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，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的樹狀化合物“超核”尚未見文獻(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、三乙酰基苯類三羰基芳香化合物與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。
上述步驟(1)中所說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)中所說的酸催化劑包括對(duì)甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機(jī)、無機(jī)酸。
上述步驟(1)中所說的弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機(jī)、無機(jī)弱酸鹽。
上述步驟(1)中所說的重結(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?；胶?.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?；脚c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)中所說的酸催化劑包括對(duì)甲苯磺酸、硫酸、鹽酸、磷酸類有機(jī)、無機(jī)酸；弱酸鹽包括醋酸鹽、碳酸氫鈉類有機(jī)、無機(jī)弱酸鹽。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所說的一種含有氧、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)