一种萘醌环氧化合物的制备方法与流程

1.本发明涉及环氧化合物的制备领域，具体涉及一种锰卟啉金属有机框架催化制备萘醌环氧化合物的方法。
技术背景
2.1,4-萘醌为基础的环氧化合物作为醌类化合物中的一种，广泛分布于许多天然产物中，具有抗菌、抗增生、抗真菌、抗肿瘤等活性，被广泛作为医药、农药中间体，还被用于新材料等领域。
3.现有的醌类化合物的环氧化方法往往是在碱性条件下，采用naclo、h2o2或有机氢过氧化物为氧化剂进行环氧化。该方法往往具有一定的局限性，如反应产率较低、底物范围较窄，并且反应往往需要在强碱条件下进行等。因而，探索一种更加温和高效的萘醌类化合物环氧化反应的新方法具有重要意义。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种新的萘醌环氧化合物的制备方法，本发明提供了一种新的制备路线，采用锰卟啉金属有机框架催化剂，催化氧化1,4-萘醌衍生物得到相应的环氧化合物，该方法反应条件温和，选择性和转化率高，环境友好。
5.为解决上述问题，本发明提供一种萘醌环氧化合物的制备方法，以1，4-萘醌及其衍生物为原料，在酸性环境和氧源条件下，经催化剂催化反应得到萘醌环氧化合物。
6.本发明的一些优选实施方案中，所述催化剂为金属锆与配体通过配位自组装得到，所述的配体结构为：
[0007][0008]
其中r1为-cooh、-h、卤代物、硝基、氨基，r2为-cooh、-h，r3为-cooh、-h、卤代物、硝基、氨基。
[0009]
优选的，r1为-h，r2为-cooh，r3为-h。
[0010]
otf为cf3so
3-。
[0011]
本发明的一些优选实施方案中，所述催化剂的制备方法包括以下步骤：
[0012]
将配体、锆盐、有机酸一按照质量比1:1～30：40～100加入反应容器中，然后加入酸性化合物、溶剂，在60～150℃条件下反应，反应完成后洗涤、分离提纯、干燥得到催化剂，记为mn@mn-pmof-1(zr)。
[0013]
进一步地，所述锆盐为四氯化锆、四氟化锆、四碘化锆、硝酸锆、硫酸锆等四价锆盐，优选四氯化锆。
[0014]
进一步地，所述有机酸一为苯甲酸，邻苯二甲酸，间苯二甲酸，对苯二甲酸，1,2,3-苯三甲酸，1,2,4-苯三甲酸，均苯三甲酸，优选苯甲酸。
[0015]
进一步地，所述酸性化合物为有机酸或者无机酸，包括醋酸、盐酸、硫酸、硝酸等，优选醋酸。
[0016]
进一步地，所述酸性化合物的加入量为配体质量的1％～5％。
[0017]
进一步地，所述溶剂的加入量为配体质量的100％～200％。
[0018]
进一步地，所述溶剂为n,n-二甲基甲酰胺(dmf)或n,n-二乙基甲酰胺(def)，优选n,n-二甲基甲酰胺(dmf)；
[0019]
进一步地，所述催化剂的制备方法中，配体a、锆盐、有机酸一可采用超声助溶后，可将原料全部放入反应器中然后密封放入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，并置于烘箱中加热24～60h，温度控制在60～150℃进行反应，然后冷却至室温后，加入n,n-二甲基甲酰胺漂洗、离心，重复1～3次直至上清液无色，得到棒状晶体；
[0020]
进一步地，可对得到的棒状晶体进行进一步提纯，将制得的棒状晶体依次用dmf、
丙酮离心洗涤，再将其置于盛有10毫升丙酮的离心管中，一段时间(如24小时)后用新鲜丙酮置换3-5次，过滤收集晶体，90～150℃真空干燥6～15小时后得到催化剂，记为mn@mn-pmof-1(zr)，备用。
[0021]
进一步地，所述催化剂的加入量为1，4-萘醌及其衍生物质量的1wt％～10wt％，优选3wt％-5wt％。
[0022]
进一步地，所述1，4-萘醌及其衍生物的结构式为：
[0023][0024]
其中，r1选自氢、卤素原子、氨基、c1-c4的烷基，c1-c4的烷氧基，苯甲酰基，羟乙基硫基，羟基；r2为氢，卤素原子、氨基，c1-c4的烷基，c1-c4的烷氧基，苯甲酰基，羟乙基硫基，羟基；
[0025]
优选的，所述1，4-萘醌及其衍生物选自下述结构：
[0026][0027]
进一步地，所述氧源包括氧气、过氧化物、醇中的一种或多种，优选h2o2、过氧化叔丁醇；进一步优选的，所述氧源的加入量为1，4-萘醌及其衍生物的100mol％～600mol％，优选200mol％～500mol％；
[0028]
进一步地，制备萘醌环氧化合物时在有机试剂存在条件下进行，有机试剂为二氯甲烷，乙腈，乙醇，水的一种或多种组合，优选二氯甲烷(dcm)；加入的量为每1mmol 1，4-萘醌及其衍生物加入有机试剂1～5毫升，优选2～4毫升；
[0029]
进一步地，在环氧化反应中，酸性环境通过加入酸实现，所述酸为乙酸、盐酸、硫酸、磺酸的一种或多种组合，优选乙酸；
[0030]
进一步优选的，酸的加入的量为1，4-萘醌及其衍生物的100mol％～1000mol％，优选300mol％～500mol％；
[0031]
进一步地，反应温度为0～50℃，优选20-30℃；
[0032]
进一步地，反应时间为2-5小时；反应结束后，将反应混合物过滤水洗，旋转蒸发除去有机溶剂，得到目标产物。
[0033]
与现有技术相比，本发明的优点：
[0034]
本发明制备了mn@mn-pmof-1(zr)催化剂，用于环氧化合成1,4-萘醌环氧化合物，反应条件温和，选择性和转化率高，后处理简单。
[0035]
本发明提供了一种新的金属有机框架催化制备萘醌环氧化合物的方法，反应无需在强碱条件下进行，转化率高，底物适用范围广。
具体实施方式
[0036]
下面的实施例将对本发明所提供的工艺予以进一步的说明，但本发明不限于所列出的实施例。
[0037]
分析方法：
[0038]
气相色谱仪：agilent7820a，色谱柱hp-5(30m
×
320μm
×
0.25μm)，进样口温度：240℃；分流比50:1；载气流量：1.5ml/min；升温程序：40℃保持1min，以5℃/min升温至100℃，保持2min，然后以30℃/min升温至250℃，保持5min。检测器温度：250℃。
[0039]
原料来源：
[0040]
配体a：自制，制备方法如下：
[0041][0042]
(1)称取5649.28mg(16mmol)的双(三氟甲磺酸)锰、3844.00mg(16mmol)的4-(4-甲
酰苯基)苯甲酸甲酯于2000毫升三口烧瓶中，加入288mg(16mmol)的水和500毫升二氯乙烷，氮气氛围下加热回流4小时，反应结束后，冷却至室温，加入无水硫酸钠干燥混合物，过滤有机相并旋蒸得到化合物b。
[0043]
(2)称取2956.55mg(5mmol)的化合物b于500毫升三口烧瓶中，加入100毫升丙酸，待溶液回流缓慢滴加335.45mg(5mmol)吡咯，避光回流12小时。反应结束后，将混合物冷却至室温，并通过抽滤收集沉淀物，分别用甲醇、乙酸乙酯、四氢呋喃洗涤。60℃真空干燥5小时，得到化合物c。
[0044]
(3)称取2811.06mg(1.1mmol)的化合物c和1661.00mg(13.2mmol)的mncl2于500毫升三口烧瓶中，加入100毫升dmf回流6小时。混合物冷却至室温后，加入150毫升水。将所得沉淀物过滤，用水洗涤。将所得固体溶于氯仿中，在分液漏斗中用水洗涤两次。有机相经无水硫酸钠干燥并旋蒸得到化合物d。
[0045]
(4)称取2608.43mg(1mmol)的化合物d于250毫升三口烧瓶中，加入50毫升体积比1:1的四氢呋喃(thf)和甲醇的和混合溶剂和koh(2636.70mg，47mmol)的水(25毫升)溶液。将该混合物加热至固体完全溶解，滴加1m的hcl，直至没有进一步地沉淀产生。过滤收集固体，用水洗涤并干燥，得到配体a。
[0046]
双(三氟甲磺酸)锰：购买自伊诺凯，纯度为98％；
[0047]
4-(4-甲酰苯基)苯甲酸甲酯：购买自伊诺凯，纯度为95％；
[0048]
四氯化锆：购买自阿拉丁，纯度为98％；
[0049]
苯甲酸：购买自阿拉丁，纯度为99％；
[0050]
n,n-二甲基甲酰胺：购买自阿拉丁，纯度为99％；
[0051]
过氧化氢：购买自安耐吉，纯度为99％；
[0052]
过氧化叔丁醇：购买自伊诺凯，纯度为99％；
[0053]
二氯甲烷；购买自科密欧，纯度为99％；
[0054]
乙腈：购买自科密欧，纯度为98％。
[0055]
2-羟基-3-植基-1,4-萘醌：cas:107421-74-9购买自伊诺凯，纯度为99％；
[0056]
2,3-二氢-1,4-萘醌：cas：130-15-4，购买自伊诺凯，纯度为99％；
[0057]
2-氨基-3-氯-1,4-萘醌：cas:2797-51-5，购买自伊诺凯，纯度为99％；
[0058]
2-氨基萘-1,4-二酮：cas:2348-81-4，购买自伊诺凯，纯度为99％；
[0059]
2,3-二氯-1,4-萘醌：购买自伊诺凯，纯度为99％。
[0060]
催化剂制备例1：
[0061]
将配体a(r2＝cooh，r1＝h，r3＝h)、四氯化锆、苯甲酸按照质量比1:15：80加入反应容器中，然后加入配体a质量的3％的醋酸、配体a质量的150％的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)放入反应器中，然后密封放入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，并置于烘箱中加热48h，温度控制在90℃，冷却至室温后，加入n,n-二甲基甲酰胺漂洗、离心，重复3次直至上清液无色，得到棒状晶体；
[0062]
将得到的棒状晶体依次用dmf、丙酮离心洗涤，再将其置于盛有10毫升丙酮的离心管中，24小时后用新鲜丙酮置换5次，过滤收集晶体，120℃真空干燥9小时后得到催化剂mn@mn-pmof-1(zr)，记为mn@mn-pmof-1(zr)-1，备用；
[0063]
催化剂制备例2：
[0064]
将配体a(r2＝cooh，r1＝h，r3＝h)、四氯化锆、苯甲酸按照质量比1:1：40加入反应容器中，然后加入配体a质量的1％的醋酸、配体a质量的100％的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)放入反应器中，然后密封放入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，并置于烘箱中加热48h，温度控制在60℃，冷却至室温后，加入n,n-二甲基甲酰胺漂洗、离心，重复3次直至上清液无色，得到棒状晶体；
[0065]
将得到的棒状晶体依次用dmf、丙酮离心洗涤，再将其置于盛有10毫升丙酮的离心管中，24小时后用新鲜丙酮置换5次，过滤收集晶体，120℃真空干燥9小时后得到催化剂mn@mn-pmof-1(zr)，记为mn@mn-pmof-1(zr)-2，备用；
[0066]
催化剂制备例3：
[0067]
将配体a(r2＝cooh，r1＝h，r3＝h)、四氯化锆、苯甲酸按照质量比1:30：100加入反应容器中，然后加入配体a质量的5％的醋酸、配体a质量的200％的n,n-二甲基甲酰胺(dmf)放入反应器中，然后密封放入带有聚四氟内衬的水热反应釜中，并置于烘箱中加热60h，温度控制在150℃，冷却至室温后，加入n,n-二甲基甲酰胺漂洗、离心，重复3次直至上清液无色，得到棒状晶体；
[0068]
将得到的棒状晶体依次用dmf、丙酮离心洗涤，再将其置于盛有10毫升丙酮的离心管中，24小时后用新鲜丙酮置换5次，过滤收集晶体，150℃真空干燥15小时后得到催化剂mn@mn-pmof-1(zr)，记为mn@mn-pmof-1(zr)-3，备用；
[0069]
实施例1-10：
[0070]
称取化合物e 2-羟基-3-植基-1,4-萘醌(452.67mg,1mmol)，mn@mn-pmof-1(zr)-1(11.90mg,3.00wt％)，酸(3mmol)于带循环冷却水的反应管中，氮气条件下加入溶剂(2ml)，加入氧源(3mmol)或者常压氧气球置入，开启搅拌，控制循环水温度，反应结束后，离心分离收集上清液，用二氯甲烷洗涤，旋转蒸发除去有机溶剂，得到目标产物。优化实验结果如下表所示。
[0071]
实施例氧源酸有机试剂温度/℃转化率/％选择性/％1过氧化氢盐酸乙醇2065802过氧化叔丁醇盐酸乙腈2055353氧气乙酸乙醇2050904过氧化氢硫酸乙醇2045835过氧化氢磺酸乙醇2055806过氧化氢乙酸dcm2093957过氧化氢乙酸水2047758过氧化氢乙酸dcm085929过氧化氢乙酸dcm10889310过氧化氢乙酸dcm309799
[0072]
反应路线示意：
[0073]
实施例11：
[0074]
采用与实施例10相同的方法制备1，4-萘醌衍生环氧化合物，其主要区别之处在于，原料为2,3-二氢-1,4-萘醌，加入了2mmol过氧化氢和8mmol乙酸，反应温度30℃。
[0075]
实施例12：
[0076]
采用与实施例10相同的方法制备1，4-萘醌衍生环氧化合物，其主要区别之处在于，原料为2-氨基-3-氯-1,4-萘醌，加入了5.0mgmn@mn-pmof-1(zr)-3和4mmol乙酸，反应温度30℃。
[0077]
实施例13：
[0078]
采用与实施例10相同的方法制备1，4-萘醌衍生环氧化合物，其主要区别之处在于，原料为2-氨基萘-1,4-二酮，加入了5mmol过氧化氢和5mmol乙酸，反应温度30℃。
[0079]
实施例14：
[0080]
采用与实施例10相同的方法制备1，4-萘醌衍生环氧化合物，其主要区别之处在于，原料为2,3-二氯-1,4-萘醌，加入了25.00mgmn@mn-pmof-1(zr)-2，有机试剂加入量为4ml反应温度30℃。
[0081]
实施例11-14实验结果如表2所示：
[0082]
表2
[0083] 温度(℃)转化率(％)选择性(％)实施例11309697实施例12309798实施例13309799实施例14309798

技术特征：
萘醌及其衍生物质量的1wt％～10wt％，优选3wt％-5wt％；优选地，所述1，4-萘醌及其衍生物的结构式为：其中，r1选自氢、卤素原子、氨基、c1-c4的烷基，c1-c4的烷氧基，苯甲酰基，羟乙基硫基，羟基；r2为氢，卤素原子、氨基，c1-c4的烷基，c1-c4的烷氧基，苯甲酰基，羟乙基硫基，羟基；优选的，所述1，4-萘醌及其衍生物选自下述结构：6.根据权利要求1-5任一项所述的制备方法，其特征在于，所述氧源包括氧气、过氧化物、醇中的一种或多种，优选h2o2、过氧化叔丁醇；优选地，所述氧源的加入量为1，4-萘醌及其衍生物的100mol％～600mol％，优选200mol％～500mol％。7.根据权利要求1-6任一项所述的制备方法，其特征在于，制备萘醌环氧化合物时在有机试剂存在条件下进行，有机试剂为二氯甲烷，乙腈，乙醇，水的一种或多种组合，优选二氯甲烷；加入的量为每1mmol 1，4-萘醌及其衍生物加入有机试剂1～5毫升，优选2～4毫升。8.根据权利要求1-7任一项所述的制备方法，其特征在于，在环氧化反应中，酸性环境通过加入酸实现，所述酸为乙酸、盐酸、硫酸、磺酸的一种或多种组合，优选乙酸；优选地，酸的加入的量为1，4-萘醌及其衍生物的100mol％～1000mol％，优选300mol％～500mol％。9.根据权利要求1-8任一项所述的制备方法，其特征在于，环氧化反应的反应温度为0～50℃，优选20-30℃。

技术总结
本发明提供一种萘醌环氧化合物的制备方法，以1，4-萘醌及其衍生物为原料，在酸性环境和氧源条件下，经催化剂催化反应得到萘醌环氧化合物。该方法为萘醌环氧化提供了新的思路，具有优异的选择性和收率。具有优异的选择性和收率。


技术研发人员：张森 何岩
受保护的技术使用者：万华化学集团股份有限公司
技术研发日：2022.01.13
技术公布日：2022/3/8