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一种杯[4]芳烃衍生物的合成及工艺优化-论文

2022-11-06 来源:易榕旅网
第42卷第9期 2014年5月 广州化工 Vo1.42 No.9 Mav.2014 Guangzhou Chemical Industry 一种杯[4]芳烃衍生物的合成及工艺优化水 文家新,段益琴,刘克建 (重庆工业职业技术学院化学与制药工程学院,重庆401120) 摘 要:以对叔丁基苯酚和甲醛为原料,经两步反应制得5,11,17,23一四叔丁基一25,27一二(乙氧基羰基甲氧基)一26, 28一二羟基杯[4]芳烃。通过红外光谱和 H NMR确证了5,11,17,23一四叔丁基一25,27~二(乙氧基羰基甲氧基)一26,28一二羟基 杯[4]芳烃,优化了第二步合成工艺,得到了最佳工艺条件,两步反应总收率达到了61%。 关键词:对叔丁基杯[4]芳烃;合成;优化 中图分类号:0621.2 文献标志码:A 文章编号:lOO1—9677(2014)09—0063—03 Synthesis of A Droxycalix[4]arene Derivatives and Optimization of Preparation Technique WEN Jia—xin,DUAN 一qin,LIU Ke-fian (Department of Chemical&Pharmaceutical Engineering,Chongqing Industry Polytechnic College,Chongqing 401 120,China) Abstract:P—tert—butylphenol and formaldehyde was used as the major reactant to synthesize 5,1 1,17,23一tetra— tert—butyl一25,27一bi(ethoxycarbonylmethoxy)一26,28一di—hydroxycalix[4]arene by a two—step method.The structure of 5,11,17,23一tetra—tert—but一一yl一25,27一bi(ethoxycarbonylmethoxy)一26,28一dihydroxycalix[4] arene was confirmed by IR and H NMR spectroscopy.The second step reaction conditions were optimized and the optimal synthetic conditions were obtained.The total yield of the two—step reaction increased to 6 1%. Key words:P—tert—butylcalix[4]arene;synthesis;optimize 杯芳烃类化合物以其良好的化学稳定性、高熔点、空腔大 小可调以及易于进行化学修饰等独特的物理、化学性能受到众 多学者的关注。近20年来,杯芳烃化学得到迅速发展。以它 为合成平台,通过引入特定功能团对其上下缘和介位进行化学 修饰,可得到各种具有更加丰富化学性能的杯芳烃衍生 物u 。杯芳烃酯类衍生物就是最早得到的杯芳烃衍生物,具 有溶解性好,易于发生取代反应等特点,是对杯芳烃进一步衍 生化的重要中间体 J。 目前,文献报道的酯化方法一般用溴乙酸乙酯作为烃基化 试剂,用NaH或K CO 作催化剂,在THF、DMF、丙酮等溶剂 图1 目标产物合成路线 Fig.1 Synthetic route of the target product 1.2仪器及试剂 Bruker一500核磁共振仪,Bruker公司;红外光谱仪(KBr 压片),Bruker公司;X一4数显微熔点仪,上海精密科学仪器 中加热反应 J,但该法所用原料溴乙酸乙酯成本高、毒性 大,具有强烈的刺激性气味。本文在合成5,11,17,23一四叔丁 基一25,26,27,28一四羟基杯[4]芳烃的基础上,采用氯乙酸乙 酯作烷基化试剂,以路易斯碱K CO 为催化剂,在KI存在下 有限公司;CP114型精密电子天平,奥豪斯仪器有限公司; JJ一1增力电动搅拌器,金坛市医疗仪器厂;98—1一C型数字  于丙酮中回流得到杯芳烃酯化产物,避免了溴乙酸乙酯的使 控温电热套,天津市泰斯特仪器有限公司。对叔丁基苯酚,国药集团化学试剂有限公司;氯乙酸乙 用,并对合成工艺条件进行了优化,获得了较高的产品收率。 酯,北京市兴津化工厂;丙酮,天津市大茂化学试剂厂。所用 1 实验部分 1.1反应方程式 试剂均为分析纯,实验用水为二次蒸馏水。 1.3 5,11,17,23一四叔丁基一25,26,27,28一四羟 基杯[4]芳烃的合成【6 J 在250 mL的三口烧瓶中加入8.0 g(67 mmo1)对叔丁基苯 基金项目:重庆市教委资助科研项目(KJ2217)。 作者简介:文家新(1983一),男,硕 ,讲师。 第42卷第9期 2014年5月 广州化工 Vol|42 No.9 Mav.2014 Guangzhou Chemical Industry 酚,5 mL 37%(89 mmo1)的甲醛溶液和0.10 g(2.5 mmo1)氢氧 化钠溶于少量水的溶液,摇匀,氮气保护下加热至对叔丁基苯 酚熔化后开始搅拌,接上油水分离器,将水分蒸出后,撤去油 水分离器,在l10~120℃温度下保持2 h,反应物呈淡黄色松 脆状固体,冷却至室温,用研钵研磨成粉末状。将粉末装入烧 瓶中,加入100 mL二苯醚,氮气保护下,电动搅拌,缓慢升 温至回流,回流2 h后,冷却至室温,用盐酸调节溶液pH值为 6—7,加入125 mL乙酸乙酯,搅拌均匀后静置30 min,有大量 沉淀析出,抽滤,并依次用乙酸乙酯、冰醋酸洗涤,干燥后得 结果(见表1)表明加入KI和氯乙酸乙酯后的回流时间为 45 min时产品收率最高,这是因为充足的回流时间才能让活性 低的氯代烃充分转化为活泼的碘代烃,从而有利于反应的进 行,而回流时间过长又会使部分碘代烃分解,因此在合成反应 过程中选择加入KI和氯乙酸乙酯后的回流时间为45 min。 2.2 回流温度对第二步反应结果的影响 结果(见表2)表明反应收率随着温度的升高而升高,在 80℃时达到最大值,当温度进一步升高,反应收率反而下降, 这可能是因为过高的温度会导致卤代烃的分解,从而影响反应 收率。 表2回流温度对反应结果的影响 淡棕色颗粒物,为对叔丁基杯[4]芳烃与乙酸乙酯1:l的配合 物。再用甲苯重结晶,得白色晶体,为对叔丁基杯[4]芳烃与 甲苯l:1的配合物,再经高温真空处理得到对叔丁基杯[4]芳 烃纯品,收率70%。 白色晶体,熔点:342~344℃。 红外光谱(KBr),cm~:3 168(0一H),3 057(Ar—H), 2 958(c—H),l 483(C—C),1 061(C一0),l 201(C—C)。 H NMR(CDC1 ,ppm):1.209(S,36H,C(CH3)3), 3.50(d,8H,ArCH,Ar),7.05(S,8H,ArH),7.186(S, 8H。ArH),10.344(S,4H,OH)。 1.4 5,11,17,23一四叔丁基一25,27一二(乙氧基羰 基甲氧基)一26,28一二羟基杯[4]芳烃3的合成 氮气保护下,在装有120 mL无水丙酮的三口烧瓶中先加 入0.77 mL氯乙酸乙酯,0.239 g碘化钾,80℃加热回流 45 min。再加入经甲苯重结晶的2.22 g对叔丁基杯[4]芳烃和 0.497 6 g研磨得足够细的且经仔细干燥的碳酸钾粉末,80℃继 续加热回流15 h,TLC检测原料消失。加入120 mL 5%的盐酸 溶液,充分搅拌,然后用3×20 mL氯仿进行萃取,合并有机 相,硫酸镁干燥,蒸馏浓缩,加入30 mL甲醇后放置过夜,析 出大量沉淀,过滤,沉淀用氯仿和甲醇重结晶,干燥后得白色 粉末,收率87%。 白色晶体,熔点:170~172℃。 红外光谱(KBr),cm一:3 431(Ar—OH),1 755(C=0), 1 061(C一0),1 209(C—C)。 H NMR(CDC1 ,ppm):1.192(S,18H,C(CH3)3), 1.210(S,18H,C(CH3)3),1.335(t,6H,CH3),4.430 (q,4H,OCH2),4.463(S,4H,OCH2CO),6.808(S,4H, ArH),7.049(S,4H,ArH),9.232(S,2H,OH)。 2结果与讨论 2.1 加入KI和CICH3COOCH CH3后的回流时间 对第二步反应结果的影响 表1 加入KI和C1CH3COOCH2CH3后的 回流时间对反应结果的影响 Tabk l Effect of reflux time after addition ofKI and C1CH3 COOCH2 CH3 on reaction results 回流时间/min 收率/% 15 77 30 81 45 87 60 86 注:回流温度80℃,杯芳烃:碳酸钾=1:1.2,氯乙酸乙酯:碘 化钾=10:1。 Table 2 Effect of reflow temperature on reaction results 回流温度/℃ 收率/% 60 77 7O 83 80 87 90 85 注:加入KI和氯乙酸乙酯后回流45 min,杯芳烃:碳酸钾=1 1.2,氯乙酸乙酯:碘化钾:10:1。 2.3 K Co。的加入量对第二步反应结果的影响 实验结果如表3所示,结果表明当杯[4]芳烃与碳酸钾的 摩尔比为1:1.2时产物的收率最高,碳酸钾在反应过程中用 作催化剂,当其量进一步加大时,反应液过强的碱性可能会导 致酯的水解,从而使反应收率下降,因此选择杯[4]芳烃与碳 酸钾的摩尔比为1:1.2。 表3 K CO,的量对反应结果的影响 Table 3 Influence of the amount of potassium carbonate on reaction results 碳酸钾比 收率/% 1:0.8 73 1:1.2 87 1:1.6 85 1:2 82 注:加入KI和C1CH3COOCH2CH3后回流45 rain,回流温度8O℃, C1CH3COOCH2CH3:KI=10:l。 2.4 CICH3COOCH2CH3与KI的摩尔比对第二步反 应结果的影响 表4 C1CH COOCH CH,与KI的摩尔比对反应结果的影响 Table 4 Influence of the proportion of C1CH3 COOCH2 CH3 and KI on reaction results 摩尔比 收率/% 30:1 77 20:1 8O 10:1 87 5:1 87 注:加入KI和CICH3COOCH2CH3后回流45 min,回流温度80℃, 杯芳烃:碳酸钾=1:1.2。 (下转第67页) 第42卷第9期 葛大强,等:溶气气浮池气液两相流二维数值模拟 [2]孔杰.气浮法处理印染废水[J].印染,1981(4):001. 67 [3] 李洪敏,娄世松,张风华,等.聚结~气浮法处理含油污水[J].辽宁 石油化工大学学报,2009,29(4):1—3. [4] 陈成鲜,严广乐.我国水资源可持续发展系统动力学模型研究[J]. 上海理工大学学报,2000,22(2):154—159. [5]纪桂霞,徐小军,蔡志明,等.工业废水混凝沉淀的实验研究[J].上 海理工大学学报,2002,24(4):19—22. [6]Fawcett,N.The hydraulics offlotation tanks:computational modelling.in DiSSOlved—Air Flotation.Proc.Int1.Conf.Chartered Inst『J].Water and Envir.Management,1997. [7]Ta,C.,J.Beckley,and A.Eades.A muhiphase CFD model of DAF process[J].Water Science&Technology,2001,43(8):153—157. [8]S,B Kwon,N S Park,S J Lee,et a1.Examining the effect of length/ 0 1 2 3 4 5 6 7 8 width ratio on the hydro—dynamic behaviour in a DAF system using A ir content/(ml air/! wa|er) CFD and ADV techniques[J].Water Science&Technology,2006,53 (7):141—149. 图5气体体积分数沿高度的分布 [9] Emmanouil,V.,et a1.Two—phase simulations of an off—nominally 4 结语 operating dissolved—air flotation tank『J].International Journal of Environment and Pollution,2007,30(2):213—230. 本文对溶气气浮池的流场和气泡浓度场进行了模拟,得到 了气浮池内的液相速度场和气相体积分数分布。模拟结果表明 [1O]Lundh,M.,L.J ̄nsson,J.Dahlquist.Experimental studies of the fluid dynamics in the separation zone in dissolved air flotation[J].Water Research。2000.34(1):21—30. 必须采用多相流模型计算溶气气浮池流场,单相流模型存在较 大的误差。气泡的体积分数分布取决于液相流场,有必要改变 流场以实现更合理的气泡体积分数分布。二维计算的气泡体积 分数分布存在一定误差,需要考虑完整的三维技术。 参考文献 [1]王毅力,汤鸿霄.气浮净水技术研究及进展[J].环境科学进展 1999,7(6):94—103. [11]Lundh,M.,L.Jnsson,J.Dahlquist.The flow structure in the separation zone of a DAF pilot plant and therelation with bubble concentration[J].Water Science&Technology,2001,43(8):185— 194. [12]Lundh,M.,L.J ̄nsson,J.Dahlquist.The influence of contact zone configuration on the flow structure in a dissolved air flotation pilot plant [J].Water research,2002,36(6):1585—1595. ; \! 石\ Il、 石 -、 l_、 石 石 、 -写\! 石 、 -、 写 _;; (上接第64页) 结果(见表4)表明当C1CH COOCH CH,与KI的摩尔比为10:1 时产物的收率为87%,而当两者的比例进一步减小,KI的含 量增加,会使反应结束后体系颜色为深红色,使产物难于重结 晶提纯,给产物的后处理带来困难。 参考文献 朱佳.杯芳烃合成及化学修饰研究进展[J].2010,26(9):39—41. 钟志梅,姚俊学.杯芳烃及其衍生物的研究进展[J].内蒙古石油化 工,2005(2):9一l1. 3 结论 戈云,蔡亚华,颜朝国,等.一种杯芳烃酯类衍生物的简洁合成方法 [J].化学试剂,2005,27(2):111一l12. Dieter D,Mathias O,Werner M,et a1.Preparation of benzothiadiaz一 以对叔丁基苯酚和甲醛为原料,经过两步反应获得了目标 产物5,11,17,23一四叔丁基一25,27一二(乙氧基羰基甲氧基)一 26,28一二羟基杯[4]芳烃。通过单因素优化实验得到5,11,17, 23一四叔丁基一25,27一二(乙氧基羰基甲氧基)一26,28一二羟 0lyl0x0buten0ates and analogs as endothelin receptor antagonists[P]. W0rld Patent.WO:9827077.1998~O9—23. Clark D E,Eastwood P R,Harris N V,et a1.Preparation of benzimidazolyl and benzoxazo—lylaeetylaminopyridylbutyrates as integr 基杯[4]芳烃合成的适宜工艺条件为:加入KI和氯乙酸乙酯后 回流45 min,80℃的温度回流,杯芳烃与碳酸钾的物料摩尔比 为1:1.2,氯乙酸乙酯与碘化钾的摩尔比为10:1,在此条件 下第二步反应收率可达到87%。 in antagonistsl P1.World Patent,WO:0061580,2000—10—19. 李秋莲,冯炎飞,聂进,等.对叔丁基杯芳烃合成及性能研究的综合 实验[J].实验室研究与探索,2008,27(9):23—26. 

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