专利名称：2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲络啉的一步合成方法
技术领域：
本发明属于有机合成领域，特别是涉及高效合成2，9_ 二甲基-4，7- 二苯基-1， 10-菲络啉的方法。
背景技术：
1，10-啡络啉化合物是研究和应用最广泛的含氮杂环螯合剂之一。作为一个重要 的配体，其很多络合物在很多领域内都发挥了重要的作用(P. G. Sammes,G. Yahioglu,Chem. Sov. Rev.，1994，23，327)。以1，10-菲咯啉衍生物为配体的络合物具有良好的光学性质， 可以作为光敏剂和光催化剂(R. Sahai, L. Morgan, D. P. Killema, Inorg. Chem.，1988，27， 3495)。特别是对称二取代的1，10-菲咯啉衍生物，由于此类物质能够保持配位体的两部分 对称，能够很好的避免与金属络合时产生立体异构现象，因此是一类特别重要而且值得研 究的化合物。2，9_ 二甲基-4，7_ 二苯基-1，10-菲咯啉是1，10-啡络啉衍生物中重要的一个化 合物，可以用来检测铜离子，还可以用在光电材料方面。2，9_二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲 咯啉因为多个苯环结构，熔点高达288°C，能级3. 3eV,因此在OLED中常用来作为激子/空 穴阻挡材料。但是2，9_ 二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉的合成不是很理想，目前合成 这类材料主要是Skraup和Doebner-von Miller合成法，需要用到砷酸或五氧化砷(Case F. H.，BrennanJ.A.，J. Org. Chem.，1954，19，919.)；需要三步反应，反应很剧烈，产率只有百 分之几，不适合工业化。这些方法的缺点是中间产品多、产率极低，仅配制少量产品就要花 费很长的时间，而且步骤复杂，从经济效益角度上面来说效益差。捷克专利CS146030提出 了用一步法来合成2，9- 二甲基-4，7- 二苯基-1，10-菲咯啉，虽然把合成路线从三步改为 一步，节省了大量的人力，但是仍然是砷作为氧化剂，环境污染也很重；而且重复性差，后处 理也很复杂，因此需要寻找不使用砷化合物作为氧化剂的合成路线。捷克专利CS226921中 提到了用四氯氢醌、DDQ等作为氧化剂来合成1，10-啡络啉化合物，这个方法虽然摆脱了砷 化合物的使用，但是在工业化过程中遇到很大的问题，四氯氢醌在反应后不溶于酸性溶液 和有机溶剂，难于处理；而且在后处理大量产品会被损失，产率也只有不到10%。根据目前 已经报道的合成方法，需要寻找既环保又产率高的方法。
发明内容
2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲咯啉在通过 Skraup 和 Doebner-von Miller 方法合成，存在产率低和高污染的问题；本发明从这一类化合物的合成的反应机理出发，选 用无污染的反应原料，同时改善反应条件，使反应易控，后处理容易，同时提高了反应产率， 产品纯度高。2，9_ 二甲基-4，7_ 二苯基-1，10-菲络啉(如式I)的一步合成方法，将邻苯二胺 和式III在混合缩水剂的条件下一步合成反应得到，所述混合缩水剂为盐酸与有机酸的混 合物，
所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中的一种或几种。所述盐酸与有机酸混合物的体积比为1:9-9: 1.所述盐酸与有机酸混合物的体积比为3 7-7 3.所述合成反应包括如下步骤1)向邻苯二胺的浓盐酸溶液中分批加入式III，在 50-90°C下，反应2-10小时；2)加入有机酸，在90-110°C，回流反应在2-10小时。所述步骤⑴的反应条件为70-85°C下，反应2-8小时，所述步骤⑵的反应条件 为90-100°C，回流反应在2-8小时。所述步骤(1)采用如下方法将盐酸加入反应容器，邻苯二胺在室温下分批加入 反应瓶，搅拌1-6小时后加入式III反应。所述合成反应还包括后处理步骤，所述后处理步骤为将得到的最终反应液在 0-5°C时加入氨水，调PH= 10-13，去掉水层，加入酮类溶剂，析出固体；抽滤，洗涤，干燥。所述酮类溶剂为丙酮、甲基丙酮、丁酮、2，5-己二酮中的一种或几种。根据现有技术中2，9_ 二甲基-4，7_ 二苯基-1，10-菲咯啉(式I)的一步合成方
法，其合成路线如下 该反应用邻二苯胺(上图中表示的式II是盐酸盐结构)作为起始原料，在酸性环 境需要转化为盐酸盐，这样容易进行反应；在酸性环境中，式II中的胺基会与III发生加成 反应生成IV，并很快转化为V，化合物V中还有一个胺基，它继续与III重复上面反应，得到 化合物I。其实其反应机理为邻苯二胺与烯酮式结构发生反应，合成1，10-菲咯啉结构，以 前合成工艺采用浓硫酸、浓磷酸作为缩水剂，五氧化砷或砷酸作为氧化剂，合环和脱氢条件 剧烈，因此产率低、副反应多。要控制产率需要保持两步连续反应顺利进行，选择合适的氧 化剂和脱水剂，降低反应条件。化合物III因为存在双键，在强酸环境下容易发生聚合，因 此化合物III滴加到反应体系，减少副产物的生成。加完化合物III维持温度不变，得到化 合物IV、V，加入有机酸促进了缩合反应，同时还起到相转移的作用；用本发明混合缩水剂 降低了回流温度，减少了副反应的产生。反应结束得到的产品是盐酸盐的形式，需要用碱将 其释放出来，氨水是非常经济和有效的。处理结束的混合物用酮类处理，副产物溶解在酮类 溶剂，析出高纯度产品。所述酮类溶剂为丙酮、甲基丙酮、丁酮、2，5_己二酮中的一种或几 种。
在整个的反应过程中，II、III加入时间间隔严重影响到产品产率，时间间隔1 6小时，合适的时间在2 4小时。III加入温度可以控制在50-90°C，适合温度60_90°C， 最优的温度在70-85 °C。本专利的合成工艺可以按照下面进行(1)盐酸加入反应容器，II在室温下分批加入反应瓶，搅拌1-6小时，II转化为盐
酸盐形式。(2)在70-85°C下加入III，在此温度下反应2_8小时，II的盐酸盐转化为IV、V, 有机酸分批加入。(3)升高温度回流，温度在90_100°C，反应在2_8小时结束。(4)反应液在0_5°C滴加氨水，PH = 8_10，去掉水层，加入酮类溶剂，搅拌、析出固 体；抽滤，洗涤，干燥。上面提供的工艺解决了目前产率低、副产物多，减少了环境污染，具有以下优点(1)邻苯二胺盐酸盐在盐酸条件下与III反应转化为IV、V，有机酸起到相转移催 化剂和缩水剂作用，有机酸作为缓冲试剂，减少III的聚合反应，使反应的副产物少，纯度 高反应温和易控。(2)因为无污染物质加入及产生，废液可以安全排放。(3)酮溶剂减少分离步骤，减少产品的损失，提高产率。
图1实施例1化合物的DSC谱图，产品熔点288. 77°C。实验仪器2910MDSCV4.4E，检测条件10°C /min, N2图2对比例1化合物的DSC谱图，产品熔点287. 96 V。实验仪器2910MDSCV4.4E，检测条件10°C /min, N2图3实施例1化合物的TGA谱图实验仪器=TGAQ5000 V3. 5 Build 252，检测条件10°C /min, N2图4对比例1化合物的TGA谱图。实验仪器=TGAQ5000 V3. 5 Build 252，检测条件10°C /min, N2具体实施方法下面结合实施例对本发是明作进一步的详述。原料准备1-1 (巴豆酰氯制备)先将巴豆酸Ikg(Imol)投入5L的反应瓶内，搅拌下缓慢加入氯化亚砜 1650ml (1. 5mol)，会产生大量的HCl。在室温搅拌反应至气体不再剧烈发生，缓慢升温至回 流。反应结束后常压蒸馏，收集116-124°C馏分871g，产率72%。1-2 :(化合物III制备)将苯461加入100L反应瓶内，搅拌下将无水三氯化铝21. 75kg分批加入反应瓶。 冷却至0-5°C，滴加巴豆酰氯11. 6kg，维持温度在5°C以下，反应瓶中出现大量亮黄色固体， 并且逐渐增多。酰氯全部加完，维持温度在5-10°C之间搅拌反应，直到不再产生HCl气体； 将反应物分批倒入冰和浓盐酸(3 1)的混合物中，亮黄色固体溶解。静止分层，上层为浅黄色有机层，下层为略有浑浊的水层。水层用201乙酸乙酯萃取2次，饱和食盐水501洗涤 苯层和乙酸乙酯2次，10%氢氧化钠水溶液洗涤有机层中性，再用饱和食盐水洗2次，无水 硫酸钠充分干燥。减压蒸馏除去低沸点溶剂，再减压蒸馏收集144-164 馏分10. 5kg，产率 66 %，得到浅黄色的油状液体，产率80 %。实施例1:(本发明方法)先加入6. 51浓盐酸，搅拌、通氮气半小时。然后分批加入邻苯二胺470g，60°C搅拌 2小时，70-85°C苯基丙烯基酮1.3kg加入，搅拌3小时，搅拌过程中分批加入51乙酸。缓慢 升温至回流约94°C，回流反应8h，反应液呈褐色。停止加热，降至室温，冰浴冷却，搅拌下向 反应液中分批加入6kg冰块，再缓慢加氨水溶液，调节PH8-10，分去上层水层。在黑色粘稠状物质中加入61丙酮搅拌lh，过滤，得黄色滤饼300g。重结晶，得产 品230g纯度99%，产率14%。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360实施例2 (按照专利放大)按照实施例1方法，放大10倍，得到产率在14-20%，反应废液因为不含有害物质 可以排放。对比例1 (五氧化砷法，文献提供)先加入101浓盐酸，搅拌，通氮气半小时。然后分批加入邻苯二胺885g，60°C搅拌 2小时，70-85°C苯基丙烯基酮2630g加入，搅拌3小时，搅拌过程中分批加入五氧化二砷 1883g。缓慢升温至回流约110°C，回流反应8h，反应液呈褐色。停止加热，降至室温，冰浴 冷却，搅拌下向反应液中分批加入IOkg冰块，再缓慢加氨水溶液，调节PH8-10，分去上层水层。在黑色粘稠状物质中加入101丙酮搅拌lh，过滤，得黄色滤饼约1. 7kg。滤饼置 于容器中加二氯甲烷41，搅拌1小时过滤，旋蒸二氯甲烷滤液，蒸干后加丙酮，过滤，得产品 287. 68g纯度96 %，纯化98 %以上的产品，产率8 %。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360对比例2 :(四氯氢醌法)先加入500ml浓盐酸，搅拌、通氮气半小时。然后分批加入邻苯二胺27g，60°C搅拌 2小时，70-85°C苯基丙烯基酮80g加入，搅拌3小时，搅拌过程中分批加入135g四氯氢醌。 缓慢升温至回流约94°C，回流反应8h，反应液呈褐色。停止加热，降至室温，冰浴冷却，搅拌 下向反应液中分批加入500g冰块，再缓慢加氨水溶液，调节8-10，分去上层水层。在黑色粘稠状物质中加入600ml丙酮搅拌lh，过滤，得黄色滤饼。重结晶，得产品 13g纯度99%，产率12%。HNMR (CDCl3,400MHz) δ (ppm) :3. 1 (s，3H)，7. 56 (s，1H)，7. 62 (m，5H)，7. 86 (s，1H)。MS (EI) 360对比例3 (四氯氢醌法放大)按照对比例2方法，放大10倍，冷却发生结块现象，无法处理，再加热也无法溶解固 体；产生大量不溶性的固体，因为四氯氢醌的副产物含有大量的有机氯化物，污染了环境。
权利要求
2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲络啉的一步合成方法，将邻苯二胺和式III在混合缩水剂的作用下一步合成反应得到，所述混合缩水剂为浓盐酸与有机酸的混合物。F2009100836281C0000011.tif
2.根据权利要求1所述的合成方法，所述有机酸为甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸中的一 种或几种。
3.根据权利要求2所述的合成方法，所述盐酸与有机酸混合物的体积比为 1:9-9:1。
4.根据权利要求3所述的合成方法，所述盐酸与有机酸混合物的体积比为 3:7-7: 3。
5.根据权利要求1所述的合成方法，所述合成反应包括如下步骤1)向邻苯二胺的浓 盐酸溶液中加入式III，在50-90°C下，反应2-10小时；2)加入有机酸 在90_110°C，回流反 应在2-10小时。
6.根据权利要求5所述的合成方法，所述步骤(1)的反应条件为70-85°C下，反应2-8 小时。
7.根据权利要求5所述的合成方法，所述步骤(2)的反应条件为90-100°C，回流反应 在2-8小时。
8.根据权利要求5所述的合成方法，所述步骤(1)中的邻苯二胺的浓盐酸溶液采用如 下方法制得将浓盐酸加入反应容器，邻苯二胺在室温下分批加入反应瓶，搅拌1-6小时。
9.根据权利要求1所述的合成方法，所述合成反应后还包括后处理步骤，所述后处理 步骤为将最终反应液在0-5°C时加入氨水，调PH = 10-13，去掉水层，加入酮类溶剂，析出固 体；抽滤，洗涤，干燥。
10.根据权利要求9所述的合成方法，所述酮类溶剂为丙酮、甲基丙酮、丁酮、2，5-己二 酮中的一种或几种。
全文摘要
本发明涉及“2，9-二甲基-4，7-二苯基-1，10-菲络啉的一步合成方法”，属于有机合成领域。将邻苯二胺和式III在混合缩水剂的作用下一步合成反应得到，所述混合缩水剂为盐酸与有机酸的混合物，有机酸起到相转移催化剂和缩水剂作用，同时有机酸作为缓冲试剂，减少III的聚合反应，减少副反应的发生，纯度高反应温和易控。本反应因为无污染物质加入及产生，废液可以安全排放，在反应的后处理中采用酮溶剂减少分离步骤，减少产品的损失，提高产率。
文档编号B01J31/04GK101880278SQ200910083628
公开日2010年11月10日 申请日期2009年5月6日 优先权日2009年5月6日
发明者张伟龙, 戴雷, 蔡丽菲, 赵洪玉 申请人:北京阿格蕾雅科技发展有限公司