2,2＇-二烷氧基-4,4＇-联苯二甲酸及其合成方法

专利名称：2,2＇-二烷氧基-4,4＇-联苯二甲酸及其合成方法
技术领域：
本发明涉及一种2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸及其合成方法。
背景技术：
金属有机骨架材料(MOFs: Metal-organic Frameworks)因其在异相催化、 分离、吸附、气体储存和离子交换等领域的广泛应用，而成为各国科学家的研 究热点。而合成MOFs材料常用的配体是4,4'-联吡啶类和联苯二甲酸类化合物。 而2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸，如2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸、2,2'-二甲氧 基-4,4'-联苯二甲酸等，都属于联苯二甲酸类，以此为配体可合成具有多功能的 MOFs材料。
但是2,2'-二甲氧基-4，4'-联苯二甲酸、2，2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸和2，2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸均未见文献报道。
2，2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸仅有一篇相关合成文献是以3-羟基苯甲酸为原 料，先溴代得到4-溴-3-羟基苯甲酸，后用硫酸二甲酯甲基化，得到4-溴-3-甲氧 基苯甲酸甲酯，它和铜粉一起加热反应，得到偶联产物2,2'-二甲氧基-4,4'-联苯 二甲酸甲酯(总产率为3.5%)，再用吡啶盐酸盐水解脱甲基，得到2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸(此步的产率未提供，见US 5200495号专利)。但是美国专利中溴代 物Ullmann偶合的低产率和吡啶盐酸盐水解脱甲基反应的低产率。

发明内容
本发明的目的之一是提供一种新物质2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸，本发 明的目的另一目的是提供2，2'-二烷氧基-4，4'-联苯二甲酸的合成方法；本发明的 目的之三是克服现有技术产率低的不足而改进了 2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸的 合成方法。
本发明的技术方案为 一种2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸，其特征在于其 结构通式为
<formula>formula see original document page 5</formula> 其中R为-CHs、 -CH2CH3或-CH(CH3)2。
本发明还提供了 2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸化合物的合成方法，其具体 步骤为
A、 将3-垸氧基苯甲酸(l)溶于氨水中，按碘、碘化钾、水和3-烷氧基苯甲 酸的摩尔比为0.8 1: 1~3: 50~60: l的比例，将碘和碘化钾的水溶液滴加到3-垸氧基苯甲酸的氨水溶液中，搅拌反应20-60分钟；再用盐酸酸化，抽滤分离沉 淀；滤液用乙酸乙酯萃取，萃取液分离的固体与抽滤得到的沉淀合并，水洗，抽 滤，用乙醇重结晶得4-碘-3-垸氧基苯甲酸(2);
B、 按摩尔比为1~6: 1~4: 13~55: l将硫酸二甲酯、碳酸钾、丙酮和4-碘 -3-烷氧基苯甲酸(2)混合，搅拌回流反应2 30小时后，加蒸馏水停止反应；蒸除 丙酮，残留物用氯仿萃取，萃取液经旋蒸、重结晶得4-碘-3-垸氧基苯甲酸甲酯 (3);
C、 将步骤B得到的4-碘-3-垸氧基苯甲酸甲酯(3)和铜粉充分研磨，氩气保 护下，在210-220。C搅拌反应2-4小时；冷却后，用乙酸乙酯萃取，萃取液经旋 蒸、重结晶得2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(4);
D、 将步骤C得到的2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(4)和甲醇、氢氧化 钾混合，搅拌下，回流反应后，停止加热，加入去离子水淬灭反应；用乙醚萃取， 水层用2-6M盐酸(硝酸或硫酸)调节pI^2-4，出现沉淀，抽滤、干燥得2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸(5)。
其中将步骤D得到的2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸(5)、氢溴酸和冰醋酸混 合，搅拌下，回流反应后，停止加热，降至20-25。C后，沉淀经抽滤、水洗、干 燥得2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸(6)。
具体合成路线如下
<formula>formula see original document page 6</formula>所述的原料3-垸氧基苯甲酸(1)为3-羟基苯甲酸、3-甲氧基苯甲酸、3-乙氧
基苯甲酸或3-异丙氧基苯甲酸；其结构式为
<formula>formula see original document page 6</formula>其中R为-CH3、 -CH2CH3或-CH(CH3)2。 其中步骤A中的氨水质量百分浓度优选为26~28%。 上述步骤B中，重结晶溶剂为乙酸乙酯和石油醚，其体积比为1:5 9。 步骤C中，4-碘-3-垸氧基苯甲酸甲酯(3)和铜粉的摩尔比为1: 12~15。 步骤D中，2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(4)和氢氧化钾的摩尔比为1: 6~10，回流温度为50-90°C，反应时间为0.5 3小时。甲醇为溶剂。
步骤E中，2,2'-二垸氧基-4，4'-联苯二甲酸甲酯(5)和氢溴酸的摩尔比为1: 7~9，回流温度为卯 130。C，反应时间为5 10小时。 有益效果
1、本发明是发现一种2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸的合成方法，该类化合 物具有芳香族二元酸的化学反应性，可生成酸酐、酯、酰胺等；也可作为生产防
锈剂、医药、染料、颜料和农药的原料。
2、 本发明的2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸，因垸氧基的引入，提高了4,4'-联苯二甲酸类化合物的溶解性，从而提高了该类物质的实用性。
3、 本发明的2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸，因烷氧基的引入，改变了4,4'-联苯二甲酸的共平面性，将使该类物质具有不同的电子特性。
4、 本发明的合成方法操作简单，条件温和，产率较高。
5、 本发明通过改进路线和提纯方法，克服了美国专利中溴代物Ullmann偶 合的低产率和吡啶盐酸盐水解脱甲基反应的低产率，采用碘代物Ullmann偶合和 两步水解法，合成了 2，2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸，总产率为33.4%,高于美国 专利(US 5200495)至少十倍。
具体实施例方式
下面通过实例对本发明作进一步说明，但不限制本发明的保护范围。 实施例一 2，2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸的制备
A、 4-碘-3-羟基苯甲酸的制备
将碘(7.82 g， 30.7 mmol)禾n KI(6.10 g, 36.5 mmol)溶于34 mL水，搅拌下在 15分钟内，将其滴加到3-羟基苯甲酸(4.60 g, 33.3 mmol)的质量百分浓度为26% 氨水(67mL)溶液中，再继续搅拌25分钟。用质量百分浓度为37%盐酸酸化， 抽滤分离沉淀。用乙酸乙酯(60X3mL)萃取滤液，萃取液分离的固体与抽滤得 到的沉淀合并，水洗、重结晶得白色晶体4-碘-3-羟基苯甲酸(4.30g, 16.4mmo1)， 产率62%。
'HNMR(^-DMSO): 3 7.13-7.14(d, 1H), 7.42(s, 1H), 7.79-7.81(d, 1H)。
B、 4-碘-3-甲氧基苯甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-羟基苯甲酸(2.01 g,7.6mmo1)， 3.6mL硫酸二甲酯，K2CO3(3.10g， 22.7 mmol)和10 mL丙酮加入烧瓶中，回流12小时。加入40 mL水停止反应。 蒸除丙酮，残留物用CHCb (20X3mL)萃取。萃取液经旋蒸、重结晶得无色晶 体4_碘_3_甲氧基苯甲酸甲酯(2.80 g, 9.5 mmol)，产率83.9%。
NMR(CDC13): 3 3.94(s, 3H)， 3.96(s, 3H), 7.38-7.40(d, 1H)， 7.47(s， 1H), 7.86-7.88(d, 1H)。
C、 2,2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-甲氧基苯甲酸甲酯(6.40 g, 21.9 mmol)与铜粉(20.00 g, 314.7 mmol)
充分研磨，氩气保护下，在22(TC搅拌反应3小时。冷却，用乙酸乙酯萃取，萃取液经旋蒸、重结晶得到2,2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(2.70 g， 8.2 mmol)， 产率74%。
NMR(CDC13): 3 3.85(s, 6H), 3.97(s, 6H)， 7.32-7.33(d, 2H), 7.67(s, 2H), 7.72-7.73(d, 2H)。
D、 2,2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸的制备
将2，2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(5.00 g, 15 mmol)、氢氧化钾(6.70 g， 120 mmol)和50 mL甲醇混合，65 。C下搅拌回流1小时。加入30 mL去离子水， 再用乙醚(30X3 mL)萃取。水层用6M盐酸中和至pH-2，出现白色沉淀。抽 滤，干燥得白色固体2,2'-二甲氧基-4,4'-联苯二甲酸(。16111406) (4.40 g, 14 mmol)， 产率为95%。
'H NMR(/-DMSO): 3 3.78(s, 6H), 7.28-7.30(d, 2H), 7.58(s， 2H)， 7.60-7.61(d, 2H)。元素分析(<:16111406):理论值(。/。)，C, 63.57; H, 4.67;实测值(％), C， 63.82; H, 4.78。 m/z: 303.1(M+l)。
实施例二 2,2'-二羟基-4，4'-联苯二甲酸的制备
将2,2'-二甲氧基-4，4'-联苯二甲酸(1.10g，3.6mmo1)、氢溴酸(4mL)和冰醋 酸(10mL)混合，125 'C下搅拌回流8小时后，冷却、抽滤、水洗、干燥得2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸(C"HK)06)(0.90 g, 3.3 mmol)，产率为91.2 %。
& NMR(/-DMSO): <5 7.54國7.57(d, 2H)， 7.65(s, 2H), 7.72-7.75(d, 2H);元素分 析(C,4Hk)06):理论值(％), C, 61.32; H, 3.67;实测值(％) C, 61.16; H, 3.86。 m/z: 275.2(M+l)。
实施例三2,2'-二乙氧基-4，4'-联苯二甲酸的制备
A、 4-碘-3-乙氧基苯甲酸的制备
将碘(13.96g，55mmol)和KI(10.46g，63mmo1)溶于70mL水，搅拌下，将 其滴加到3-乙氧基苯甲酸(5.53 g, 33.3 mmol)的质量百分浓度为27%氨水(75 mL) 溶液中，时间控制在20分钟，再继续搅拌40分钟。用质量百分浓度为36%盐酸 酸化，抽滤分离沉淀。用乙酸乙酯(70X3 mL)萃取滤液，萃取液分离的固体 与抽滤得到的沉淀合并，水洗、重结晶得白色晶体4-碘-3-乙氧基苯甲酸(4.57 g， 15.7mmo1)，产率47.1%。
'H NMR(^-DMSO): 1.29-1.33(t, 3H), 3.90-3.97(q, 2H)， 7.35-7.39(d, 1H), 7.47(s, 1H), 3 7.73陽7.75(d, 1H)。
B、 4-碘-3-乙氧基苯甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-乙氧基苯甲酸(2.21 g,7.6mmo1)， 1.5mL硫酸二甲酯，K2CO3(2.10 g, 15.2mmol)和20 mL丙酮加入烧瓶中，回流18小时。加入40 mL水停止反应。 蒸除丙酮，残留物用CHC13 (20X3 mL)萃取。萃取液经旋蒸、重结晶得4-碘-3-乙氧基苯甲酸甲酯(1.75 g, 5.7mmo1)，产率75.2%。
'H NMR(CDC13): 3 1.33-1.35(t， 3H)， 3.40-3.42(q， 2H), 3.卯(s， 3H), 7.21-7.24(d, 1H), 7.31(s， 1H), 7.66-7.69(d, 1H)。
C、 2,2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-乙氧基苯甲酸甲酯(6.70 g, 21.9 mmol)与铜粉(18.77 g, 295.6廳ol) 充分研磨，氩气保护下，在21(TC搅拌反应4小时。冷却，用乙酸乙酯萃取，萃 取液经旋蒸、重结晶得到2，2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(2.93 g, 8.2 mmol)， 产率75%。
NMR(CDC13): 5 1.31-1.34(t, 6H), 3.88(s， 6H), 3.97-3.99(q, 4H), 7.48-7.50(d, 2H)， 7.56(s, 2H), 7.60-7.62(d, 2H)。
D、 2,2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸的制备
将2,2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(5.34 g, 15 mmol)、氢氧化钾(8.41 g, 150mmol)和100 mL甲醇混合，80 °。下搅拌回流3小时。加入50 mL去离子水， 再用乙醚(30X3 mL)萃取。水层用3M硫酸滴定到pH值约等于2，出现白色 沉淀。抽滤，干燥得2,2'-二乙氧基-4,4'-联苯二甲酸(C18H1806) (4.68 g, 14.25 mmol)，产率为95%。
'H NMR(/-DMSO): <5 1.31-1.36(t, 6H), 3.95-3.98(q, 4H), 7.31-7.35 (d, 2H)， 7.61(s， 2H), 7.70-7.72(d, 2H)。元素分析(<:18111806):理论值(％), C， 65.45; H, 5.49; 实测值(％), C, 65.58; H, 5.62。 m/z: 331.3(M+l)。
实施例四2,2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸的制备
A、 4-碘-3-异丙氧基苯甲酸的制备
将碘(13.96 g, 55 mmol)和KI(10.96 g, 66 mmol)溶于70mL水，搅拌下，将 其滴加到3-异丙氧基苯甲酸(6.00 g, 33.3mmol)的质量百分浓度为28%氨水(80 mL)溶液中，时间控制在20分钟，再继续搅拌30分钟。用质量百分浓度为37% 盐酸酸化，抽滤分离沉淀。用乙酸乙酯(80X3 mL)萃取滤液，萃取液分离的 固体与抽滤得到的沉淀合并，水洗、重结晶得4-碘-3-异丙氧基苯甲酸(4.23 g, 13.8 mmol)，产率41.5%。
'H NMR(/-DMSO): 3 1.37-1.41(d, 6H), 3.95-4.12(m, 1H), 7.34画7.35(d, 1H)，
7.47(s, 1H), 7.73-7.74(d, 1H)。
B、 4-碘-3-异丙氧基苯甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-异丙氧基苯甲酸(2.20 g, 7.2 mmol)， 2.0mL硫酸二甲酉旨，K2C03(2.78 g, 20.1 mmol)禾卩40 mL丙酮加入烧瓶中，回流18小时。加入40 mL水停止反应。 蒸除丙酮，残留物用CHCl3 (20X3mL)萃取。萃取液经旋蒸、重结晶得4-碘-3-异丙氧基苯甲酸甲酯(1.62 g， 5.06mmo1)，产率70.3%。
NMR(CDC13): <5 1.36-1.39(d， 6H), 3.90(s, 3H), 4.08-4.12(m, 1H), 7.23-7.25(d, 1H), 7.31(s, 1H), 7.66-7.68(d, 1H)。
C、 2,2'-二异丙氧基-4，4'-联苯二甲酸甲酯的制备
将4-碘-3-异丙氧基苯甲酸甲酯(7.01 g, 21.9 mmoI)与铜粉(20.99 g, 328.1 mmol)充分研磨，氩气保护下，在210。C搅拌反应4小时。冷却，用乙酸乙酯萃 取，萃取液经旋蒸、重结晶得到2,2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯 (C22H26O6)(3.01 g, 7.80讓ol),产率71.2%。
NMR(CDC13): (5 1.31-1.33(d, 12H), 3.92(s， 6H)， 4.12-4.17(m, 2H)， 7.39-7.42(d, 2H)， 7.58(s, 2H), 7.65-7.67(d, 211)。元素分析((:22112606):理论值(％)， C, 68.38; H, 6.78;实测值(％), C， 68.45; H, 6.96。 m/z: 387.4(M+l)。
D、 2,2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸的制备
将2,2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(5.34 g， 15 mmol)、氢氧化钾(5.05 g, 90mmol)和100 mL甲醇混合，85 。C下搅拌回流2.5小时。加入50mL去离子水， 再用乙醚G0X3mL)萃取。水层用3M硝酸滴定至pH二2，出现白色沉淀。抽 滤，干燥得2,2'-二异丙氧基-4,4'-联苯二甲酸(C20H22O6) (5.00 g， 13.95醒ol)， 产率为93%。
'H NMR(/-DMSO): (5 1.30-1.33(d, 12H), 4.15-4.17(m, 2H), 7.52-7.54 (d， 2H), 7.65(s, 2H), 7.72-7.74(d, 2H)。元素分析(<:20112206):理论值(％): C, 67.02; H, 6.19; 实测值(％), C, 67.22; H, 6.28。 m/z: 359.4(M+l)。
权利要求
1.一种2，2′-二烷氧基-4，4′-联苯二甲酸，其特征在于其结构通式为其中R为-CH3、-CH2CH3或-CH(CH3)2。
2. —种如权利要求l所述的2，2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸的合成方法，其 具体步骤为A、 将3-垸氧基苯甲酸(l)溶于氨水中，按碘、碘化钾、水和3-烷氧基苯甲 酸的摩尔比为0.8-1: 1~3: 50~60: l的比例，将碘和碘化钾的水溶液滴加到3-垸氧基苯甲酸的氨水溶液中，搅拌反应20-60分钟；再用盐酸酸化，抽滤分离沉 淀；滤液用乙酸乙酯萃取，萃取液分离的固体与抽滤得到的沉淀合并，水洗，抽 滤，用乙醇重结晶得4-碘-3-垸氧基苯甲酸(2);B、 按摩尔比为1~6: 1~4: 13~55: l将硫酸二甲酯、碳酸钾、丙酮和4-碘 -3-烷氧基苯甲酸(2)混合，搅拌回流反应2 30小时后，加蒸馏水停止反应；蒸除 丙酮，残留物用氯仿萃取，萃取液经旋蒸、重结晶得4-碘-3-烷氧基苯甲酸甲酯 (3);C、 将步骤B得到的4-碘-3-烷氧基苯甲酸甲酯(3)和铜粉充分研磨，氩气保 护下，在210-22(TC搅拌反应2-4小时；冷却后，用乙酸乙酯萃取，萃取液经旋 蒸、重结晶得2,2'-二垸氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(4);D、 将步骤C得到的2，2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸甲酯(4)和甲醇、氢氧化 钾混合，搅拌下，回流反应后，停止加热，加入去离子水淬灭反应；用乙醚萃取， 水层用2-6M盐酸(硝酸或硫酸)调节？11 = 2-4，出现沉淀，抽滤、干燥得2,2'-二烷氧基-4,4'-联苯二甲酸(5)。
3. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于步骤A中的氨水质量百分 浓度为26~28%。
4. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于所述的3-垸氧基苯甲酸(1) 为3-羟基苯甲酸、3-甲氧基苯甲酸、3-乙氧基苯甲酸或3-异丙氧基苯甲酸。
5. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于步骤B中，重结晶溶剂为 乙酸乙酯和石油醚，其体积比为1:5 9。
6. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于步骤C中，4-碘-3-烷氧基 苯甲酸甲酯(3)和铜粉的摩尔比为1: 12~15。
7. 根据权利要求2所述的合成方法，其特征在于步骤D中，2,2'-二烷氧基 -4,4'-联苯二甲酸甲酯(4)和氢氧化钾的摩尔比为1: 6~10，回流温度为50-90。C， 反应时间为0.5 3小时。
8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于将步骤D得到的2,2'-二烷氧基 -4,4'-联苯二甲酸(5)、氢溴酸和冰醋酸混合，搅拌下，回流反应后，停止加热， 降至20-25'C后，沉淀经抽滤、水洗、千燥制得2,2'-二羟基-4,4'-联苯二甲酸(6)。
全文摘要
本发明涉及一种2，2′-二烷氧基-4，4′-联苯二甲酸化合物及其合成方法。该类化合物具有如右结构通式，其中R分别为-CH₃、-CH₂CH₃或-CH(CH₃)₂。本发明的特点是反应原料易得，反应条件温和，宜于规模化工业生产。
文档编号C07C51/347GK101362688SQ20081015640
公开日2009年2月11日 申请日期2008年10月9日 优先权日2008年10月9日
发明者包魏魏, 朱敦如, 旋 沈, 王晓珠 申请人:南京工业大学