并18冠6加入1～5L正丁醇，優(yōu)選為2～3L；二苯并18冠6加氫還原反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物二環(huán)己基并18冠6。加氫反應(yīng)的溫度嚴(yán)格控制在130～140℃之間，氫氣壓力為可在3～10MPa，優(yōu)選為6～10MPa。
反應(yīng)結(jié)束后得到的混和物經(jīng)過濾、濃縮及柱層析提純得到二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品，柱層析可用氧化鋁，硅膠，硅藻土等為載體，用正己烷，環(huán)己烷，正庚烷，正辛烷等C6-C8的正構(gòu)或異構(gòu)烷烴為洗脫劑洗脫。
合成出的二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品在C6-C8的正構(gòu)或異構(gòu)烷烴中重結(jié)晶實(shí)現(xiàn)二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體(cis-syn-cis)的提純。重結(jié)晶可在4-60℃進(jìn)行，優(yōu)選為25-45℃；所用溶劑可以為正己烷，環(huán)己烷，正庚烷，正辛烷等C6-C8的正構(gòu)或異構(gòu)烷烴，優(yōu)選為正庚烷和環(huán)己烷。
下面結(jié)合具體實(shí)施例來說明本發(fā)明。
1)雙(2-氯乙基)醚的制備反應(yīng)方程式如下 可以采用專利“雙(2-氯乙基)醚的制備方法”(專利號(hào)ZL98125086.6)所述的方法制備。在帶有攪拌、冷凝、控溫、導(dǎo)氣裝置以及計(jì)量泵的500L搪瓷反應(yīng)釜中，先用計(jì)量泵打入二甘醇190L(2000mol)，攪拌下再打入亞硫酰氯294L(4100mol)，30～120min打完，逸出氣體導(dǎo)入堿液中吸收。迅速升溫至110～120℃，反應(yīng)60～120min至無氣體逸出時(shí)為止。減壓蒸餾收集76～78℃/10～15mmHg餾份218kg(無色液體)，產(chǎn)率76％。紅外光譜未發(fā)現(xiàn)-OH峰，在752cm-1處有C-Cl強(qiáng)峰；元素分析C％33.6，33.7(理論值33.8)，H％5.7，5.5(理論值5.6)。
2)二苯并18冠6(DB18C6)的制備反應(yīng)方程式如下
在帶有攪拌、冷凝、控溫、導(dǎo)氣裝置以及計(jì)量泵的500L搪瓷反應(yīng)釜中，加入37.5kg(341mol)鄰苯二酚和210kg正丁醇以及2.5kg四丁基溴化胺，開動(dòng)攪拌。加入28.5kg(712mol)氫氧化鈉。迅速加熱回流(約115℃)，用計(jì)量泵打入26.5kg(185mol)雙(2-氯乙基)醚和15kg正丁醇配成的溶液。繼續(xù)回流攪拌1小時(shí)。冷卻至90℃，再加入28.5kg(712mol)氫氧化鈉，攪拌回流半小時(shí)，再次用計(jì)量泵打入26.5kg(185mol)雙(2-氯乙基)醚和15kg正丁醇配成的溶液，繼續(xù)反應(yīng)12小時(shí)。用鹽酸酸化至體系為酸性，常壓蒸餾快速蒸出正丁醇120公斤左右，然后采用水蒸氣蒸餾蒸出正丁醇，直至蒸汽溫度達(dá)到100℃為止。冷卻至30～40℃，用60kg丙酮稀釋得到的漿狀物，攪拌，抽濾后得粗產(chǎn)品。將粗產(chǎn)品與210kg水混合，攪拌，抽濾；得到的固體用50kg水洗滌三次；再與120kg丙酮攪拌后抽濾，用60kg丙酮洗滌，抽濾干燥，得到暗白色晶體為二苯并18冠6的粗產(chǎn)品29kg，產(chǎn)率48％，熔點(diǎn)161～163℃。(而利用專利(ZL98125085.8)方法，在工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)率只有30％左右。)二苯并18冠6產(chǎn)品的純化取20公斤粗產(chǎn)品，加入440L甲苯，在加熱攪拌下回流20分鐘后，加入1kg活性炭，再升溫回流半小時(shí)后，將活性炭熱過濾，濾液冷卻結(jié)晶，得到白色纖維狀晶體。產(chǎn)物熔點(diǎn)163～164℃；紅外光譜(KBr壓片)2860～2940cm-1(CH2伸縮振動(dòng))，1320cm-1，1360cm-1(CH2彎曲振動(dòng))，1060～1250cm-1(醚環(huán)上C-O伸縮振動(dòng))，符合目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。
3)二環(huán)己基并18冠6(DCH18C6)的制備反應(yīng)方程式如下 酸性Pichler釕催化劑的制備將9g釕粉、90g氫氧化鉀和、9g硝酸鉀裝入鎳坩堝中，電爐加熱2小時(shí)左右，不斷攪拌下使之熔融，冷卻后溶于900mL水中，得深紅色的釕酸鉀溶液，將該溶液加熱至沸騰，向其中慢慢加入乙醇15mL，立刻還原生成黑色沉淀。室溫下冷卻并靜置1小時(shí)，澄去上部澄清液，將沉淀過濾出來，用1mol/L的硝酸浸泡酸化半小時(shí)左右，再過濾并用去離子水洗至pH值為3～5左右。濾餅在110℃下干燥一小時(shí)后在烘箱中常溫放置過夜，次日使用前再在110℃下活化一小時(shí)，取出研細(xì)后待加氫反應(yīng)使用。
在帶有水冷凝內(nèi)管、遠(yuǎn)程控溫和測壓裝置的10L不銹鋼高壓釜中，分三次分別等份加入900g(2.5mol)二苯并18冠6和13g新制備的酸性Pichler催化劑，使其盡量均勻混合，然后加入5升重蒸的正丁醇。經(jīng)氮?dú)庵脫Q三次、氫氣置換1-2次后充入氫氣8～10MPa進(jìn)行反應(yīng)。溫度升至70℃后，密切觀察溫度變化，出現(xiàn)急劇升溫到125℃左右時(shí)立即通循環(huán)冷凝水，將釜內(nèi)溫度控制在130～140℃之間進(jìn)行反應(yīng)，待壓力降至6MPa時(shí)再次充氣。反應(yīng)40分鐘以上、待壓力不下降時(shí)停止反應(yīng)。冷卻至室溫后，將反應(yīng)混和物過濾，濾液在70℃水浴下減壓濃縮至無流出液為止。濃縮液過一個(gè)短的氧化鋁層析柱，正庚烷洗脫至用紅外檢測無二環(huán)己基并18冠6特征峰為止。洗脫液經(jīng)減壓、濃縮后靜置，次日結(jié)晶。得二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品840g，產(chǎn)率92％。質(zhì)譜372(計(jì)算值372.41)；元素分析C％64.4，64.4(計(jì)算值64.5％)，H％9.6，9.7(計(jì)算值9.7％)；符合目標(biāo)產(chǎn)物結(jié)構(gòu)。
氣相色譜檢測表明結(jié)晶的二環(huán)己基并18冠6為二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)和二環(huán)己基并18冠6反式立體異構(gòu)體B(cis-anti-cis)的混合物，A的含量為89％，B的含量為11％。
4)二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)的提純?nèi)《h(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)的含量為89％的產(chǎn)品，在正庚烷中進(jìn)行重結(jié)晶，一次結(jié)晶后二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體A(cis-syn-cis)的含量可上升到98％以上。
權(quán)利要求
1.二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，該合成工藝以二甘醇為原料，經(jīng)氯代、縮和得二苯并18冠6，再經(jīng)催化加氫還原反應(yīng)得到二環(huán)己基并18冠6，其特征在于1)中間體雙(2-氯乙基)醚的制備將亞硫酰氯加入二甘醇中，兩者摩爾比為(2～3)∶1，迅速升溫至110～120℃之間反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生的酸氣導(dǎo)入堿液吸收，無酸氣逸出時(shí)結(jié)束反應(yīng)，通過減壓蒸餾純化雙(2-氯乙基)醚產(chǎn)品；2)中間體二苯并18冠6的制備鄰苯二酚、正丁醇、四丁基溴化胺一次加入，三者摩爾比1∶(8～11)∶(0.02～0.04)；氫氧化鈉及雙(2-氯乙基)醚分兩次加入，第一次加入量可為20～80％(質(zhì)量)，其中氫氧化鈉和雙(2-氯乙基)醚與鄰苯二酚的摩爾比為(4.1～4.5)∶(1～1.2)∶1，回流10小時(shí)以上后停止；將體系酸化至酸性后蒸出正丁醇，得到的產(chǎn)物用丙酮稀釋，抽濾得到固體，用水洗滌后得粗二苯并18冠6產(chǎn)品；然后，用甲苯重結(jié)晶得到二苯并18冠6產(chǎn)品；3)二環(huán)己基并18冠6的制備采用新制備并活化的酸性picher-釕為催化劑，用重蒸正丁醇作為溶劑，二苯并18冠6加氫還原反應(yīng)生成目標(biāo)產(chǎn)物二環(huán)己基并18冠6，加氫反應(yīng)的溫度嚴(yán)格控制在130～140℃之間，氫氣壓力為3～10MPa；反應(yīng)結(jié)束后得到的混和物經(jīng)過濾、濃縮及柱層析提純得到二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，其特征在于所述picher-釕催化劑的酸性為pH3～5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，其特征在于上述方法合成的二環(huán)己基并18冠6產(chǎn)品，還可采用在C6-C8的正構(gòu)或異構(gòu)烷烴中重結(jié)晶的方法實(shí)現(xiàn)二環(huán)己基并18冠6順式立體異構(gòu)體的提純。
全文摘要
二環(huán)己基并18冠6的改進(jìn)合成工藝，屬于冠醚類化合物的制備領(lǐng)域。為解決現(xiàn)有二環(huán)己基并18冠6(DCH18C6)合成產(chǎn)率較低、有效成分DCH18C6順式立體異構(gòu)體含量不高的問題，本發(fā)明公開改進(jìn)的合成工藝和簡便的順式立體異構(gòu)體的提純方法。在中間體二苯并18冠6合成中，加入四丁基溴化銨，可提高產(chǎn)率、縮短反應(yīng)時(shí)間，同時(shí)提出了采用甲苯進(jìn)行重結(jié)晶的純化方法。在加氫反應(yīng)中，使用酸性picher－釕催化劑，將反應(yīng)溫度提高到130－140℃之間，產(chǎn)率可提高到90％，并促進(jìn)其順式立體異構(gòu)體的生成；通過正庚烷中結(jié)晶的方法提純了DCH18C6順式立體異構(gòu)體。該合成工藝具有實(shí)用性強(qiáng)，成本低，可行性高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C07D323/00GK1709888SQ200510012189
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月15日
發(fā)明者王海榮, 張平, 王建晨, 陳靖 申請(qǐng)人:清華大學(xué)