离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法

文档序号:4994137阅读:411来源:国知局
专利名称:离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法
技术领域
本发明涉及一种杂环化合物的合成方法,具体是一种离子液体无溶剂催化合成 7-羟基-4-甲基香豆素的方法。
背景技术
香豆素(Coumarin)化学名苯并α -吡喃酮,是一类重要的杂环化合物,香豆素类化合物具有明显的生理和生物活性,如抗凝血、抗菌和抗癌等。它还具有光学活性,可用于生产荧光增白剂、荧光分散染料和激光染料等。此外,香豆素类化合物在生产香料、杀虫剂、 食品和化妆品等方面也有广泛应用。因而,香豆素类化合物的合成一直是有机合成和药学领域的研究热点。7-羟基-4-甲基香豆素是重要的香豆素类化合物,是合成香料、化妆品、医药、农药和染料的重要中间体,它还具有光学活性,可用于生产荧光增白剂、荧光分散染料和激光染料等。目前国内的主要合成工艺是以浓硫酸为催化剂,间苯二酚和乙酰乙酸乙酯为原料, 通过Pechmarm缩合反应制备7-羟基-4-甲基香豆素,但此工艺不仅伴有磺化、氧化等副反应,后处理繁琐,而且浓硫酸对设备腐蚀严重,产生大量的废酸废水污染环境,寻找效、环保的绿色催化剂势在必行。近年来有学者陆续采用固体超强酸、杂多酸为催化剂合成羟甲香豆素,并取得一定的效果。但上述催化剂及催化技术不同程度的存在成本过高、反应条件苛刻及操作复杂等问题。《无溶剂下合成7-羟基-4-甲基香豆素》(刘贤响、魏常志等《日用化学品科学》 2010年12月第33卷第12期)公开了以一水合硫酸氢钠为催化剂,通过Pechmarm缩合反应,在无溶剂下合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法。《7-羟基-4-甲基香豆素和绿色合成》(王小蕊、宋晓平等《西北农业学报》 2010. 19(7) :35-38)公开了以复合固体超强酸S042_Ar02_Ti02为催化剂,在无溶剂条件下由间苯二酚和乙酰乙酸乙酯合成7-羟基-4-甲基香豆素。《磺酸树脂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素》(刘芳《工业催化》2007年9月第15 卷第9期)公开了磺酸树脂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的反应。另外,现有技术中还有采用四氯化锡、磷钨酸等为催化剂合成7-羟基-4-甲基香豆素的文献记载。

发明内容
本发明提供一种离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,其采用离子液体催化剂,催化活性大,收率高。本发明的另一个目的是提供了该催化剂的合成与使用方法。本发明具体采用如下技术方案一种离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,本质上包括间苯二酚和乙酰乙酸乙酯在催化剂的作用下进行酯交换反应的步骤,其特征是,所述催化剂是离子液体催化剂。具体的,所述离子液体催化剂是N-甲基咪唑硫酸氢盐或N-甲基吡咯烷酮硫酸氢
Τττ . ο所述离子液体催化剂用量为间苯二酚重量的3% _6%。催化剂的制备方法DN-甲基咪唑硫酸氢盐的制法,包括如下步骤8. 2g(0. Imo 1)的1_甲基咪唑和13. 7g(0. Imo 1)的溴代正丁烷于70°C下搅拌反应 120min,得到谈黄色蜡状的溴代1_丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Br)。在密闭容器中装入20mL 甲醇,称取22g(0. Imo 1) [BMIM]Br溶于其中,再向其中加入12. Og(0. lmol)NaHSO4,在40°C 下搅拌Mh。过滤后的清液经减压蒸馏除去残余的溶剂,得到红色黏性液体[BMIM]HS04,干
燥备用ο2) N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐的制法,包括如下步骤称取一定量的N-甲基吡咯烷酮于圆底烧瓶中,滴加入等物质的量的浓压304,滴加完毕后,升温至80°C,反应2h,冷却,将产物用乙酸乙酯洗涤3次,经真空干燥后得产品 N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐([Hnmp]HSO4),干燥备用。所述无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,包括如下步骤a.在圆底烧瓶中加入0. Imol间苯二酚、0. Ilmol乙酰乙酸乙酯以及间苯二酚重量 3%-6%的离子液体催化剂;b.搅拌至催化剂和间苯二酚全部溶解;c.加热回流,保持回流速度1D/S,回流时间为2- ;d.随着反应的进行,液体的颜色及状态变化为黄色液体一红黄色液体一红色粘稠液体一浅黄色固体,到达设置的反应时间时,停止加热;e.冷却,向其中加入25ml 60%的乙醇溶液,继续加热回流;f.固体逐渐溶解形成红色溶液,待全部溶解,冷水浴冷却结晶,抽滤、将粗产品烘干;g.将烘干的粗产品用35ml60%的乙醇溶液重结晶,将产品烘干,得7-羟基-4-甲
基香豆素。与现有技术相比,本发明的有益效果在于1)本发明的离子液体催化剂制备工艺简单,与产品易于分离和回收利用,对设备的腐蚀少;2)本发明的催化剂催化活性大,收率高,制得产品纯度高。


图1是本发明实施例8制得7-羟基-4-甲基香豆素的红外谱图;图2是本发明实施例8制得7-羟基-4-甲基香豆素的液相色谱图。
具体实施例方式实施例1-2 催化剂种类对收率的影响反应条件在三口烧瓶中加入间苯二酚11.01g(0. lmol),乙酰乙酸乙酯14. 32g(0. llmol),催化剂用量占间苯二酚用量的3% (0. 33g),考察催化剂对反应的影响, 得到的结果见表1 表1催化剂对反应的影响
序号催化剂回流时间(h)产量(g)收率(% )对比例1无2. 500对比例2氨基磺酸2. 59. 4753. 78对比例3SO42VZrO22. 59. 6554. 80实施例1N-甲基咪唑硫酸氢盐2. 510. 5559. 89实施例2N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐2. 511. 3564. 43催化剂种类对产品收率影响很大。由表1可以看出,在没有催化剂存在的情况下, 间苯二酚和乙酰乙酸乙酯是不发生合成反应的。氨基磺酸的催化效率是最低的,N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐离子液体催化剂的催化活性最大,收率最高。实施例3-7 催化剂用量对收率的影响反应条件在三口烧瓶中加入间苯二酚11.01g(0. lmol),乙酰乙酸乙酯 13. 02g(0. lmol),反应时间为2.证,催化剂为N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐,不同用量得到的结果见表2 表2催化剂用量对反应的影响
序号催化剂催化剂用量(占间苯二酚%)产量(g)产率(%)实施例3611.5465. 51实施例4511.6065.85实施例5N-甲基吡略烧酮硫酸氢盐411. 6466.08实施例6311.6966. 36实施例7211.6265.98理论上来说,随着催化剂用量的增加,反应速度加快。但考虑到反应时间和产物纯度,催化剂用量不宜过大。由表2可以看出,N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐催化剂的用量占间苯二酚的用量的百分比对反应的影响是有一定规律的,即在一定范围内,产率随催化剂的减少而升高,到达最大值时,产率又会随催化剂的减少而降低,催化剂的最佳用量为占间苯二酚用量的3%。实施例8 最佳实施例间苯二酚和乙酰乙酸乙酯的摩尔比为1 1. 1,催化剂为N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐,用量为间苯二酚用量的3%,反应回流时间为2.证。在这一改进的合成工艺下得到的产率可达到69. 60%。
a.采用红外波谱分析法对实施例8进行产品结构鉴定分析,具体分析条件为仪器岛津傅立叶变换红外光谱仪IRAffinity-I ;载体KBr产物的FT-IRumax (KBr) cm :3157cm_1 (Ar-H),1677cm-1 (C = 0),1608cm_\l450cm_1 为苯环的骨架振动,1388CHT1 (CH3),1068cm"1 (C-O),844cm"1对应的是苯环外的C = O-H面外弯曲振动,(如图1所示)。熔点合成的7-羟基-4-甲基香豆素的熔点在188°C _192°C。b.采用液相色谱分析法对7-羟基-4-甲基香豆素进行纯度分析,具体分析条件为仪器岛津高效液相色谱LC-20AT ;流动相CH30H/H20 = 80/20 ;流速1. Oml/min ; 分离柱shim-pack vp-ODS ;柱温:40°C ;检测器紫外检测器SPD-20A ;进样体积2. 5ul ;
定量分析方法面积归一法本实施例合成的7-羟基-4-甲基香豆素液相色谱图如图2所示。
权利要求
1.一种离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,本质上包括间苯二酚和乙酰乙酸乙酯在催化剂的作用下进行酯交换反应的步骤,其特征是,所述催化剂是离子液体催化剂。
2.根据权利要求1所述的离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,所述离子液体催化剂是N-甲基咪唑硫酸氢盐或N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐。
3.根据权利要求2所述的离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,所述N-甲基咪唑硫酸氢盐的制法,包括如下步骤8. 2g的1-甲基咪唑和13. 7g的溴代正丁烷于70°C下搅拌反应120min,得到淡黄色蜡状的溴代1- 丁基-3-甲基咪唑;在密闭容器中装入20mL甲醇,称取22g溴代正丁烷溶于其中,再向其中加入12. OgNaHSO4,在40°C下搅拌Mh ;过滤后的清液经减压蒸馏除去残余的溶剂,得到红色黏性液体N-甲基咪唑硫酸氢盐,干燥备用。
4.根据权利要求2所述的离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,所述N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐的制法,包括如下步骤称取一定量的N-甲基吡咯烷酮于圆底烧瓶中,滴加入摩尔量的浓H2SO4,滴加完毕后, 升温至80°C,反应2h,冷却,将产物用乙酸乙酯洗涤3次,经真空干燥后得产品N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐,干燥备用。
5.根据权利要求1或2所述的离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,其特征是,所述离子液体催化剂用量为间苯二酚重量的3% -6%。
6.根据权利要求1所述的离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,其特征是,所述无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,包括如下步骤a.在圆底烧瓶中加入0.Imol间苯二酚、0. Ilmol乙酰乙酸乙酯以及间苯二酚重量 3%-6%的离子液体催化剂;b.搅拌至催化剂和间苯二酚全部溶解;c.加热回流,保持回流速度1D/S,回流时间为2- ;d.随着反应的进行,液体的颜色及状态变化为黄色液体一红黄色液体一红色粘稠液体一浅黄色固体,到达设置的反应时间时,停止加热;e.冷却,向其中加入25ml60%的乙醇溶液,继续加热回流;f.固体逐渐溶解形成红色溶液,待全部溶解,冷水浴冷却结晶,抽滤、将粗产品烘干;g.将烘干的粗产品用35ml60%的乙醇溶液重结晶,将产品烘干,得7-羟基-4-甲基香豆素。
全文摘要
本发明涉及一种杂环化合物的合成方法,具体是一种离子液体无溶剂催化合成7-羟基-4-甲基香豆素的方法,本质上包括间苯二酚和乙酰乙酸乙酯在催化剂的作用下进行酯交换反应,其特征是,所述催化剂是离子液体催化剂。所述离子液体催化剂是N-甲基咪唑硫酸氢盐或N-甲基吡咯烷酮硫酸氢盐。本发明的离子液体催化剂制备工艺简单,与产品易于分离和回收利用,对设备的腐蚀少;催化剂催化活性大,收率高,制得产品纯度高。
文档编号B01J31/02GK102311414SQ20111018220
公开日2012年1月11日 申请日期2011年7月1日 优先权日2011年7月1日
发明者乔艳辉, 李春海, 滕俊江 申请人:广东石油化工学院
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