專利名稱：一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種樹狀化合物活性中間體及其制備方法，特別是一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法。
背景技術(shù)：
樹狀大分子是大分子化學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要里程碑。1952年，F(xiàn)lory首先從理論上證實(shí)了支化單元在大分子構(gòu)筑中的潛在作用。1978年，Vogtle首次合成了低分子量的樹狀大分子。20世紀(jì)80年代中期，Tomalia類合成的聚(酰胺-胺)(PAMAM)型樹狀大分子和Newkome類合成的樹形物引起了人們的廣泛關(guān)注。隨著合成方法的不斷成熟，樹狀大分子的研究得到了快速發(fā)展。
合成樹狀大分子時(shí)通常利用如下傳統(tǒng)有機(jī)化學(xué)反應(yīng)縮合反應(yīng)(如醚化、酯化、酰胺化)、加成反應(yīng)(如Michael加成)、外環(huán)聚合類。合成的方法有發(fā)散法、收斂法、發(fā)散收斂共用法類。
發(fā)散法由Vogtle類始創(chuàng)，由內(nèi)向外構(gòu)建大分子。發(fā)散法的單體種類眾多，在外圍安置官能團(tuán)十分方便，但隨著代數(shù)增長(zhǎng)，反應(yīng)過(guò)程官能團(tuán)成倍增長(zhǎng)，容易導(dǎo)致反應(yīng)不完全，造成分子中的結(jié)構(gòu)缺陷，以至不能保證結(jié)構(gòu)的單分散性，而且有缺陷的產(chǎn)物與目標(biāo)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)、性能相似，分離非常困難。
收斂法由Frechet類始創(chuàng)，由外向內(nèi)構(gòu)建大分子。收斂法每步只有有限的官能團(tuán)參與反應(yīng)，有利于反應(yīng)完全，而且目標(biāo)產(chǎn)物與合成體系中其它成分的結(jié)構(gòu)、性能差別較大，使分離比發(fā)散法簡(jiǎn)單，樹狀大分子的結(jié)構(gòu)中缺陷減少。該法能在樹狀大分子外圍靈活地安置功能基，同一分子的外圍可以有不同的功能基，甚至每個(gè)扇形的外圍可以有一種功能基。收斂法的缺點(diǎn)是分子量增長(zhǎng)較慢，合成大的結(jié)構(gòu)時(shí)空間障礙很大，導(dǎo)致產(chǎn)率低。
發(fā)散收斂共用法包括兩種情況。一般是指先用發(fā)散法制得低代的樹狀大分子，稱為“超核(Hypercore)”，再用收斂法制得一定代數(shù)的扇形，稱為“支化的單體”，然后將“支化的單體”接到“超核”上。另一種又稱雙指數(shù)混合增長(zhǎng)。該法只需采用一種單體就可合成樹狀大分子。發(fā)散收斂共用法結(jié)合了發(fā)散法和收斂法的優(yōu)點(diǎn)，既能使合成樹狀大分子時(shí)產(chǎn)率提高，分子量增長(zhǎng)加快，又能使分離純化變得簡(jiǎn)單，減少大分子結(jié)構(gòu)缺陷，從而使樹狀大分子的合成變得簡(jiǎn)單靈活。
三羰基芳香化合物在苯環(huán)的周圍均勻地分布著三個(gè)活性基團(tuán)，由于苯環(huán)的平面結(jié)構(gòu)而使這三個(gè)活性基團(tuán)在空間上向四周伸展，特別適合構(gòu)筑樹狀分子。季戊四醇衍生物的分子外圍結(jié)構(gòu)中含有四個(gè)活性官能團(tuán)，空間四取向及結(jié)構(gòu)較對(duì)稱，也非常適于構(gòu)筑樹狀大分子，因此在樹狀大分子合成中具有重要作用。自上世紀(jì)80年代末期出現(xiàn)以季戊四醇合成的樹狀大分子以來(lái)，已合成出多種基于季戊四醇的樹狀大分子，這些樹狀大分子具有許多潛在的應(yīng)用。但是由季戊四醇衍生物與三羰基芳香化合物組合而衍生出來(lái)的樹狀化合物“超核”尚未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。在國(guó)家自然科學(xué)基金(20472064)和天津市自然科學(xué)基金(040884311)支持下，我們對(duì)三羰基芳香化合物和季戊四醇衍生物進(jìn)行了研究，合成了一系列端基樹狀化合物“超核”，該類化合物的端基鹵素活性很高，將不同的“支化的單體”接到“超核”上通過(guò)發(fā)散收斂共用法制備樹狀分子。在本專利中，申請(qǐng)者將含有氧雜原子的樹狀縮醛酮化合物與丙二酸酯類化合物反應(yīng)，合成了含四元螺環(huán)結(jié)構(gòu)的樹狀化合物，該化合物在國(guó)內(nèi)外均未見(jiàn)文獻(xiàn)報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的涉及一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物及其制備方法，它以苯為核，由氧、硫雜原子組成的前螺環(huán)作為支化單元的前樹狀縮醛酮化合物，它的制備方法主要是在酸催化下，三羰基芳香化合物與季戊四醇衍生物縮醛化反應(yīng)合成所需活性中間體，而后與羰基化合物的α氫親核取代合成簡(jiǎn)單的樹狀化合物，產(chǎn)物具有手性軸結(jié)構(gòu)，其應(yīng)用范圍可擴(kuò)大到手性合成領(lǐng)域。
本發(fā)明的技術(shù)方案一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環(huán)活性中間體，可通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)而形成具有四、五、六元雜螺環(huán)的手性樹狀化合物，結(jié)構(gòu)式如下所示。
一種上述所說(shuō)的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙?；筋惾驶枷慊衔锱c季戊四醇衍生物反應(yīng)，具體反應(yīng)方程式如下 具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于溶劑中，在酸催化下反應(yīng)4～12小時(shí)，處理得到粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率60-80％；(2)產(chǎn)品的合成將中間體和丙二酸酯類化合物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于有機(jī)溶劑中，加入催化劑，在回流溫度下反應(yīng)4～8小時(shí)，再經(jīng)蒸餾、萃取、分離、干燥工序，得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率40-60％。
上述所說(shuō)的步驟(1)可以包括以下兩種方法，即高溫下有機(jī)溶劑分水的合成方法I或低溫?zé)o須分水反應(yīng)的方法II分別獲得目標(biāo)中間體中間體的合成方法I將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于有機(jī)溶劑中，加入酸催化劑，在回流溫度下反應(yīng)4-8小時(shí)，分離反應(yīng)生成的水，用弱酸鹽溶液中和反應(yīng)液至弱堿性，分離有機(jī)相，再經(jīng)干燥、蒸餾，得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率70-80％；中間體的合成方法II將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于溶劑中，將該溶液倒入酸溶液中，在室溫下反應(yīng)6-12小時(shí)，抽濾得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率60-70％。
上述步驟(1)中所說(shuō)的原料三羰基化合物包括苯三甲醛、三乙?；筋惗圄驶衔铮渲薪Y(jié)構(gòu)式中的基團(tuán)R包括各種支鏈的烷基和氫原子。
上述步驟(1)中所說(shuō)的原料季戊四醇衍生物，其中結(jié)構(gòu)式中的X代表羥基、巰基類活性質(zhì)子基團(tuán)，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子。
上述步驟(2)中所說(shuō)的中間體結(jié)構(gòu)中的取代基團(tuán)與步驟(1)中所述的原料的取代基團(tuán)相對(duì)應(yīng)一致。
上述步驟(1)中所說(shuō)的溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的常用中性低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑。
上述步驟(1)中所說(shuō)的酸催化劑包括對(duì)甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機(jī)、無(wú)機(jī)酸。
上述步驟(1)中所說(shuō)的弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機(jī)、無(wú)機(jī)弱酸鹽。
上述步驟(1)中所說(shuō)的重結(jié)晶為能將中間體溶解的有機(jī)溶劑，包括丙酮、乙醇、氯仿、四氯化碳或它們的混合溶液。
上述步驟(1)中所說(shuō)的溶劑是指與水互溶的有機(jī)溶劑，包括乙醇、丙酮類有機(jī)溶劑。
上述步驟(2)中所說(shuō)丙二酸二乙酯類型化合物結(jié)構(gòu)中基團(tuán)R為氫原子、烷基或丙二酸環(huán)內(nèi)酯類化合物。
上述步驟(2)中所說(shuō)的有機(jī)溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的常用中性低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑或水。
上述步驟(2)中所說(shuō)的催化劑包括相轉(zhuǎn)移催化劑或強(qiáng)堿，如叔丁基氯化銨、三苯基氯化銨類常用相轉(zhuǎn)移催化劑或NaOH類強(qiáng)堿性化合物。
本發(fā)明的優(yōu)越性在于(1)得到的樹狀中間體和產(chǎn)品基本是由苯環(huán)及螺小環(huán)構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，端基鹵素活性很高，可用作通用“超核”，將不同的“支化的單體”接到該分子上通過(guò)發(fā)散收斂共用法可制備不同的樹狀分子；(2)利用該樹狀中間體和產(chǎn)品可進(jìn)一步反應(yīng)而得到含有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的手性樹狀化合物，與當(dāng)前含手性碳、氮、膦類不對(duì)稱元素及金屬配位的化合物有很大區(qū)別，分子是由C2軸對(duì)稱手性片段組成的大分子，手性濃度高。
附圖1為本發(fā)明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個(gè)活性中間體化合物的紅外光譜，其中基團(tuán)R為甲基，X為氧原子，Y為溴原子。
附圖2為本發(fā)明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個(gè)活性中間體化合物的核磁光譜，其中基團(tuán)R為甲基，X為氧原子，Y為溴原子。
附圖3為本發(fā)明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個(gè)產(chǎn)品，即樹狀活性中間體與2，2-二甲基-1，3-二氧六環(huán)-4，6-二酮反應(yīng)所得樹狀產(chǎn)品的紅外光譜附圖4為本發(fā)明所涉一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物中的一個(gè)產(chǎn)品，即樹狀活性中間體與2，2-二甲基-1，3-二氧六環(huán)-4，6-二酮反應(yīng)所得樹狀產(chǎn)品的核磁光譜。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環(huán)活性中間體，可通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)而形成具有四、五、六元雜螺環(huán)的手性樹狀化合物，結(jié)構(gòu)式如下所示。
一種上述所說(shuō)的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛與二溴新戊二醇反應(yīng)獲得中間體，然后所得到的中間體與丙二酸二乙酯反應(yīng)方程式如下(其中X為羥基，Y為溴原子，R為氫，R’為乙基)
具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成方法I取1.6克苯三甲醛和6.0克二溴新戊二醇溶于100ml甲苯中，全部溶解后，將溶液倒入裝有分水器、冷凝器和機(jī)械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.5克對(duì)甲苯磺酸作催化劑，加熱回流反應(yīng)液5小時(shí)，降至室溫，加入50ml 5％的醋酸鈉溶液，攪拌半小時(shí)，靜置，分離有機(jī)層，無(wú)水硫酸鈉干燥1小時(shí)，蒸餾，得粗產(chǎn)品7.2克，重結(jié)晶得純產(chǎn)品6.3克，收率71.4％。
(2)產(chǎn)品的合成取1.0克苯三甲醛與二溴新戊二醇的縮醛產(chǎn)品和2.5克丙二酸二乙酯溶于100ml無(wú)水乙醇中，倒入裝有冷凝器和機(jī)械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.5克乙醇鈉作催化劑，升溫回流反應(yīng)7小時(shí)，蒸出50ml乙醇，降溫，依次加入50ml水和50ml苯，攪拌，靜置分離出有機(jī)層，無(wú)水氯化鈣干燥1小時(shí)，蒸餾，得粗產(chǎn)品2.6克，重結(jié)晶得純產(chǎn)品2克，收率45.9％。
實(shí)施例2一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環(huán)活性中間體，可通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)而形成具有四、五、六元雜螺環(huán)的手性樹狀化合物，結(jié)構(gòu)式如下所示。
一種上述所說(shuō)的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙?；筋惾驶枷慊衔锱c季戊四醇衍生物反應(yīng)，具體反應(yīng)方程式如下(其中X為巰基，Y為溴原子，R為甲基，R’為乙基)
具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成方法II產(chǎn)品的合成取1.8克三乙酰基苯和6.5克二溴新戊二醇溶于100ml乙醇中，全部溶解后，將溶液倒入150ml 10％鹽酸水溶液中，室溫下反應(yīng)10小時(shí)，抽濾得粗產(chǎn)品6.8克，丙酮重結(jié)晶得純產(chǎn)品5.4克，收率61.2％。
(2)中間體5的合成方法取1.5克三乙酰基苯與二溴新戊二醇的縮醛化產(chǎn)品和2.1克環(huán)內(nèi)酯溶于100ml無(wú)水乙醇中，倒入裝有冷凝器和機(jī)械攪拌的250ml三口燒瓶中，加入0.6克乙醇鈉作催化劑，升溫回流反應(yīng)7小時(shí)，蒸出50ml乙醇，降溫，依次加入50ml水和50ml苯，攪拌，靜置分離出有機(jī)層，無(wú)水氯化鈣干燥1小時(shí)，蒸餾，得粗產(chǎn)品3.0克，重結(jié)晶得純產(chǎn)品2.2克，收率46.4％。
權(quán)利要求
1.一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于由氧、硫雜原子組成的潛螺環(huán)活性中間體，可通過(guò)進(jìn)一步反應(yīng)而形成具有四、五、六元雜螺環(huán)的手性樹狀化合物，結(jié)構(gòu)式如下所示。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于結(jié)構(gòu)式中的基團(tuán)R包括各種支鏈的烷基和氫原子，X代表氧、硫雜原子，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子。
3.一種上述所說(shuō)的含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于它采用間苯三甲醛、三乙?；筋惾驶枷慊衔锱c季戊四醇衍生物反應(yīng)，具體反應(yīng)方程式如下 具體合成包括以下步驟(1)中間體的合成將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于溶劑中，在酸催化下反應(yīng)4～12小時(shí)，處理得到粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品；(2)產(chǎn)品的合成將中間體和丙二酸酯類化合物按照摩爾比1∶2～4的比例溶于有機(jī)溶劑中，加入催化劑，在回流溫度下反應(yīng)4～8小時(shí)，再經(jīng)蒸餾、萃取、分離、干燥工序，得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于所說(shuō)的步驟(1)可以包括以下兩種方法，即高溫下有機(jī)溶劑分水的合成方法I或低溫?zé)o須分水反應(yīng)的方法II分別獲得目標(biāo)中間體中間體的合成方法I將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于有機(jī)溶劑中，加入酸催化劑，在回流溫度下反應(yīng)4-8小時(shí)，分離反應(yīng)生成的水，用弱酸鹽溶液中和反應(yīng)液至弱堿性，分離有機(jī)相，再經(jīng)干燥、蒸餾，得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率45-80％；中間體的合成方法II將三羰基化合物和季戊四醇衍生物按照1∶2～4的比例溶于溶劑中，將該溶液倒入酸溶液中，在室溫下反應(yīng)6-12小時(shí)，抽濾得粗產(chǎn)品，重結(jié)晶得純品，收率35-70％。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說(shuō)的原料三羰基化合物包括苯三甲醛、三乙?；筋惗圄驶衔?，其中結(jié)構(gòu)式中的基團(tuán)R包括各種支鏈的烷基和氫原子；步驟(1)中所說(shuō)的原料季戊四醇衍生物，其中結(jié)構(gòu)式中的X代表羥基、巰基類活性質(zhì)子基團(tuán)，Y代表氟、氯、溴、碘鹵素原子；步驟(2)中所說(shuō)的中間體結(jié)構(gòu)中的取代基團(tuán)與步驟(1)中所述的原料的取代基團(tuán)相對(duì)應(yīng)一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說(shuō)的溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的常用中性低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑；步驟(1)中所說(shuō)的溶劑是指與水互溶的有機(jī)溶劑，包括乙醇、丙酮類有機(jī)溶劑；步驟(2)中所說(shuō)的有機(jī)溶劑包括苯、甲苯、氯仿、四氯化碳類不與反應(yīng)物發(fā)生反應(yīng)的常用中性低沸點(diǎn)有機(jī)溶劑或水。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說(shuō)的酸催化劑包括對(duì)甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機(jī)、無(wú)機(jī)酸；弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機(jī)、無(wú)機(jī)弱酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(1)中所說(shuō)的重結(jié)晶為能將中間體溶解的有機(jī)溶劑，包括丙酮、乙醇、氯仿、四氯化碳或它們的混合溶液。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(2)中所說(shuō)丙二酸二乙酯類型化合物結(jié)構(gòu)中基團(tuán)R為氫原子、烷基或丙二酸環(huán)內(nèi)酯類化合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所說(shuō)的一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物的制備方法，其特征在于步驟(2)中所說(shuō)的催化劑包括相轉(zhuǎn)移催化劑或強(qiáng)堿，如叔丁基氯化銨、三苯基氯化銨類常用相轉(zhuǎn)移催化劑或NaOH類強(qiáng)堿性化合物。
全文摘要
一種含有氧、硫雜原子的樹狀縮醛酮化合物，其特征在于以苯為核，由氧、硫雜原子組成的前螺環(huán)作為支化單元的前樹狀縮醛酮化合物。此外該類化合物的合成方法，包括中間體的合成和產(chǎn)品的合成。本發(fā)明的優(yōu)越性在于(1)得到的樹狀中間體和產(chǎn)品基本是由苯環(huán)及螺小環(huán)構(gòu)成的，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，端基鹵素活性很高，可用作通用“超核”，將不同的“支化的單體”接到該分子上通過(guò)發(fā)散收斂共用法可制備不同的樹狀分子；(2)利用該樹狀中間體和產(chǎn)品可進(jìn)一步反應(yīng)而得到含有螺環(huán)結(jié)構(gòu)的手性樹狀化合物，與當(dāng)前含手性碳、氮、膦類不對(duì)稱元素及金屬配位的化合物有很大區(qū)別，分子是由C
文檔編號(hào)C07D407/00GK1966501SQ20061010146
公開日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月2日
發(fā)明者魏榮寶, 陳蘇戰(zhàn), 劉秀明, 李洪波, 梁婭 申請(qǐng)人:天津理工大學(xué)