专利名称：2-甲基-6-叔丁基-4-二氰甲烯基-4h-吡喃的合成方法
技术领域：
本发明属于有机合成领域，涉及红光搀杂材料DCJTB关键中间体的合成，特别是 涉及2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4H-吡喃的合成方法。
背景技术：
有机电致发光器件具有效率高以及能够产生可覆盖整个可见光区域的发光颜色， 在平板显示器技术中有巨大的应用前景。由于有机电致发光二极管突出的性能以及在平板显示器技术中的巨大应用前景， 引起了人们的高度重视。为了实现彩色显示，必须开发一系列发光效率高、性能优良的三 色发光材料。经过十多年深入研究，己开发出具有高亮度、高效率的绿光、蓝色材料，但红 光材料满足要求相对少。在有机电致发光领域中，最为广泛运用的分子内电荷转移类红光 染料是DCM系列染料，1989年Tang等人报道了利用8_羟基喹啉铝Alq3作主体发光材料 (C. H. Chen, Tang, C. W.，J. Shi, Thin solid Films，2000，363，327—331)，DCMl 禾口 DCJ 作客 体发光材料的高效红色发光器件，自此，DCM类红色发光染料被广泛地研究并应用到器件 中。而DCM及DCJ在器件应用中会有浓度碎灭的缺点，为此，Tang等人对DCJ进行了修饰， 他们在久洛尼定的C-I及C-4位进行取代得到化合物DCJT。尽管DCJT具有良好的电致发 光性能，但其合成及纯化分离过程却存在很大的问题，这是由于在合成过程中使用的反应 前体2，6 —二甲基一(4- 二腈甲烯基)_4H吡喃中含有两个活泼甲基，因此在合成过程中 DCJT会进一步同醛缩合生成二缩合副产物4 一 ( 二氰甲烯基-2，6-双(久洛尼定-9-乙 烯基)-4H-吡喃(bis-DCJT)。二缩合副产物的生成不仅导致反应收率的降低，而且使得产 物的分离纯化变得困难。针对合成过程中存在的问题，Chen等人设计了 DCJTB，由于改进了 合成方法，化合物的合成与纯化具有良好的红色发光特性(Chin H. Chen,C. W. Tang, J. Shi, US5935720.)。DCJTB是目前红光材料中最成功的材料，亮度、效率、寿命都满足了商业应用。在美 国专利US5935720中提供了红光搀杂材料DCJTB的合成方法，由两个中间体对接生成的，一 个是2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4H-吡喃，一个是1，1，7，7-四甲基-9-久络尼定 醛。其中1，1，7，7-四甲基-9-久络尼定醛已经被解决，只有2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰 甲烯基-4H-吡喃中间体的产率很低，致使DCJTB工业化成本很高，在OLED制备应用也受到 限制，因此2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4H-吡喃中间体成为DCJTB工业化的瓶颈。由于主要中间体2-甲基-6-叔丁基-4-二氰甲烯基-4H-吡喃的合成工艺中(见 下式)每步产率都很低，合成出的DCJTB价格很贵，限制了 DCJTB的使用。要使DCJTB得到 推广，中间体2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4H-吡喃(式中E)，5，5- 二甲基-2，4-己 二醛-0，0- 二氟化硼(式中B)，7- 二甲基氨基-2，2- 二甲基-6-烯-3，5-辛二醛-0，0- 二 氟化硼(式中C)，2-甲基-6-叔丁基-吡喃酮(式中D)的合成工艺均有待改善。
发明内容
在上述专利的基础上，本发明提供一种2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4Η- 口比 喃的合成方法，其合成路线与此相同，通过改进反应条件及简化后处理程序，使其总收率远 远高于文献提供的收率，且纯度很高，可直接用于制备DCJTB。2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4Η-吡喃的合成方法，包括如下步骤(1)在温度-30-50°C和氮气保护条件下，频那酮和三氟化硼乙醚在醋酸酐溶液中 发生反应，得到5，5- 二甲基-2，4-己二醛-0，0- 二氟化硼；(2)在温度80-1001和氮气保护下，5，5-二甲基-2，4-己二醛-0，0-二氟化硼与 N，N-二甲基乙酰胺二甲缩醛在N，N-二甲基乙酰胺、2，6_二甲基吡啶混合溶剂中反应，得到 7_ 二甲基氨基-2，2- 二甲基-6-烯-3，5-辛二醛-0，0- 二氟化硼；(3) 7- 二甲基氨基-2，2- 二甲基-6-烯_3，5_辛二醛_0，0_ 二氟化硼与高氯酸在 乙醇或乙醇-水溶液中回流反应得到2-甲基-6-叔丁基-吡喃酮；(4)2-甲基-6-叔丁基-吡喃酮与丙二腈在醋酸酐溶液中回流反应得到2-甲 基-6-叔丁基-4-二氰甲烯基-4H-吡喃；所述步骤(4)中反应完成后还包括后处理程 序，所述后处理程序为将反应液浓缩后在残余物中加入醇类溶剂重结晶即分离得到2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基-4H-吡喃。所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种混合。所述步骤(4)的回流反应时间为6-15小时，采用TLC来监测反应终点。步骤(1)中频那酮和三氟化硼乙醚的摩尔比为1 1-1 10。优选频那酮和三氟化硼乙醚的摩尔比为1 3-1 6。所述步骤(1)中反应完成后还包括后处理程序，所述后处理程序为在低于室温下 向反应液中加入碱性水溶液使其至中性，分液，浓缩有机相，析出5，5_ 二甲基-2，4-己二 醛-o，o-二氟化硼。所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、碳酸氢钠水溶液、碳酸钠水溶液、碳酸钾水溶 液、氢氧化钾水溶液。所述步骤(2)中反应完成后还包括后处理程序，所述后处理程序为冷却后析出产 物，分离，用有机溶剂洗涤产物，所述有机溶剂为石油醚、乙酸乙酯、正己烷、甲醇、乙醇、异 丙醇中的一种或几种组合。所述步骤⑵中的N，N- 二甲基乙酰胺二甲缩醛是在20_50°C下滴加到5，5_ 二甲 基_2，4-己二醛-0，0- 二氟化硼，N, N- 二甲基乙酰胺，2，6- 二甲基吡啶的混合溶液中的。所述滴加完后在此温度下继续搅拌2-5小时，再升温至80-100°C下反应。所述步骤(3)中的高氯酸是在-10-40°C下分批加入到7-二甲基氨基-2，2-二甲 基-6-烯-3，5-辛二醛-0，0- 二氟化硼的乙醇或乙醇-水溶液中的。本发明采用美国专利US5935720相同的反应路线，对此专利及相似化合物的合成 做了认真仔细的研究，优化了反应条件，产物分离的后处理工艺进行了改进，使每步反应的 收率都比原文献有较大的提高，同时后处理工艺简单，易操作，且容易大型生产化，每步反 应得到的产物不需要经过特别的纯化，可以直接投入下一步反应。虽然有不少文献报道与中间体B相似的合成，但是产率和试剂加入比例不统一， 很难重复。中间体B合成过程中产生乙酰氧离子，因此反应温度需要低温，频那酮与乙酰氧 离子发生缩合后需要与三氟化硼发生，这一步是决定整个反应速度的，反应时间在15 24 小时，减少了由于高温导致的油状物质产生。三氟化硼乙醚溶液的用量对整个反应也是很 重要，在反应过程中三氟起反应物和催化剂作用；如果用量不足，硼化物生成不完全。在后 处理的过程中，由于本发明一直保持着低温处理(文献中是90°C蒸干溶剂)，且把产品溶在 乙醚中，利用分液的方式把产物从反应液中提取出来，浓缩即得到高产率的B，大量节省了 后处理的时间，且低温后处理过程对反应产物没有太多的影响，不产生过多的杂质，产物可 直接用于下步反应，本发明方法的收率为60%-80%，为文献收率的3倍以上。低温即按照 化学试验中的常规操作所能达到的低于室温的温度，如采用冰浴，冰盐浴，干冰、液氮等方 法，优选不高于且接近室温，此温度条件容易实现如冰浴或冰盐浴即可。化合物C的合成是一个醇醛缩合，反应很剧烈，温度是决定产率的关键因素；N， N-二甲基乙酰胺二甲缩醛滴加过程中控制温度在30°C 80°C，滴加结束维持温度80°C 100°C反应，得到产率是美国专利的2 3倍。化合物D的合成用70%高氯酸作为合环试剂，高氯酸有氧化性，控制温度可以减 少副产物生成，得到产品浓缩之后得到固体D。最终产品E在缩水剂乙酸酐条件下，回流反应，使反应完全，得到产品E，用醇类作为溶剂，重结晶得到纯度99%产品，该产品可以直接用于DCJTB的合成，该步反应的收率高 于文献收率一半以上，到80%以上。化合物E的合成可以按照下面的工艺进行(1)、在-30°C 50°C温度下，合适温度-30°C 30°C ；频那酮与三氟化硼乙醚溶液 质量摩尔比=1 1 1 10，合适的摩尔比例1 6加入；反应结束可以用水、10%氢氧 化钠水溶液、10 %碳酸氢钠水溶液、10 %碳酸钠水溶液、10 %碳酸钾水溶液、10 %氢氧化钾 水溶液处理，温度以不高于室温为好，得到60 80%化合物B。(2)、温度20°C 50°C下，N, N- 二甲基乙酰胺二甲缩醛滴加到B混合物中，后在 800C 100°C反应，时间在2 24小时，更合适的时间在2 15小时。反应结束，在_10°C 0°C下冷却，分离产品，用有机溶剂洗涤产品，有机溶剂可以是石油醚、乙酸乙酯、正己烷、甲 醇、乙醇、异丙醇等，可以把杂质洗涤干净，产率60 90% C。(3)、-10°C 40°C下，70%高氯酸分批加入化合物C的溶液，反应时间1 24小 时，浓缩得到固体产品D，产率70 80%。(4)、化合物D、丙二腈、乙酸酐回流反应6 15小时，浓缩后用醇纯化E ；醇可以是 甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇中的一种或几种混合。本专利提供的合成工艺，与美国专利文献提供工艺相比较，具有以下特点(1)、本专利提供的工艺产率比文献高出几倍，产品纯度达99%以上。(2)、反应条件温和，工艺简单、容易生产化、成本低。(3)、得到的产物E纯度较高，可作为红光中间体材料、激光材料中间体使用。具体实施方法实施例1、5，5_ 二甲基-2，4-己二醛_0，0_ 二氟化硼3000ml三颈烧瓶置于冰盐浴中，在氮气保护下，加入频那酮100g、醋酸酐204g，混 合搅拌，冰盐冷却，然后逐滴加入三氟化硼乙醚络合物500g，加完后混合物室温下反应过 夜。冰盐冷却下，滴加10%氢氧化钠，PH = 7为止，静止、分液，浓缩有机相，析出浅黄色固 体 120g,产率 60% (US5935720 报道产率 20% ) 熔点82 84°CHNMR (CDCl3,400Hz) :1· 19 (9Η, s) ；2.2487 (3H，s) ；5. 97 (1H, s)实施例2、7- 二甲基氨基-2，2- 二甲基_6_烯_3，5_辛二醛_0，0_ 二氟化硼在2000ml三颈烧瓶中，氮气保护下，加入化合物B 275g、N，N-二甲基乙酰胺245g、 2,6- 二甲基吡啶14ml，搅拌。加热至30°C，逐滴加入N，N- 二甲基乙酰胺二甲缩醛388g，滴 加完毕，保持温度继续搅拌3小时，升温至85°C，TLC检测原料反应结束，停止反应(10小 时)，混合物呈红褐色油状液体，反应溶液在-10°C 0°C冷却过夜，过滤，产品用石油醚洗 涤得淡黄色固体240g(85% )。(US5935720报道产率36% )熔点220°C以上分解HNMR (CDCl3, 400Hz) 1. 29 (9H, s) ；2. 62 (3H, s) 3. 19 (6H, s) ；4. 88(1H, s)； 5. 47 (1H, s)实施例3、2_甲基-6-叔丁基-吡喃酮在5000ml三颈烧瓶中，加入反应产物C 615g，然后依次加入水1080g、乙醇 1080ml，冰水冷却，加入1080ml70%高氯酸，加热回流过夜，TLC检测原料反应结束，停止加热，冷却，旋转蒸发旋干乙醇，加入氨水调至碱性，有固体析出，过滤固体，得到黄色产品 300g(76% ) o (US5935720 报道产率 75% )HNMR(DMS0,400Hz) :1.23(9H，s) ；2. 25(3H，s) ；6. 04 (1H, m) ；6. 12 (1H, m)实施例4、2-甲基-6-叔丁基-4- 二氰甲烯基_4H_吡喃在25mL三颈烧瓶中加入反应产物D 2. 21g(0. Olmo)、丙二睛2. 04g(0. 02mo) 1、醋 酸酐混合搅拌，加热回流，TLC检测原料反应完毕(8小时)，停止加热，旋干混合物，加入甲 醇重结晶，得到2. 089浅黄色固体(80% )。(US5935720报道产率50% )熔点108-110°CHMNR(CDC13,400Hz) :1.31(9H，s) ；2. 35(3H，s) ；6. 57(2H，d)。
权利要求
2 甲基 6 叔丁基 4 二氰甲烯基 4H 吡喃的合成方法，包括如下步骤(1)在温度 30 50℃和氮气保护条件下，频那酮和三氟化硼乙醚在醋酸酐溶液中发生反应，得到5，5 二甲基 2，4 己二醛 O，O 二氟化硼；(2)在温度80 100℃和氮气保护下，5，5 二甲基 2，4 己二醛 O，O 二氟化硼与N，N 二甲基乙酰胺二甲缩醛在N，N 二甲基乙酰胺、2，6 二甲基吡啶混合溶剂中反应，得到7 二甲基氨基 2，2 二甲基 6 烯 3，5 辛二醛 O，O 二氟化硼；(3)7 二甲基氨基 2，2 二甲基 6 烯 3，5 辛二醛 O，O 二氟化硼与高氯酸在乙醇或乙醇 水溶液中回流反应得到2 甲基 6 叔丁基 吡喃酮；(4)2 甲基 6 叔丁基 吡喃酮与丙二腈在醋酸酐溶液中回流反应得到2 甲基 6 叔丁基 4 二氰甲烯基 4H 吡喃；所述步骤(4)中反应完成后还包括后处理程序，所述后处理程序为将反应液浓缩后在残余物中加入醇类溶剂重结晶即分离得到2 甲基 6 叔丁基 4 二氰甲烯基 4H 吡喃。
2.根据权利要求1所述的合成方法，所述醇类溶剂为甲醇、乙醇、异丙醇、丁醇中的一 种或几种混合。
3.根据权利要求1所述的合成方法，所述步骤(4)中的回流反应时间为6-15小时，采 用TLC来监测反应终点。
4.根据权利要求1所述的合成方法，步骤(1)中频那酮和三氟化硼乙醚的摩尔比为 1:1-1: 10。
5.根据权利要求4所述的合成方法，所述频那酮和三氟化硼乙醚的摩尔比为 1:3-1: 6。
6.根据权利要求1所述的合成方法，所述步骤(1)中反应完成后还包括后处理程序，所 述后处理程序为在低于室温下向反应液中加入碱性水溶液使其至中性，分液，浓缩有机相， 析出5，5-二甲基-2，4-己二醛-0，0-二氟化硼。
7.根据权利要求6所述的合成方法，所述碱性水溶液为氢氧化钠水溶液、碳酸氢钠水 溶液、碳酸钠水溶液、碳酸钾水溶液、氢氧化钾水溶液。
8.根据权利要求1所述的合成方法，所述步骤(2)中反应完成后还包括后处理程序，所 述后处理程序为冷却后析出产物，分离，用有机溶剂洗涤产物，所述有机溶剂为石油醚、乙 酸乙酯、正己烷、甲醇、乙醇、异丙醇中的-种或几种组合。
9.根据权利要求1所述的合成方法，所述步骤(2)中的N，N-二甲基乙酰胺二甲缩醛 是在20-50°C下滴加到5，5_ 二甲基-2，4-己二醛_0，0-二氟化硼，N, N-二甲基乙酰胺， 2，6_ 二甲基吡啶的混合溶液中的，所述滴加完后在此温度下继续搅拌2-5小时，再升温至 80-100°C下反应。
10.根据权利要求1所述的合成方法，所述步骤(3)中的高氯酸是在-10-40°C下分批 加入到7- 二甲基氨基-2，2- 二甲基-6-烯-3，5-辛二醛-0，0- 二氟化硼的乙醇或乙醇-水 溶液中的。
全文摘要
本发明涉及2-甲基-6-叔丁基-4-二氰甲烯基-4H-吡喃的合成方法，属于有机合成领域，包括由频那酮和三氟化硼乙醚反应制得5，5-二甲基-2，4-己二醛-O，O-二氟化硼，然后再与N，N-二甲基乙酰胺二甲缩醛反应得到7-二甲基氨基-2，2-二甲基-6-烯-3，5-辛二醛-O，O-二氟化硼，再经高氯酸合环得2-甲基-6-叔丁基-吡喃酮，最后再与丙二腈反应制得，其特征在于在最后一步选用醇类溶剂重结晶。本发明工艺操作简单，易大型生产化，其总收率远远高于文献提供的收率，且最终产品纯度很高，可直接用于制备DCJTB。
文档编号C07D309/34GK101891725SQ20091008451
公开日2010年11月24日 申请日期2009年5月20日 优先权日2009年5月20日
发明者戴雷, 蔡丽菲, 赵洪玉 申请人:北京阿格蕾雅科技发展有限公司