專利名稱:一種制備含硫和含羥基杯[4]芳烴衍生物的方法
技術(shù)領(lǐng)域:
一種制備含硫和含羥基杯[4]芳烴衍生物的制備方法,涉及一種 5, 11,17, 23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法。
背景技術(shù):
杯芳烴(Calixarene )是由苯酚單元通過亞甲基在酚羥基鄰位連接而構(gòu)成的一 類大環(huán)化合物,它的出現(xiàn)是與酚醛樹脂的研究密切相關(guān)的。1942年,奧地利化 學(xué)家Alois Zinke發(fā)現(xiàn)叔丁基苯酚與甲醛水溶液在氫氧化鈉存在下的反應(yīng)產(chǎn)物不 是他預(yù)期的線型酚醛樹脂,而是一個(gè)高熔點(diǎn)的晶狀化合物,經(jīng)鑒定為環(huán)狀的四聚 體(如下式),這是杯芳烴發(fā)現(xiàn)的淵源。
OH OH OH HO
20世紀(jì)70年代末,隨著冠醚、環(huán)糊精等大環(huán)化合物研究工作的深入,發(fā)現(xiàn)它 們有作為模擬酶的可能性,于是這類大環(huán)化合物引起了科學(xué)界的廣泛重視,并將 這類化合物命名為"杯芳烴"(Calixarene,calix源于希臘文酒杯,arene為芳香烴 類)。
作為第三代超分子主體化合物,杯芳烴具有獨(dú)特的空穴結(jié)構(gòu),與冠醚和環(huán)糊 精相比具有如下特點(diǎn):(I)它是一類合成的低聚物,它的空穴結(jié)構(gòu)大小的調(diào)節(jié)具有
較大的自由度;(2)通過控制不同的反應(yīng)條件及引入適當(dāng)?shù)娜〈?,可固定所?要的構(gòu)象;(3)不但可以在杯芳烴下緣的酚輕基和上緣的苯環(huán)對(duì)位發(fā)生衍生化反 應(yīng),而且連接苯環(huán)單元的亞甲基都能進(jìn)行各種選擇性功能化,這不僅能改善杯芳 烴自身水溶性差的不足,而且還可以改善其分子絡(luò)合能力和模擬酶活力;(4)它 的熱穩(wěn)定性及化學(xué)穩(wěn)定性很好,可溶性雖較差,但這各有利弊的一面,通過衍生 化之后,某些衍生物具有很好的溶解性;(5)杯芳烴不但能與離子,且能與中性 分子形成主客體包合物,這是容冠醚和環(huán)糊精兩者之長;(6)杯芳烴的合成較為 簡單,可望獲得較為廉價(jià)的產(chǎn)品。
4基于杯芳烴上述的一些特點(diǎn),自70年代末至整個(gè)80年代,杯芳烴的研究工作 發(fā)展非常迅速,到現(xiàn)在己有多本專著和多篇綜述性文章報(bào)道杯芳烴在液膜傳輸、 絡(luò)合萃取分子探針、分子器件、傳感器、液晶、非線性光學(xué)等領(lǐng)域的應(yīng)用潛力。
上世紀(jì)70年代,美、日、德、英等國化學(xué)家先后就衍生物的合成及其性能開 展了系列研究,并在配合物、分析化學(xué)、分子識(shí)別、分子催化等領(lǐng)域的應(yīng)用中取 得了突破性進(jìn)展。國內(nèi)的研究起步于90年代初期,中國科學(xué)院北京化學(xué)研究所、 南開大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、武漢大學(xué)等單位開展了系列研究并取得了一些有價(jià)值的研 究成果。杯芳烴研究熱點(diǎn)之一是新型杯芳烴衍生物的合成,合成熱點(diǎn)主要表現(xiàn)在 新型杯芳烴基體的采用、上沿取代基的多位功能化、下沿取代基的橋聯(lián)、醚化、 酯化和多穴化及在分子中導(dǎo)入含有O,N, S及兩性金屬的基團(tuán)等方面。另一個(gè)熱點(diǎn) 是在應(yīng)用功能及性能上向電學(xué)、光學(xué)、手性識(shí)別、催化反應(yīng)等方向發(fā)展。
本發(fā)明的目的在于公丌一種制備5, 11, 17, 23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四 羥基-杯[4]芳烴的方法。該化合物結(jié)構(gòu)上既有巰基,又在其對(duì)位有羥基,兩種官 能團(tuán)使得該類化合物的從結(jié)構(gòu)上具有更大的活性,較現(xiàn)有杯[4]芳烴類化合物有 更好的絡(luò)合作用,應(yīng)用范圍及其作用強(qiáng)度都有較大程度的提高。
為達(dá)上述目的,我們進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn),得到了一條易于規(guī)模化生產(chǎn),成 本低廉的合成路線。以式(IV)表示的5,11, 17,23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴按照如下步驟獲得
發(fā)明內(nèi)容
OH
OH OH OH HO
CH2SH
5A. 5,11, 17,23-四氯甲基-25, 26, 27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II)的制備 先量取25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(I ):多聚甲醛=1: 0. 29-0. 36重
量比,然后加入乙酸,乙酸的加入量為25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(I) 重量的3倍,攪拌均勻后用冰鹽浴冷卻到l(TC,然后通入干燥的氯化氫氣體, 氯化氫氣體的通入量為25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(I )重量的0. 36-0. 44 倍,控制氣體的通入速度,保持反應(yīng)混合物溫度不超過2CTC,通入完畢后將反 應(yīng)混合物倒入冰水中,過濾收集固體,水洗后干燥,得到產(chǎn)物5,11,17,23-四氯 甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(II )。
B. 5, 11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(IH) 的制備
先量取5, 11, 17,23-四氯甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II):硫代 乙酸鉀=1: 0.74-2.21重量比,將他們加入反應(yīng)器中,再加入無水乙腈,無水乙 腈的加入量為5,11,17,23-四氯甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(II)重 量的15—35倍;氮?dú)獗Wo(hù)下邊攪拌邊加熱至8(TC進(jìn)行取代反應(yīng)4個(gè)小時(shí)后,停 止加熱,冷卻至室溫,然后再升溫至9(TC蒸餾除去乙腈得紅褐色固體,在固體 中加水溶解,水的加入量是乙腈重量的2倍,再在溶液中加入二氯甲垸進(jìn)行萃取, 得有機(jī)相,二氯甲垸加入量是乙腈重量的6倍,在有機(jī)相中加入無水硫酸鈉,過 夜,濾去無水硫酸鈉后剩余液體再升溫至55°C,蒸餾除去二氯甲烷得到固體, 最后在固體中加入異丙醇進(jìn)行重結(jié)晶,得到淡紅色晶體為產(chǎn)物5,11, 17, 23-四硫 代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III);異丙醇的加入量是固體 重量的4倍;
C. 5, 11, 17, 23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)的制備 先按5, 11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴
(III):甲醇鈉或者乙醇鈉=1: 1-15摩爾比量取,然后將他們加入反應(yīng)器中,冷 卻至0。C后加入無水甲醇或無水乙醇,無水甲醇或無水乙醇的加入量為 5, 11,17, 23-四硫代乙酰氧基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(III)重量的 15倍,加畢后升至室溫反應(yīng)2小時(shí),再冷卻至O'C后加入濃度為2mol/L的稀鹽 酸酸化,過濾收集固體,用無水甲醇對(duì)固體經(jīng)過重結(jié)晶后得到5, 11,17, 23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV);甲醇的加入量是固體重量的4 倍。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
1. 本發(fā)明生產(chǎn)的化合物5, 11, 17, 23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯 [4]芳烴在保留了原有羥基的基礎(chǔ)上,引入了一個(gè)新的巰基官能團(tuán),利用巰基中 硫原子的特有活性,在金屬絡(luò)合和識(shí)別方面,特別是在金屬離子的識(shí)別方面會(huì)有 更加明顯的增強(qiáng)作用。
2. 本發(fā)明采用的各步原料均為市售,來源廣泛,供應(yīng)充足。便于規(guī)模量制 備,成本相對(duì)較低;反應(yīng)條件較為成熟,可操作性大為提高,并且具有接近70% 或以上的高產(chǎn)率,以及產(chǎn)品質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式
下面通過具體的實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明是如何實(shí)現(xiàn)的 實(shí)施例1
A. 5, 11, 17, 23-四氯甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備
在250mL三頸瓶中加入42.4g(0. lmol)25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴 (I )和14.6g(0.49mol)多聚甲醛和125ml乙酸,攪拌均勻后用冰鹽浴冷卻到 l(TC,然后通入17.9g(0.49mol)干燥的氯化氫氣體,通入過程中保持反應(yīng)混合 物溫度在2(TC以下,通入完畢后將反應(yīng)混合物倒入到冰水中,過濾收集析出的 固體,固體用水洗滌后干燥,得到類白色固體55.6g,為產(chǎn)物5, 11,17,23-四氯 甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(11),產(chǎn)率90.0%。
B. 5,11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基-25, 26, 27, 28_四羥基-杯[4]芳烴的制
備
在2L三頸瓶中加入61.8g(0.1mo1) 5, 11,17, 23-四氯甲基-25, 26, 27, 28-四 羥基-杯[4]芳烴(II)和91.4g(0.8mol)硫代乙酸鉀及360mL無水乙腈,氮?dú)獗?護(hù)下回流4個(gè)小時(shí),溶液為紅褐色,停止加熱冷卻室溫,然^再升—溫至—9—0H蒸 餾除去乙腈得紅褐色固體,固體用700mL水溶解,然后用二氯甲烷萃取(350ml X3),合并有機(jī)相,有機(jī)相用無水硫酸鈉50g干燥過夜,濾去無水硫酸鈉后剩余 液體再升溫至55'C,蒸餾除去二氯甲垸得到固體,固體用250ml異丙醇重結(jié)晶,得到淡紅色晶體64.5g,為產(chǎn)物5, 11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(m)。產(chǎn)率83.0%。
C. 5,11, 17, 23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備 在2L三頸瓶中加入77.7g(0.1mmo1) 25, 26, 27, 28-四硫代乙酰氧基乙氧基-杯[4]芳烴(III)和54g(1.0mol)甲醇鈉,在冰浴下加入1200mL甲醇溶解。反應(yīng) 開始為紅褐色混濁液,慢慢升至室溫,溶液逐漸變澄清。在室溫下反應(yīng)2h,在 冰浴下逐滴加入2mol/L的稀鹽酸至沉淀完全析出。過濾收集,得到褐色固體。 用250ml甲醇對(duì)褐色固體重結(jié)晶得到褐色晶體55.9g,為產(chǎn)物5, 11, 17, 23-四巰 基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)。產(chǎn)率91.9%。 實(shí)施例2
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是A步驟的5,11,17,23-四氯甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在250mL三頸瓶中加入42.4g(0. lmo1)25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(I ) 和12.3g(0.41mol)多聚甲醛和125ml乙酸,攪拌均勻后用冰鹽浴冷卻到10°C, 然后通入15.3g(0.42mol)干燥的氯化氫氣體,通入過程中保持反應(yīng)混合物溫度 在2(TC以下,通入完畢后將反應(yīng)混合物倒入到冰水中,過濾收集析出的固體, 固體用水洗漆后干燥,得到類白色固體53.2g,為產(chǎn)物5,11,17,23-四氯甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴(II ),產(chǎn)率86.1%。 實(shí)施例3
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是A步驟的5,11,17,23-四氯甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在250mL三頸瓶中加入42.4g(0. lmo1)25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴 (I )和15.3g(0.51raol)多聚甲醛和125ml乙酸,攪拌均勻后用冰鹽浴冷卻到 l(TC,然后通入18.7g(0.51mol)干燥的氯化氫氣體,通入過程中保持反應(yīng)混合 度在2—0'C以王,—通入完里后旌反應(yīng)混t物倒入至i丄冰水中—,—過濾—收集析出的 固體,固體用水洗滌后干燥,得到類白色固體55. lg,為產(chǎn)物5, 11,17,23-四氯 甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(11),產(chǎn)率89.2%。 實(shí)施例4其他步驟與實(shí)施例1相同,只是B步驟的5, 11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在2L三頸瓶中加入61.8g(0.1mo1) 5, 11, 17, 23-四氯甲基-25, 26, 27, 28_四羥基-杯[4]芳烴(II)和136.6g(1.2mol)硫代乙酸鉀及650mL無水乙腈,氮?dú)獗Wo(hù)下 回流4個(gè)小時(shí),溶液為紅褐色,停止加熱冷卻室溫,然后再升溫至9(TC蒸餾除 去乙腈得紅褐色固體,固體用1200mL水溶解,然后用二氯甲垸萃取(800mlX3), 合并有機(jī)相,有機(jī)相用無水硫酸鈉150g干燥過夜,濾去無水硫酸鈉后剩余液體 再升溫至55'C,蒸餾除去二氯甲烷得到固體,固體用280ml異丙醇重結(jié)晶,得到 淡紅色晶體67.8g,為產(chǎn)物5, 11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基-25, 26, 27, 28_四羥 基-杯[4]芳烴(III)。產(chǎn)率87.3%。 實(shí)施例5
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是B步驟的5,11, 17, 23-四硫代乙酰氧基甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在2L三頸瓶中加入61.8g(0.1mo1) 5, 11, 17, 23-四氯甲基-25, 26, 27, 28-四 羥基-杯[4]芳烴(II)和45.7g(0.4mol)硫代乙酸鉀及420mL無水乙腈,氮?dú)獗?護(hù)下回流4個(gè)小時(shí),溶液為紅褐色,停止加熱冷卻室溫,然后再升溫至卯'C蒸 餾除去乙腈得紅褐色固體,固體用650mL水溶解,然后用二氯甲烷萃取(500ml X3),合并有機(jī)相,有機(jī)相用無水硫酸鈉100g干燥過夜,濾去無水硫酸鈉后剩 余液體再升溫至55'C,蒸餾除去二氯甲垸得到固體,固體用220ml異丙醇重結(jié) 晶,得到淡紅色晶體52.7g,為產(chǎn)物5,11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基 -25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III)。產(chǎn)率67.8%。
實(shí)施例6
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是C步驟的5, 11, 17,23-四巰基甲基 -25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在2L三頸瓶中加入77.7e(UlmmoD 25, 26, 27, 28_四硫代乙酰氧基乙氧基-杯[4] 芳烴(III)和68g(l,0mol)乙醇鈉,在冰浴下加入1200mL乙醇溶解。反應(yīng)開始 為紅褐色混濁液,慢慢升至室溫,溶液逐漸變澄清。在室溫下反應(yīng)2h,在冰浴 下逐滴加入2mol/L的稀鹽酸至沉淀完全析出。過濾收集,得到褐色固體。用250ml甲醇對(duì)褐色固體重結(jié)晶得到褐色晶體56.3g,為產(chǎn)物5,11, 17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)。產(chǎn)率92.6%。實(shí)施例7
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是C步驟的5,11,17,23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在2L三頸瓶中加入77.7g(0.1mmo1) 25, 26, 27, 28-四硫代乙酰氧基乙氧基-杯[4]芳烴(III)和5.4g(0.1mol)甲醇鈉,在冰浴下加入1200mL甲醇溶解。反應(yīng)開始為紅褐色混濁液,慢慢升至室溫,溶液逐漸變澄清。在室溫下反應(yīng)2h,在冰浴下逐滴加入2mol/L的稀鹽酸至沉淀完全析出。過濾收集,得到褐色固體。用250ml甲醇對(duì)褐色固體重結(jié)晶得到褐色晶體13.2g,為產(chǎn)物5,11, 17, 23_四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)。產(chǎn)率21.7%。
實(shí)施例8
其他步驟與實(shí)施例1相同,只是C步驟的5,11,17,23-四巰基甲基-25, 26, 27, 28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法如下
在2L三頸瓶中加入77.7g(0.1mmo1) 25, 26, 27, 28-四硫代乙酰氧基乙氧基-杯[4]芳烴(III)和102g(1.5mol)乙醇鈉,在冰浴下加入1200mL乙醇溶解。反應(yīng)開始為紅褐色混濁液,慢慢升至室溫,溶液逐漸變澄清。在室溫下反應(yīng)2h,在冰浴下逐滴加入2mol/L的稀鹽酸至沉淀完全析出。過濾收集,得到褐色固體。用250ml甲醇對(duì)褐色固體重結(jié)晶得到褐色晶體56.5g,為產(chǎn)物5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)。產(chǎn)率92.9%。
權(quán)利要求
1.一種制備含硫和含羥基杯[4]芳烴衍生物的方法,含硫和含羥基杯[4]芳烴衍生物是以式(IV)表示的5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴,其特征在于該5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)按照如下步驟獲得A.5,11,17,23-四氯甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II)的制備先量取25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(I)∶多聚甲醛=1∶0.29-0.36重量比,然后加入乙酸,乙酸的加入量為25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(I)重量的3倍,攪拌均勻后用冰鹽浴冷卻到10℃,然后通入干燥的氯化氫氣體,氯化氫氣體的通入量為25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(I)重量的0.36-0.44倍,控制氣體的通入速度,保持反應(yīng)混合物溫度不超過20℃,通入完畢后將反應(yīng)混合物倒入冰水中,過濾收集固體,水洗后干燥,得到產(chǎn)物5,11,17,23-四氯甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II);B.5,11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III)的制備先量取5,11,17,23-四氯甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II)∶硫代乙酸鉀=1∶0.74-2.21重量比,將他們加入反應(yīng)器中,再加入無水乙腈,無水乙腈的加入量為5,11,17,23-四氯甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(II)重量的15-35倍;氮?dú)獗Wo(hù)下邊攪拌邊加熱至80℃進(jìn)行取代反應(yīng)4個(gè)小時(shí)后,停止加熱,冷卻至室溫,然后再升溫至90℃蒸餾除去乙腈得紅褐色固體,在固體中加水溶解,水的加入量是乙腈重量的2倍,再在溶液中加入二氯甲烷進(jìn)行萃取,得有機(jī)相,二氯甲烷加入量是乙腈重量的6倍,在有機(jī)相中加入無水硫酸鈉,過夜,濾去無水硫酸鈉后剩余液體再升溫至55℃,蒸餾除去二氯甲烷得到固體,最后在固體中加入異丙醇進(jìn)行重結(jié)晶,得到淡紅色晶體為產(chǎn)物5,11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III);異丙醇的加入量是固體重量的4倍;C.5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV)的制備先按5,11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III)∶甲醇鈉或者乙醇鈉=1∶1-15摩爾比量取,然后將他們加入反應(yīng)器中,冷卻至0℃后加入無水甲醇或無水乙醇,無水甲醇或無水乙醇的加入量為5,11,17,23-四硫代乙酰氧基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(III)重量的15倍,加畢后升至室溫反應(yīng)2小時(shí),再冷卻至0℃后加入濃度為2mol/L的稀鹽酸酸化,過濾收集固體,用無水甲醇對(duì)固體經(jīng)過重結(jié)晶后得到5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴(IV);甲醇的加入量是固體重量的4倍。
全文摘要
一種制備含硫和含羥基杯[4]芳烴衍生物的方法,涉及一種5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴的制備方法。先以25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴作為起始原料,然后再在羥基的對(duì)位進(jìn)行氯甲基化,再對(duì)氯甲基進(jìn)行官能團(tuán)的修飾,通過三步反應(yīng)最后得到5,11,17,23-四巰基甲基-25,26,27,28-四羥基-杯[4]芳烴。本發(fā)明所用原料均為市售,且來源廣泛、充足,價(jià)格相對(duì)便宜,工藝簡單,收率高,各步反應(yīng)均為常壓操作,由于硫原子的電負(fù)性小,外層電子易激化,具有較強(qiáng)的化學(xué)活性并且對(duì)過渡金屬離子和重金屬離子有較強(qiáng)的識(shí)別能力,并且分子的另一端還含有羥基官能團(tuán),使得整個(gè)分子的活性更強(qiáng),因此該類化合物具有比傳統(tǒng)杯芳烴有更為廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)C07C323/16GK101555219SQ200910051419
公開日2009年10月14日 申請(qǐng)日期2009年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2009年5月18日
發(fā)明者麗 張, 徐丹丹, 輝 段, 蔣忠良 申請(qǐng)人:同濟(jì)大學(xué)